Ficha Técnica do Fotodiodo de Silício Planar PIN PD70-01B/TR10 - 2.0x1.25x0.7mm - Tensão Reversa 32V - Sensibilidade de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD70-01B/TR10 é um fotodiodo de silício planar PIN projetado para detecção de luz de alta sensibilidade em uma ampla faixa espectral. As suas vantagens centrais derivam da estrutura PIN, que incorpora uma região intrínseca (I) entre as camadas semicondutoras do tipo P e do tipo N. Esta região intrínseca alarga a camada de depleção, resultando em vários benefícios de desempenho cruciais para aplicações optoeletrónicas.

Vantagens Centrais e Mercado-Alvo:O dispositivo oferece alta sensibilidade e tempos de comutação rápidos devido à capacitância de junção reduzida e à coleta eficiente de portadores na estrutura PIN. A baixa corrente de escuro garante uma boa relação sinal-ruído. Combinado com o seu tamanho compacto e filtro de luz diurna integrado (lente preta), é ideal para diversas aplicações, incluindo comandos remotos de eletrónica de consumo (TV, eletrodomésticos), sistemas de transmissão de som por infravermelhos, fotocopiadoras, sensores de elevador e vários sistemas industriais de medição e controlo que requerem deteção óptica fiável.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas classificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente. Não é recomendado operar o dispositivo continuamente nestes limites.

• Tensão Reversa (V_R):32V. Esta é a tensão máxima que pode ser aplicada em polarização reversa nos terminais do fotodiodo.
• Dissipação de Potência (P_d):150 mW a 25°C. Isto limita a potência elétrica total que o dispositivo pode suportar, determinada principalmente pela corrente de fuga reversa e por qualquer fotocorrente sob alta iluminação.
• Intervalos de Temperatura:Operação: -25°C a +85°C; Armazenamento: -40°C a +85°C. O dispositivo é projetado para uma ampla gama de temperaturas industriais.
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C por um máximo de 5 segundos. Isto é crítico para processos de soldagem por refluxo sem chumbo.

2.2 Características Eletro-Ópticas (Ta=25°C)

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições operacionais típicas.

• Largura de Banda Espectral (λ_0.5):730 nm a 1100 nm. Isto define o intervalo de comprimentos de onda onde a responsividade do fotodiodo é pelo menos metade do seu valor de pico. É sensível desde o vermelho visível até ao espectro do infravermelho próximo (NIR).
• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λ_P):940 nm (Típico). O dispositivo é otimizado para resposta máxima na região comum do NIR, alinhando-se com a emissão de muitos LEDs IR.
• Corrente de Curto-Circuito (I_SC):35 μA (Típico) sob uma irradiância de 1 mW/cm² a 875 nm. Este parâmetro é medido com tensão de polarização zero (modo fotovoltaico).
• Corrente de Luz Reversa (I_L):25 μA (Típico) a V_R=5V sob a mesma condição de 1 mW/cm², 875 nm. Operar em polarização reversa (modo fotocondutivo) geralmente produz uma resposta mais alta e mais rápida em comparação com o modo fotovoltaico.
• Corrente de Escuro Reversa (I_D):5 nA (Típico), 30 nA (Máx.) a V_R=10V. Esta é a corrente de fuga na escuridão completa. Uma baixa corrente de escuro é essencial para detetar sinais de luz fracos.
• Tensão de Ruptura Reversa (V_BR):170V (Típico), com um mínimo de 32V. Esta é a tensão na qual a corrente reversa aumenta abruptamente. A tensão reversa de operação normal deve estar bem abaixo deste valor.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui curvas características típicas que são cruciais para o projeto.

