PD95-21B/TR10 Fotodiyot Veri Sayfası - 1.9mm Yuvarlak SMD Paket - Siyah Lens - 940nm Tepe Duyarlılığı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD95-21B/TR10, yüksek performanslı ışık algılama uygulamaları için tasarlanmış, minyatür bir yüzey montaj (SMD) cihazıdır. Işık enerjisini elektrik akımına dönüştüren temel bir yarı iletken bileşen olan silikon tabanlı bir PIN fotodiyottur. Cihaz, otomatik montaj süreçlerine uygun olan ayırt edici bir "Z-Büküm" bağlantı konfigürasyonuna sahip, kompakt, 1.9mm çapında yuvarlak bir pakette bulunur. Paketin üst kısmı, görüş alanını belirlemeye yardımcı olan ve bir miktar çevresel koruma sağlayan siyah plastik bir lense sahiptir. Temel işlevi, spektral özellikleri özellikle yaygın kızılötesi yayan diyotlarla (IRED) eşleşecek şekilde ayarlanmış olan kızılötesi radyasyonu algılamaktır, bu da onu optoelektronik sistemlerde ideal bir alıcı bileşen yapar.

2. Temel Özellikler ve Uygulamalar

2.1 Temel Avantajlar

Fotodiyot, modern elektronik tasarım için çok önemli olan birkaç performans avantajı sunar:

• Hızlı Tepki Süresi:İçsel (I) bölgesi ile PIN yapısı, hızlı taşıyıcı toplamaya izin verir ve cihazın ışık yoğunluğundaki değişikliklere hızla tepki vermesini sağlar. Bu, veri iletişimi, darbe tespiti ve yüksek hızlı algılama için gereklidir.
• Yüksek Foto Duyarlılık:Düşük seviyeli gelen ışıktan (ışınım) ölçülebilir bir elektrik akımı verimli bir şekilde üreterek, algılama devrelerinde sinyal-gürültü oranını iyileştirir.
• Küçük Kavşak Kapasitansı:Düşük kapasitans, algılama devresinin RC zaman sabitini en aza indirdiği için yüksek bant genişliği ve hızlı tepki süresini korumak için kritik öneme sahiptir.
• Sağlam Üretim Uyumluluğu:Cihaz, standart kızılötesi ve buhar fazı reflow lehimleme işlemlerine dayanacak şekilde tasarlanmıştır, bu da güvenilir PCB montajını kolaylaştırır.
• Çevresel Uyumluluk:Bileşen kurşunsuzdur (Pb içermez), AB'nin REACH düzenlemesine uygundur ve halojensiz gereksinimlerini karşılar (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm), küresel çevresel ve güvenlik standartlarıyla uyumludur.

2.2 Hedef Uygulamalar

Bu fotodiyot, güvenilir kızılötesi algılama gerektiren sistemler için tasarlanmıştır. Tipik uygulama alanları şunları içerir:

• Kızılötesi Uygulamalı Sistemler:Bu, uzaktan kumandalar, yakınlık sensörleri, nesne algılama ve kesintili optik anahtarlar dahil olmak üzere geniş bir yelpazeyi kapsar.
• Fotokopi Makineleri ve Yazıcılar:Kağıt algılama, toner seviyesi algılama ve yansıyan veya iletilen ışığın hassas algılanmasının gerektiği tarama mekanizmalarında kullanılır.
• Otomotiv Sensörleri:Araç içindeki yağmur sensörleri, alacakaranlık sensörleri veya iç mekan doluluk algılama gibi kritik olmayan algılama projeleri için uygundur; burada bir sıcaklık aralığında güvenilirlik önemlidir.

3. Teknik Parametre Analizi

3.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu limitler, kalıcı hasarın meydana gelebileceği stres koşullarını tanımlar. Çalışma her zaman bu sınırlar içinde olmalıdır.

