目錄
1. 產品概述
PD333-3B/L1 是一款高速、高靈敏度的矽 PIN 光電二極體，封裝於標準 5mm 直徑的塑膠外殼中。其主要功能是將入射光（特別是紅外光譜）轉換為電流。該元件採用黑色環氧樹脂透鏡，增強了對紅外線輻射的靈敏度，同時最小化對可見光的響應。這使其特別適合需要在近紅外線範圍進行偵測的應用。此元件的核心優勢包括快速響應時間、高光敏度以及低接面電容，這些特性對於高速訊號偵測至關重要。本元件設計為無鉛 (Pb-free) 元件，並符合 RoHS 與歐盟 REACH 等相關環保法規。
2. 技術參數詳解
2.1 絕對最大額定值
本元件設計為在指定限制範圍內可靠運作。超過這些額定值可能會導致永久性損壞。
- 逆向電壓 (VR):32 V - 可施加於光電二極體兩端之最大逆向偏壓。
- 工作溫度 (Topr):-25°C 至 +85°C - 正常運作時的環境溫度範圍。
- 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +100°C - 非運作狀態下的儲存溫度範圍。
- 焊接溫度 (Tsol):260°C - 元件在焊接製程中可承受的峰值溫度。
- 功率消耗 (Pc):150 mW - 在環境溫度 25°C 或以下時，元件可消耗的最大功率。
2.2 電氣與光學特性
這些參數定義了光電二極體在標準測試條件 (Ta=25°C) 下的性能。
- 光譜頻寬 (λ0.5):840 nm 至 1100 nm - 響應度至少為峰值一半的波長範圍。
- 峰值靈敏度波長 (λP):940 nm (典型值) - 光電二極體最為敏感的入射光波長。
- 開路電壓 (VOC):0.44 V (典型值) - 在光照下 (Ee=5 mW/cm², λp=940nm)，開路兩端產生的電壓。
- 短路電流 (ISC):10 µA (典型值) - 在光照下 (Ee=1 mW/cm², λp=940nm)，端子短路時流動的電流。
- 逆向光電流 (IL):最小值 15 µA - 在逆向偏壓下 (VR=5V, Ee=1 mW/cm², λp=940nm) 產生的光電流。此為訊號偵測的關鍵參數。
- 逆向暗電流 (ID):最大值 30 nA - 在完全黑暗且施加逆向偏壓時 (VR=10V) 流動的小量漏電流。較低的值有助於獲得更好的訊噪比。
- 逆向崩潰電壓 (VBR):最小值 32 V，典型值 170 V - 接面崩潰且電流急遽增加的逆向電壓。
- 總電容 (Ct):6.0 pF (典型值) - 在逆向偏壓下的接面電容 (VR=5V, f=1MHz)。低電容對於高速運作至關重要。
- 上升/下降時間 (tr/tf):10 ns (典型值) - 輸出訊號從最終值的 10% 上升至 90% (或從 90% 下降至 10%) 所需的時間 (VR=10V, RL=100Ω)。此定義了最大切換速度。
3. 分級系統說明
PD333-3B/L1 根據其在特定測試條件下 (EL=1mW/cm², λe=940nm, Vp=5V) 的逆向光電流 (IR) 性能，被分選至不同的等級。這讓設計師能為其應用選擇性能一致的元件。
| 等級編號 | 最小 IL(µA) | 最大 IL(µA) |
|---|---|---|
| BIN1 | 15 | 25 |
| BIN2 | 25 | 35 |
| BIN3 | 35 | 45 |
| BIN4 | 45 | 55 |
| BIN5 | 55 | 65 |
規格書亦註明標準公差：發光強度 ±10%、主波長 ±1nm、順向電壓 ±0.1V，儘管後兩者與 LED 的關聯性高於本光電二極體。
4. 性能曲線分析
規格書包含數條特性曲線，用以說明元件在不同條件下的行為。這些對於電路設計與性能預測至關重要。
4.1 光譜靈敏度
