PD15-22B/TR8 Silikon PIN Fotodiyot Veri Sayfası - 3.5x4.0x1.65mm Paket - 32V Ters Gerilim - Siyah Lens - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD15-22B/TR8, hızlı optik algılama gerektiren uygulamalar için tasarlanmış, yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli bir silikon PIN fotodiyottur. Siyah plastik kalıp ve siyah lensli, minyatür, düz üst yüzey montaj (SMD) paketinde bulunur. Cihaz, görünür ve yakın kızılötesi ışık kaynaklarına spektral olarak uyumludur ve bu da onu çeşitli algılama uygulamaları için uygun kılar.

Bu bileşenin temel avantajları, ışık yoğunluğundaki hızlı değişiklikleri algılamasını sağlayan hızlı tepki süresi ve düşük ışık koşullarında bile güvenilir çalışmaya izin veren yüksek foto-hassasiyetidir. Küçük eklem kapasitansı, yüksek hızlı performansına katkıda bulunur. Ürün, çevre standartlarına uygun olup kurşunsuz (Pb-free), RoHS uyumlu, AB REACH uyumlu ve halojensizdir (Brom <900 ppm, Klor <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, belirtilen limitler dahilinde güvenilir bir şekilde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu Mutlak Maksimum Değerlerin aşılması kalıcı hasara neden olabilir.

• Ters Gerilim (VR):32 V. Bu, çökümeye neden olmadan ters kutuplama durumunda uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
• Çalışma Sıcaklığı (Topr):-40°C ila +85°C. Bu, cihazın normal çalışması için ortam sıcaklığı aralığını tanımlar.
• Depolama Sıcaklığı (Tstg):-40°C ila +100°C. Cihaz çalışmıyorken bu aralıkta depolanabilir.
• Lehimleme Sıcaklığı (Tsol):Maksimum 5 saniye için 260°C. Bu, reflow lehimleme işlemleri için kritiktir.
• Güç Dağılımı (Pc):150 mW. Cihazın güvenle dağıtabileceği maksimum güçtür.
• ESD HMB Seviyesi:Minimum 2000V. İnsan Vücut Modeli kullanılarak cihazın elektrostatik deşarja karşı dayanıklılığını gösterir.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler Ta=25°C'de ölçülür ve fotodiyotun temel performansını tanımlar.

• Spektral Bant Genişliği (λ):730 nm ila 1100 nm (tepe hassasiyetin %10'unda). Cihaz bu dalga boyu aralığındaki ışığa tepki verir ve tepe hassasiyeti yakın kızılötesindedir.
• Tepe Hassasiyet Dalga Boyu (λP):Tipik olarak 940 nm. Fotodiyotun en hassas olduğu dalga boyudur.
• Açık Devre Gerilimi (VOC):λP=940nm'de 5 mW/cm² ışınım (Ee) altında tipik olarak 0.41 V. Bu, terminaller açıkken üretilen gerilimdir.
• Kısa Devre Akımı (ISC):λP=875nm'de Ee=1 mW/cm² altında minimum 4.0 μA, tipik 6.5 μA. Bu, terminaller kısa devre yapıldığında üretilen akımdır.
• Ters Işık Akımı (IL):λP=875nm'de Ee=1 mW/cm² ve VR=5V altında minimum 4.2 μA, tipik 6.5 μA. Bu, diyot ters kutuplandığında üretilen fotoakımdır ve yüksek hızlı uygulamalar için tipik çalışma modudur.
• Karanlık Ters Akım (ID):VR=10V'da tam karanlıkta maksimum 10 nA. Bu, hiç ışık yokken bile akan küçük sızıntı akımıdır.
• Ters Çökme Gerilimi (BVR):Karanlıkta 100 μA ters akım (IR) ölçümünde minimum 32 V, tipik 170 V.
• Yükselme/Düşme Süresi (tr, tf):VR=5V ve RL=1000 Ω altında tipik olarak her biri 10 ns. Bu, fotodiyotun anahtarlama hızını tanımlar.
• Görüş Açısı (2θ1/2):VR=5V'da tipik olarak 130 derece. Bu, ışık algılama için geniş bir görüş alanı olduğunu gösterir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tasarım mühendisleri için temel olan birkaç karakteristik eğri sağlar.

3.1 Spektral Hassasiyet

Spektral tepki eğrisi, fotodiyotun farklı dalga boylarındaki bağıl hassasiyetini gösterir. Tepe hassasiyetinin yaklaşık 940 nm civarında olduğunu ve 730 nm'den 1100 nm'ye kadar kullanışlı bir tepki verdiğini doğrular. Bu, onu uzaktan kumandalar, yakınlık sensörleri ve veri iletişim bağlantılarında yaygın olarak kullanılan 850nm veya 940nm dalga boylu kızılötesi yayıcılar için ideal bir eşleşme yapar.

