5mm 矽質 PIN 光電二極體 PD333-3C/H0/L811 規格書 - 5mm 直徑 - 35V 逆向電壓 - 透明透鏡 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

PD333-3C/H0/L811 是一款高速、高靈敏度的矽質 PIN 光電二極體，封裝於標準 5mm 直徑的塑膠封裝內。此元件採用透明環氧樹脂透鏡，使其對廣泛的光譜輻射敏感，包括可見光與紅外線波長。其主要設計重點在於實現快速響應時間與高光電靈敏度，同時保持低接面電容，非常適合需要精確且快速光線偵測的應用。

此元件的關鍵優勢包括其符合現代環境與安全標準。它是一款無鉛產品，符合歐盟 REACH 法規，並遵循無鹵素要求，溴 (Br) 與氯 (Cl) 含量各自低於 900 ppm，且總和低於 1500 ppm。產品本身設計符合 RoHS 規範。

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

此元件設計為在指定範圍內可靠運作。超過這些額定值可能會導致永久性損壞。

• 逆向電壓 (V_R):35 V - 可施加於光電二極體兩端的最大逆向偏壓。
• 功率消耗 (P_d):150 mW - 元件可消耗的最大功率。
• 工作溫度 (T_opr):-25°C 至 +85°C - 正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +100°C - 非運作狀態下的儲存溫度範圍。
• 引腳焊接溫度 (T_sol):最高 260°C，持續時間最長 5 秒。

2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)

這些參數定義了光電二極體在典型條件下的核心性能。

• 光譜頻寬 (λ_0.1):400 nm 至 1100 nm。此元件對從紫/藍光區域到近紅外線的光線均有響應。
• 峰值靈敏度波長 (λ_P):940 nm (典型值)。光電二極體在近紅外線光譜中最為敏感。
• 開路電壓 (V_OC):在 470 nm 波長、輻照度 1 mW/cm² 下，典型值為 0.38 V。
• 短路電流 (I_SC):在 470 nm 波長、輻照度 1 mW/cm² 下，典型值為 45 μA。
• 逆向光電流 (I_L):此為二極體施加逆向偏壓時產生的光電流。
  • 在 470 nm、V_R=5V、E_e=1 mW/cm² 條件下，典型值為 46 μA。
  • 在 940 nm (峰值靈敏度)、V_R=5V、E_e=1 mW/cm² 條件下，典型值為 60 μA。
• 逆向暗電流 (I_D):在 V_R=10V、完全黑暗環境下，最大值為 10 nA。此為漏電流，是低光靈敏度的關鍵參數。
• 逆向崩潰電壓 (V_BR):典型值為 130 V，最小值為 35 V，測量條件為黑暗環境下逆向電流 100 μA。
• 視角 (2θ_1/2):典型值為 80°。這定義了光電二極體能維持其軸向靈敏度一半的角範圍。

3. 性能曲線分析

本規格書包含數條對設計工程師至關重要的特性曲線。

3.1 功率消耗 vs. 環境溫度

此圖表顯示最大允許功率消耗隨著環境溫度升高而降額的情況。額定的 150 mW 在 25°C 時有效，並線性遞減至 100°C 時的 0 mW。此曲線對於確保元件在應用環境中不會過熱至關重要。

3.2 光譜靈敏度

此曲線說明了光電二極體在其工作波長範圍 (400-1100 nm) 內的相對響應度，確認了峰值靈敏度約在 940 nm，並且由於透明透鏡，在可見光譜中也有顯著響應。

3.3 逆向光電流 vs. 輻照度

此圖表展示了產生的光電流 (I_L) 與入射光功率密度 (E_e) 之間的線性關係。它確認了此元件適用於線性度很重要的光測量應用。

3.4 暗電流 vs. 環境溫度

暗電流 (I_D) 隨溫度呈指數增長。此曲線對於在高溫下運作的應用至關重要，因為它定義了偵測器的雜訊基底。

3.5 相對光電流 vs. 角度偏移

此極座標圖直觀地呈現了 80° 視角，顯示當入射光角度偏離中心軸 (0°) 時，偵測到的訊號強度如何衰減。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

