1.8mm Yuvarlak Subminiature Silikon PIN Fotodiyot PD42-21B/TR8 Veri Sayfası - Çap 1.8mm - Siyah Lens - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD42-21B/TR8, kızılötesi algılama uygulamaları için tasarlanmış, yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli bir silikon PIN fotodiyottur. Siyah plastik kalıplı, minyatür 1.8mm çapında küresel üstten görünümlü lensli yüzey montaj (SMD) paketinde bulunan bu bileşen, spektral olarak yaygın kızılötesi yayan diyotlarla eşleşecek şekilde optimize edilmiştir. Temel işlevi, özellikle kızılötesi spektrumdaki gelen ışığı elektrik akımına dönüştürmektir.

Cihazın temel avantajları, hızlı tepki süresi, yüksek foto-hassasiyeti ve küçük eklem kapasitansından kaynaklanır; bu da onu hızlı ve güvenilir ışık algılama gerektiren uygulamalar için uygun kılar. Otomatik montaj süreçleriyle uyumlu, kurşunsuz (Pb-free), RoHS uyumlu, AB REACH uyumlu ve halojensiz olarak modern çevre standartlarına uygun şekilde şerit ve makara formatında tedarik edilir.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garantisi verilmez.

• Ters Gerilim (VR):32 V - Fotodiyot terminallerine ters öngerilim olarak uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Çalışma Sıcaklığı (Topr):-25°C ila +85°C - Cihazın normal çalışması için ortam sıcaklık aralığı.
• Depolama Sıcaklığı (Tstg):-40°C ila +85°C - Çalışma dışı depolama için sıcaklık aralığı.
• Lehimleme Sıcaklığı (Tsol):Maksimum 5 saniye için 260°C - Reflow lehimleme sırasındaki tepe sıcaklık limiti.
• Güç Dağılımı (Pd):25°C'de 150 mW - Cihazın dağıtabileceği maksimum güç.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

25°C'de ölçülen bu parametreler, fotodiyotun belirtilen test koşulları altındaki performansını tanımlar.

• Spektral Bant Genişliği (λ0.5):730 nm ila 1100 nm - Fotodiyotun duyarlılığının tepe değerinin en az yarısı olduğu dalga boyu aralığı. Bu, onun hassasiyet penceresini tanımlar.
• Tepe Hassasiyet Dalga Boyu (λP):940 nm (Tipik) - Fotodiyotun en hassas olduğu ışık dalga boyu. Bu, onu yaygın 940nm IR LED'lerle uyumlu hale getirir.
• Açık Devre Gerilimi (VOC):Ee=5 mW/cm², λP=940nm'de 0.42 V (Tipik) - Fotodiyot terminalleri arasında, hiçbir akım çekilmediğinde (açık devre) aydınlatma altında üretilen gerilim.
• Kısa Devre Akımı (ISC):Ee=1 mW/cm², λP=875nm'de 4.0 μA (Tipik) - Terminalleri kısa devre yapıldığında ve aydınlatma altında fotodiyottan akan akım.
• Ters Işık Akımı (IL):Ee=1 mW/cm², λP=875nm, VR=5V'de 4.0 μA (Tipik) - Cihaz ters öngerilimliyken üretilen fotoakım. Bu, çoğu algılama devresi için birincil çalışma parametresidir.
• Karanlık Akım (ID):VR=10V'de 10 nA (Maks) - Cihaz tamamen karanlıktayken akan küçük ters kaçak akım. Daha düşük değerler daha iyi sinyal-gürültü oranını gösterir.
• Ters Çökme Gerilimi (VBR):IR=100μA'de 32 V (Min), 170 V (Tip) - Ters akımın keskin bir şekilde arttığı gerilim. Bu gerilime yakın veya üzerinde çalışmak hasara neden olabilir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tek nokta özelliklerinin ötesinde cihaz davranışına görsel bir bakış sağlayan tipik karakteristik eğrileri içerir.

3.1 Spektral Hassasiyet (Şekil 1)

Bu eğri, fotodiyotun bağıl duyarlılığını gelen ışığın dalga boyuna karşı çizer. Spektral bant genişliğini ve 940nm'deki tepe hassasiyetini grafiksel olarak doğrular. Eğri, hassasiyetin yaklaşık 700nm'den keskin bir şekilde yükseldiğini, 940nm'de zirve yaptığını ve ardından 1100nm'ye doğru kademeli olarak düştüğünü gösterir. Bu şekil, silikon tabanlı fotodedektörlerin karakteristiğidir.

3.2 Ters Işık Akımı - Işınım İlişkisi (Şekil 2)

Bu grafik, üretilen fotoakım (IL) ile gelen ışık güç yoğunluğu (Ee) arasındaki ilişkiyi gösterir. Fotokondüktif modda (ters öngerilimli) çalışan bir PIN fotodiyotu için bu ilişki genellikle geniş bir aralıkta doğrusaldır. Bu doğrusallık, çıkış sinyalinin ışık şiddetiyle doğru orantılı olması gereken analog ışık algılama uygulamaları için çok önemlidir.

