1.8mm 圓形超微型矽PIN光電二極管 PD42-21B/TR8 規格書 - 直徑1.8mm - 黑色透鏡 - 英文技術文件

1. 產品概覽

PD42-21B/TR8 係一款專為紅外線偵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直徑球形頂視透鏡表面貼裝器件（SMD）封裝，外殼係黑色塑膠模製，光譜經過優化以匹配常見嘅紅外線發光二極管。佢嘅主要功能係將入射光，特別係紅外線光譜嘅光，轉換成電流。

呢款器件嘅核心優勢嚟自佢嘅快速響應時間、高光敏度同細結電容，令佢適合需要快速可靠光檢測嘅應用。佢以適合自動化組裝流程嘅帶裝形式供應，並符合現代環保標準，包括無鉛（Pb-free）、符合RoHS、符合歐盟REACH同無鹵素。

2. 技術參數深入分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能受到永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作並唔保證。

• 反向電壓（VR）：32 V - 可以施加喺光電二極管端子之間嘅最大反向偏壓電壓。
• 工作溫度（Topr）：-25°C 至 +85°C - 器件正常操作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +85°C - 非操作狀態下儲存嘅溫度範圍。
• 焊接溫度（Tsol）：最高260°C，最多5秒 - 回流焊接期間嘅峰值溫度限制。
• 功耗（Pd）：25°C時為150 mW - 器件可以散發嘅最大功率。

2.2 電光特性

呢啲參數喺25°C下量度，定義咗光電二極管喺指定測試條件下嘅性能。

• 光譜帶寬（λ0.5）：730 nm 至 1100 nm - 光電二極管響應度至少係峰值一半嘅波長範圍。呢個定義咗佢嘅靈敏度窗口。
• 峰值靈敏度波長（λP）：940 nm（典型值） - 光電二極管最敏感嘅光波長。呢個令佢同常見嘅940nm紅外線LED匹配。
• 開路電壓（VOC）：0.42 V（典型值），條件為 Ee=5 mW/cm²，λP=940nm - 喺光照下，當無電流被抽取（開路）時，光電二極管端子之間產生嘅電壓。
• 短路電流（ISC）：4.0 μA（典型值），條件為 Ee=1 mW/cm²，λP=875nm - 當光電二極管端子喺光照下短路時流過嘅電流。
• 反向光電流（IL）：4.0 μA（典型值），條件為 Ee=1 mW/cm²，λP=875nm，VR=5V - 當器件處於反向偏壓時產生嘅光電流。呢個係大多數檢測電路嘅主要操作參數。
• 暗電流（ID）：10 nA（最大值），條件為 VR=10V - 當器件處於完全黑暗時流動嘅微小反向漏電流。數值越低表示信噪比越好。
• 反向擊穿電壓（VBR）：32 V（最小值），170 V（典型值），條件為 IR=100μA - 反向電流急劇增加時嘅電壓。喺呢個電壓附近或以上操作可能會導致損壞。

3. 性能曲線分析

規格書包含典型特性曲線，可以直觀了解器件喺單點規格以外嘅行為。

3.1 光譜靈敏度（圖1）

呢條曲線繪製咗光電二極管嘅相對響應度對入射光波長嘅關係。佢以圖形方式確認咗940nm嘅光譜帶寬同峰值靈敏度。曲線顯示靈敏度從大約700nm開始急劇上升，喺940nm達到峰值，然後逐漸下降到1100nm。呢個形狀係矽基光電探測器嘅特徵。

3.2 反向光電流對照輻照度（圖2）

呢個圖表說明咗產生嘅光電流（IL）同入射光功率密度（Ee）之間嘅關係。對於以光導模式（反向偏壓）操作嘅PIN光電二極管，呢個關係通常喺廣泛範圍內係線性嘅。呢種線性對於模擬光感測應用至關重要，因為輸出信號必須同光強度成正比。

4. 機械同封裝資訊

4.1 封裝尺寸

PD42-21B/TR8 係一款直徑1.8mm嘅圓形超微型器件。詳細嘅機械圖提供咗所有關鍵尺寸，包括總高度、透鏡形狀、引腳間距同焊盤建議。建議嘅焊盤佈局僅供參考；設計師應根據其特定PCB設計規則同熱/機械要求進行調整。除非另有說明，所有尺寸公差通常為±0.1mm。

4.2 極性識別

器件有兩個端子。喺反向偏壓電路中，正確嘅極性連接對於正常操作至關重要。規格書圖紙標示咗陰極同陽極。通常，較長嘅引腳或封裝上嘅特定標記表示陰極。將陰極連接到較高正電壓（反向偏壓）係標準操作條件。

4.3 包裝規格

組件以7英寸直徑捲盤上嘅凸版載帶形式供應。載帶尺寸（口袋大小、間距等）有明確規定，以確保同標準SMD貼片設備兼容。每卷包含1000件，係中等批量生產嘅常見數量。

5. 焊接同組裝指引

5.1 回流焊接曲線

呢款器件適合無鉛（Pb-free）回流焊接製程。最高峰值溫度不得超過260°C，並且高於260°C嘅時間應該受到限制。回流次數總數不應超過兩次，以防止塑膠封裝同內部晶片貼裝受到熱應力損壞。