此光電二極體採用標準 5mm 徑向引腳封裝。關鍵尺寸包括本體直徑 5.0mm、典型的環氧樹脂圓頂高度以及引腳間距。所有未指定的公差為 ±0.25mm。規格書中提供了詳細的尺寸圖，供 PCB 焊盤設計使用。

4.2 極性辨識

陰極 (K) 通常由較長的引腳、封裝邊緣的平面標記或根據封裝圖的其他標記來識別。在電路組裝時必須注意正確的極性，以確保正常的逆向偏壓操作。

5. 焊接與組裝指南

焊接過程中的謹慎處理對於防止環氧樹脂球體和內部結構損壞至關重要。

• 一般規則：保持焊點與環氧樹脂球體之間的最小距離為 3mm。建議在綁線桿基座之外進行焊接。
• 手工焊接：使用烙鐵頭溫度不超過 350°C (最大 30W) 的烙鐵。每個引腳的焊接時間限制在 3 秒內。
• 波峰焊/浸焊：預熱最高至 100°C，持續時間最長 60 秒。焊錫槽溫度不應超過 260°C，停留時間最長 5 秒。
• 關鍵指示：
  • 避免在元件處於高溫時對引腳施加機械應力。
  • 不要進行超過一次的浸焊或手工焊接。
  • 在元件冷卻至室溫前，保護環氧樹脂球體免受衝擊或振動。
  • 避免從峰值焊接溫度快速冷卻。
  • 始終使用能實現可靠焊點的最低可能焊接溫度。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 包裝規格

元件以防靜電袋包裝以提供保護。標準包裝流程為：

1. 每防靜電袋裝 500 個。
2. 每內盒裝 5 袋 (共 2500 個)。
3. 每外箱裝 10 個內盒 (共 25,000 個)。

6.2 標籤規格

產品標籤包含用於追溯和識別的關鍵資訊，包括客戶料號 (CPN)、產品料號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、批號和日期代碼 (月份標識)。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 高速光偵測：適用於需要快速脈衝偵測的數據通訊鏈路 (例如：紅外線遙控器、光學編碼器、接近感測器)。
• 安全系統：可用於入侵偵測光束、煙霧偵測器，或用於自動照明控制的環境光感測。
• 相機系統：適用於測光、自動曝光控制，或作為紅外線截止濾光片控制感測器。

7.2 設計考量

• 偏壓：為了獲得最快的響應和線性度，請在逆向偏壓 (光導) 模式下操作光電二極體。通常使用跨阻放大器 (TIA) 將光電流轉換為電壓。
• 頻寬 vs. 靈敏度：接面電容 (由快速響應暗示) 和負載電阻值將決定電路的頻寬。頻寬 (較低的 R) 與靈敏度/輸出電壓 (較高的 R) 之間存在取捨。
• 光學設計：80° 視角相對較寬。對於定向感測，可能需要光圈或透鏡管來限制視野。
• 暗電流補償：在精密的低光應用中，暗電流及其隨溫度的變化可能需要在訊號調理電路中進行補償。

8. 技術比較與差異

與標準 PN 光電二極體相比，此 PIN 光電二極體具有明顯優勢：

• 更快的響應時間：PIN 結構中的本徵 (I) 區域降低了接面電容，從而實現更高的開關速度和頻寬。
• 改善的線性度：寬廣的本徵區域使得光電流在廣泛範圍內相對於入射光功率具有更好的線性度。
• 更低的暗電流 (在可比電壓下)：雖然取決於具體設計，但該結構有時可以實現更低的漏電流。
• 寬光譜靈敏度：與有色透鏡不同，透明透鏡不會濾除可見光，使其成為需要從可見光到近紅外線響應的應用的多功能選擇。

9. 常見問題 (基於技術參數)

Q1: 在 470nm 與 940nm 下操作有何不同？

A: 光電二極體在其峰值波長 940nm 下明顯更為敏感 (相同條件下，典型值 60 μA 對比 470nm 的 46 μA)。為了獲得最大訊號輸出，約 940nm 的紅外線光源是理想的。在 470nm 的響應也允許該元件與藍/綠可見光源一起使用。