4. Mekanik ve Paket Bilgisi

4.1 Paket Boyutları

PD42-21B/TR8, 1.8mm gövde çapına sahip yuvarlak bir subminiature cihazdır. Detaylı mekanik çizim, toplam yükseklik, lens şekli, bacak aralığı ve pad önerileri dahil tüm kritik boyutları sağlar. Önerilen pad düzeni referans içindir; tasarımcılar kendi spesifik PCB tasarım kurallarına ve termal/mekanik gereksinimlerine göre ayarlamalıdır. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutsal toleranslar tipik olarak ±0.1mm'dir.

4.2 Polarite Tanımlama

Cihazın iki terminali vardır. Ters öngerilimli bir devrede doğru çalışma için doğru polarite bağlantısı esastır. Veri sayfası çizimi katodu ve anodu gösterir. Tipik olarak, daha uzun bacak veya paket üzerindeki belirli bir işaret katodu belirtir. Katodu daha pozitif bir gerilime bağlamak (ters öngerilimde) standart çalışma koşuludur.

4.3 Paketleme Spesifikasyonu

Bileşen, 7 inç çapında makaralar üzerinde kabartmalı taşıyıcı şeritte tedarik edilir. Şerit boyutları (cep boyutu, aralık vb.), standart SMD pick-and-place ekipmanıyla uyumluluğu sağlamak için belirtilmiştir. Her makara, orta hacimli üretim için yaygın bir miktar olan 1000 adet içerir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

5.1 Reflow Lehimleme Profili

Cihaz, kurşunsuz (Pb-free) reflow lehimleme işlemlerine uygundur. Maksimum tepe sıcaklığı 260°C'yi geçmemeli ve 260°C üzerindeki süre sınırlandırılmalıdır. Plastik paket ve iç die yapıştırmasına termal stres hasarını önlemek için reflow döngülerinin toplam sayısı ikiyi geçmemelidir.

5.2 El Lehimlemesi

Manuel lehimleme gerekliyse, aşırı dikkat gösterilmelidir. Lehim havya ucu sıcaklığı 350°C'nin altında olmalı ve her bacak için temas süresi 3 saniye veya daha az ile sınırlandırılmalıdır. Düşük güçlü bir havya (≤25W) önerilir. Her terminali lehimlerken, yerel aşırı ısınmayı önlemek için bir soğuma aralığı bırakılmalıdır.

5.3 Yeniden İşleme ve Onarım

İlk lehimlemeden sonra yeniden işleme kesinlikle tavsiye edilmez. Kaçınılmazsa, aşırı mekanik stres uygulamadan güvenli bir şekilde çıkarmak için her iki terminali aynı anda ısıtacak özel bir çift uçlu lehim havya kullanılmalıdır. Yeniden işlemenin cihaz performansı üzerindeki potansiyel etkisi önceden değerlendirilmelidir.

6. Depolama ve Kullanım Önlemleri

• Nem Hassasiyeti:Cihaz nem hassastır. Kullanıma hazır olana kadar torba açılmamalıdır. Ön koşullandırma depolaması ≤30°C ve ≤%90 RH olmalıdır.
• Kullanım Ömrü (Açıldıktan Sonra):Nem bariyerli torba açıldıktan sonra, ≤30°C ve ≤%60 RH'de depolanırsa bileşenler 168 saat (7 gün) içinde kullanılmalıdır.
• Kurutma (Baking):Depolama süresi aşılırsa veya nem alıcı yüksek nemi gösteriyorsa, emilen nemi gidermek ve reflow sırasında "patlamayı" önlemek için 60±5°C'de 24 saatlik bir kurutma işlemi gereklidir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Devreleri

Birincil uygulama, yüksek hızlı bir fotodedektör olarak kullanımdır. Tipik bir devrede, fotodiyot maksimum değerinin altında bir gerilimle (örneğin, test koşulundaki gibi 5V) ters öngerilimlenir. Fotoakım (IL) bir yük direncinden (RL) akar. Işık şiddetiyle orantılı olan RL üzerindeki gerilim düşümü, daha sonra bir transempedans amplifikatörü (TIA) veya gerilim amplifikatörü tarafından yükseltilir. Hızlı tepki süresi, onu darbe ışık algılama ve veri iletişimi için uygun kılar.

7.2 Tasarım Hususları

• Öngerilim Gerilimi:Optimum hız ve doğrusallık için bir ters öngerilim gerilimi (örneğin, 5V) önerilir. Daha yüksek öngerilim, eklem kapasitansını daha da azaltarak bant genişliğini artırabilir, ancak VBR'nin altında kalmalıdır._R.
• Akım Sınırlama/Koruma:Önlemlerde belirtildiği gibi, fotodiyotun kendisi akımı sınırlamaz. Yüksek şiddetli ışığa maruz kalabileceği veya yanlış bağlanabileceği devrelerde, ekleme zarar verebilecek aşırı akımı önlemek için bir seri direnç gerekli olabilir.
• Optik Tasarım:Siyah lens, saçılan ışık hassasiyetini azaltmaya yardımcı olur. Optimum performans için, fotodiyot bir IR kaynağıyla (850nm veya 940nm LED gibi) ve istenmeyen ortam ışığını, özellikle bir dereceye kadar algılayabildiği görünür ışığı engellemek için potansiyel bir optik filtreyle eşleştirilmelidir.

