PD70-01B/TR10 矽平面PIN光電二極體規格書 - 2.0x1.25x0.7mm - 反向電壓32V - 峰值靈敏度940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

PD70-01B/TR10是一款矽平面PIN光電二極體，專為在寬廣光譜範圍內實現高靈敏度光線偵測而設計。其核心優勢源自PIN結構，該結構在P型與N型半導體層之間加入了一層本徵（I）區域。此本徵區域擴展了空乏層，從而帶來對光電應用至關重要的數項關鍵性能優勢。

核心優勢與目標市場：由於PIN結構降低了接面電容並實現了高效的載子收集，本元件提供了高靈敏度與快速切換時間。低暗電流確保了良好的訊噪比。結合其緊湊尺寸與整合式日光濾光片（黑色透鏡），本元件非常適合多樣化應用，包括消費性電子產品遙控器（電視、家電）、紅外線聲音傳輸系統、影印機、電梯感測器，以及各種需要可靠光學感測的工業量測與控制系統。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致永久損壞的極限。不建議讓元件持續在這些極限下運作。

• 反向電壓 (V_R)：32V。這是可施加於光電二極體兩端反向偏壓的最大電壓。
• 功率消耗 (P_d)：在25°C下為150 mW。這限制了元件可處理的總電功率，主要由反向漏電流及任何高照度下的光電流決定。
• 溫度範圍：操作：-25°C 至 +85°C；儲存：-40°C 至 +85°C。本元件設計用於寬廣的工業溫度範圍。
• 焊接溫度 (T_sol)：最高260°C，持續時間最長5秒。這對於無鉛迴焊製程至關重要。

2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)

這些參數定義了元件在典型操作條件下的性能。

• 光譜頻寬 (λ_0.5)：730 nm 至 1100 nm。此定義了光電二極體響應度至少為其峰值一半的波長範圍。其對可見紅光至近紅外線（NIR）光譜皆具靈敏度。
• 峰值靈敏度波長 (λ_P)：940 nm（典型值）。本元件針對常見的近紅外線區域進行了最大響應優化，與許多紅外線LED的發射波長相符。
• 短路電流 (I_SC)：在875 nm波長、1 mW/cm²輻照度下，典型值為35 μA。此參數是在零偏壓電壓（光伏模式）下量測的。
• 反向光電流 (I_L)：在相同1 mW/cm²、875 nm條件下，V_R=5V時，典型值為25 μA。與光伏模式相比，在反向偏壓（光導模式）下操作通常能產生更高且更快的響應。
• 反向暗電流 (I_D)：在V_R=10V時，典型值為5 nA，最大值為30 nA。這是在完全黑暗下的漏電流。低暗電流對於偵測微弱光訊號至關重要。
• 反向崩潰電壓 (V_BR)：典型值為170V，最小值為32V。這是反向電流急遽增加的電壓。正常操作的反向電壓應遠低於此值。

3. 性能曲線分析

規格書包含對設計至關重要的典型特性曲線。

• 光譜靈敏度曲線：此圖表顯示了相對響應度與波長的關係。它確認了約940 nm的峰值以及從730 nm到1100 nm的定義頻寬。整合的黑色透鏡充當可見光濾光片，衰減可見光範圍的靈敏度，以降低來自環境光（日光）的雜訊。
• 反向光電流 vs. 輻照度 (Ee)：此曲線說明了產生的光電流 (I_L) 與入射光功率密度之間的線性關係。線性度是PIN光電二極體的關鍵特性，使其適合光量測應用。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

PD70-01B/TR10採用非常小的表面黏著封裝。關鍵尺寸（單位：mm）包括本體尺寸約為2.0 x 1.25，高度為0.7 mm。陰極通常由封裝上的標記角或凹口來識別。規格書提供了帶有±0.1mm公差的詳細尺寸圖，供PCB焊墊設計使用。

4.2 極性辨識

清晰的極性標記對於正確安裝至關重要。規格書的封裝圖標示了陽極與陰極端子。施加反向偏壓時若極性連接錯誤，將使二極體處於正向偏壓，可能導致大電流流動並造成損壞。

5. 焊接與組裝指南

正確的處理對於可靠性至關重要。

5.1 儲存與濕度敏感度

本元件對濕度敏感。注意事項包括：儲存於原始密封袋中，條件為≤30°C/90%RH；在出貨後1年內使用；開封後，儲存於≤30°C/70%RH條件下，並在168小時（7天）內使用。若超過時限，焊接前需進行60±5°C、24小時的烘烤處理。

5.2 焊接條件

• 迴焊：建議採用無鉛焊料溫度曲線，峰值溫度為260°C，持續時間最長5秒。迴焊次數不應超過兩次。
• 手工焊接：如有必要，請使用溫度<350°C、功率<25W的烙鐵。每個端子的接觸時間應<3秒，端子之間間隔>2秒，以避免熱應力。
• 維修：焊接後不建議進行維修。若不可避免，移除時必須使用雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以防止對半導體晶粒造成機械應力。