Q2: 我可以在沒有逆向偏壓的情況下使用此光電二極體嗎？

A: 可以，它可以在光伏模式 (零偏壓) 下使用，產生開路電壓 (V_OC)。然而，對於高速或大多數線性應用，建議使用逆向偏壓 (光導模式)，因為它可以降低接面電容並改善響應時間。

Q3: 3mm 焊接距離規則有多關鍵？

A: 非常關鍵。沿著引腳傳導的過多熱量可能會使環氧樹脂密封開裂或損壞半導體晶片，導致立即失效或降低長期可靠性。

Q4: "視角" 規格對我的設計意味著什麼？

A: 這意味著光電二極體將在 80° 錐角 (任何方向偏離軸心 40°) 內有效地偵測光線。入射角度大於此角度的光線將產生明顯較弱的訊號。這對於將感測器與光源對齊或定義偵測區域非常重要。

10. 實際應用範例

設計一個簡單的接近感測器：

PD333-3C/H0/L811 可以與一個紅外線 LED (例如，發射波長 940nm) 配對，以創建一個接近或物體偵測感測器。紅外線 LED 由脈衝電流驅動。光電二極體放置在 LED 旁邊但在光學上隔離，用於偵測從物體反射回來的紅外線。光電二極體的輸出連接到一個 TIA，然後連接到一個比較器。當沒有物體存在時，偵測到的訊號很低 (僅環境紅外線)。當物體接近時，反射的脈衝使訊號超過設定的閾值，觸發比較器。PIN 二極體的快速響應時間允許快速偵測，並可以支援調變訊號以抑制環境光干擾。

11. 工作原理簡介

PIN 光電二極體是一種具有三層結構的半導體元件：P型、本徵 (未摻雜) 和 N型 (P-I-N)。當施加逆向偏壓時，本徵區域完全耗盡電荷載子，形成一個寬廣的電場區域。能量大於半導體能隙的光子入射到元件上會產生電子-電洞對。本徵區域中的強電場迅速將這些載子掃向各自的端點，產生與入射光強度成正比的光電流。寬廣的本徵區域是關鍵：它降低了接面電容 (實現高速)，並增加了光子可以被吸收的體積 (提高靈敏度，特別是對於像紅外線這樣的較長波長)。

12. 產業趨勢與背景

像 PD333-3C/H0/L811 這樣的矽質 PIN 光電二極體仍然是光電領域的基礎元件。當前的產業趨勢包括：

• 微型化：雖然 5mm 是標準的穿孔封裝，但業界正強力推動表面黏著元件 (SMD) 封裝 (例如：0805, 0603)，以實現自動化組裝和空間受限的設計。
• 整合化：越來越多地將光電二極體與晶片上的放大、濾波和數位邏輯整合，以創建提供處理後數位輸出的 "智慧光學感測器"。
• 性能提升：持續的開發重點在於進一步降低暗電流、提高特定波長的靈敏度 (響應度)，並使用 InGaAs 等材料將光譜範圍擴展到更深的紅外線。
• 應用特定優化：光電二極體正針對新興應用進行客製化，包括消費電子 (智慧手機感測器、穿戴式裝置)、汽車 (LiDAR、車內感測) 和工業自動化 (機器視覺、光譜分析)。

13. 免責聲明與使用注意事項

本產品資料附帶關鍵的法律與技術免責聲明：

1. 製造商保留調整產品材料的權利。
2. 產品自出貨日期起 12 個月內符合已發布的規格。
3. 圖表和典型值僅供參考；它們並非保證的最小或最大極限。
4. 製造商對因超出絕對最大額定值操作或誤用而導致的損壞不承擔任何責任。
5. 規格書內容受版權保護；複製需要事先同意。
6. 重要安全通知：本產品不適用於軍事、航空器、汽車、醫療、生命維持、生命拯救或任何其他安全關鍵應用，在這些應用中，故障可能導致人身傷害或死亡。對於此類應用，必須獲得明確授權。