• Curva de Sensibilidade Espectral:Este gráfico mostra a responsividade relativa em função do comprimento de onda. Confirma o pico em ~940 nm e a largura de banda definida de 730 nm a 1100 nm. A lente preta integrada atua como um filtro de luz visível, atenuando a sensibilidade na faixa visível para reduzir o ruído da luz ambiente (luz do dia).
• Corrente de Luz Reversa vs. Irradiância (Ee):Esta curva ilustra a relação linear entre a fotocorrente gerada (I_L) e a densidade de potência da luz incidente. A linearidade é uma característica fundamental dos fotodiodos PIN, tornando-os adequados para aplicações de medição de luz.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O PD70-01B/TR10 vem num encapsulamento de montagem em superfície muito pequeno. As dimensões-chave (em mm) incluem um tamanho do corpo de aproximadamente 2.0 x 1.25, com uma altura de 0.7 mm. O cátodo é tipicamente identificado por um canto marcado ou um entalhe no encapsulamento. Desenhos dimensionais detalhados com tolerâncias de ±0.1mm são fornecidos para o projeto da impressão digital da PCB.

4.2 Identificação de Polaridade

A marcação clara da polaridade é essencial para uma instalação correta. O diagrama do encapsulamento na ficha técnica indica os terminais do ânodo e do cátodo. Uma ligação de polaridade incorreta ao aplicar polarização reversa irá polarizar diretamente o díodo, podendo causar um fluxo de corrente elevado e danos.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseamento adequado é crítico para a fiabilidade.

5.1 Armazenamento e Sensibilidade à Umidade

O dispositivo é sensível à humidade. As precauções incluem: armazenar na embalagem selada original a ≤30°C/90%HR; utilizar dentro de 1 ano após o envio; após a abertura, armazenar a ≤30°C/70%HR e utilizar dentro de 168 horas (7 dias). Se excedido, é necessário um tratamento de secagem a 60±5°C durante 24 horas antes da soldagem.

5.2 Condições de Soldagem

• Soldagem por Refluxo:É recomendado um perfil de temperatura de solda sem chumbo, com uma temperatura de pico de 260°C por até 5 segundos. O refluxo não deve ser realizado mais de duas vezes.
• Soldagem Manual:Se necessário, utilize um ferro de soldar com temperatura <350°C e potência <25W. O tempo de contacto por terminal deve ser <3 segundos, com intervalos >2 segundos entre terminais para evitar tensão térmica.
• Reparação:Não recomendada após a soldagem. Se inevitável, deve ser utilizado um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais durante a remoção, para evitar tensão mecânica no chip semicondutor.

6. Informações de Embalagem e Pedido

A embalagem padrão é em bobina contendo 1000 unidades (1000PCS/Bobina). As dimensões da bobina são especificadas para o manuseamento por equipamento de pick-and-place automatizado. A etiqueta na bobina inclui informações críticas como Número de Peça (P/N), Número de Lote (LOT No), quantidade (QTY) e outros códigos de rastreabilidade.

7. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O fotodiodo pode ser utilizado em dois modos principais:

1. Modo Fotovoltaico (Polarização Zero):O fotodiodo gera uma tensão/corrente quando iluminado, sem polarização externa aplicada. Este modo oferece corrente de escuro e ruído muito baixos, mas tem velocidade de resposta mais lenta e menor linearidade.
2. Modo Fotocondutivo (Polarização Reversa):Uma tensão reversa externa é aplicada (ex., 5V como na condição de teste I_L). Este modo alarga ainda mais a região de depleção, reduzindo a capacitância de junção e resultando emtempos de comutação muito mais rápidose maior linearidade numa gama mais ampla de intensidade de luz. Este é o modo preferido para deteção de alta velocidade, como em recetores de comandos remotos IR.

7.2 Precauções Críticas de Projeto

• Limitação/Proteção de Corrente:Ao operar num circuito, DEVE ser utilizado um resistor em série para limitar a corrente. Como indicado nas precauções, "um ligeiro desvio de tensão causará uma grande mudança de corrente (pode ocorrer queima)." Isto porque um fotodiodo sob polarização reversa, se exposto a uma intensidade de luz muito alta ou se polarizado diretamente por engano, pode conduzir corrente excessiva.
• Layout da Placa de Circuito:Minimize a capacitância e indutância parasitas nos traços que ligam o fotodiodo ao amplificador ou comparador. Isto é vital para preservar o desempenho de alta velocidade.
• Rejeição de Luz Ambiente:A lente preta integrada ajuda, mas para o melhor desempenho sob luz ambiente, pode ser necessário filtragem óptica (um filtro de passagem de IR adicional) e filtragem elétrica (deteção síncrona).

