Техническая документация на кремниевый планарный PIN-фотодиод PD70-01B/TR10 - 2.0x1.25x0.7мм - Обратное напряжение 32В - Пиковая чувствительность 940нм

1. Обзор изделия

PD70-01B/TR10 — это кремниевый планарный PIN-фотодиод, предназначенный для высокочувствительного детектирования света в широком спектральном диапазоне. Его ключевые преимущества обусловлены PIN-структурой, которая включает собственную (I) область между слоями полупроводника P-типа и N-типа. Эта собственная область расширяет обеднённый слой, что приводит к нескольким важным преимуществам в производительности, критичным для оптоэлектронных применений.

Ключевые преимущества и целевой рынок:Прибор обеспечивает высокую чувствительность и быстрые времена переключения благодаря пониженной ёмкости перехода и эффективному сбору носителей заряда в PIN-структуре. Низкий темновой ток гарантирует хорошее отношение сигнал/шум. В сочетании с компактными размерами и интегрированным фильтром дневного света (чёрная линза) он идеально подходит для различных применений, включая пульты дистанционного управления бытовой электроникой (телевизоры, бытовая техника), системы инфракрасной передачи звука, копировальные аппараты, датчики лифтов и различные промышленные системы измерения и управления, требующие надёжного оптического детектирования.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Не рекомендуется непрерывная работа прибора на этих пределах.

• Обратное напряжение (V_R):32В. Это максимальное напряжение, которое может быть приложено в обратном смещении к выводам фотодиода.
• Рассеиваемая мощность (P_d):150 мВт при 25°C. Это ограничивает общую электрическую мощность, которую может выдержать прибор, в основном определяемую обратным током утечки и любым фототоком при высокой освещённости.
• Температурные диапазоны:Рабочий: от -25°C до +85°C; Хранения: от -40°C до +85°C. Прибор рассчитан на широкий промышленный температурный диапазон.
• Температура пайки (T_sol):260°C максимум в течение 5 секунд. Это критично для процессов бессвинцовой пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Эти параметры определяют производительность прибора в типичных рабочих условиях.

• Спектральная полоса пропускания (λ_0.5):от 730 нм до 1100 нм. Это определяет диапазон длин волн, где чувствительность фотодиода составляет не менее половины от пикового значения. Он чувствителен от видимого красного света до ближнего инфракрасного (БИК) спектра.
• Длина волны пиковой чувствительности (λ_P):940 нм (типовое). Прибор оптимизирован для максимального отклика в распространённой БИК-области, что соответствует излучению многих ИК-светодиодов.
• Ток короткого замыкания (I_SC):35 мкА (типовое) при облучённости 1 мВт/см² на длине волны 875 нм. Этот параметр измеряется при нулевом напряжении смещения (фотовольтаический режим).
• Обратный световой ток (I_L):25 мкА (типовое) при V_R=5В в тех же условиях 1 мВт/см², 875 нм. Работа в режиме обратного смещения (фотопроводящий режим), как правило, обеспечивает более высокий и быстрый отклик по сравнению с фотовольтаическим режимом.
• Обратный темновой ток (I_D):5 нА (типовое), 30 нА (макс.) при V_R=10В. Это ток утечки в полной темноте. Низкий темновой ток необходим для детектирования слабых световых сигналов.
• Напряжение обратного пробоя (V_BR):170В (типовое), минимум 32В. Это напряжение, при котором обратный ток резко возрастает. Рабочее обратное напряжение в нормальном режиме должно быть значительно ниже этого значения.

3. Анализ характеристических кривых

В технической документации приведены типовые характеристические кривые, которые имеют решающее значение для проектирования.

