1.8mm 圓形超微型矽PIN光電二極管 PD42-21C/TR8 規格書 - 尺寸1.8mm圓形 - 峰值靈敏度940nm - 粵語技術文件

1. 產品概覽

PD42-21C/TR8係一款專為紅外線檢測應用而設計嘅高速、高靈敏度矽PIN光電二極管。佢採用微型1.8mm圓形、球面頂視透鏡嘅表面貼裝器件（SMD）封裝，由黑色塑膠製成。呢種緊湊設計令佢好適合需要可靠紅外線感測嘅空間受限應用。

呢款器件嘅光譜同常見嘅紅外線發光二極管匹配，喺同紅外線光源配對嘅系統中可以優化性能。佢嘅主要優點包括快速響應時間、高光敏度同細結電容，呢啲對於高速信號檢測至關重要。

1.1 核心特性與合規性

• 快速響應時間：能夠檢測快速變化嘅光學信號。
• 高光敏度：喺低光照水平下都能提供強勁嘅電輸出。
• 細結電容：通過降低RC時間常數，有助於實現高速運作。
• 包裝：器件安裝喺12mm載帶上，再捲喺7吋直徑嘅捲盤上，方便自動化組裝。
• 環保合規：產品不含鉛，符合RoHS同歐盟REACH法規，並且係無鹵素（Br<900 ppm，Cl<900 ppm，Br+Cl<1500 ppm）。

1.2 目標應用

呢款光電二極管專為各種需要精確紅外線檢測嘅電子系統而設計。

• 高速光電檢測器
• 影印機
• 遊戲機同互動裝置
• 一般紅外線應用系統（例如：接近感測器、數據傳輸）

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

喺呢啲限制以外操作器件可能會導致永久損壞。

• 反向電壓 (V_R)：32 V
• 操作溫度 (T_opr)：-25°C 至 +85°C
• 儲存溫度 (T_stg)：-40°C 至 +85°C
• 焊接溫度 (T_sol)：260°C，持續時間 ≤5 秒
• 功耗 (P_d)：150 mW（喺或低於25°C自由空氣溫度下）

2.2 電光特性 (T_a=25°C)

呢啲參數定義咗光電二極管喺典型條件下嘅性能。

• 光譜帶寬 (λ_0.5)：730 nm 至 1100 nm。器件對近紅外光譜範圍敏感。
• 峰值靈敏度波長 (λ_P)：940 nm。最大響應度出現喺呢個紅外線波長。
• 開路電壓 (V_OC)：典型值為 0.42 V（喺940nm波長、5 mW/cm²光照下）。
• 短路電流 (I_SC)：2.0 至 12 μA（典型值 5.0 μA）（喺875nm波長、1 mW/cm²光照下）。
• 反向光電流 (I_L)：2.0 至 12 μA（典型值 5.0 μA）（當 V_R=5V，喺875nm波長、1 mW/cm²光照下）。呢個係光導模式下嘅主要操作參數。
• 暗電流 (I_D)：最大值 10 nA（當 V_R=10V）。呢個係冇光照射時嘅漏電流。
• 反向擊穿電壓 (V_BR)：最小值 32 V，典型值 170 V（當 I_R=100μA）。
• 總電容 (C_t)：典型值 5 pF（當 V_R=5V，f=1MHz）。低電容係實現高帶寬嘅關鍵。
• 上升/下降時間 (t_r, t_f)：典型值各為 6 ns（當 V_R=10V，R_L=1kΩ）。呢個參數指定咗器件對光脈衝嘅電響應速度。

3. 性能曲線分析

規格書包含典型特性曲線，對設計工程師嚟講係必不可少嘅。雖然具體嘅圖形數據冇以文字形式提供，但呢啲曲線通常會說明關鍵參數之間嘅關係，有助於預測器件喺非標準條件下嘅行為。

3.1 曲線隱含信息

基於標準光電二極管特性，通常會繪製以下關係圖：

• 光譜響應：一條顯示相對響應度與波長關係嘅曲線，峰值喺940 nm，喺730 nm同1100 nm處降至一半。
• 電流 vs. 照度 (I_Lvs. E_e)：預計喺廣泛範圍內呈線性關係，確認光電二極管適合用於模擬光測量。
• 電容 vs. 反向電壓 (C_tvs. V_R)：電容通常會隨反向偏壓增加而減少，影響頻率響應。
• 暗電流 vs. 溫度 (I_Dvs. T)：暗電流大約每升高10°C就翻一倍，呢點對於高溫操作至關重要。

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸

光電二極管採用超微型圓形封裝，主體直徑為1.8mm。規格書中嘅詳細機械圖紙指定咗所有關鍵尺寸，包括透鏡高度、引腳間距同整體佔位面積。除非另有說明，公差通常為±0.1mm。為咗方便PCB設計參考，提供咗建議嘅焊盤佈局，但建議工程師根據佢哋特定嘅組裝工藝同熱要求進行修改。

4.2 極性識別與安裝

SMD封裝有特定方向。規格書圖紙標示咗陰極同陽極端子。正確嘅極性對於電路正常運作至關重要。帶有透明球面透鏡嘅黑色塑膠主體有助於定向靈敏度。

5. 焊接與組裝指引

正確處理對於保持器件可靠性同性能至關重要。

5.1 儲存與濕度敏感度

• 準備使用前，唔好打開防潮袋。
• 未開封嘅防潮袋應儲存喺10°C~30°C、相對濕度≤90%嘅環境中。
• 喺出貨後一年內使用。
• 開封後，如果儲存喺10°C~30°C、相對濕度≤60%嘅環境中，必須喺168小時（車間壽命）內使用。否則，必須重新烘乾並儲存喺乾燥袋中。
• 烘乾程序：喺60°C ± 5°C、相對濕度<5%嘅環境中烘96小時。