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O PD70-01B/TR10 diferencia-se pela combinação de características num encapsulamento SMD compacto:

• vs. Fotodiodos Padrão:A estrutura PIN oferece menor capacitância e resposta mais rápida do que os fotodiodos PN padrão.
• vs. Diodos PIN Maiores:A sua pequena impressão de 2.0x1.25mm permite projetos de PCB de alta densidade onde o espaço é limitado.
• Filtro Integrado:A inclusão de um filtro de luz diurna (epóxi preto) simplifica o projeto ao reduzir a necessidade de um filtro externo para bloquear o ruído da luz visível.
• Classificações Robustas:Uma ampla gama de temperaturas de operação (-25°C a +85°C) e uma alta tensão de ruptura típica (170V) proporcionam margem de projeto e fiabilidade.

9. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é a finalidade do "filtro de luz diurna"?

R: O material da lente preta atenua a luz no espectro visível (aproximadamente 400-700 nm) enquanto permite a passagem da luz do infravermelho próximo (700-1100 nm). Isto reduz a interferência da iluminação ambiente interior (fluorescente, LED, incandescente) que contém luz visível, melhorando a relação sinal-ruído para sistemas baseados em IR.

P: Devo usar isto em modo fotovoltaico ou fotocondutivo para um recetor de comando remoto IR?

R> Para aplicações de comando remoto IR que requerem deteção de pulsos rápidos (tipicamente portadora de 38-56 kHz), omodo fotocondutivo (polarização reversa)é obrigatório. A capacitância reduzida neste modo permite que o dispositivo responda à modulação de alta frequência.

P: Como calculo o valor do resistor em série necessário?

R: O resistor limita a corrente máxima. Se aplicar uma polarização reversa V_R, e a fotocorrente máxima esperada é I_max, pode ser colocado um simples resistor em série R. A queda de tensão nele não deve reduzir significativamente a polarização no díodo. Por exemplo, com V_R= 5V e I_max~ 50μA, um resistor de 10kΩ causaria uma queda de apenas 0.5V, deixando 4.5V no díodo. O resistor também ajuda a proteger contra polarização direta acidental.

10. Princípio de Funcionamento

Um fotodiodo PIN opera com base no princípio do efeito fotoelétrico interno. Fotões com energia superior ao bandgap do semicondutor são absorvidos na região intrínseca, criando pares eletrão-lacuna. O forte campo elétrico presente na região de depleção sob polarização reversa (que é ampliada pela camada intrínseca) separa rapidamente estes portadores, fazendo com que derivem para os respetivos terminais. Este movimento de carga constitui uma fotocorrente que é proporcional à intensidade da luz incidente. A ampla região intrínseca é a chave: aumenta o volume para absorção de fotões (melhorando a sensibilidade) e reduz a capacitância de junção (permitindo maior velocidade).

11. Tendências da Indústria

A procura por fotodetetores compactos, de alta velocidade e sensíveis continua a crescer. As tendências que influenciam dispositivos como o PD70-01B/TR10 incluem:

• Miniaturização:A pressão por eletrónica de consumo e dispositivos IoT mais pequenos impulsiona a necessidade de sensores ópticos cada vez mais pequenos com desempenho mantido ou melhorado.
• Integração Aumentada:Embora os fotodiodos discretos permaneçam essenciais, há uma tendência para integrar o fotodiodo com um amplificador de transimpedância (TIA) e outros circuitos de condicionamento de sinal num único encapsulamento, simplificando o projeto.
• Expansão das Aplicações NIR:Para além dos comandos remotos tradicionais, a deteção NIR está a expandir-se para áreas como sensoriamento de proximidade, reconhecimento de gestos, análise espectral e monitorização biomédica, todas exigindo fotodetetores fiáveis.
• Padrões de Fiabilidade Reforçados:A conformidade com regulamentações ambientais (RoHS, REACH, Sem Halogéneos) e graus rigorosos de fiabilidade automóvel/industrial está a tornar-se padrão para componentes utilizados em vários mercados.