• Кривая спектральной чувствительности:Этот график показывает относительную чувствительность в зависимости от длины волны. Он подтверждает пик на ~940 нм и определённую полосу пропускания от 730 нм до 1100 нм. Интегрированная чёрная линза действует как фильтр видимого света, ослабляя чувствительность в видимом диапазоне для снижения шума от окружающего освещения (дневного света).
• Зависимость обратного светового тока от облучённости (Ee):Эта кривая иллюстрирует линейную зависимость между генерируемым фототоком (I_L) и плотностью мощности падающего света. Линейность является ключевой особенностью PIN-фотодиодов, что делает их пригодными для применений в измерениях света.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

PD70-01B/TR10 поставляется в очень малом корпусе для поверхностного монтажа. Ключевые размеры (в мм) включают размер корпуса приблизительно 2.0 x 1.25 и высоту 0.7 мм. Катод обычно обозначается маркированным углом или выемкой на корпусе. Предоставлены подробные чертежи с допусками ±0.1 мм для проектирования посадочного места на печатной плате.

4.2 Определение полярности

Чёткая маркировка полярности необходима для правильной установки. На схеме корпуса в документации указаны выводы анода и катода. Неправильное подключение полярности при подаче обратного смещения приведёт к прямому смещению диода, что может вызвать протекание большого тока и повреждение.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение критически важно для надёжности.

5.1 Хранение и чувствительность к влаге

Прибор чувствителен к влаге. Меры предосторожности включают: хранение в оригинальной герметичной упаковке при ≤30°C/90% относительной влажности; использование в течение 1 года с момента отгрузки; после вскрытия хранение при ≤30°C/70% относительной влажности и использование в течение 168 часов (7 дней). При превышении этих условий перед пайкой требуется термообработка (просушка) при 60±5°C в течение 24 часов.

5.2 Условия пайки

• Пайка оплавлением:Рекомендуется температурный профиль для бессвинцовой пайки с пиковой температурой 260°C до 5 секунд. Пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз.
• Ручная пайка:При необходимости используйте паяльник с температурой <350°C и мощностью <25Вт. Время контакта на каждый вывод должно быть <3 секунд, с интервалом >2 секунд между выводами, чтобы избежать термического напряжения.
• Ремонт:Не рекомендуется после пайки. Если это неизбежно, для демонтажа необходимо использовать двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов, чтобы предотвратить механическое напряжение на кристалле полупроводника.

6. Упаковка и информация для заказа

Стандартная упаковка — катушка, содержащая 1000 штук (1000 шт./катушка). Размеры катушки указаны для обработки автоматическим оборудованием для установки компонентов. На этикетке катушки указана критически важная информация, такая как номер детали (P/N), номер партии (LOT No), количество (QTY) и другие коды для отслеживания.

7. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

7.1 Типовые схемы включения

Фотодиод может использоваться в двух основных режимах:

1. Фотовольтаический режим (нулевое смещение):Фотодиод генерирует напряжение/ток при освещении без приложения внешнего смещения. Этот режим обеспечивает очень низкий темновой ток и шум, но имеет более низкую скорость отклика и линейность.
2. Фотопроводящий режим (обратное смещение):Прикладывается внешнее обратное напряжение (например, 5В, как в условии тестирования I_L). Этот режим дополнительно расширяет обеднённую область, уменьшая ёмкость перехода и приводя кзначительно более быстрым временам переключенияи более высокой линейности в более широком диапазоне интенсивности света. Это предпочтительный режим для высокоскоростного детектирования, такого как приёмники ИК-пультов дистанционного управления.

7.2 Критически важные меры предосторожности при проектировании

• Ограничение/защита тока:При работе в схеме ОБЯЗАТЕЛЬНО должен использоваться последовательный резистор для ограничения тока. Как указано в мерах предосторожности, "небольшое изменение напряжения вызовет большое изменение тока (произойдёт перегорание)". Это связано с тем, что фотодиод под обратным смещением, если он подвергается воздействию очень высокой интенсивности света или если по ошибке подано прямое смещение, может проводить чрезмерный ток.
• Разводка печатной платы:Сведите к минимуму паразитную ёмкость и индуктивность в проводниках, соединяющих фотодиод с усилителем или компаратором. Это жизненно важно для сохранения высокоскоростных характеристик.
• Подавление фоновой засветки:Встроенная чёрная линза помогает, но для достижения наилучших характеристик при фоновом освещении могут потребоваться оптическая фильтрация (дополнительный ИК-пропускающий фильтр) и электрическая фильтрация (синхронное детектирование).

