PD42-21B/TR8 1.8mm 圓形超小型矽PIN光電二極體規格書 - 直徑1.8mm - 黑色透鏡

1. 產品概述

PD42-21B/TR8 是一款專為紅外線偵測應用設計的高速、高靈敏度矽PIN光電二極體。此元件封裝於微型1.8mm直徑球形頂視透鏡表面黏著元件（SMD）封裝內，採用黑色塑膠成型，其光譜特性經過優化，能與常見的紅外線發光二極體匹配。其主要功能是將入射光，特別是紅外線光譜範圍內的光，轉換為電流。

此元件的核心優勢在於其快速響應時間、高光敏度以及低接面電容，使其適用於需要快速可靠光偵測的應用。它以符合自動化組裝流程的捲帶包裝供應，並符合現代環保標準，為無鉛（Pb-free）、符合RoHS規範、符合歐盟REACH規範且不含鹵素。

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限條件。在此條件下操作不保證性能。

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。
操作溫度 (Topr):-25°C 至 +85°C - 元件正常操作時的環境溫度範圍。
儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +85°C - 元件非操作狀態下的儲存溫度範圍。
焊接溫度 (Tsol):最高260°C，持續時間不超過5秒 - 迴焊過程中的峰值溫度限制。
功率消耗 (Pd):150 mW（於25°C時） - 元件可消耗的最大功率。

2.2 電氣與光學特性

這些參數於25°C下量測，定義了光電二極體在特定測試條件下的性能。

光譜頻寬 (λ0.5):730 nm 至 1100 nm - 光電二極體響應度至少為峰值一半的波長範圍。此定義了其靈敏度窗口。
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。這使其能與常見的940nm紅外線LED匹配。
開路電壓 (VOC):0.42 V（典型值），於 Ee=5 mW/cm², λP=940nm 條件下 - 在光照下且無電流流動（開路）時，光電二極體兩端產生的電壓。
短路電流 (ISC):4.0 μA（典型值），於 Ee=1 mW/cm², λP=875nm 條件下 - 在光照下且兩端短路時，流經光電二極體的電流。
逆向光電流 (IL):4.0 μA（典型值），於 Ee=1 mW/cm², λP=875nm, VR=5V 條件下 - 當元件施加逆向偏壓時產生的光電流。這是大多數偵測電路的主要操作參數。
暗電流 (ID):10 nA（最大值），於 VR=10V 條件下 - 當元件處於完全黑暗時流動的微小逆向漏電流。數值越低表示訊噪比越好。
逆向崩潰電壓 (VBR):32 V（最小值），170 V（典型值），於 IR=100μA 條件下 - 逆向電流急遽增加的電壓。在此電壓附近或以上操作可能導致損壞。

3. 性能曲線分析

本規格書包含典型特性曲線，可視化地提供超越單點規格的元件行為洞察。

3.1 光譜靈敏度（圖1）

此曲線繪製了光電二極體的相對響應度與入射光波長的關係。它圖形化地確認了光譜頻寬及940nm的峰值靈敏度。曲線顯示靈敏度從約700nm開始急遽上升，於940nm達到峰值，然後逐漸下降至1100nm。此形狀是矽基光電探測器的典型特徵。

3.2 逆向光電流 vs. 輻照度（圖2）

此圖表說明了產生的光電流 (IL) 與入射光功率密度 (Ee) 之間的關係。對於在光導模式（逆向偏壓）下操作的PIN光電二極體，此關係在廣泛範圍內通常是線性的。這種線性對於類比光感測應用至關重要，因為輸出訊號必須與光強度成正比。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

PD42-21B/TR8 是一款圓形超小型元件，本體直徑為1.8mm。詳細的機械圖提供了所有關鍵尺寸，包括總高度、透鏡形狀、引腳間距以及焊盤建議。建議的焊盤佈局僅供參考；設計師應根據其特定的PCB設計規則與熱/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

此元件有兩個端子。在逆向偏壓電路中，正確的極性連接對於正常操作至關重要。規格書圖示標示了陰極和陽極。通常，較長的引腳或封裝上的特定標記表示陰極。將陰極連接到較高電壓（逆向偏壓）是標準操作條件。

4.3 包裝規格

此元件以壓紋載帶形式供應於7英吋直徑的捲盤上。載帶尺寸（口袋大小、間距等）均有規定，以確保與標準SMD貼片設備相容。每捲包含1000個元件，這是中量生產的常見數量。

5. 焊接與組裝指南

5.1 迴焊溫度曲線

此元件適用於無鉛迴焊製程。最高峰值溫度不得超過260°C，且高於260°C的時間應受到限制。迴焊循環總次數不應超過兩次，以防止塑膠封裝與內部晶片黏著因熱應力而損壞。