• Ters Gerilim (V_R):32 V. Diyot üzerinde çöküntüye neden olmadan ters öngerilimde uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Çalışma Sıcaklığı (T_opr):-25°C ila +85°C. Cihazın doğru şekilde çalışması için belirtilen ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı (T_stg):-40°C ila +85°C. Çalışma dışı depolama için sıcaklık aralığı.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol):Maksimum 5 saniye için 260°C. Bu, reflow lehimleme sırasındaki tepe sıcaklık toleransını tanımlar.
• Güç Dağılımı (P_d):25°C'de 150 mW. Cihazın güvenle ısı olarak dağıtabileceği maksimum güç.

3.2 Elektro-Optik Karakteristikler (Ta=25°C)

Bu parametreler, cihazın tipik çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar.

• Spektral Bant Genişliği (λ_0.5):730 nm ila 1100 nm. Bu, fotodiyotun duyarlılığının tepe değerinin en az yarısı olduğu dalga boyu aralığıdır. Cihazın yakın kızılötesi spektrum boyunca hassas olduğunu doğrular.
• Tepe Duyarlılık Dalga Boyu (λ_P):940 nm (Tipik). Fotodiyotun en hassas olduğu ışığın dalga boyu. Bu, birçok standart GaAlAs kızılötesi LED'in emisyon tepe noktasıyla mükemmel şekilde uyumludur.
• Kısa Devre Akımı (I_SC):E_e=1 mW/cm², λ=875 nm'de 4 µA (Tipik). Fotodiyot terminalleri kısa devre yapıldığında (sıfır öngerilim voltajı) üretilen akım. Fotok akım üretim verimliliğinin doğrudan bir ölçüsüdür.
• Ters Işık Akımı (I_L):E_e=1 mW/cm², λ=875 nm, V_R=5V'de 4 µA (Tipik). Aydınlatıldığında ters öngerilim altında akan akım. Ters öngerilimde (fotoiletken mod) çalışmak, genellikle sıfır öngerilimli (fotovoltaik mod) çalışmaya göre daha hızlı tepki ve daha doğrusal çıkış sunar.
• Ters Karanlık Akım (I_D):V_R=10V'de 10 nA (Maks). Tam karanlıkta ters öngerilim koşullarında akan küçük sızıntı akımı. Düşük karanlık akım, zayıf ışık sinyallerini algılamak için kritiktir, çünkü cihazın gürültü tabanını temsil eder.
• Ters Çökme Gerilimi (V_BR):32 V (Min), 170 V (Tipik). Ters akımın keskin bir şekilde arttığı gerilim. Cihaz asla bu noktaya yakın çalıştırılmamalıdır.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tek nokta özelliklerinden daha derin bir içgörü sağlayan tipik performans eğrilerine atıfta bulunur.

4.1 Spektral Duyarlılık (Şekil 1)

Bu eğri, fotodiyotun duyarlılığını, gelen ışığın dalga boyunun bir fonksiyonu olarak grafiksel olarak temsil eder. Yaklaşık 940 nm'de tepe yapan ve tepe duyarlılığının yarısında belirtilen 730 nm ve 1100 nm noktalarına doğru azalan çan şeklinde bir eğri gösterecektir. Bu eğri, fotodiyotu belirli bir ışık kaynağıyla eşleştirmek, maksimum sinyal gücünü sağlamak için gereklidir.

4.2 Ters Işık Akımı - Işınım İlişkisi (Şekil 2)

Bu grafik, üretilen fotok akım (I_L) ile gelen ışık güç yoğunluğu (E_e) arasındaki ilişkiyi gösterir. Doğrusal bölgesinde çalışan iyi tasarlanmış bir PIN fotodiyotu için bu ilişki oldukça doğrusal olmalıdır. Bu çizginin eğimi, fotodiyotun duyarlılığını temsil eder (tipik olarak A/W cinsinden). Bu doğrusallık, analog ışık ölçüm uygulamaları için çok önemlidir.

5. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

5.1 Paket Boyutları

Cihaz, 1.9mm çapında yuvarlak bir pakettir. Veri sayfasında, gövde çapı, yükseklik, bağlantı aralığı ve bağlantı boyutları dahil tüm kritik boyutları belirten detaylı mekanik çizimler sağlanmıştır. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsindendir ve standart tolerans ±0.1mm'dir. "Z-Büküm" bağlantı stili, yüzey montajı için kararlı bir ayak izi sağlamak ve mekanik stresi azaltmak için tasarlanmıştır.

5.2 Polarite Tanımlama

Fotodiyot polariteli bir bileşendir. Veri sayfası çizimi, katot ve anot terminallerini açıkça gösterir. Ters öngerilim konfigürasyonunda doğru çalışma için devre kartı montajı sırasında doğru polariteye dikkat edilmelidir.

5.3 Taşıyıcı Bant ve Makara Özellikleri

Otomatik montaj için, bileşenler taşıyıcı bant ve makarada tedarik edilir. Veri sayfası, taşıyıcı bant ceplerinin, makara çapının ve yönlendirmenin boyutlarını içerir. Standart paketleme miktarı makara başına 1000 adettir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

6.1 Depolama ve Nem Hassasiyeti

Fotodiyot nem hassastır. Reflow lehimleme sırasında patlama veya katman ayrılmasını önlemek için önlemler alınmalıdır:

• Açılmamış torbaları ≤30°C ve ≤%90 RH'de depolayın.
• Bileşenleri bir yıl içinde kullanın.
• Açtıktan sonra ≤30°C ve ≤%70 RH'de depolayın.
• Nem bariyer torbasını açtıktan sonra 168 saat (7 gün) içinde kullanın.
• Depolama süresi aşılırsa veya kurutucu nem girişini gösteriyorsa, kullanmadan önce 60±5°C'de 24 saat pişirin.

6.2 Reflow Lehimleme Profili

Kurşunsuz bir reflow lehimleme sıcaklık profili önerilir. Profil, tepe gövde sıcaklığının 5 saniyeden fazla 260°C'yi aşmamasını sağlamak için kontrol edilmelidir. Plastik paket ve yarı iletken çipe termal hasar vermemek için reflow lehimleme iki kereden fazla yapılmamalıdır.

6.3 El Lehimleme ve Yeniden İşleme

El lehimlemesi gerekliyse, aşırı dikkat gereklidir:

• Sıcaklığı 350°C'nin altında ve güç derecesi 25W'ın altında bir lehim havya kullanın.
• Bağlantı başına temas süresini 3 saniye ile sınırlayın.
• Her bağlantıyı lehimledikten sonra en az 2 saniyelik bir soğutma aralığı bırakın.
• Isıtma sırasında bileşen üzerinde mekanik stres oluşturmaktan kaçının.
• Yeniden işleme kesinlikle tavsiye edilmez. Kaçınılmazsa, termal stresi önlemek için her iki bağlantıyı aynı anda ısıtmak üzere özel bir çift başlı lehim havya kullanılmalıdır. Herhangi bir yeniden işleme girişiminden sonra cihazın işlevselliği doğrulanmalıdır.

6.4 Devre Kartı Tasarım Hususları

Lehimlemeden sonra, devre kartı eğilmemeli veya bükülmemelidir, çünkü bu stresi kırılgan yarı iletken çipe veya lehim bağlantılarına aktarabilir ve potansiyel olarak arızaya neden olabilir.

7. Uygulama Tasarım Hususları

7.1 Aşırı Akım Koruması

Kritik bir tasarım notu: Fotodiyotun kendi içinde akım sınırlama özelliği yoktur. Ters öngerilimde çalıştırıldığında, cihaz ışığa maruz kalırsa, voltajdaki küçük bir artış bile büyük, potansiyel olarak yıkıcı bir akım artışına neden olabilir. Bu nedenle, öngerilim devresinde parlak aydınlatma koşullarında maksimum akımı sınırlamak ve yanmayı önlemek için harici bir seri dirençmutlakakullanılmalıdır.