3.2 Karanlık Akım - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Bu eğri, karanlık akımın (ID) artan ortam sıcaklığıyla üstel olarak nasıl arttığını gösterir. 25°C'de 10 nA'nın altındadır, ancak daha yüksek sıcaklıklarda (örneğin, 85°C) önemli ölçüde yükselebilir. Tasarımcılar, yüksek sıcaklık uygulamalarında veya çok düşük ışık seviyelerinin algılanması gerektiğinde bu artan gürültü tabanını hesaba katmalıdır.

3.3 Ters Işık Akımı - Işınım Şiddeti İlişkisi

Bu grafik, ters ışık akımı (IL) ile gelen ışık ışınımı (Ee) arasındaki doğrusal ilişkiyi gösterir. Fotodiyot iyi bir doğrusallık sergiler, yani çıkış akımı çalışma aralığı boyunca ışık yoğunluğuyla doğru orantılıdır. Bu, doğru yoğunluk ölçümünün gerekli olduğu analog ışık algılama uygulamaları için çok önemlidir.

3.4 Terminal Kapasitansı - Ters Gerilim İlişkisi

Eklem kapasitansı, ters öngerilim voltajı (VR) arttıkça azalır. Düşük bir kapasitans, devrenin RC zaman sabitini azalttığı için yüksek hızlı çalışma için arzu edilir. Eğri, daha yüksek bir ters öngerilim uygulamanın (örneğin, 5V yerine 10V) kapasitansı önemli ölçüde azaltabileceğini, böylece bant genişliğini ve tepki süresini iyileştirebileceğini gösterir.

3.5 Tepki Süresi - Yük Direnci İlişkisi

Bu eğri, tepki hızı ile sinyal genliği arasındaki dengeyi gösterir. Yükselme/düşme süresi, daha yüksek yük direnci (RL) ile artar. En hızlı tepki için düşük değerli bir yük direnci (örneğin, 50 Ω) kullanılmalıdır, ancak bu daha küçük bir voltaj sinyali üretecektir. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için genellikle bir transempedans amplifikatörü kullanılır, bu da hem yüksek hız hem de iyi sinyal kazancı sağlar.

3.6 Bağıl Işık Akımı - Açısal Yer Değiştirme İlişkisi

Bu çizim, fotodiyotun açısal hassasiyetini karakterize eder. Geniş 130 derecelik görüş açısı doğrulanır ve merkez eksenden önemli açılarda gelen ışık için bile algılanan sinyalin nispeten yüksek kaldığını gösterir. Bu, hizalamanın mükemmel olmadığı veya geniş bir algılama alanının gerekli olduğu uygulamalar için faydalıdır.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

PD15-22B/TR8 kompakt bir SMD paketinde gelir. Ana boyutlar aşağıdaki gibidir (hepsi mm cinsinden, belirtilmedikçe toleranslar ±0.1mm):

• Toplam Uzunluk: 4.0 mm
• Toplam Genişlik: 3.5 mm
• Toplam Yükseklik: 1.65 mm (tipik, oturma düzleminden lensin üstüne)
• Bacak Genişliği: 1.55 mm ±0.05 mm
• Bacak Aralığı: 2.95 mm
• PCB düzeni için terminal pad deseni önerileri sağlanmıştır.

Anot ve katot, paket çiziminde açıkça işaretlenmiştir. Pin 1 katottur.

4.2 Taşıyıcı Bant ve Makara Boyutları

Cihaz, otomatik montaj için bant ve makara üzerinde tedarik edilir. Makara 2000 adet içerir. Standart pick-and-place ekipmanıyla uyumluluğu sağlamak için taşıyıcı bandın cepleri ve makaranın detaylı boyutları sağlanmıştır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

5.1 Depolama ve Nem Hassasiyeti

Fotodiyot nem hassastır. Depolama ve taşıma sırasında hasarı önlemek için önlemler alınmalıdır.

• Kullanıma hazır olana kadar nem geçirmez torbayı açmayın.
• Açmadan önce ≤30°C ve ≤%90 RH'de depolayın.
• Sevkiyattan itibaren bir yıl içinde kullanın.
• Açtıktan sonra ≤30°C ve ≤%60 RH'de depolayın.
• Torbayı açtıktan sonra 168 saat (7 gün) içinde kullanın.
• Depolama süresi aşılırsa veya nem alıcı nemi gösteriyorsa, kullanmadan önce en az 24 saat 60 ±5°C'de kurutun.

