PD438B/S46 矽PIN光電二極管規格書 - 4.8mm半透鏡 - 黑色封裝 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

PD438B/S46係一款高性能矽PIN光電二極管，專為需要快速響應同高靈敏度嘅應用而設計。佢採用緊湊嘅圓柱形側視塑膠封裝，配備4.8mm半透鏡。呢個元件嘅一個關鍵特點係其環氧樹脂封裝，配方可以作為集成紅外線（IR）濾光片。呢個濾光片嘅光譜同常見嘅紅外線發射器匹配，通過降低對唔需要嘅可見光嘅靈敏度，從而提升喺紅外線感應應用中嘅表現。

呢款光電二極管嘅核心優勢包括其快速響應時間（對高速數據傳輸同開關應用至關重要），以及高光敏度，令佢可以有效檢測低光水平。佢嘅細結電容有助於快速響應，並令佢適合用於高頻電路。呢個元件採用無鉛物料製造，並符合相關環保法規，例如RoHS同歐盟REACH，令佢適合用於有嚴格環保合規要求嘅產品。

PD438B/S46嘅主要目標市場同應用包括消費電子產品、工業自動化同通訊系統。佢嘅規格令佢成為設計高速光學數據鏈路、存在檢測系統同精密光測量設備嘅工程師嘅理想元件。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢個元件嘅最大反向電壓（VR）額定值為32V。最大功耗（Pd）為150 mW，呢個定義咗操作嘅熱極限。引腳可以喺最高260°C嘅溫度下焊接，持續時間唔超過5秒，兼容標準回流焊接製程。操作溫度範圍指定為-40°C至+85°C，並且可以喺-40°C至+100°C嘅環境中儲存。呢啲額定值確保咗喺各種環境條件下嘅可靠性能。

2.2 電光特性

光電二極管嘅光譜響應由其光譜帶寬（λ0.5）範圍定義，範圍從840 nm到1100 nm。峰值靈敏度波長（λp）喺940 nm，將佢置於近紅外線區域，呢個區域通常用於遙控器、光學感應器同自由空間通訊。

喺940 nm波長、5 mW/cm²輻照度下，典型開路電壓（VOC）為0.35V。短路電流（ISC）喺1 mW/cm²同940 nm下測量，典型值為18 µA。呢個參數直接衡量咗元件喺光照下產生電流嘅能力。

反向光電流（IL）係二極管反向偏置時產生嘅光電流。喺VR=5V同Ee=1 mW/cm²（λp=940nm）條件下，典型值為18 µA，最低保證值為10.2 µA。暗電流（Id）係喺無光照、VR=10V下嘅漏電流，典型值為5 nA，最大值為30 nA。低暗電流對於實現良好信噪比至關重要，特別係喺低光檢測場景中。

反向擊穿電壓（BVR）喺電流為100 µA時指定為最小32V，典型值高達170V。喺VR=5V同1 MHz下嘅總端子電容（Ct）典型值為18 pF。呢個低電容係實現快速上升同下降時間嘅關鍵因素。當元件喺VR=10V同負載電阻（RL）為1 kΩ下操作時，上升同下降時間（tr/tf）嘅典型值都係50納秒。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，可以更深入了解元件喺唔同條件下嘅行為。

圖1：功耗 vs. 環境溫度說明咗最大允許功耗隨環境溫度升高而降低嘅情況。呢個圖表對於熱管理設計至關重要，可以防止過熱並確保長期可靠性。

圖2：光譜靈敏度顯示咗光電二極管喺大約600 nm到1200 nm波長光譜範圍內嘅相對響應度。曲線喺940 nm處達到峰值，並顯示出環氧樹脂封裝嘅有效濾波作用，佢會衰減目標紅外線波段以外嘅響應。

