PD70-01B/TR10 硅平面PIN光电二极管数据手册 - 2.0x1.25x0.7mm - 反向电压32V - 峰值灵敏度940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

PD70-01B/TR10是一款硅平面PIN光电二极管，专为在宽光谱范围内实现高灵敏度光检测而设计。其核心优势源于PIN结构，该结构在P型和N型半导体层之间引入了一个本征（I）区。这个本征区拓宽了耗尽层，从而带来了对光电应用至关重要的多项关键性能优势。

核心优势与目标市场：得益于PIN结构中降低的结电容和高效的载流子收集，该器件具有高灵敏度和快速开关时间。其低暗电流确保了良好的信噪比。结合其紧凑尺寸和集成的日光滤光片（黑色透镜），它非常适合多种应用，包括消费电子产品遥控器（电视、家电）、红外声音传输系统、复印机、电梯传感器以及各种需要可靠光学感测的工业测控系统。

2. 深入技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致永久性损坏的极限。不建议器件持续在这些极限条件下工作。

• 反向电压 (V_R):32V。这是可以施加在光电二极管引脚两端的最大反向偏置电压。
• 功耗 (P_d):25°C下为150 mW。这限制了器件可以处理的总电功率，主要由反向漏电流和高光照下的任何光电流决定。
• 温度范围：工作温度：-25°C 至 +85°C；存储温度：-40°C 至 +85°C。该器件设计用于宽工业温度范围。
• 焊接温度 (T_sol):最高260°C，持续时间不超过5秒。这对于无铅回流焊接工艺至关重要。

2.2 光电特性 (Ta=25°C)

这些参数定义了器件在典型工作条件下的性能。

• 光谱带宽 (λ_0.5):730 nm 至 1100 nm。这定义了光电二极管响应度至少为其峰值一半的波长范围。它对可见红光到近红外（NIR）光谱敏感。
• 峰值灵敏度波长 (λ_P):940 nm（典型值）。该器件针对常见近红外区域的最大响应进行了优化，与许多红外LED的发射波长匹配。
• 短路电流 (I_SC):在875 nm波长、1 mW/cm²辐照度下，典型值为35 μA。此参数在零偏置电压（光伏模式）下测量。
• 反向光电流 (I_L):在相同1 mW/cm²、875 nm条件下，V_R=5V时，典型值为25 μA。与光伏模式相比，在反向偏置（光电导模式）下工作通常能产生更高、更快的响应。
• 反向暗电流 (I_D):在V_R=10V时，典型值为5 nA，最大值为30 nA。这是在完全黑暗条件下的漏电流。低暗电流对于检测微弱光信号至关重要。
• 反向击穿电压 (V_BR):典型值为170V，最小值为32V。这是反向电流急剧增加的电压。正常工作反向电压应远低于此值。

3. 性能曲线分析

数据手册包含对设计至关重要的典型特性曲线。

• 光谱灵敏度曲线：此图显示了相对响应度与波长的关系。它确认了约940 nm处的峰值以及从730 nm到1100 nm的定义带宽。集成的黑色透镜充当可见光滤光片，衰减可见光范围内的灵敏度，以减少环境光（日光）带来的噪声。
• 反向光电流 vs. 辐照度 (Ee)：此曲线说明了产生的光电流 (I_L) 与入射光功率密度之间的线性关系。线性度是PIN光电二极管的一个关键特性，使其适用于光测量应用。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

PD70-01B/TR10采用非常小的表面贴装封装。关键尺寸（单位：mm）包括主体尺寸约为2.0 x 1.25，高度为0.7 mm。阴极通常通过封装上的标记角或凹口来识别。提供了带±0.1mm公差的详细尺寸图，用于PCB焊盘设计。

4.2 极性识别

清晰的极性标记对于正确安装至关重要。数据手册的封装图指明了阳极和阴极端子。施加反向偏置时连接极性错误将使二极管正向偏置，可能导致大电流流过并造成损坏。

5. 焊接与组装指南

正确处理对于可靠性至关重要。

5.1 存储与湿度敏感性

该器件对湿度敏感。注意事项包括：在≤30°C/90%RH条件下，存放于原装密封袋中；在发货后1年内使用；开封后，在≤30°C/70%RH条件下存放，并在168小时（7天）内使用。若超出此期限，焊接前需在60±5°C下烘烤24小时。

5.2 焊接条件

• 回流焊接：建议采用无铅焊料温度曲线，峰值温度为260°C，持续时间不超过5秒。回流次数不应超过两次。
• 手工焊接：如必要，使用温度<350°C、功率<25W的电烙铁。每个端子的接触时间应<3秒，端子之间间隔>2秒，以避免热应力。
• 返修：焊接后不建议进行返修。若不可避免，在移除时必须使用双头烙铁同时加热两个端子，以防止对半导体芯片产生机械应力。

