PD42-21B/TR8 1.8mm圆形超小型硅PIN光电二极管规格书 - 直径1.8mm - 黑色透镜 - 中文技术文档

1. 产品概述

PD42-21B/TR8是一款专为红外检测应用设计的高速、高灵敏度硅PIN光电二极管。该器件采用微型1.8mm直径球形顶视透镜表面贴装器件（SMD）封装，外壳为黑色塑封，其光谱特性经过优化，可与常见的红外发射二极管良好匹配。其主要功能是将入射光（尤其是红外光谱范围内的光）转换为电流信号。

该器件的核心优势在于其快速的响应时间、高光敏度以及低结电容，使其非常适合需要快速可靠光检测的应用。产品以卷带形式供货，兼容自动化组装工艺，并符合现代环保标准：无铅（Pb-free）、符合RoHS指令、符合欧盟REACH法规且不含卤素。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的极限条件。在此条件下工作无法得到保证。

• 反向电压（VR）：32 V - 可施加在光电二极管引脚两端的最大反向偏置电压。
• 工作温度（Topr）：-25°C 至 +85°C - 器件正常工作的环境温度范围。
• 存储温度（Tstg）：-40°C 至 +85°C - 器件非工作状态下的存储温度范围。
• 焊接温度（Tsol）：最高260°C，持续时间不超过5秒 - 回流焊过程中的峰值温度限制。
• 功耗（Pd）：150 mW（在25°C下） - 器件可耗散的最大功率。

2.2 光电特性

这些参数在25°C下测量，定义了光电二极管在指定测试条件下的性能。

• 光谱带宽（λ0.5）：730 nm 至 1100 nm - 光电二极管响应度至少为其峰值一半的波长范围。这定义了其灵敏度窗口。
• 峰值灵敏度波长（λP）：940 nm（典型值） - 光电二极管最敏感的光波长。这使其与常见的940nm红外LED相匹配。
• 开路电压（VOC）：0.42 V（典型值），条件：Ee=5 mW/cm²，λP=940nm - 在光照下，光电二极管引脚两端开路（无电流流出）时产生的电压。
• 短路电流（ISC）：4.0 μA（典型值），条件：Ee=1 mW/cm²，λP=875nm - 在光照下，光电二极管引脚短路时流过的电流。
• 反向光电流（IL）：4.0 μA（典型值），条件：Ee=1 mW/cm²，λP=875nm，VR=5V - 器件处于反向偏置时产生的光电流。这是大多数检测电路的主要工作参数。
• 暗电流（ID）：10 nA（最大值），条件：VR=10V - 器件处于完全黑暗环境时流过的微小反向漏电流。数值越低，表明信噪比越好。
• 反向击穿电压（VBR）：32 V（最小值），170 V（典型值），条件：IR=100μA - 反向电流急剧增加的电压。在此电压附近或高于此电压工作可能导致损坏。

3. 性能曲线分析

规格书包含典型特性曲线，可直观展示器件在单点规格之外的性能表现。

3.1 光谱灵敏度（图1）

该曲线绘制了光电二极管相对响应度与入射光波长的关系。它直观地确认了光谱带宽和940nm处的峰值灵敏度。曲线显示灵敏度从约700nm开始急剧上升，在940nm处达到峰值，然后逐渐下降至1100nm。这种形状是硅基光电探测器的典型特征。

3.2 反向光电流 vs. 辐照度（图2）

此图说明了产生的光电流（IL）与入射光功率密度（Ee）之间的关系。对于工作在光电导模式（反向偏置）的PIN光电二极管，这种关系通常在很宽的范围内呈线性。这种线性对于模拟光传感应用至关重要，因为输出信号必须与光强度成正比。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

PD42-21B/TR8是一款圆形超小型器件，主体直径为1.8mm。详细的机械图纸提供了所有关键尺寸，包括总高度、透镜形状、引脚间距和焊盘建议。建议的焊盘布局仅供参考；设计人员应根据其特定的PCB设计规则以及热/机械要求进行调整。除非另有说明，所有尺寸公差通常为±0.1mm。

4.2 极性识别

该器件有两个引脚。在反向偏置电路中，正确的极性连接对于正常工作至关重要。规格书图纸标明了阴极和阳极。通常，较长的引脚或封装上的特定标记表示阴极。将阴极连接到更正电压（反向偏置）是标准的操作条件。

4.3 包装规格

该元件以7英寸直径卷盘上的压纹载带形式供货。载带尺寸（凹槽尺寸、间距等）均有规定，以确保与标准SMD贴片设备兼容。每卷包含1000片，这是中等批量生产的常见数量。