5.2 焊接條件

• 回流焊接：提供咗建議嘅溫度曲線。唔好超過兩個回流焊接週期。
• 手工焊接：使用烙鐵頭溫度<350°C、功率<25W嘅烙鐵。每個端子嘅接觸時間應<3秒。焊接每個端子之間應間隔2秒，以防止熱損壞。
• 加熱期間避免對器件施加機械應力，焊接後避免PCB翹曲。

5.3 返工與維修

唔建議喺焊接後進行維修。如果無法避免，請使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子並均勻抬起元件。任何返工後都必須驗證器件功能。

6. 包裝與訂購資料

6.1 載帶與捲盤規格

器件包裝喺載帶中，載帶尺寸喺規格書中指定。標準數量為每7吋捲盤1000件。載帶尺寸確保與標準SMD貼片設備兼容。

6.2 標籤資料

捲盤標籤包含用於追溯同正確組裝嘅標準信息：客戶部件號（CPN）、部件號（P/N）、批號、數量、峰值波長（HUE）、等級（CAT）、參考（REF）、濕度敏感等級（MSL-X）同製造產地。

7. 應用設計考量

7.1 電路保護

關鍵：當喺光導模式（反向偏壓）下操作時，必須使用一個外部限流電阻同光電二極管串聯。冇咗佢，一個細小嘅電壓變化都可能導致大電流湧浪，有可能燒毀器件。

7.2 偏壓與信號調理

光電二極管可以用喺兩種主要模式：

• 光伏模式（零偏壓）：產生電壓（V_OC）。提供低噪音但響應較慢。
• 光導模式（反向偏壓）：施加反向電壓操作（例如，規格中嘅5V）。呢種模式會降低結電容（加快響應）並改善線性度，但會增加暗電流。通常使用跨阻放大器（TIA）將光電流（I_L）轉換成可用嘅電壓信號。

7.3 光學設計

球面透鏡有特定視角。為咗實現最佳耦合，應將紅外線光源對準喺呢個角度內。黑色外殼可以最大限度地減少內部反射同環境光嘅串擾。

8. 技術比較與定位

同標準光電二極管相比，PD42-21C/TR8喺速度（6 ns）、靈敏度（典型值5 μA @ 1mW/cm²）同非常緊湊嘅SMD佔位面積之間取得平衡。佢嘅940nm峰值靈敏度令佢可以直接匹配好多低成本紅外線LED。相比具有更大有效面積嘅器件，低電容係佢喺高頻應用中嘅關鍵區別。

9. 常見問題 (FAQ)

9.1 I_SC同 I_L?

I_SC（短路電流）係喺二極管兩端電壓為零時測量嘅。I_L（反向光電流）係喺施加反向偏壓（例如5V）下測量嘅。喺設計良好嘅PIN光電二極管中，呢兩個數值非常接近，正如規格書所示（兩者典型值都係5.0 μA）。I_L係電路設計中，對於有偏壓操作嚟講更實用嘅參數。

9.2 點樣揀串聯電阻嘅數值？

電阻用嚟限制最大光照下嘅電流。計算公式：R ≥（供電電壓）/（最大 I_L）。根據規格，最大 I_L係12 μA。對於5V偏壓，R 應 ≥ 5V / 12μA ≈ 417 kΩ。一個常用嘅起始值係100 kΩ，佢仲會同結電容一齊設定帶寬。

9.3 可唔可以用嚟檢測可見光？

佢嘅光譜範圍由730 nm開始，屬於近紅外線。佢對可見光（波長低於700 nm）嘅靈敏度非常低。對於可見光，峰值靈敏度喺550-650 nm範圍內嘅光電二極管會更合適。

10. 實際應用案例

場景：遊戲控制器中嘅紅外線接近感測器。

1. 器件配對：PD42-21C/TR8同一個940nm紅外線LED配對使用。
2. 電路設計：光電二極管通過一個100 kΩ電阻施加3.3V反向偏壓。佢嘅輸出連接到一個運算放大器嘅反相輸入端，該運算放大器配置為一個TIA，具有1 MΩ反饋電阻同一個細反饋電容（例如1 pF）以穩定響應。
3. 操作：紅外線LED發射脈衝信號。當有物體（例如用戶隻手）靠近時，會將紅外線反射到光電二極管。TIA將增加嘅光電流轉換成可測量嘅電壓尖峰。
4. 好處：光電二極管嘅快速響應允許快速檢測手部動作。佢嘅細小尺寸容易放入緊湊嘅控制器外殼中。高靈敏度確保即使係微弱嘅反射信號都能可靠運作。

11. 工作原理

PIN光電二極管由一個寬闊、輕度摻雜嘅本徵（I）區域夾喺P型同N型半導體區域之間組成。當施加反向偏壓時，本徵區域完全耗盡，產生一個強大嘅電場。能量大於半導體帶隙嘅入射光子被吸收，產生電子-空穴對。強大嘅電場迅速分離呢啲載流子，產生與光強度成正比嘅光電流。同標準PN光電二極管相比，寬闊嘅本徵區域降低咗結電容（實現高速），並增加咗光子吸收嘅體積（提高靈敏度）。

12. 行業趨勢

受消費電子（智能手機、可穿戴設備）、汽車（激光雷達、車內感測）同工業自動化應用嘅推動，對微型、高速光電檢測器嘅需求持續增長。趨勢包括進一步微型化、將光電二極管同放大及數字化電路集成喺單一芯片上（例如集成光學傳感器），以及為手勢識別同3D感測等新興應用增強特定波長段嘅性能。像PD42-21C/TR8呢類器件，代表咗一種成熟、可靠嘅解決方案，適用於需要穩健紅外線檢測、對成本敏感嘅大批量應用。