6. 包装与订购信息

标准包装为卷盘形式，每卷包含1000片（1000PCS/Reel）。卷盘尺寸针对自动贴片设备处理进行了规定。卷盘标签包含关键信息，如零件号（P/N）、批号（LOT No）、数量（QTY）和其他可追溯代码。

7. 应用说明与设计考量

7.1 典型应用电路

光电二极管可在两种主要模式下使用：

1. 光伏模式（零偏置）：光电二极管在光照下产生电压/电流，无需外加偏置。此模式提供极低的暗电流和噪声，但响应速度较慢，线性度较低。
2. 光电导模式（反向偏置）：施加外部反向电压（例如，I_L测试条件中的5V）。此模式进一步拓宽耗尽区，降低结电容，从而实现更快的开关时间以及在更宽光强范围内更高的线性度。这是高速检测（如红外遥控接收器）的首选模式。

7.2 关键设计注意事项

• 限流/保护：在电路中工作时，必须使用串联电阻来限制电流。如注意事项中所述，"轻微电压偏移将导致大电流变化（可能烧毁器件）"。这是因为处于反向偏置的光电二极管，如果暴露在极高光强下或错误地正向偏置，可能会导通过大电流。
• 电路板布局：最小化连接光电二极管与放大器或比较器的走线中的寄生电容和电感。这对于保持高速性能至关重要。
• 环境光抑制：内置的黑色透镜有所帮助，但为了在环境光下获得最佳性能，可能需要光学滤波（额外的红外透过滤光片）和电学滤波（同步检测）。

8. 技术对比与差异化

PD70-01B/TR10通过其在紧凑SMD封装中结合的特性实现差异化：

• 与标准光电二极管对比：PIN结构比标准PN光电二极管具有更低的电容和更快的响应。
• 与更大尺寸的PIN二极管对比：其微小的2.0x1.25mm占位面积允许在空间受限的情况下进行高密度PCB设计。
• 集成滤光片：包含日光滤光片（黑色环氧树脂）简化了设计，减少了对用于阻挡可见光噪声的外部滤光片的需求。
• 稳健的额定值：宽工作温度范围（-25°C至+85°C）和高典型击穿电压（170V）提供了设计余量和可靠性。

9. 常见问题解答 (FAQ)

问："日光滤光片"的作用是什么？

答：黑色透镜材料衰减可见光谱（大约400-700 nm）的光，同时允许近红外光（700-1100 nm）通过。这减少了包含可见光的室内环境光（荧光灯、LED灯、白炽灯）的干扰，提高了基于红外系统的信噪比。

问：对于红外遥控接收器，我应该使用光伏模式还是光电导模式？

答：对于需要快速脉冲检测（通常为38-56 kHz载波）的红外遥控应用，光电导模式（反向偏置）是必需的。此模式下降低的电容使器件能够响应高频调制。

问：如何计算所需串联电阻的阻值？

答：电阻用于限制最大电流。如果施加反向偏置V_R，且最大预期光电流为I_max，可以放置一个简单的串联电阻R。其上的压降不应显著降低二极管上的偏置。例如，当V_R= 5V且I_max~ 50μA时，一个10kΩ的电阻只会产生0.5V压降，二极管两端仍有4.5V电压。该电阻也有助于防止意外的正向偏置。

10. 工作原理

PIN光电二极管基于内光电效应原理工作。能量大于半导体带隙的光子在本征区被吸收，产生电子-空穴对。存在于反向偏置耗尽区（由本征层扩大）的强电场迅速分离这些载流子，使其漂移到各自的端子。这种电荷运动构成了与入射光强度成正比的光电流。宽本征区是关键：它增加了光子吸收的体积（提高灵敏度）并降低了结电容（实现更快的速度）。

11. 行业趋势

对紧凑、高速、灵敏的光电探测器的需求持续增长。影响PD70-01B/TR10等器件的趋势包括：

• 小型化：对更小消费电子产品和物联网设备的推动，驱动了对性能保持或提升的、尺寸更小的光学传感器的需求。
• 集成度提高：虽然分立式光电二极管仍然必不可少，但将光电二极管与跨阻放大器（TIA）和其他信号调理电路集成到单个封装中的趋势日益明显，从而简化了设计。
• 近红外应用扩展：除了传统的遥控器，近红外感测正在扩展到接近感应、手势识别、光谱分析和生物医学监测等领域，所有这些都需要可靠的光电探测器。
• 可靠性标准提升：符合环境法规（RoHS、REACH、无卤）以及严格的汽车/工业可靠性等级，正成为跨市场使用的元器件的标准要求。