5.2 Reflow Lehimleme Profili

Önerilen kurşunsuz reflow lehimleme sıcaklık profili sağlanmıştır. Ana parametreler şunlardır:

• Ön ısıtma ve ıslatma bölgesi.
• Tepe sıcaklığı 260°C'yi geçmemelidir.
• 240°C üzerindeki süre kontrol edilmelidir.
• Reflow lehimleme ikiden fazla yapılmamalıdır.
• Isıtma sırasında bileşen üzerinde mekanik stres oluşturmaktan kaçının.
• Lehimlemeden sonra PCB'yi bükmeyin.

5.3 El Lehimleme ve Tamir

El lehimlemesi gerekliyse:

• Uç sıcaklığı <350°C olan bir lehim havya kullanın.
• Her terminal için temas süresini ≤3 saniye ile sınırlayın.
• Güç derecesi <25W olan bir havya kullanın.
• Her terminali lehimledikten sonra >2 saniyelik bir soğuma aralığı bırakın.
• Lehimlemeden sonra tamir önerilmez. Kaçınılmazsa, her iki terminali aynı anda ısıtmak ve termal stresi en aza indirmek için çift uçlu bir lehim havya kullanın. Herhangi bir tamirden sonra cihaz işlevselliğini doğrulayın.

6. Uygulama Notları ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulamalar

• Yüksek Hızlı Foto Dedektör:10 ns tepki süresi nedeniyle optik veri bağlantıları, kodlayıcılar ve lazer algılama için uygundur.
• Fotokopi Makineleri ve Tarayıcılar:Belge varlığını algılama, kenar algılama ve toner yoğunluğu algılama için kullanılır.
• Oyun Makineleri ve Tüketici Elektroniği:Yakınlık algılama, hareket tanıma ve IR uzaktan kumanda alıcılarında kullanılır.

6.2 Kritik Tasarım Hususları

• Akım Sınırlama/Koruma:Veri sayfası açıkça uyarır: koruma için HARİCİ bir seri direnç KULLANILMALIDIR. Hafif bir voltaj kayması büyük bir akım değişikliğine neden olabilir ve potansiyel olarak yanmaya yol açabilir. Bu direnç, diyot üzerinden akan akımı sınırlar.
• Hız için Öngerilim:Optimal yüksek hızlı performans için fotodiyotu ters öngerilim modunda (fotoiletken mod) çalıştırın. Daha yüksek bir ters gerilim (maksimum değere kadar), karakteristik eğrilerde gösterildiği gibi eklem kapasitansını azaltacak ve tepki süresini iyileştirecektir.
• Devre Topolojisi:Fotoakımı voltaja dönüştürmek için bir transempedans amplifikatörü (TIA) kullanmayı düşünün. Bu yapılandırma, düşük giriş empedansı (fotodiyot voltajını sabit tutarak, kapasitans modülasyonunu en aza indirir), yüksek bant genişliği ve kontrol edilebilir kazanç sağlar. Geri besleme direnci ve amplifikatör bant genişliği seçimi, genel sistem performansını belirleyecektir.
• Optik Tasarım:Siyah lens, saçılan ışığa hassasiyeti azaltmaya yardımcı olur. Optik yolun temiz ve engelsiz olduğundan emin olun. Geniş 130 derecelik görüş açısı, mekanik hizalamada esneklik sunar.
• Termal Yönetim:Özellikle yüksek doğruluk veya yüksek sıcaklık uygulamalarında, karanlık akımın sıcaklıkla artışını hesaba katın. Sıcaklık kompanzasyon devreleri gerekli olabilir.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

Standart paketleme prosedürü, makaraları bir nem alıcı ve uygun etiketlerle birlikte alüminyum nem geçirmez bir torbaya yerleştirmeyi içerir. Etiket, Müşteri Parça Numarası (CPN), Üretim Numarası (P/N), Miktar (QTY), Sınıflar (CAT), Tepe Dalga Boyu (HUE), Referans (REF), Parti Numarası (LOT No.) ve Üretim Yeri alanlarını içerir.

Cihaz seçim kılavuzu, PD15-22B/TR8 modelinin Silikon çip kullandığını ve Siyah lense sahip olduğunu doğrular.

