PD15-22B/TR8 矽PIN光電二極體規格書 - 封裝尺寸3.5x4.0x1.65mm - 反向電壓32V - 黑色透鏡 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

PD15-22B/TR8係一款高速、高靈敏度嘅矽PIN光電二極體，專為需要快速光學檢測嘅應用而設計。佢採用微型、平頂表面貼裝器件（SMD）封裝，配備黑色塑膠外殼同黑色透鏡。呢款器件嘅光譜匹配可見光同近紅外光源，適用於多種感測應用。

呢個元件嘅主要優勢包括其快速響應時間，能夠檢測光強度嘅快速變化，以及高光敏度，即使喺低光條件下都能可靠運作。細嘅接面電容有助於實現高速性能。產品符合環保標準，係無鉛（Pb-free）、符合RoHS、符合歐盟REACH同無鹵素（溴<900 ppm、氯<900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢款器件設計喺指定範圍內可靠運作。超過呢啲絕對最大額定值可能會導致永久損壞。

• 反向電壓 (VR):32 V。呢個係喺反向偏壓條件下可以施加而唔會導致擊穿嘅最大電壓。
• 工作溫度 (Topr):-40°C 至 +85°C。呢個定義咗器件正常運作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +100°C。器件喺非運作狀態下可以喺呢個範圍內儲存。
• 焊接溫度 (Tsol):260°C，最多5秒。呢個對於迴流焊接過程至關重要。
• 功耗 (Pc):150 mW。器件可以安全散發嘅最大功率。
• ESD HMB 等級:最小2000V。表示器件使用人體模型對抗靜電放電嘅穩健性。

2.2 電光特性

呢啲參數喺Ta=25°C下測量，定義咗光電二極體嘅核心性能。

• 光譜帶寬 (λ):730 nm 至 1100 nm（喺峰值靈敏度嘅10%處）。器件對呢個波長範圍內嘅光有響應，峰值靈敏度喺近紅外區。
• 峰值靈敏度波長 (λP):典型值 940 nm。光電二極體最敏感嘅波長。
• 開路電壓 (VOC):喺λP=940nm、輻照度(Ee)=5 mW/cm²下，典型值為0.41 V。呢個係端子開路時產生嘅電壓。
• 短路電流 (ISC):喺λP=875nm、Ee=1 mW/cm²下，最小值4.0 μA，典型值6.5 μA。呢個係端子短路時產生嘅電流。
• 反向光電流 (IL):喺λP=875nm、Ee=1 mW/cm²、VR=5V下，最小值4.2 μA，典型值6.5 μA。呢個係二極體反向偏壓時產生嘅光電流，係高速應用嘅典型工作模式。
• 暗反向電流 (ID):喺VR=10V、完全黑暗下，最大值10 nA。呢個係即使冇光存在時都會流動嘅小量漏電流。
• 反向擊穿電壓 (BVR):喺黑暗下、反向電流(IR)=100 μA時測量，最小值32 V，典型值170 V。
• 上升/下降時間 (tr, tf):喺VR=5V、RL=1000 Ω下，典型值各為10 ns。呢個定義咗光電二極體嘅開關速度。
• 視角 (2θ1/2):喺VR=5V下，典型值130度。表示光檢測嘅寬廣視野。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條對設計工程師至關重要嘅特性曲線。

3.1 光譜靈敏度

光譜響應曲線顯示咗光電二極體喺唔同波長下嘅相對靈敏度。確認咗峰值靈敏度大約喺940 nm附近，有用嘅響應範圍從730 nm到1100 nm。呢個令佢成為紅外發射器（例如遙控器、接近感測器同數據通信鏈路中常用嘅850nm或940nm波長）嘅理想匹配。

3.2 暗電流 vs. 環境溫度

呢條曲線說明咗暗電流 (ID) 點樣隨住環境溫度升高而指數式增加。喺25°C時，佢低於10 nA，但喺更高溫度（例如85°C）下會顯著上升。設計師必須喺高溫應用或需要檢測極低光水平時，考慮呢個增加嘅噪聲基底。

3.3 反向光電流 vs. 輻照度

呢個圖表顯示咗反向光電流 (IL) 同入射光輻照度 (Ee) 之間嘅線性關係。光電二極體表現出良好嘅線性度，意味住輸出電流喺其工作範圍內與光強度成正比。呢個對於需要準確強度測量嘅模擬光感測應用至關重要。