7.3 Uygulama Senaryoları

• Yüksek Hızlı Foto Algılama:Hızlı açık/kapalı ışık geçişlerinin algılanması gereken ışık bariyer sistemleri, nesne sayma ve enkoderler için uygundur.
• Fotokopi Makineleri ve Tarayıcılar:Belge varlığını, kağıt sıkışmasını algılamak için bir sensör olarak veya temaslı görüntü sensörlerinde (CIS) görüntü algılama dizisinin bir parçası olarak kullanılabilir.
• Oyun Makineleri ve Tüketici Elektroniği:IR uzaktan kumanda alıcılarında, yakınlık sensörlerinde ve hareket tanıma sistemlerinde kullanılır.
• Kızılötesi Uygulamalı Sistemler:Veri iletimi, mesafe ölçümü (time-of-flight) veya basit varlık algılama için modüle edilmiş veya darbeli kızılötesi ışık kullanan herhangi bir sistem.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart PN fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, PIN yapısı temel avantajlar sunar: daha geniş bir tükenim bölgesi ("I" veya intrinsik katman) sonucundadaha düşük eklem kapasitansı(daha hızlı tepki sağlar) ve daha düşük ters öngerilim gerilimlerinde verimli çalışmasına olanak tanır. Küçük 1.8mm paket, alan kısıtlı tasarımlar için idealdir. Siyah lens, şeffaf lensli çeşitlere kıyasla bir dereceye kadar yerleşik görünür ışık bastırma sağlar, bu da IR-spesifik uygulamalarda faydalıdır.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Kısa devre akımı (ISC) ile ters ışık akımı (IL) arasındaki fark nedir?_SCC: ISC, diyot üzerindeki gerilim sıfırken (fotovoltaik mod) ölçülür. IL, uygulanan bir ters öngerilimle (fotokondüktif mod) ölçülür. IL tipik olarak devre tasarımında kullanılan parametredir çünkü daha kararlı ve doğrusaldır ve ters öngerilim tepkiyi hızlandırır._LS: Karanlık akım neden önemlidir?

A: Karanlık akım, fotodiyotun gürültü tabanıdır. Düşük ışık uygulamalarında, yüksek bir karanlık akım küçük fotoakım sinyalini maskeleyebilir, hassasiyeti ve sinyal-gürültü oranını azaltır. Maksimum 10 nA spesifikasyonu bir silikon fotodiyot için oldukça düşüktür._SCS: Bunu görünür bir ışık kaynağıyla kullanabilir miyim?_LA: Evet, ancak azaltılmış verimlilikle. Spektral tepki eğrisi, ~730nm'den itibaren hassas olduğunu gösterir, bu nedenle kırmızı ve yakın kızılötesi ışığı iyi algılayacaktır. Görünür ışıkla (örneğin, mavi veya yeşil) optimum performans için, farklı bir spektral tepeye sahip bir fotodiyot daha uygun olacaktır._L10. Çalışma Prensipleri

Bir PIN fotodiyot, bir p-tipi bölge, bir intrinsik (katkısız) bölge ve bir n-tipi bölgeden oluşan bir yarı iletken cihazdır. Ters öngerilim uygulandığında, esas olarak intrinsik katman boyunca geniş bir tükenim bölgesi oluşur. Yarı iletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip gelen fotonlar emilir, elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Tükenim bölgesindeki güçlü elektrik alanı bu çiftleri hızla ayırır ve onları ilgili terminallere sürüklenmeye zorlar, böylece gelen ışık şiddetiyle orantılı bir fotoakım üretir. İntrinsik katman kapasitansı azaltır ve daha geniş bir alanda verimli taşıyıcı toplamaya izin vererek hızı ve kuantum verimliliğini artırır.

A: Dark current is the noise floor of the photodiode. In low-light applications, a high dark current can mask the small photocurrent signal, reducing sensitivity and signal-to-noise ratio. The max 10 nA spec is quite low for a silicon photodiode.

Q: Can I use this with a visible light source?

A: Yes, but with reduced efficiency. The spectral response curve shows it is sensitive from ~730nm, so it will detect red and near-infrared light well. For optimal performance with visible light (e.g., blue or green), a photodiode with a different spectral peak would be more appropriate.

. Operational Principles

A PIN photodiode is a semiconductor device with a p-type region, an intrinsic (undoped) region, and an n-type region. When reverse-biased, a wide depletion region forms primarily across the intrinsic layer. Incident photons with energy greater than the semiconductor's bandgap are absorbed, creating electron-hole pairs. The strong electric field in the depletion region swiftly separates these pairs, causing them to drift to the respective terminals, thereby generating a photocurrent that is proportional to the incident light intensity. The intrinsic layer reduces capacitance and allows efficient carrier collection across a wider area, enhancing speed and quantum efficiency.