PD438C 4.8毫米半透镜硅PIN光电二极管规格书 - 4.8毫米直径 - 32V反向电压 - 150mW功耗 - 中文技术文档

1. 产品概述

PD438C是一款高速、高灵敏度的硅PIN光电二极管，采用圆柱形侧视塑料封装。其主要功能是将入射光（尤其是红外光谱）转换为电流。该元件的一个关键特点是其环氧树脂封装本身充当了集成的红外（IR）滤光片，其光谱特性与常见的红外发射器相匹配。这种设计通过减少对外部滤光片的需求，简化了系统集成。该器件具有响应速度快、光敏度高、结电容小等特点，适用于需要快速、准确光检测的应用。

2. 深度技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

该器件设计为在以下绝对极限范围内可靠工作，超出此范围可能导致永久性损坏。最大反向电压（V_R）为32V。功耗（P_d）不得超过150 mW。工作温度范围（T_opr）为-40°C至+85°C，而存储温度（T_stg）范围为-40°C至+100°C。对于组装，焊接温度（T_sol）应保持在260°C，持续时间不超过5秒，以防止对封装和半导体芯片造成热损伤。

2.2 光电特性

在标准测试条件下（Ta=25°C），PD438C展现出以下关键性能参数。其光谱响应带宽（λ_0.5）范围为400 nm至1100 nm，峰值灵敏度波长（λ_p）通常在940 nm，使其与常见的红外光源完美匹配。在940 nm波长、辐照度为5 mW/cm²的光照下，典型开路电压（V_OC）为0.35V。在940 nm波长、辐照度为1 mW/cm²的条件下，典型短路电流（I_SC）为18 µA。在5V反向偏压及相同辐照度下，反向光电流（I_L）典型值为18 µA（最小值10.2 µA）。暗电流（I_d），即在无光照条件下的漏电流，在10V反向电压下典型值为5 nA（最大值30 nA）。总端子电容（C_t）在3V反向偏压和1 MHz频率下典型值为25 pF。上升和下降时间（t_r/t_f）在10V反向偏压和1 kΩ负载电阻下工作时，典型值均为50 ns。

3. 性能曲线分析

规格书提供了几条对设计工程师至关重要的特性曲线。光谱灵敏度曲线显示了光电二极管在其工作波长范围内的相对响应度，确认了在940 nm处的峰值。功耗与环境温度关系图说明了最大允许功耗随工作温度升高而降低的情况，这对于热管理至关重要。暗电流与环境温度曲线展示了漏电流如何随温度升高而增加，这是低光照或高温应用中的一个关键因素。反向光电流与辐照度（Ee）关系图显示了入射光功率与产生的光电流之间的线性关系，证实了器件响应的可预测性。端子电容与反向电压曲线表明了结电容如何随反向偏压增加而减小，这直接影响器件的速度。最后，响应时间与负载电阻关系图显示了上升/下降时间如何受外部负载影响，为速度关键型电路选择合适的负载电阻提供了指导。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

PD438C采用圆柱形侧视封装，标称直径为4.8毫米。详细的机械图纸规定了所有关键尺寸，包括引脚间距、封装高度和透镜几何形状。图纸注明，除非另有说明，尺寸公差通常为±0.25毫米。侧视配置特别适用于光路平行于安装表面的应用，例如槽型传感器或边缘检测系统。

4.2 极性识别

该器件是一个双端子元件。阴极通常通过较长的引脚、封装体上的凹口或平面来识别。在施加反向偏压以在光电导模式下获得最佳性能时，正确的极性连接至关重要。

5. 焊接与组装指南

该元件额定焊接峰值温度为260°C。关键在于，高于液相线温度（对于无铅焊料通常约为217°C）的时间应限制在最多5秒，以防止对环氧树脂封装和内部引线键合造成过度的热应力。适用于无铅组件的标准回流焊或波峰焊曲线通常适用。在处理和放置过程中应注意避免对引脚施加机械应力。

6. 包装与订购信息

标准包装规格为每袋500件。六个袋子合并为一个内箱，十个内箱构成一个主运输箱，总计每个主箱30,000件。产品标签包含客户部件号（CPN）、制造商部件号（P/N）、包装数量（QTY）和批次追溯信息（LOT No.）等字段。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