圖3：暗電流 vs. 環境溫度展示咗漏電流（Id）如何隨溫度呈指數級增長。呢個關係對於喺高溫下操作嘅應用至關重要，因為佢定義咗感應器嘅本底噪聲。

圖4：反向光電流 vs. 輻照度（Ee）描繪咗產生嘅光電流同入射光功率密度之間嘅線性關係。呢種線性係PIN光電二極管嘅基本特性，對於模擬光測量應用至關重要。

圖5：端子電容 vs. 反向電壓顯示結電容隨反向偏置電壓增加而減少。設計師可以利用呢個關係，通過選擇合適嘅偏置點來優化電路速度。

圖6：響應時間 vs. 負載電阻指出光電二極管輸出信號嘅上升/下降時間如何受連接嘅負載電阻影響。較低嘅負載電阻可以實現更快嘅響應，但可能會犧牲輸出電壓擺幅。

4. 機械同封裝資料

4.1 封裝尺寸

PD438B/S46採用圓柱形側視封裝。關鍵尺寸包括封裝圖紙中定義嘅本體直徑同半透鏡高度。所有未指定公差嘅線性尺寸均為±0.25mm。封裝顏色為黑色，有助於減少雜散光干擾。側視配置允許從平行於PCB平面嘅方向感應光線，呢個喺打印機紙張檢測或邊緣感應等應用中非常有用。

4.2 極性識別

陰極通常通過較長嘅引腳、凹口或封裝本體上嘅平面來識別。組裝時必須注意正確極性，因為反向偏置係光電二極管用於光導模式時嘅標準操作條件。

5. 焊接同組裝指引

呢個元件適合波峰焊接同回流焊接製程。引腳焊接溫度嘅絕對最大額定值為260°C，並註明焊接時間唔應超過5秒。建議遵循標準IPC指引來焊接電子元件。為防止吸濕同靜電損壞，應將元件儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中，並喺其指定嘅儲存溫度範圍（-40°C至+100°C）內。

6. 包裝同訂購資料

標準包裝規格如下：200至500件裝喺一個防潮袋中。六個咁樣嘅袋放入一個內箱。然後十個內箱裝入一個主運輸箱。包裝上嘅標籤包括客戶部件編號（CPN）、製造商部件編號（P/N）、包裝數量（QTY）同批次編號（LOT No.）等欄位。其他欄位，例如CAT、HUE同REF（通常用於LED表示強度、波長同電壓分檔），對於呢款光電二極管唔適用，因為佢唔係以相同方式分檔；呢啲欄位可以留空或用於其他追溯信息。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 高速光檢測：適用於光學編碼器、塑膠光纖（POF）數據通訊同需要納秒響應嘅激光束檢測。
• 相機應用：可用於智能手機、平板電腦同數碼相機中嘅環境光感應（ALS）或紅外線接近檢測。內置紅外線濾光片有助於準確測量紅外線水平。
• 光電開關：適用於自動售賣機、工業自動化同安全系統中嘅物體檢測、計數同位置感應。
• 消費電子產品：用於錄影機同攝錄機中嘅磁帶末端檢測或控制信號接收。

7.2 設計考慮因素

設計使用PD438B/S46嘅電路時，請考慮以下因素：

• 偏置電壓：施加反向偏置電壓（根據規格書條件，通常為5V至10V）以擴展耗盡區，降低電容並提高速度。確保電壓唔超過最大額定值32V。
• 負載電阻（RL）：跨阻配置中RL嘅值直接影響帶寬同輸出電壓。較小嘅RL提供更快響應但輸出信號較低。規格書中嘅圖6係關鍵參考。
• 放大：光電流好細（微安級）。幾乎總係使用跨阻放大器（TIA）將呢個電流轉換為可用嘅電壓信號。選擇輸入偏置電流低同帶寬足夠嘅運算放大器。
• 降噪：屏蔽光電二極管及其連接走線免受電氣噪聲影響。如果使用有源偏置電路，請喺元件電源引腳附近使用旁路電容。低暗電流有助於保持良好信噪比。
• 光學考慮：確保透鏡清潔且無遮擋。側視封裝可能需要仔細嘅機械設計來正確對準光路。

8. 技術比較同區分

同標準PN光電二極管相比，PD438B/S46嘅PIN結構具有明顯優勢。P層同N層之間嘅本徵（I）區創造咗更大嘅耗盡區。呢個帶來兩個主要好處：1) 更低嘅結電容：更大嘅耗盡區好似更寬嘅電介質，顯著降低電容（典型值18 pF），呢個係實現高速操作嘅主要因素。2) 改善嘅線性度同靈敏度：寬闊嘅本徵區允許喺更廣嘅體積內更有效地收集光生載流子，從而喺光電流 vs. 輻照度方面具有更好嘅線性度，並可能喺其峰值波長處具有更高嘅量子效率。

此外，將紅外線過濾環氧樹脂直接集成到封裝中係一個區分性特徵。佢消除咗對單獨外部紅外線濾光片嘅需求，節省空間、降低成本並簡化組裝。呢個令佢對於緊湊型消費電子產品設計特別有利。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：短路電流（ISC）同反向光電流（IL）有咩區別？

答：ISC係喺二極管兩端電壓為零（短路條件）時測量嘅。IL係喺二極管反向偏置時（例如，喺VR=5V）測量嘅。實際上，對於PIN光電二極管，呢啲值非常相似，因為喺正常操作範圍內，光電流基本上唔依賴於反向偏置電壓。

問：點解上升/下降時間要用1 kΩ負載來指定？

答：1 kΩ負載代表測試同簡單電路嘅常見負載條件。你應用中嘅實際響應時間將取決於你特定電路嘅負載電阻同寄生電容，如圖6所示。

問：呢款光電二極管可以用於可見光檢測嗎？

答：雖然矽材料本身對可見光敏感（從延伸到約600nm嘅光譜曲線可以看出），但黑色環氧樹脂封裝起到強力濾波器嘅作用。同佢喺940 nm嘅峰值相比，佢喺可見光譜中嘅靈敏度會大大減弱。佢主要設計用於近紅外線應用。

問：點樣理解特性表中嘅Typ.值？

答：Typ.代表典型值，即喺指定條件下嘅預期平均值。佢唔係保證值。為設計目的，特別係對於關鍵參數，你應該使用Min.或Max.值，以確保你嘅電路喺所有生產變異同條件下都能正常運作。

10. 實用設計同使用例子

例子1：簡單物體檢測開關

可以通過將PD438B/S46同一個紅外線LED（例如，發射波長為940 nm）配對來構建基本光電開關。光電二極管反向偏置連接，並有一個上拉電阻連接至Vcc（例如5V）。電阻同光電二極管陰極之間嘅輸出節點連接到比較器或微控制器嘅數字輸入引腳。當物體阻斷LED同光電二極管之間嘅紅外線光束時，光電流下降，導致輸出節點嘅電壓上升，觸發檢測信號。快速響應時間允許檢測快速移動嘅物體。

例子2：帶微控制器嘅環境光感應器

對於模擬光水平測量，可以將光電二極管連接到跨阻放大器。TIA嘅輸出電壓與入射紅外線光強度成正比，然後輸入到微控制器嘅模數轉換器（ADC）輸入。MCU可以使用呢個讀數來自動調整顯示器亮度或確定是否存在紅外線遙控信號。集成紅外線濾光片有助於確保讀數係針對環境光中嘅紅外線分量。

11. 工作原理介紹

PIN光電二極管係一種將光轉換為電流嘅半導體元件。佢由一層夾喺P型層同N型層之間嘅本徵（未摻雜或輕度摻雜）半導體材料（I區）組成。當能量大於半導體帶隙（對於矽，波長小於約1100 nm嘅光）嘅光子撞擊元件時，佢哋可以喺本徵區產生電子-空穴對。當施加反向偏置電壓時，佢會喺本徵區產生強電場。呢個場迅速將光生載流子掃向各自嘅端子——電子掃向N側，空穴掃向P側——從而喺外部電路中產生可測量嘅光電流。本徵區嘅寬度係關鍵：佢允許有效嘅載流子產生同收集，同時保持元件電容較低。

12. 技術趨勢同背景

像PD438B/S46咁樣嘅矽PIN光電二極管代表咗一種成熟且高度可靠嘅技術。呢個領域嘅當前趨勢集中喺幾個方面：微型化：為可穿戴設備同手機等空間受限嘅應用開發更細嘅封裝尺寸（例如，芯片級封裝）。集成化：將光電二極管同放大、數字化同信號處理電路集成喺單一芯片上，以創建智能光學感應器。增強性能：研究像雪崩光電二極管（APD）咁樣嘅結構，用於需要極高靈敏度嘅應用，不過呢啲結構更複雜同昂貴。新材料：探索像鍺或III-V族化合物（例如，InGaAs）等材料，用於檢測更長嘅紅外線波長，呢啲係標準矽無法達到嘅。對於高達1100 nm嘅主流近紅外線應用，矽憑藉其出色嘅可製造性同性能，仍然係主導嘅、具成本效益嘅選擇材料。