3.4 端子電容 vs. 反向電壓

接面電容隨住反向偏壓電壓 (VR) 增加而降低。較低嘅電容對於高速運作係理想嘅，因為佢降低咗電路嘅RC時間常數。曲線顯示，施加更高嘅反向偏壓（例如10V而非5V）可以顯著降低電容，從而提高帶寬同響應時間。

3.5 響應時間 vs. 負載電阻

呢條曲線展示咗響應速度同信號幅度之間嘅權衡。上升/下降時間隨住更高嘅負載電阻 (RL) 而增加。為咗最快嘅響應，應該使用低值負載電阻（例如50 Ω），但呢個會產生較細嘅電壓信號。跨阻放大器通常用嚟克服呢個限制，提供高速同良好嘅信號增益。

3.6 相對光電流 vs. 角度偏移

呢個圖表描述咗光電二極體嘅角度靈敏度。確認咗寬廣嘅130度視角，顯示即使光線以顯著偏離中心軸嘅角度入射，檢測到嘅信號仍然相對較高。呢個對於對齊唔完美或需要寬廣檢測視野嘅應用有益。

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸

PD15-22B/TR8採用緊湊嘅SMD封裝。主要尺寸如下（全部以mm為單位，公差±0.1mm，除非另有說明）：

• 總長度：4.0 mm
• 總寬度：3.5 mm
• 總高度：1.65 mm（典型值，從安裝平面到透鏡頂部）
• 引腳寬度：1.55 mm ±0.05 mm
• 引腳間距：2.95 mm
• 提供咗PCB佈局嘅端子焊盤圖案建議。

陽極同陰極喺封裝圖上清晰標記。引腳1係陰極。

4.2 載帶同捲盤尺寸

器件以載帶同捲盤形式供應，用於自動組裝。每捲包含2000件。提供咗載帶凹槽同捲盤嘅詳細尺寸，以確保與標準貼片設備兼容。

5. 焊接同組裝指引

5.1 儲存同濕度敏感性

光電二極體對濕度敏感。必須採取預防措施以防止儲存同處理期間損壞。

• 準備使用前唔好打開防潮袋。
• 打開前，儲存喺≤30°C同≤90% RH環境下。
• 喺出貨後一年內使用。
• 打開後，儲存喺≤30°C同≤60% RH環境下。
• 喺打開袋後168小時（7日）內使用。
• 如果超過儲存時間或乾燥劑顯示受潮，使用前喺60 ±5°C下烘烤至少24小時。

5.2 迴流焊接溫度曲線

提供咗建議嘅無鉛迴流焊接溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱同保溫區。
• 峰值溫度唔好超過260°C。
• 高於240°C嘅時間應該控制。
• 迴流焊接唔應該進行超過兩次。
• 加熱期間避免對元件施加機械應力。
• 焊接後唔好扭曲PCB。

5.3 手動焊接同返修

如果需要手動焊接：

• 使用烙鐵頭溫度<350°C嘅烙鐵。
• 每個端子嘅接觸時間限制喺≤3秒。
• 使用額定功率<25W嘅烙鐵。
• 焊接每個端子之間允許>2秒嘅冷卻間隔。
• 唔建議焊接後進行維修。如果無可避免，使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，並盡量減少熱應力。任何返修後都要驗證器件功能。

6. 應用備註同設計考量

6.1 典型應用

• 高速光電檢測器：由於其10 ns響應時間，適用於光學數據鏈路、編碼器同激光檢測。
• 影印機同掃描器：用於檢測文件存在、邊緣檢測同碳粉密度感測。
• 遊戲機同消費電子產品：用於接近感測、手勢識別同紅外遙控接收器。

6.2 關鍵設計考量

• 限流/保護：規格書明確警告必須使用外部串聯電阻進行保護。輕微嘅電壓偏移可能導致大電流變化，有可能導致燒毀。呢個電阻限制流經二極體嘅電流。
• 偏壓以實現速度：為咗最佳高速性能，喺反向偏壓模式（光導模式）下操作光電二極體。更高嘅反向電壓（直至最大額定值）將降低接面電容並改善響應時間，如特性曲線所示。
• 電路拓撲：為咗將光電流轉換為電壓，考慮使用跨阻放大器 (TIA)。呢種配置提供低輸入阻抗（保持光電二極體電壓恆定，從而最小化電容調製）、高帶寬同可控增益。反饋電阻同放大器帶寬嘅選擇將決定整體系統性能。
• 光學設計：黑色透鏡有助於降低雜散光靈敏度。確保光路清潔且冇障礙物。寬廣嘅130度視角為機械對齊提供靈活性。
• 熱管理：考慮暗電流隨溫度增加，特別係喺高精度或高溫應用中。可能需要溫度補償電路。