5. 焊接与组装指南

5.1 回流焊温度曲线

该器件适用于无铅（Pb-free）回流焊工艺。最高峰值温度不得超过260°C，且高于260°C的时间应受到限制。回流焊循环次数不应超过两次，以防止塑料封装和内部芯片贴装因热应力而损坏。

5.2 手工焊接

如需进行手工焊接，必须格外小心。烙铁头温度应低于350°C，每个引脚的接触时间应限制在3秒或更短。建议使用低功率烙铁（≤25W）。焊接每个引脚之间应有冷却间隔，以防止局部过热。

5.3 返工与维修

强烈不建议在初次焊接后进行返工。如果不可避免，应使用专用的双头烙铁同时加热两个引脚，以便在不施加过大机械应力的情况下安全移除器件。必须事先评估返工对器件性能的潜在影响。

6. 存储与操作注意事项

• 湿度敏感性：该器件对湿度敏感。防潮袋应在准备使用时才打开。预存储条件应为温度≤30°C，相对湿度≤90%。
• 车间寿命：打开防潮袋后，如果在温度≤30°C、相对湿度≤60%的条件下存储，必须在168小时（7天）内使用。
• 烘烤：如果超过存储时间或干燥剂指示湿度过高，则需要在60±5°C下烘烤24小时，以去除吸收的湿气，防止回流焊过程中发生“爆米花”效应。

7. 应用建议

7.1 典型应用电路

其主要应用是作为高速光电探测器。在典型电路中，光电二极管被反向偏置，电压低于其最大额定值（例如，测试条件中的5V）。光电流（IL）流过一个负载电阻（RL）。RL两端的电压降与光强度成正比，随后由后续的跨阻放大器（TIA）或电压放大器进行放大。其快速响应时间使其适用于脉冲光检测和数据通信。

7.2 设计考量

• 偏置电压：建议使用反向偏置电压（例如5V）以获得最佳速度和线性度。更高的偏置电压可以进一步降低结电容，增加带宽，但必须低于V_R.
• 限流/保护：如注意事项所述，光电二极管本身不限制电流。在可能暴露于高强度光或连接错误的电路中，可能需要串联一个电阻，以防止过大的电流损坏结区。
• 光学设计：黑色透镜有助于降低对杂散光的敏感性。为获得最佳性能，光电二极管应与红外光源（如850nm或940nm LED）配对，并可能使用光学滤光片来阻挡不需要的环境光，尤其是它在一定程度上也能检测到的可见光。

7.3 应用场景

• 高速光电检测：适用于需要检测快速光通断的光栅系统、物体计数和编码器。
• 复印机与扫描仪：可用作检测纸张存在、卡纸的传感器，或作为接触式图像传感器（CIS）中图像传感阵列的一部分。
• 游戏机与消费电子产品：用于红外遥控接收器、接近传感器和手势识别系统。
• 红外应用系统：任何利用调制或脉冲红外光进行数据传输、距离测量（飞行时间）或简单存在检测的系统。

8. 技术对比与差异化

与标准PN光电二极管相比，PIN结构具有关键优势：更宽的耗尽区（“I”层或本征层），这导致了更低的结电容（实现更快的响应），并使其能在较低的反向偏置电压下高效工作。1.8mm的小型封装使其非常适合空间受限的设计。与透明透镜型号相比，黑色透镜提供了一定程度的内置可见光抑制，这在特定的红外应用中非常有益。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：短路电流（I_SC）和反向光电流（I_L）有何区别？

答：I_SC是在二极管两端电压为零（光伏模式）下测量的。I_L是在施加反向偏置（光电导模式）下测量的。I_L通常是电路设计中使用的参数，因为它更稳定、线性度更好，并且反向偏置能加快响应速度。

问：为什么暗电流很重要？

答：暗电流是光电二极管的噪声基底。在弱光应用中，高暗电流会掩盖微弱的光电流信号，降低灵敏度和信噪比。对于硅光电二极管而言，最大10 nA的规格值已经相当低了。

问：我可以将其与可见光源一起使用吗？

答：可以，但效率会降低。光谱响应曲线显示其从约730nm开始敏感，因此它能很好地检测红光和近红外光。若要与可见光（例如蓝光或绿光）配合获得最佳性能，选择具有不同光谱峰值的其他光电二极管会更合适。

10. 工作原理

PIN光电二极管是一种具有p型区、本征（未掺杂）区和n型区的半导体器件。当反向偏置时，主要在本征层形成一个宽的耗尽区。能量大于半导体带隙的入射光子被吸收，产生电子-空穴对。耗尽区中的强电场迅速分离这些电子-空穴对，使其分别漂移到相应的电极，从而产生与入射光强度成正比的光电流。本征层降低了电容，并允许在更宽的区域有效收集载流子，从而提高了速度和量子效率。