PD15-22B/TR8 硅PIN光电二极管规格书 - 封装尺寸3.5x4.0x1.65mm - 反向电压32V - 黑色透镜 - 中文技术文档

1. 产品概述

PD15-22B/TR8是一款高速、高灵敏度硅PIN光电二极管，专为需要快速光检测的应用而设计。它采用微型、平顶表面贴装器件（SMD）封装，配有黑色塑料外壳和黑色透镜。该器件的光谱特性与可见光和近红外光源相匹配，适用于多种传感应用。

该元件的关键优势包括其快速响应时间（能够检测光强度的快速变化）和高光敏度（即使在弱光条件下也能可靠工作）。较小的结电容有助于实现高速性能。本产品符合环保标准，为无铅（Pb-free）、符合RoHS指令、符合欧盟REACH法规且为无卤素产品（溴含量<900 ppm，氯含量<900 ppm，溴+氯含量<1500 ppm）。

2. 深入技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

本器件设计为在规定的极限范围内可靠工作。超出这些绝对最大额定值可能会导致永久性损坏。

• 反向电压 (VR):32 V。这是在不引起击穿的情况下，可以在反向偏置条件下施加的最大电压。
• 工作温度 (Topr):-40°C 至 +85°C。这定义了器件正常工作的环境温度范围。
• 存储温度 (Tstg):-40°C 至 +100°C。器件在不工作时可在此温度范围内存储。
• 焊接温度 (Tsol):260°C，最长5秒。这对于回流焊工艺至关重要。
• 功耗 (Pc):150 mW。器件能够安全耗散的最大功率。
• ESD HBM 等级:最小2000V。表示器件在使用人体模型测试时对静电放电的鲁棒性。

2.2 光电特性

这些参数在Ta=25°C下测量，定义了光电二极管的核心性能。

• 光谱带宽 (λ):730 nm 至 1100 nm（在峰值灵敏度的10%处）。器件对此波长范围内的光有响应，在近红外区域具有峰值灵敏度。
• 峰值灵敏度波长 (λP):典型值 940 nm。光电二极管最敏感的波长。
• 开路电压 (VOC):在λP=940nm、辐照度(Ee)=5 mW/cm²条件下，典型值为0.41 V。这是端子开路时产生的电压。
• 短路电流 (ISC):在λP=875nm、Ee=1 mW/cm²条件下，最小4.0 μA，典型6.5 μA。这是端子短路时产生的电流。
• 反向光电流 (IL):在λP=875nm、Ee=1 mW/cm²、VR=5V条件下，最小4.2 μA，典型6.5 μA。这是二极管反向偏置时产生的光电流，是高速应用的典型工作模式。
• 暗反向电流 (ID):在VR=10V、完全黑暗条件下，最大10 nA。这是即使没有光照时也会流动的微小漏电流。
• 反向击穿电压 (BVR):在黑暗条件下，反向电流(IR)=100 μA时测量，最小32 V，典型170 V。
• 上升/下降时间 (tr, tf):在VR=5V、RL=1000 Ω条件下，典型值各为10 ns。这定义了光电二极管的开关速度。
• 视角 (2θ1/2):在VR=5V条件下，典型值130度。这表明了光检测的宽视场。

3. 性能曲线分析

本规格书提供了几条对设计工程师至关重要的特性曲线。

3.1 光谱灵敏度

光谱响应曲线显示了光电二极管在不同波长下的相对灵敏度。它确认了在940 nm附近具有峰值灵敏度，在730 nm至1100 nm范围内具有有效响应。这使其成为与红外发射器（如遥控器、接近传感器和数据通信链路中常用的850nm或940nm波长发射器）的理想匹配器件。

3.2 暗电流与环境温度关系

该曲线说明了暗电流 (ID) 如何随着环境温度的升高呈指数增长。在25°C时，它低于10 nA，但在更高温度下（例如85°C）可能会显著上升。设计人员必须在高温应用或需要检测极低光水平时，考虑这种增加的噪声基底。