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

PD70-01B/TR10 выделяется сочетанием характеристик в компактном SMD-корпусе:

• По сравнению со стандартными фотодиодами:PIN-структура обеспечивает меньшую ёмкость и более быстрый отклик по сравнению со стандартными PN-фотодиодами.
• По сравнению с более крупными PIN-диодами:Его крошечные размеры 2.0x1.25 мм позволяют реализовывать высокоплотные компоновки печатных плат в условиях ограниченного пространства.
• Интегрированный фильтр:Наличие фильтра дневного света (чёрная эпоксидная смола) упрощает конструкцию, снижая необходимость во внешнем фильтре для блокировки шума видимого света.
• Надёжные параметры:Широкий рабочий температурный диапазон (-25°C до +85°C) и высокое типовое напряжение пробоя (170В) обеспечивают запас по проектированию и надёжность.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Для чего нужен "фильтр дневного света"?

О: Материал чёрной линзы ослабляет свет в видимом спектре (примерно 400-700 нм), пропуская ближний инфракрасный свет (700-1100 нм). Это снижает помехи от окружающего внутреннего освещения (люминесцентного, светодиодного, ламп накаливания), которое содержит видимый свет, улучшая отношение сигнал/шум для систем на основе ИК-излучения.

В: В каком режиме следует использовать этот фотодиод для приёмника ИК-пульта: фотовольтаическом или фотопроводящем?

О: Для применений в ИК-пультах дистанционного управления, требующих детектирования быстрых импульсов (обычно несущая 38-56 кГц),фотопроводящий режим (обратное смещение)является обязательным. Уменьшенная ёмкость в этом режиме позволяет прибору реагировать на высокочастотную модуляцию.

В: Как рассчитать значение необходимого последовательного резистора?

О: Резистор ограничивает максимальный ток. Если приложено обратное смещение V_R, а максимальный ожидаемый фототок составляет I_max, можно установить простой последовательный резистор R. Падение напряжения на нём не должно значительно снижать смещение на диоде. Например, при V_R= 5В и I_max~ 50мкА, резистор 10кОм создаст падение всего 0.5В, оставляя 4.5В на диоде. Резистор также помогает защитить от случайного прямого смещения.

10. Принцип работы

PIN-фотодиод работает на принципе внутреннего фотоэлектрического эффекта. Фотоны с энергией большей, чем ширина запрещённой зоны полупроводника, поглощаются в собственной области, создавая пары электрон-дырка. Сильное электрическое поле, присутствующее в обеднённой области под обратным смещением (которая расширена собственным слоем), быстро разделяет эти носители, заставляя их дрейфовать к соответствующим выводам. Это движение заряда составляет фототок, пропорциональный интенсивности падающего света. Широкая собственная область является ключевой: она увеличивает объём для поглощения фотонов (повышая чувствительность) и уменьшает ёмкость перехода (обеспечивая более высокую скорость).

11. Тенденции отрасли

Спрос на компактные, высокоскоростные и чувствительные фотодетекторы продолжает расти. Тенденции, влияющие на такие приборы, как PD70-01B/TR10, включают:

• Миниатюризация:Стремление к уменьшению размеров потребительской электроники и устройств Интернета вещей стимулирует потребность во всё более миниатюрных оптических датчиках с сохранённой или улучшенной производительностью.
• Повышенная интеграция:Хотя дискретные фотодиоды остаются важными, наблюдается тенденция к интеграции фотодиода с усилителем тока в напряжение (TIA) и другими схемами обработки сигнала в единый корпус, что упрощает проектирование.
• Расширение применений БИК-технологий:Помимо традиционных пультов дистанционного управления, БИК-сенсорика расширяется в такие области, как датчики приближения, распознавание жестов, спектральный анализ и биомедицинский мониторинг, все из которых требуют надёжных фотодетекторов.
• Повышенные стандарты надёжности:Соответствие экологическим нормам (RoHS, REACH, бесгалогенные) и строгим стандартам надёжности для автомобильной/промышленной электроники становится стандартом для компонентов, используемых на различных рынках.