5.2 手動焊接

如果需要手動焊接，必須極度小心。烙鐵頭溫度應低於350°C，每個引腳嘅接觸時間應限制喺3秒或更少。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。焊接每個端子之間應有冷卻間隔，以防止局部過熱。

5.3 返工同維修

強烈不建議喺初次焊接後進行返工。如果無法避免，應使用專門嘅雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以便安全移除，而唔施加過多機械應力。必須事先評估返工對器件性能嘅潛在影響。

6. 儲存同處理注意事項

• 濕度敏感性：器件對濕度敏感。準備使用前不應打開包裝袋。預處理儲存條件應為≤30°C同≤90%相對濕度。
• 車間壽命：打開防潮袋後，如果儲存喺≤30°C同≤60%相對濕度嘅環境中，組件必須喺168小時（7日）內使用。
• 烘烤：如果超過儲存時間或乾燥劑顯示高濕度，則需要喺60±5°C下烘烤24小時，以去除吸收嘅水分並防止回流期間出現爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

主要應用係作為高速光電探測器。喺典型電路中，光電二極管以低於其最大額定值（例如測試條件中嘅5V）嘅電壓進行反向偏壓。光電流（IL）流經一個負載電阻（RL）。然後，RL上與光強度成正比嘅電壓降會被後續嘅跨阻放大器（TIA）或電壓放大器放大。快速響應時間令佢適合脈衝光檢測同數據通信。

7.2 設計考慮因素

• 偏壓電壓：建議使用反向偏壓電壓（例如5V）以獲得最佳速度同線性度。較高偏壓可以進一步降低結電容，增加帶寬，但必須保持低於V_R.
• 限流/保護：正如注意事項所述，光電二極管本身唔會限制電流。喺可能暴露於高強度光或連接錯誤嘅電路中，可能需要串聯一個電阻以防止過大電流損壞結。
• 光學設計：黑色透鏡有助於降低雜散光靈敏度。為獲得最佳性能，光電二極管應配對一個紅外線光源（例如850nm或940nm LED），並可能加裝光學濾波器以阻擋不需要嘅環境光，特別係佢某程度上都能檢測到嘅可見光。

7.3 應用場景

• 高速光檢測：適用於需要檢測快速開/關光轉換嘅光柵系統、物件計數器同編碼器。
• 影印機同掃描器：可用作感應器檢測文件存在、卡紙，或作為接觸式影像感應器（CIS）中影像感應陣列嘅一部分。
• 遊戲機同消費電子產品：用於紅外線遙控接收器、接近感應器同手勢識別系統。
• 紅外線應用系統：任何利用調製或脈衝紅外線光進行數據傳輸、距離測量（飛行時間）或簡單存在檢測嘅系統。

8. 技術比較同區分

同標準PN光電二極管相比，PIN結構提供關鍵優勢：一個更寬嘅耗盡區（I或本徵層）導致更低嘅結電容（實現更快響應）並允許佢喺較低反向偏壓電壓下高效運作。細小嘅1.8mm封裝令佢成為空間受限設計嘅理想選擇。同透明透鏡型號相比，黑色透鏡提供一定程度嘅內置可見光抑制，呢點對紅外線特定應用有益。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：短路電流（I_SC）同反向光電流（I_L）有咩分別？

答：I_SC係喺二極管兩端電壓為零（光伏模式）下量度嘅。I_L係施加反向偏壓（光導模式）下量度嘅。I_L通常係電路設計中使用嘅參數，因為佢更穩定同線性，而且反向偏壓可以加快響應。

問：點解暗電流咁重要？

答：暗電流係光電二極管嘅底噪。喺低光應用中，高暗電流會掩蓋微小嘅光電流信號，降低靈敏度同信噪比。對於矽光電二極管嚟講，最大10 nA嘅規格係相當低嘅。

問：我可唔可以用佢配合可見光源？

答：可以，但效率會降低。光譜響應曲線顯示佢對~730nm以上嘅光敏感，所以佢會好好檢測紅色同近紅外線光。要喺可見光（例如藍色或綠色）下獲得最佳性能，使用具有不同光譜峰值嘅光電二極管會更合適。

10. 操作原理

PIN光電二極管係一種具有p型區、本徵（未摻雜）區同n型區嘅半導體器件。當反向偏壓時，一個寬闊嘅耗盡區主要喺本徵層形成。能量大於半導體帶隙嘅入射光子被吸收，產生電子-空穴對。耗盡區內嘅強電場迅速分離呢啲對，令佢哋漂移到各自嘅端子，從而產生與入射光強度成正比嘅光電流。本徵層降低咗電容，並允許喺更寬區域內有效收集載流子，提高咗速度同量子效率。