光譜響應曲線顯示了元件在不同波長下的相對靈敏度。其峰值位於 940 nm (紅外線)，並在約 840 nm 至 1100 nm 範圍內有顯著響應。這證實了其適用於紅外線遙控器與接近感測器等基於紅外線的系統。
4.2 溫度依存性
提供的曲線顯示了逆向暗電流與環境溫度，以及功率消耗與環境溫度之間的關係。暗電流通常隨溫度升高而增加，這可能會影響高靈敏度應用中的底噪。功率降額曲線則顯示了當環境溫度超過 25°C 時，最大允許功率消耗如何降低。
4.3 電氣特性
關鍵圖表包括：
- 逆向光電流 vs. 輻照度 (Ee):顯示了產生的光電流與入射光功率密度之間的線性關係，這是光電二極體的基本特性。
- 端子電容 vs. 逆向電壓：展示了接面電容如何隨著逆向偏壓增加而降低。在較高的逆向電壓下運作 (在限制範圍內) 可透過降低電容來提升速度。
- 響應時間 vs. 負載電阻：說明了上升/下降時間如何受到電路中負載電阻 (RL) 的影響。較小的 RL通常會帶來更快的響應，但輸出電壓擺幅較小。
5. 機械與封裝資訊
本元件採用標準 5mm 直徑的圓形塑膠封裝。封裝尺寸圖提供了 PCB 焊盤設計與機械整合所需的關鍵尺寸。關鍵尺寸包括整體直徑 (5mm)、引腳間距與元件高度。圖中註明一般公差為 ±0.25mm，除非另有說明。封裝具有兩根軸向引腳用於電氣連接。黑色環氧樹脂本體同時作為透鏡與紅外線濾光片。正確的極性識別應基於規格書的端子圖；通常，陰極由較長的引腳、封裝上的平面或特定標記來指示。
6. 焊接與組裝指南
本元件的最高焊接溫度額定值為 260°C。可使用適用於無鉛製程的標準迴焊或波焊溫度曲線，確保控制峰值溫度與液相線以上的時間，以防止熱損傷。手動焊接應使用溫控烙鐵快速完成。建議將元件儲存於乾燥環境中，以防止吸濕，這可能在焊接時造成問題 (爆米花效應)。
7. 包裝與訂購資訊
標準包裝規格為每袋 500 件，每盒 5 袋，每箱 10 盒，總計每箱 25,000 件。包裝標籤包含客戶產品編號 (CPN)、產品編號 (P/N)、包裝數量 (QTY) 及相關性能等級 (如 CAT 代表強度等) 等欄位，以及用於追溯的批號與日期代碼。
8. 應用建議
8.1 典型應用場景
- 高速光偵測：憑藉其 10ns 的響應時間，適用於光纖數據傳輸、條碼掃描器與光學編碼器。
- 安防系統：可用於入侵偵測光束、煙霧偵測器，或作為紅外線安防通訊的接收器。
- 相機應用：可用於測光、自動對焦輔助系統，或作為紅外線截止濾光片監測器。
- 工業感測：自動化設備中的物體偵測、計數與位置感測。
8.2 設計考量
- 偏壓電路：光電二極體可用於光伏模式 (零偏壓) 以實現低噪音應用，或用於光導模式 (逆向偏壓) 以獲得更高的速度與線性度。32V 的最大逆向電壓允許廣泛的偏壓選擇。
- 放大：噪音：
- 對於高靈敏度應用，需考慮暗電流及其溫度依存性。需要進行屏蔽並謹慎規劃 PCB 佈局，以最小化電氣噪音的拾取。光學濾波：
- 黑色環氧樹脂提供了一定的濾波效果，但對於特定的波長選擇，可能需要額外的帶通光學濾光片。9. 技術比較與差異化
與通用光電二極體相比，PD333-3B/L1 在常見的 5mm 封裝中，提供了速度 (10ns)、靈敏度 (在指定條件下最小 15µA) 與穩健的 32V 逆向電壓額定值之間的平衡組合。其矽材料結構與 PIN 架構為近紅外線應用在成本、速度與靈敏度之間提供了良好的權衡。替代方案可能包括：針對空間受限設計的更小封裝光電二極體、具有不同光譜響應 (例如可見光) 的元件，或針對需要內部增益應用的雪崩光電二極體 (APD)，儘管 APD 更為複雜且昂貴。
10. 常見問題 (FAQ)
問：光伏模式與光導模式有何不同？
答：在光伏模式 (零偏壓) 下，光電二極體自行產生電壓/電流，提供極低的暗電流與噪音。在光導模式 (逆向偏壓) 下，施加外部電壓，這會降低接面電容 (提升速度) 並改善線性度，但代價是暗電流略高。
