PD333-3B/L4 光電二極體數據表 - 5毫米半透鏡 - 矽PIN - 黑色封裝 - 英文技術文件

1. 產品概覽

PD333-3B/L4 是一款高速、高靈敏度嘅矽PIN光電二極管，採用圓柱形側視塑膠封裝。其定義性特徵係集成嘅環氧樹脂封裝，同時亦起到紅外線（IR）濾光片嘅作用，使其光譜與常見嘅紅外線發射器相匹配。此集成設計減少了對外部濾光元件嘅需求，從而簡化了光學設計。該器件專為需要快速響應時間及可靠檢測紅外光（特別係940nm波長範圍）嘅應用而設計。

主要優勢包括快速響應時間、高光敏度同細結電容，呢啲特性對於高速應用中嘅信號完整性至關重要。該元件符合RoHS同歐盟REACH法規，並採用無鉛工藝製造，符合現代電子元件嘅環保同安全標準。

2. 技術參數深入探討

2.1 絕對最大額定值

本器件額定於特定環境及電氣極限內操作，以確保可靠性及防止損壞。最大反向電壓 (VR) 為 32V。功耗 (Pd) 額定值為 150mW。元件可承受最高 260°C 的引線焊接溫度 (Tsol)，持續時間不超過 5 秒，此規格與標準回流焊接製程相容。操作溫度範圍 (Topr) 為 -40°C 至 +85°C，儲存溫度範圍 (Tstg) 為 -40°C 至 +100°C，顯示其在廣泛條件下均具備穩健性能。

2.2 電光特性

光電二極管嘅性能係喺標準條件（Ta=25°C）下進行表徵。其光譜帶寬（λ0.5）範圍為840nm至1100nm，峰值靈敏度（λp）喺940nm。呢個特性令佢非常適合同940nm紅外LED一齊使用。主要電氣參數包括：喺940nm波長、5mW/cm²光照下，典型開路電壓（VOC）為0.42V；喺940nm波長、1mW/cm²光照下，典型短路電流（ISC）為10µA。

反向光電流（IL），即係反向偏壓下產生嘅光電流，典型值為12µA（VR=5V，Ee=1mW/cm²，λp=940nm）。暗電流（Id）係低光靈敏度嘅關鍵參數，其最大值規定為10nA（VR=10V）。反向擊穿電壓（BVR）最小值為32V，典型值為170V。總端子電容（Ct）喺VR=5V同1MHz下典型值為5pF，呢個低數值有助於器件實現高速性能。

3. 性能曲線分析

該數據表提供了多條特性曲線，用以說明器件在不同條件下的行為。這些圖表對於設計工程師至關重要，可用於預測器件在標準測試條件以外的實際應用中的性能。

3.1 熱學與光學特性

圖1顯示了允許功耗與環境溫度之間的關係。隨著溫度升高，最大允許功耗線性下降，這是半導體器件的標準降額特性。圖2描繪了光譜靈敏度曲線，確認了在940nm處的峰值響應，以及在840nm和1100nm處的定義截止點，該處靈敏度降至峰值的一半。

3.2 電流與照度及溫度之關係

圖3顯示暗電流 (Id) 如何隨環境溫度上升而呈指數級增加。這是半導體接面嘅基本特性，對於喺高溫環境下運作嘅應用至關重要，因為暗電流增加會提升本底噪音。圖4顯示反向光電流 (IL) 與輻照度 (Ee) 之間嘅線性關係，展示咗光電二極管可預測且線性嘅光電流生成特性。

3.3 電容與響應時間

圖5繪製咗端電容與反向電壓嘅關係。電容會隨反向偏壓增加而降低，呢種係PIN光電二極管嘅典型特性。較低嘅電容可以實現更快嘅響應時間。圖6顯示咗響應時間與負載電阻嘅關係。由於接面電容與外部負載形成嘅RC時間常數，響應時間會隨負載電阻增加而增加。對於高速應用，通常會使用低數值嘅負載電阻（例如50Ω），但呢種做法係以信號幅度換取速度。

4. 機械與封裝資料

PD333-3B/L4採用圓柱形側視封裝。封裝主體本身為黑色，有助於減少內部反射同雜散光干擾。「半透鏡」設計有助於將入射光聚焦到有效矽區域，從而提高有效靈敏度。詳細嘅封裝尺寸喺數據手冊中提供，所有測量單位均為毫米。機械裝配嘅關鍵公差通常為±0.25毫米。側視方向對於光路平行於PCB表面嘅應用特別有用，例如喺槽型傳感器或邊緣檢測系統中。

5. 焊接及組裝指引

此元件適用於標準PCB組裝製程。引腳焊接溫度的絕對最大額定值為260°C。關鍵在於此溫度下的焊接時間不得超過5秒，以免損壞塑料封裝或內部半導體晶粒。適用於無鉛組裝的標準IR回流焊或波峰焊溫度曲線通常適用。必須妥善處理，避免鏡頭表面受污染，以維持光學性能。儲存應在乾燥環境中，並處於指定的溫度範圍-40°C至+100°C內。

6. 包裝及訂購資料

標準包裝規格為每袋500件，每盒5袋，每箱10盒。此類散裝包裝適用於自動化裝配線。包裝標籤包含追溯及驗證所需關鍵資料：客戶生產編號 (CPN)、生產編號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、品質等級 (CAT)、峰值波長 (HUE)、參考代碼 (REF) 及生產批號。生產月份亦會標示。用戶應將標籤資料與內部記錄及數據表規格互相核對。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