PD438C非常适合各种光电应用。其高速特性使其成为高速光电检测（如数据通信链路或脉冲传感）的理想选择。它常用于消费电子产品，如相机和摄像机（录像机、摄像机）中的自动对焦系统、测光或磁带末端检测。它可作为光电开关和遮断器中的可靠传感器，用于位置传感、物体检测和旋转编码器系统。集成的红外滤光片使其在与940 nm红外LED配对的系统中特别有效，能够滤除不需要的可见光。

7.2 设计考量

在设计使用PD438C的电路时，必须考虑几个因素。对于速度优化，应使用足够的反向偏压（例如5V-10V）操作光电二极管以最小化结电容，并使用低值负载电阻，如响应时间与负载电阻曲线所示，尽管这会与输出电压摆幅相权衡。跨阻放大器（TIA）配置通常是首选，用于将微弱的光电流转换为可用电压，同时保持带宽。对于噪声敏感型应用，暗电流规格及其温度依赖性至关重要；可能需要冷却器件或使用同步检测技术。光电流与辐照度的线性关系简化了光功率测量设计。确保针对侧视封装方向，光学孔径和对准正确。

8. 技术对比与差异化

与不带透镜或滤光片的标准光电二极管相比，PD438C因其集成的半透镜和红外滤光环氧树脂而具有明显优势。这消除了对单独光学滤光片的需求，减少了元件数量、组装复杂性和成本。侧视封装是一种特定的外形规格，解决了在空间受限设计中无法使用顶视传感器时的集成难题。其相对较高的速度（50 ns）和良好的灵敏度（1 mW/cm²下18 µA）相结合，为许多中端应用提供了平衡的性能表现，使其介于超高速、低灵敏度器件和较慢速、高灵敏度光电二极管之间。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问："半透镜"的目的是什么？

答：半透镜有助于将入射光聚焦到硅芯片的有效区域上，与平面窗口相比，增加了有效收集面积，从而提高了器件的响应度（灵敏度）。

问：为什么峰值灵敏度在940 nm？

答：硅固有的吸收特性在近红外区域达到峰值。940 nm是红外发射器（LED）非常常见的波长，因为它对人眼不可见且易于获得。环氧树脂被调谐以匹配此波长。

问：我应该将此光电二极管用于光伏（零偏压）模式还是光电导（反向偏压）模式？

答：为了获得最高的速度和线性度，建议使用光电导模式（施加反向偏压，例如5V）。它可以减少结电容并扩大耗尽区。光伏模式（零偏压）噪声更低（无暗电流），但速度较慢。

问：温度如何影响性能？

答：如曲线所示，暗电流随温度显著增加，这可能成为噪声源。光电流本身也具有轻微的温度系数。对于稳定运行，在精密应用中可能需要温度补偿或受控环境。

10. 实际设计与使用示例

示例1：红外接近传感器：一个红外LED以940 nm波长发出脉冲。反射光由PD438C检测。侧视封装允许发射器和探测器放置在同一块PCB上，面向同一方向。PD438C中的集成红外滤光片有助于抑制环境可见光，提高反射红外信号的信噪比。微控制器通过TIA测量光电二极管的电流，以确定物体存在或距离。

示例2：槽型光电开关：PD438C安装在U型支架的一侧，面向另一侧的红外LED。物体穿过槽口会中断光束。快速的响应时间（50 ns）允许检测非常高速的事件或编码快速运动。

11. 工作原理简介

PIN光电二极管是一种半导体器件，具有一个宽的、轻掺杂的本征（I）区，夹在P型和N型区域之间。当能量大于半导体带隙（对于硅，波长小于约1100 nm）的光子撞击器件时，它们会在本征区产生电子-空穴对。在内建电场（光伏模式下）或外加反向偏压（光电导模式下）的影响下，这些电荷载流子被分离，产生与入射光强度成比例的可测量光电流。宽的本征区允许更大的耗尽区体积，这提高了量子效率（灵敏度）并降低了结电容，与标准PN光电二极管相比，实现了更高速的操作。

12. 行业趋势与发展

像PD438C这样的光电二极管市场继续受到自动化、消费电子和通信趋势的推动。不断追求更高的速度以支持光链路中更快的数据传输。改进的灵敏度（更低的噪声、更高的响应度）允许使用更低功率的发射器或在更长的距离上工作。小型化是另一个关键趋势，导致光电二极管采用更小的表面贴装封装。此外，集成化正在发展，越来越多的器件将光电二极管、放大器，有时甚至是数字逻辑集成到单个封装中（例如，光电二极管阵列、集成光学传感器）。PD438C凭借其集成光学滤光片，代表了这一集成趋势中的一步，为系统设计人员简化了物料清单。