6. 包裝與訂購資訊

標準包裝為捲帶形式，每捲包含1000顆（1000PCS/Reel）。捲帶尺寸規格適用於自動取放設備處理。捲帶標籤包含關鍵資訊，如料號（P/N）、批號（LOT No）、數量（QTY）及其他可追溯性代碼。

7. 應用備註與設計考量

7.1 典型應用電路

光電二極體可用於兩種主要模式：

1. 光伏模式（零偏壓）：光電二極體在受光照時產生電壓/電流，無需施加外部偏壓。此模式提供極低的暗電流與雜訊，但響應速度較慢，線性度較低。
2. 光導模式（反向偏壓）：施加外部反向電壓（例如，如同I_L測試條件中的5V）。此模式進一步擴展空乏區，降低接面電容，從而實現更快的切換時間以及在更寬廣的光強度範圍內更高的線性度。這是高速偵測（如紅外線遙控接收器）的首選模式。

7.2 關鍵設計注意事項

• 限流/保護：在電路中運作時，必須使用串聯電阻來限制電流。如注意事項所述，輕微的電壓偏移將導致大電流變化（可能燒毀）。這是因為處於反向偏壓的光電二極體，若暴露於極高光強度或錯誤地處於正向偏壓，可能導通過大的電流。
• 電路板佈局：最小化連接光電二極體與放大器或比較器的走線中的寄生電容與電感。這對於保持高速性能至關重要。
• 環境光抑制：內建的黑色透鏡有所幫助，但為了在環境光下獲得最佳性能，可能需要光學濾波（額外的紅外線通過濾光片）與電氣濾波（同步偵測）。

8. 技術比較與差異化

PD70-01B/TR10透過其在緊湊SMD封裝中結合的多項特性實現差異化：

• 相較於標準光電二極體：PIN結構提供了比標準PN光電二極體更低的電容與更快的響應。
• 相較於較大的PIN二極體：其微小的2.0x1.25mm佔位面積允許在空間受限的情況下進行高密度PCB設計。
• 整合式濾光片：包含日光濾光片（黑色環氧樹脂）簡化了設計，減少了阻擋可見光雜訊所需的外部濾光片。
• 穩健的額定值：寬廣的操作溫度範圍（-25°C至+85°C）與高的典型崩潰電壓（170V）提供了設計餘裕與可靠性。

9. 常見問題 (FAQ)

問：日光濾光片的用途是什麼？

答：黑色透鏡材料衰減可見光譜（約400-700 nm）的光線，同時允許近紅外線（700-1100 nm）通過。這降低了來自室內環境照明（螢光燈、LED燈、白熾燈）的干擾，這些照明包含可見光，從而改善了基於紅外線系統的訊噪比。

問：對於紅外線遙控接收器，我應該使用光伏模式還是光導模式？

答：對於需要快速脈衝偵測（通常為38-56 kHz載波）的紅外線遙控應用，光導模式（反向偏壓）是必需的。此模式下降低的電容使元件能夠響應高頻調變。

問：如何計算所需串聯電阻的值？

答：電阻限制了最大電流。如果施加反向偏壓V_R，且預期最大光電流為I_max，可以放置一個簡單的串聯電阻R。其上的壓降不應顯著降低二極體上的偏壓。例如，當V_R= 5V且I_max~ 50μA時，一個10kΩ的電阻僅會產生0.5V壓降，使二極體兩端仍有4.5V。該電阻也有助於防止意外正向偏壓。

10. 工作原理

PIN光電二極體基於內部光電效應的原理運作。能量大於半導體能隙的光子在本徵區域被吸收，產生電子-電洞對。存在於反向偏壓空乏區（由本徵層擴大）的強電場迅速分離這些載子，使其漂移至各自的端子。這種電荷的移動構成了與入射光強度成正比的光電流。寬廣的本徵區域是關鍵：它增加了光子吸收的體積（提高靈敏度）並降低了接面電容（實現更快的速度）。

11. 產業趨勢

對緊湊、高速且靈敏的光偵測器的需求持續增長。影響PD70-01B/TR10等元件的趨勢包括：

• 微型化：對更小型消費性電子產品與物聯網設備的推動，驅動了對性能維持或提升的、更小型光學感測器的需求。
• 整合度提升：雖然分離式光電二極體仍然重要，但存在將光電二極體與跨阻放大器（TIA）及其他訊號調理電路整合到單一封裝中的趨勢，從而簡化設計。
• 近紅外線應用擴展：除了傳統的遙控器，近紅外線感測正擴展到接近感測、手勢識別、光譜分析和生物醫學監測等領域，這些都需要可靠的光偵測器。
• 可靠性標準提升：符合環境法規（RoHS、REACH、無鹵素）以及嚴格的汽車/工業可靠性等級，正成為跨市場使用元件的標準。