5.2 手工焊接

若需進行手工焊接，必須格外小心。烙鐵頭溫度應低於350°C，每個引腳的接觸時間應限制在3秒或更短。建議使用低功率烙鐵（≤25W）。焊接每個端子之間應留有冷卻間隔，以防止局部過熱。

5.3 返工與維修

強烈不建議在初次焊接後進行返工。若不可避免，應使用專用的雙頭烙鐵同時加熱兩個端子，以便在無需施加過大機械應力的情況下安全移除。必須事先評估返工對元件性能的潛在影響。

6. 儲存與操作注意事項

濕度敏感性:此元件對濕度敏感。防潮袋應在使用前才開啟。預處理儲存條件應為≤30°C且≤90% RH。
車間壽命:開啟防潮袋後，若儲存於≤30°C且≤60% RH的環境中，元件必須在168小時（7天）內使用完畢。
烘烤:若超過儲存時間或乾燥劑顯示濕度過高，則需要進行烘烤處理，條件為60±5°C下烘烤24小時，以去除吸收的水氣並防止迴焊時發生\"爆米花效應\"。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

其主要應用是作為高速光電探測器。在典型電路中，光電二極體被施加低於其最大額定值（例如測試條件中的5V）的逆向偏壓。光電流 (IL) 流經一個負載電阻 (RL)。RL兩端的電壓降與光強度成正比，隨後由後續的跨阻放大器（TIA）或電壓放大器進行放大。其快速響應時間使其適用於脈衝光偵測與數據通訊。

7.2 設計考量

偏壓電壓:建議施加逆向偏壓（例如5V）以獲得最佳速度與線性度。較高的偏壓可進一步降低接面電容，增加頻寬，但必須低於V_R.
限流/保護:如注意事項所述，光電二極體本身不具限流功能。在可能暴露於高強度光或連接錯誤的電路中，可能需要串聯一個電阻以防止過大電流損壞接面。
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，光電二極體應與紅外線光源（如850nm或940nm LED）配對，並可考慮使用光學濾鏡來阻擋不需要的環境光，特別是它也能一定程度偵測到的可見光。

7.3 應用情境

高速光偵測:適用於需要偵測快速開/關光轉換的光柵系統、物件計數器與編碼器。
影印機與掃描器:可用作感測器來偵測文件存在、卡紙，或作為接觸式影像感測器（CIS）中影像感測陣列的一部分。
遊戲機與消費性電子產品:用於紅外線遙控接收器、接近感測器與手勢辨識系統。
紅外線應用系統:任何利用調變或脈衝紅外線光進行數據傳輸、距離量測（飛時測距）或簡單存在偵測的系統。

8. 技術比較與差異化

與標準PN光電二極體相比，PIN結構提供了關鍵優勢：更寬的耗盡區（\"I\"層或本質層），這導致了更低的接面電容（實現更快的響應），並使其能在較低的逆向偏壓下有效運作。1.8mm的小型封裝使其非常適合空間受限的設計。與透明透鏡版本相比，黑色透鏡提供了一定程度的內建可見光抑制，這在專用於紅外線的應用中是有益的。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：短路電流 (I_SC) 與逆向光電流 (I_L) 有何不同？

答：I_SC是在二極體兩端電壓為零（光伏模式）下量測的。I_L是在施加逆向偏壓（光導模式）下量測的。I_L通常是電路設計中使用的參數，因為它更穩定、線性更好，且逆向偏壓能加快響應速度。

問：為何暗電流很重要？

答：暗電流是光電二極體的底噪。在低光應用中，高暗電流可能掩蓋微弱的光電流訊號，降低靈敏度與訊噪比。對於矽光電二極體而言，最大10 nA的規格是相當低的。

問：我可以將此元件與可見光源一起使用嗎？

答：可以，但效率會降低。光譜響應曲線顯示其對約730nm以上的光敏感，因此它能良好偵測紅光與近紅外光。若要與可見光（例如藍光或綠光）搭配獲得最佳性能，則應選擇具有不同光譜峰值的其他光電二極體。

10. 操作原理

PIN光電二極體是一種具有p型區域、本質（未摻雜）區域和n型區域的半導體元件。當施加逆向偏壓時，主要在整個本質層形成一個寬廣的耗盡區。能量大於半導體能隙的入射光子被吸收，產生電子-電洞對。耗盡區中的強電場迅速分離這些對，使其漂移到各自的端子，從而產生與入射光強度成正比的光電流。本質層降低了電容，並允許在更寬的區域內有效收集載子，從而提高了速度與量子效率。

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。

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