3.3 反向光电流与辐照度关系

此图显示了反向光电流 (IL) 与入射光辐照度 (Ee) 之间的线性关系。光电二极管表现出良好的线性度，这意味着在其工作范围内，输出电流与光强度成正比。这对于需要精确强度测量的模拟光传感应用至关重要。

3.4 端子电容与反向电压关系

结电容随着反向偏置电压 (VR) 的增加而减小。较低的电容对于高速操作是可取的，因为它降低了电路的RC时间常数。曲线显示，施加更高的反向偏置（例如10V而非5V）可以显著降低电容，从而提高带宽和响应时间。

3.5 响应时间与负载电阻关系

该曲线展示了响应速度与信号幅度之间的权衡。上升/下降时间随着负载电阻 (RL) 的增加而增加。为了获得最快的响应，应使用低阻值的负载电阻（例如50 Ω），但这会产生较小的电压信号。通常使用跨阻放大器来克服这一限制，同时提供高速和良好的信号增益。

3.6 相对光电流与角度位移关系

此图描述了光电二极管的角灵敏度特性。它确认了130度的宽视角，表明即使光线以较大角度偏离中心轴入射，检测到的信号仍然相对较高。这对于对准不完美或需要宽检测视场的应用非常有益。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

PD15-22B/TR8采用紧凑型SMD封装。关键尺寸如下（单位均为mm，除非另有说明，公差为±0.1mm）：

• 总长度：4.0 mm
• 总宽度：3.5 mm
• 总高度：1.65 mm（典型值，从安装平面到透镜顶部）
• 引脚宽度：1.55 mm ±0.05 mm
• 引脚间距：2.95 mm
• 提供了PCB布局的端子焊盘图案建议。

阳极和阴极在封装图上清晰标记。引脚1为阴极。

4.2 载带与卷盘尺寸

本器件以载带卷盘形式供货，便于自动化组装。每卷包含2000片。提供了载带凹槽和卷盘的详细尺寸，以确保与标准贴片设备的兼容性。

5. 焊接与组装指南

5.1 存储与湿度敏感性

该光电二极管对湿度敏感。必须在存储和处理过程中采取预防措施以防止损坏。

• 在准备使用前，请勿打开防潮袋。
• 打开前，请在≤30°C和≤90% RH条件下存储。
• 请在发货后一年内使用。
• 打开后，请在≤30°C和≤60% RH条件下存储。
• 请在打开袋子后168小时（7天）内使用。
• 如果超过存储时间或干燥剂指示受潮，请在使用前以60 ±5°C烘烤至少24小时。

5.2 回流焊温度曲线

提供了推荐的无铅回流焊温度曲线。关键参数包括：

• 预热和保温区。
• 峰值温度不得超过260°C。
• 应控制温度高于240°C的时间。
• 回流焊次数不应超过两次。
• 加热过程中避免对元件施加机械应力。
• 焊接后请勿使PCB翘曲。

5.3 手工焊接与返修

如果必须进行手工焊接：

• 使用烙铁头温度<350°C的烙铁。
• 每个端子的接触时间限制在≤3秒。
• 使用额定功率<25W的烙铁。
• 焊接每个端子之间应有>2秒的冷却间隔。
• 不建议在焊接后进行修复。如果不可避免，请使用双头烙铁同时加热两个端子，以最大限度地减少热应力。任何返修后，请验证器件功能。

6. 应用说明与设计考量

6.1 典型应用

• 高速光电探测器：由于其10 ns的响应时间，适用于光数据链路、编码器和激光检测。
• 复印机和扫描仪：用于检测文档存在、边缘检测和墨粉密度传感。
• 游戏机和消费电子产品：用于接近感应、手势识别和红外遥控接收器。