7. 包裝同訂購資料

標準包裝程序包括將捲盤放入鋁製防潮袋中，連同乾燥劑同適當標籤。標籤包括客戶部件號 (CPN)、生產編號 (P/N)、數量 (QTY)、等級 (CAT)、峰值波長 (HUE)、參考 (REF)、批號 (LOT No.) 同生產地點等欄位。

器件選擇指南確認型號PD15-22B/TR8使用矽芯片並具有黑色透鏡。

8. 技術比較同市場定位

PD15-22B/TR8定位為一款通用、高速嘅矽PIN光電二極體，採用標準SMD封裝。其關鍵區別在於速度（10 ns）、靈敏度、寬視角同穩健嘅環保合規性（RoHS、無鹵素）之間嘅平衡組合。同較慢嘅光電二極體或光電晶體管相比，佢為脈衝光檢測提供更優越嘅性能。同更專業嘅超高速光電二極體相比，佢為需要納秒級響應時間嘅主流應用提供具成本效益嘅解決方案。喺有環境光嘅環境中，黑色透鏡相比透明透鏡版本具有優勢，因為佢有助於抑制唔需要嘅信號。

9. 常見問題 (FAQ)

問：短路電流 (ISC) 同反向光電流 (IL) 有咩唔同？

答：ISC係喺二極體兩端電壓為零（短路條件）下測量嘅。IL係施加反向偏壓電壓（例如5V）時測量嘅。IL通常係電路設計中使用嘅參數，因為光電二極體通常喺反向偏壓下運作以實現線性度同速度。

問：點解必須使用串聯電阻？

答：光電二極體嘅I-V特性喺正向非常陡峭。正向電壓嘅小量增加可能導致非常大、可能具破壞性嘅電流流動。串聯電阻將呢個電流限制喺安全值。

問：我點樣選擇工作反向電壓？

答：呢個涉及權衡。更高嘅反向電壓（例如10-20V）降低電容以實現更快響應，但會輕微增加暗電流並消耗更多功率。較低嘅電壓（例如5V）對於許多應用已經足夠，並保持暗電流最小。請參考電容 vs. 電壓曲線。

問：呢個光電二極體可以檢測可見光嗎？

答：可以，其光譜範圍從730 nm開始，呢個係可見光譜嘅深紅色部分。然而，其峰值靈敏度喺近紅外（940 nm），所以佢對可見光（特別係藍色同綠色）嘅響應度會低於對紅外光。

10. 工作原理

PIN光電二極體係一種將光轉換為電流嘅半導體器件。佢由一個寬闊、輕度摻雜嘅本徵（I）區域組成，夾喺P型同N型半導體區域之間（形成P-I-N結構）。當具有足夠能量嘅光子撞擊本徵區域時，佢哋會產生電子-空穴對。喺內部電場（通常由外部反向偏壓電壓增強）嘅影響下，呢啲電荷載子被分開，產生與入射光強度成正比嘅光電流。同標準PN光電二極體相比，寬闊嘅本徵區域允許更高嘅量子效率（更多光吸收）同更低嘅接面電容，呢個直接轉化為更高靈敏度同更快響應時間。

11. 行業趨勢

對PD15-22B/TR8呢類光電二極體嘅需求由幾個持續嘅趨勢推動。物聯網（IoT）同智能設備嘅普及增加咗對環境光感測器、接近感測器同簡單光學通信鏈路嘅需求。工業同消費領域嘅自動化依賴於光學編碼器同物體檢測感測器。持續推動小型化，導致更細嘅SMD封裝，以及更高嘅集成度，將光電二極體同放大及信號調理電路結合喺單一模組中。此外，對能源效率同環境責任嘅重視，令符合RoHS同無鹵素製造等標準成為全球市場使用元件嘅基本要求。