8. Teknik Karşılaştırma ve Konumlandırma

PD15-22B/TR8, standart bir SMD paketinde genel amaçlı, yüksek hızlı bir silikon PIN fotodiyot olarak konumlanır. Temel farklılaştırıcıları, hız (10 ns), hassasiyet, geniş görüş açısı ve sağlam çevresel uyumluluğunun (RoHS, Halojensiz) dengeli bir kombinasyonudur. Daha yavaş fotodiyotlara veya fototransistörlere kıyasla, darbe ışığı algılama için üstün performans sunar. Daha özelleşmiş, ultra yüksek hızlı fotodiyotlara kıyasla, nanosaniye aralığında tepki süreleri gerektiren ana akım uygulamalar için uygun maliyetli bir çözüm sağlar. Siyah lens, ortam ışığının olduğu ortamlarda şeffaf lensli versiyonlara göre bir avantajdır, çünkü istenmeyen sinyalleri bastırmaya yardımcı olur.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Kısa Devre Akımı (ISC) ile Ters Işık Akımı (IL) arasındaki fark nedir?

C: ISC, diyot üzerinde sıfır voltajla (kısa devre durumu) ölçülür. IL, uygulanan bir ters öngerilim voltajıyla (örneğin, 5V) ölçülür. IL tipik olarak devre tasarımında kullanılan parametredir çünkü fotodiyotlar genellikle doğrusallık ve hız için ters öngerilimde çalıştırılır.

S: Neden bir seri direnç zorunludur?

C: Bir fotodiyotun I-V karakteristiği ileri yönde çok diktir. İleri voltajda küçük bir artış, çok büyük, potansiyel olarak yıkıcı bir akımın akmasına neden olabilir. Seri direnç bu akımı güvenli bir değerle sınırlar.

S: Çalışma ters gerilimini nasıl seçerim?

C: Bu bir denge meselesidir. Daha yüksek bir ters gerilim (örneğin, 10-20V) daha hızlı tepki için kapasitansı azaltır ancak karanlık akımı hafifçe artırır ve daha fazla güç tüketir. Daha düşük bir voltaj (örneğin, 5V) birçok uygulama için yeterlidir ve karanlık akımı minimumda tutar. Kapasitans - gerilim eğrisine bakın.

S: Bu fotodiyot görünür ışığı algılayabilir mi?

C: Evet, spektral aralığı 730 nm'de başlar, bu görünür spektrumun koyu kırmızı kısmındadır. Ancak, tepe hassasiyeti yakın kızılötesindedir (940 nm), bu nedenle görünür ışığa (özellikle mavi ve yeşil) duyarlılığı IR ışığına göre daha düşük olacaktır.

10. Çalışma Prensibi

Bir PIN fotodiyot, ışığı elektrik akımına dönüştüren bir yarı iletken cihazdır. Bir P-tipi ve bir N-tipi yarı iletken bölge arasına sıkıştırılmış geniş, hafif katkılı bir içsel (I) bölgeden oluşur (P-I-N yapısını oluşturur). Yeterli enerjiye sahip fotonlar içsel bölgeye çarptığında, elektron-boşluk çiftleri oluştururlar. Bir iç elektrik alanının etkisi altında (genellikle harici bir ters öngerilim voltajıyla güçlendirilir), bu yük taşıyıcıları ayrılır ve gelen ışık yoğunluğuyla orantılı bir fotoakım üretir. Geniş içsel bölge, standart bir PN fotodiyotuna kıyasla daha yüksek kuantum verimliliğine (daha fazla ışık emilimi) ve daha düşük eklem kapasitansına izin verir, bu da doğrudan daha yüksek hassasiyet ve daha hızlı tepki sürelerine dönüşür.

11. Endüstri Trendleri

PD15-22B/TR8 gibi fotodiyotlara olan talep, birkaç devam eden trend tarafından yönlendirilmektedir. Nesnelerin İnterneti (IoT) ve akıllı cihazların yaygınlaşması, ortam ışığı sensörleri, yakınlık sensörleri ve basit optik iletişim bağlantılarına olan ihtiyacı artırmaktadır. Endüstriyel ve tüketici sektörlerindeki otomasyon, optik kodlayıcılara ve nesne algılama sensörlerine dayanır. Minyatürleştirme için sürekli bir baskı vardır, bu da daha küçük SMD paketlerine yol açar; ve daha yüksek entegrasyon için, fotodiyotların tek modüllerde amplifikasyon ve sinyal işleme devreleriyle birleştirilmesine yol açar. Ayrıca, enerji verimliliği ve çevresel sorumluluk vurgusu, RoHS ve halojensiz üretim gibi standartlara uyumluluğu, küresel pazarlarda kullanılan bileşenler için temel bir gereklilik haline getirmektedir.