6.2 关键设计考量

• 限流/保护：规格书明确警告，必须使用外部串联电阻进行保护。轻微的电压偏移可能导致电流发生巨大变化，可能引起烧毁。该电阻用于限制流过二极管的电流。
• 偏置以提高速度：为了获得最佳的高速性能，应在反向偏置模式（光电导模式）下操作光电二极管。更高的反向电压（直至最大额定值）将降低结电容并改善响应时间，如特性曲线所示。
• 电路拓扑：为了将光电流转换为电压，请考虑使用跨阻放大器 (TIA)。这种配置提供低输入阻抗（保持光电二极管电压恒定，从而最大限度地减少电容调制）、高带宽和可控增益。反馈电阻和放大器带宽的选择将决定整个系统的性能。
• 光学设计：黑色透镜有助于降低杂散光敏感性。确保光路清洁且无遮挡。130度的宽视角为机械对准提供了灵活性。
• 热管理：需考虑暗电流随温度升高而增加的情况，特别是在高精度或高温应用中。可能需要温度补偿电路。

7. 包装与订购信息

标准包装流程包括将卷盘放入铝制防潮袋中，并附有干燥剂和适当的标签。标签包含客户零件号 (CPN)、产品号 (P/N)、数量 (QTY)、等级 (CAT)、峰值波长 (HUE)、参考号 (REF)、批号 (LOT No.) 和生产地等字段。

器件选型指南确认型号PD15-22B/TR8使用硅芯片并配有黑色透镜。

8. 技术对比与市场定位

PD15-22B/TR8定位于标准SMD封装中的通用型高速硅PIN光电二极管。其主要差异化特点是其速度（10 ns）、灵敏度、宽视角和稳健的环保合规性（RoHS、无卤素）的平衡组合。与较慢的光电二极管或光电晶体管相比，它在脉冲光检测方面提供了更优越的性能。与更专业、超高速的光电二极管相比，它为需要纳秒级响应时间的主流应用提供了具有成本效益的解决方案。在有环境光的环境中，黑色透镜相对于透明透镜版本是一个优势，因为它有助于抑制不需要的信号。

9. 常见问题解答 (FAQ)

问：短路电流 (ISC) 和反向光电流 (IL) 有什么区别？

答：ISC是在二极管两端电压为零（短路条件）下测量的。IL是在施加反向偏置电压（例如5V）下测量的。IL通常是电路设计中使用的参数，因为光电二极管通常在反向偏置下工作以获得线性度和速度。

问：为什么必须使用串联电阻？

答：光电二极管的I-V特性在正向方向上非常陡峭。正向电压的微小增加可能导致非常大的、可能具有破坏性的电流流动。串联电阻将此电流限制在安全值。

问：如何选择工作反向电压？

答：这涉及权衡。较高的反向电压（例如10-20V）可降低电容以获得更快的响应，但会略微增加暗电流并消耗更多功率。较低的电压（例如5V）对于许多应用来说已经足够，并能保持暗电流最小。请参考电容与电压曲线。

问：这个光电二极管能检测可见光吗？

答：可以，其光谱范围从730 nm开始，这属于可见光谱的深红色部分。然而，其峰值灵敏度在近红外区域（940 nm），因此其对可见光（尤其是蓝光和绿光）的响应度将低于对红外光的响应度。

10. 工作原理

PIN光电二极管是一种将光转换为电流的半导体器件。它由一个宽的、轻掺杂的本征（I）区域夹在P型和N型半导体区域之间（形成P-I-N结构）组成。当具有足够能量的光子撞击本征区域时，会产生电子-空穴对。在内建电场（通常由外部反向偏置电压增强）的影响下，这些电荷载流子被分离，产生与入射光强度成正比的光电流。与标准PN光电二极管相比，宽的本征区域允许更高的量子效率（更多的光吸收）和更低的结电容，这直接转化为更高的灵敏度和更快的响应时间。

11. 行业趋势

对PD15-22B/TR8这类光电二极管的需求受到几个持续趋势的推动。物联网（IoT）和智能设备的普及增加了对环境光传感器、接近传感器和简单光通信链路的需求。工业和消费领域的自动化依赖于光学编码器和物体检测传感器。持续推动小型化，导致更小的SMD封装，以及更高的集成度，将光电二极管与放大和信号调理电路结合在单个模块中。此外，对能源效率和环境责任的重视，使得符合RoHS和无卤素制造等标准成为全球市场所用组件的基本要求。