7.2 Öngerilim ve Arayüz Devreleri

Fotodiyot iki temel modda kullanılabilir:

1. Fotoiletken Mod (Ters Öngerilim):Ters öngerilim voltajı uygulamak (örneğin, test koşulundaki gibi 5V), tükenim bölgesini genişletir, kavşak kapasitansını azaltır ve tepki süresini hızlandırır. Bu, yüksek hızlı ve doğrusal uygulamalar için tercih edilen moddur. Çıkış bir akım kaynağıdır, tipik olarak bir transempedans amplifikatörü (TIA) kullanılarak voltaja dönüştürülür.
2. Fotovoltaik Mod (Sıfır Öngerilim):Fotodiyot aydınlatıldığında kendi voltajını üretir, bir güneş pili gibi çalışır. Bu mod çok düşük karanlık akım sunar ancak daha yavaş tepki ve daha az doğrusallığa sahiptir. Basitliğin anahtar olduğu düşük frekanslı ışık ölçümü için uygundur.

7.3 Optik Tasarım

Siyah lens, tanımlanmış bir görüş açısı sağlar. Optimum performans için, sistem tasarımı kızılötesi ışık kaynağı (örneğin, bir LED) ile fotodiyot arasındaki hizalamayı ve spektral aralığı içindeki ortam ışığı girişiminin potansiyel kaynaklarını (örneğin, güneş ışığı, akkor ampuller) dikkate almalıdır. Yüksek ortam ışıklı ortamlarda optik filtreler gerekli olabilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Seçim

PD95-21B/TR10, siyah lensli silikon fotodiyotlar kategorisine aittir. Bir fotodiyot seçerken, mühendisler ana parametreleri uygulama gereksinimleriyle karşılaştırmalıdır: tepki hızı (kapasitans ve öngerilimle ilgili), duyarlılık (I_L), ışık kaynağıyla spektral uyum, paket boyutu ve çevresel sağlamlık. Bu cihazın küçük boyutu, iyi duyarlılığı, hızlı tepkisi ve SMD uyumluluğunun kombinasyonu, onu güvenilirlik ve maliyetin dengelendiği, alan kısıtlı, yüksek hacimli tüketici ve endüstriyel kızılötesi algılama uygulamaları için güçlü bir aday yapar.

9. Çalışma Prensipleri

Bir PIN fotodiyot, üç katmanlı bir yapıya sahip bir yarı iletken cihazdır: P-tipi, İçsel (katkısız) ve N-tipi silikon. Silikon bant aralığından daha büyük enerjiye sahip fotonlar içsel bölgeye çarptığında, elektron-boşluk çiftleri oluştururlar. Ters öngerilimli bir PIN diyotta, geniş içsel bölgedeki elektrik alanı bu taşıyıcıları ilgili terminallerine süpürür ve gelen ışık yoğunluğuyla orantılı bir fotok akım üretir. Geniş içsel bölge performansının anahtarıdır: foton emilimi için büyük bir tükenim alanı oluşturur (duyarlılığı artırır) ve kavşak kapasitansını azaltır (hızı artırır).

10. Sorumluluk Reddi ve Kullanım Notları

Bir veri sayfasında sağlanan bilgiler, üreticinin yayın tarihindeki özelliklerini temsil eder. Tipik performans eğrileri referans içindir ve garanti edilen minimum veya maksimum değerleri temsil etmez. Cihazı Mutlak Maksimum Değerleri içinde çalıştırmak ve belirli son uygulamadaki performansı doğrulamak tasarımcının sorumluluğundadır. Bu ürün genellikle, bileşen üreticisinden açık nitelendirme ve onay olmadan, güvenlik açısından kritik, yaşam destek, askeri veya otomotiv birincil sistemlerde kullanılmak üzere tasarlanmamıştır.