問：如何選擇正確的等級？
答：根據您的應用所需的最小訊號電流來選擇等級。使用較高的等級可確保更強的訊號，但可能涉及成本考量。為了生產一致性，請指定單一等級。
問：此光電二極體可用於可見光偵測嗎？
答：雖然它在可見紅光譜中有一些響應，但其峰值位於 940nm (紅外線)，且黑色環氧樹脂會衰減可見光。對於主要的可見光偵測，使用具有透明或特定顏色透鏡且峰值波長在可見光範圍的光電二極體會更為合適。
問：我應該使用多大值的負載電阻 (R
)？L答：這取決於所需的速度與訊號位準。較小的 R
(例如 50Ω) 能提供更快的響應，但輸出電壓較小 (Vout = ILph* R)。較大的 RL能提供較大的電壓，但由於與二極體電容形成的 RC 時間常數，響應會較慢。請參考響應時間 vs. 負載電阻曲線。L11. 實務設計案例
案例：簡易物體偵測感測器
一個常見用途是遮斷光束感測器。一個發射 940nm 紅外線的 LED 與 PD333-3B/L1 光電二極體相對放置。光電二極體以光導模式運作，透過一個負載電阻 (例如 10kΩ) 施加 5V 逆向偏壓。在正常情況下，紅外線照射到二極體，產生光電流並在電阻上產生電壓降。當物體遮斷光束時，光電流顯著下降，導致電阻兩端的電壓發生大幅變化。此電壓訊號可輸入比較器，為微控制器產生數位中斷訊號。10ns 的響應時間遠超過此應用所需，但高靈敏度確保了即使在較弱的紅外線光源或較長距離下也能可靠運作。
12. 工作原理
PIN 光電二極體是一種半導體元件，其本徵 (I) 區域夾在 P 型與 N 型區域之間。當能量大於半導體能隙的光子撞擊元件時，會在本徵區域產生電子-電洞對。在內部內建電位 (光伏模式) 或施加的逆向偏壓 (光導模式) 影響下，這些電荷載子被分開，產生與入射光強度成正比的可測量光電流。與標準 PN 光電二極體相比，PIN 結構中的寬本徵區域降低了接面電容，從而實現了更高的運作速度。
13. 產業趨勢
光電二極體的需求在消費性電子 (智慧型手機感測器、穿戴式裝置)、汽車 (LiDAR、駕駛監控)、工業自動化與通訊 (資料中心) 等領域持續成長。趨勢包括進一步微型化至晶片級封裝、與晶片上放大及訊號處理電路的整合、針對新波長範圍 (例如短波紅外線) 的光電二極體開發，以及提升如更低噪音與更高速度等性能參數，以滿足新興技術的需求。
The demand for photodiodes continues to grow in areas like consumer electronics (smartphone sensors, wearables), automotive (LiDAR, driver monitoring), industrial automation, and communication (data centers). Trends include further miniaturization into chip-scale packages, integration with on-chip amplification and signal processing circuitry, development of photodiodes for new wavelength ranges (e.g., short-wave infrared), and enhancement of performance parameters like lower noise and higher speed to meet the requirements of emerging technologies.
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |