Hoja de Datos del LED UVC3535CZ0115 - Encapsulado Cerámico 3.5x3.5x1.0mm - Tensión Directa 5.0-8.0V - Potencia 0.13W - Longitud de Onda 270-285nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie UVC3535CZ0115 representa una solución LED de alta fiabilidad basada en cerámica, diseñada específicamente para aplicaciones de ultravioleta C (UVC). Este producto está concebido para ofrecer un rendimiento consistente en entornos exigentes donde la eficacia de la esterilización es primordial. Su construcción central aprovecha un sustrato cerámico, que proporciona una gestión térmica superior en comparación con los encapsulados plásticos tradicionales, lo que conduce a una mayor longevidad y una salida óptica estable. La serie está posicionada para aplicaciones que requieren una fuente UVC compacta pero potente, combinando una huella reducida de 3.5mm x 3.5mm con características eléctricas y ópticas robustas.

1.1 Características y Ventajas Principales

Las características definitorias de esta serie LED contribuyen directamente a su idoneidad para sistemas UV de grado profesional. La salida UVC de alta potencia es el atributo principal, permitiendo una acción germicida efectiva. El material del encapsulado cerámico es una ventaja crítica, ofreciendo una excelente disipación de calor que ayuda a mantener la temperatura de unión dentro de límites seguros, evitando así una depreciación prematura del flujo luminoso. La protección ESD integrada de hasta 2KV (HBM) protege al dispositivo contra descargas electrostáticas comunes durante el manejo y el montaje. Un amplio ángulo de visión de 150° garantiza una cobertura de irradiación amplia y uniforme. Además, el cumplimiento de las normas RoHS, REACH y libres de halógenos hace que este producto sea adecuado para mercados globales con regulaciones ambientales estrictas.

1.2 Aplicaciones Objetivo

La aplicación principal de la serie UVC3535CZ0115 es la esterilización y desinfección UV. Esto incluye, entre otros, sistemas de purificación de agua, dispositivos de sanitización del aire, equipos de desinfección de superficies para uso médico y de consumo, y cámaras de esterilización para herramientas pequeñas o artículos personales. El rango de longitud de onda de 270-285nm es particularmente efectivo para inactivar microorganismos al dañar su ADN y ARN.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros técnicos clave especificados en la hoja de datos, explicando su importancia para los ingenieros de diseño.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los Límites Absolutos Máximos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estas no son condiciones de funcionamiento normal.

• Corriente Directa Máx. en CC (I_F):100 mA. Esta es la corriente máxima absoluta que el LED puede soportar momentáneamente. El funcionamiento continuo debe estar significativamente por debajo de este valor, típicamente en los 20mA recomendados.
• Resistencia ESD Máx. (V_B):2000 V (Modelo de Cuerpo Humano). Esto indica un buen nivel de protección incorporada contra descargas electrostáticas, lo cual es crucial para el manejo de componentes durante la fabricación.
• Temperatura de Unión Máx. (T_J):100 °C. La temperatura del propio chip semiconductor no debe exceder este límite. Exceder la T_Jmáx reducirá drásticamente la vida útil y puede causar una falla inmediata.
• Resistencia Térmica (R_th):20 °C/W. Este parámetro cuantifica la eficacia con la que el calor viaja desde el chip (unión) hasta la almohadilla de soldadura o la carcasa. Un valor más bajo es mejor. Con 20°C/W, por cada vatio de potencia disipada, la temperatura de unión aumentará 20°C por encima de la temperatura de la almohadilla.
• Temperatura de Funcionamiento y Almacenamiento:-40°C a +85°C (Funcionamiento), -40°C a +100°C (Almacenamiento). Estos rangos garantizan que el dispositivo pueda funcionar y almacenarse en una amplia variedad de condiciones ambientales.

2.2 Características Fotométricas y Eléctricas

La tabla de códigos de pedido proporciona las métricas de rendimiento clave en condiciones de prueba típicas.

• Flujo Radiante:Mínimo 1mW, Típico 2mW, Máximo 2.5mW. Esta es la potencia óptica total emitida en el espectro UVC, medida en milivatios. Es el parámetro crítico para medir la efectividad de la esterilización, no el brillo visual.
• Longitud de Onda Pico:270-285 nm. Esta es la longitud de onda a la que el LED emite la mayor potencia óptica. La efectividad germicida alcanza su punto máximo alrededor de 265nm, por lo que este rango es altamente efectivo.
• Tensión Directa (V_F):5.0-8.0V a I_F=20mA. Esto es relativamente alto para un LED, lo cual es característico de la tecnología semiconductor UVC. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de accionamiento pueda proporcionar este rango de voltaje.
• Corriente Directa (I_F):20mA. Esta es la corriente de accionamiento recomendada para obtener el flujo radiante y la vida útil especificados.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LED se clasifican en lotes de rendimiento (bins). El UVC3535CZ0115 utiliza tres criterios de clasificación independientes.