PD333-3B/L4 非常適合多個關鍵應用。作為一個 high-speed photo detector，佢可以用喺使用紅外光、條碼掃描器或脈衝檢測系統嘅數據通訊鏈路中。佢嘅整合應用於 相機 可以用於自動對焦輔助系統或測光。喺 光電開關，它構成光電斷續器或反射式傳感器的接收部分，常見於打印機、編碼器及安全光幕中。其應用於 錄影機與攝錄機 歷史上曾用於磁帶終端感應器或遙控接收器，儘管類似原理亦適用於現代消費電子產品。

7.2 設計考慮

使用此光電二極體進行設計時，必須考慮多項因素。對於 偏壓通常會以反向偏壓（光導模式）操作，以提升速度同線性度，不過光伏模式（零偏壓）亦可用於低噪音應用。選擇 operational amplifier 喺跨阻放大器（TIA）電路中至關重要；必須具備低輸入偏置電流同低噪音，以免劣化來自低暗電流光電二極管嘅信號。該 IR-filtering property 封裝嘅IR濾波特性有好處，但設計師必須確保光源波長（例如940nm）同峰值靈敏度匹配。對於高速操作，必須仔細設計PCB佈局，以盡量減少光二極管節點嘅寄生電容同電感。

8. 技術比較與差異化

同冇集成鏡頭或濾波器嘅標準光二極管相比，PD333-3B/L4提供更緊湊同簡化嘅光學解決方案。內置IR濾波器免除咗獨立濾波元件嘅需要，節省空間、成本同組裝複雜性。對於特定光路幾何結構，其側視封裝相比頂視封裝具有明顯嘅機械優勢。相對較高嘅擊穿電壓（最小32V，典型170V）同低暗電流嘅結合，對於許多需要良好信噪比同穩健操作嘅工業感測應用嚟講，係一個有利嘅平衡。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q: 峰值靈敏度喺940nm有咩意義？
A: 940nm係紅外線LED好常用嘅波長，因為人眼睇唔到，而且大氣穿透性幾好。將光電二極管嘅峰值響應同發射器波長匹配，可以令訊號強度同系統效率達到最高。

Q: 暗電流規格會點樣影響我嘅設計？
A: 暗電流係光電二極管喺冇光嘅情況下主要嘅噪音來源。低暗電流（呢款器件最高10nA）意味住感測器可以檢測到好微弱嘅光訊號，而唔會被自身內部噪音淹沒，從而提升靈敏度同動態範圍。

Q: 我可唔可以用嚟檢測可見光？
A> The integrated epoxy package acts as an IR filter, significantly attenuating visible light. Therefore, this specific variant is not suitable for applications requiring sensitivity in the visible spectrum. For visible light detection, a clear or differently filtered package would be required.

Q: 為咗達到最佳速度，我應該用幾大嘅負載電阻？
A> Referencing Figure 6, for the fastest response time (in the nanosecond range), a low load resistance (e.g., 50Ω to 100Ω) is necessary. However, this produces a smaller voltage signal. A transimpedance amplifier circuit is often the best solution, providing both high speed and good signal gain.

10. 實用設計案例

案例：設計一個紅外線接近傳感器
在一個典型的接近傳感器中，紅外線LED會發出脈衝光，而PD333-3B/L4則負責偵測從物體反射回來的光線。其內置的紅外線濾光片在此至關重要，因為它能阻隔環境中的可見光（例如室內照明光線），這些光線可能會使傳感器飽和或導致誤觸發。快速的響應時間允許LED進行快速脈衝，從而實現快速偵測，並在先進系統中可透過飛行時間或相移方法進行距離測量。側視式封裝允許LED和光電二極管安裝在同一塊PCB平面上並面向同一方向，這對於反射式感測非常理想。一個簡單的電路設計包括透過一個大電阻為光電二極管提供5V反向偏壓，並使用高速比較器或放大器來偵測有反射光時產生的電流脈衝。

11. 運作原理介紹

PIN光電二極體是一種半導體器件，其結構是在一個p型（P）區域和一個n型（N）區域之間夾著一個寬闊、輕度摻雜的本徵（I）區域。當施加反向偏壓時，此結構會形成一個大的耗盡區。能量大於半導體能隙的光子入射到器件上，會在該耗盡區內產生電子-電洞對。由於反向偏壓而存在的強電場會迅速分離這些載子，使其漂移至各自的電極，從而產生與入射光強度成正比的光電流。寬闊的本徵區域減少了接面電容（從而實現高速運作），並增加了光子吸收的體積（提高了靈敏度），對於穿透深度較大的長波長（如紅外線）尤其有效。

12. 技術趨勢

光電二極體技術嘅趨勢持續向更高集成度、更低噪音同更多功能發展。呢個包括將放大同信號調節電路集成喺同一芯片或同一封裝內（例如光電二極體-放大器組合）。同時，亦都推動開發具有更低暗電流同電容嘅器件，以應用於科學儀器、醫學成像同LiDAR。使用矽以外嘅材料，例如InGaAs，將靈敏度進一步擴展到紅外線範圍，用於電信同氣體感測。此外，封裝創新旨在提供更精確嘅光學特性，例如特定視場角（FOV）鏡頭，甚至喺封裝內直接進行更有效嘅濾光，正如PD333-3B/L4所見。