3.1 Clasificación por Flujo Radiante

Los LED se clasifican según su flujo radiante mínimo de salida en los lotes Q0A (1-1.5mW), Q0B (1.5-2mW) y Q0C (2-2.5mW). Esto permite a los diseñadores seleccionar un lote que cumpla con su potencia óptica mínima requerida, optimizando potencialmente el coste.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Pico

La longitud de onda se clasifica en tres rangos: U27A (270-275nm), U27B (275-280nm) y U28 (280-285nm). Para aplicaciones sensibles a una longitud de onda específica para una máxima eficiencia germicida, especificar el lote apropiado es importante.

3.3 Clasificación por Tensión Directa

El voltaje se clasifica en pasos de 0.5V desde 5.0V hasta 8.0V (por ejemplo, 5055 para 5.0-5.5V, 7580 para 7.5-8.0V). Esto es crucial para diseñar drivers de corriente constante, ya que conocer el rango de V_Fayuda a especificar el voltaje de cumplimiento necesario del driver, impactando en la eficiencia y la selección de componentes.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas características típicas proporcionan información sobre cómo se comporta el LED en condiciones variables.

4.1 Espectro y Potencia Óptica

La curva espectral muestra un pico en el rango de 270-285nm con un ancho a media altura (FWHM) típico de aproximadamente 10-15nm, lo cual es estándar para los LED UVC. La curva de flujo radiante relativo frente a corriente directa es sub-lineal; la salida aumenta con la corriente pero puede no ser perfectamente proporcional, y accionar por encima de la corriente recomendada conduce a rendimientos decrecientes y calor excesivo.

4.2 Comportamiento Eléctrico y Térmico

La curva de corriente directa frente a tensión directa (I-V) muestra la relación exponencial típica de los diodos. La tensión directa aumenta con la corriente. La longitud de onda pico muestra un desplazamiento mínimo al aumentar la corriente, lo que indica una buena estabilidad espectral. La curva de reducción de potencia es crítica: muestra que la corriente directa máxima permitida debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente para evitar que la temperatura de unión supere los 100°C. Por ejemplo, a 85°C ambiente, la corriente máxima es significativamente menor que a 25°C.

4.3 Rendimiento Térmico

La curva de flujo radiante relativo frente a temperatura ambiente demuestra el impacto negativo del calor en la salida. A medida que aumenta la temperatura, el flujo radiante disminuye. Este efecto de extinción térmica subraya la importancia de un diseño térmico efectivo de la PCB y un disipador de calor para mantener un rendimiento óptimo.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones Mecánicas

El LED tiene una huella compacta de 3.5mm x 3.5mm con una altura de 1.0mm (tolerancia ±0.2mm). El dibujo técnico especifica el diseño exacto y las dimensiones de las almohadillas. La Almohadilla 1 es el ánodo (+), la Almohadilla 2 es el cátodo (-), y la Almohadilla 3 es una almohadilla térmica dedicada. La almohadilla térmica es esencial para transferir calor desde el cuerpo cerámico a la PCB. El patrón de pistas recomendado en la PCB debe coincidir estrechamente con esta configuración de almohadillas para garantizar una soldadura y conducción térmica adecuadas.

5.2 Patrón de Radiación

El diagrama polar muestra un patrón de emisión típico lambertiano con un ángulo de visión de 150° (2θ_1/2). La intensidad es más alta a 0° (perpendicular a la superficie emisora) y disminuye hacia los bordes. Este ángulo amplio es beneficioso para aplicaciones que requieren cobertura de área en lugar de un haz enfocado.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Proceso de Soldadura por Reflujo

El UVC3535CZ0115 está diseñado para procesos estándar de Tecnología de Montaje Superficial (SMT). La hoja de datos recomienda que la soldadura por reflujo no se realice más de dos veces para evitar un estrés térmico excesivo en el encapsulado cerámico y las uniones internas. Son aplicables perfiles de reflujo estándar sin plomo con una temperatura máxima típicamente por debajo de 260°C, pero se debe verificar el perfil específico. Debe evitarse el estrés en el LED durante el calentamiento (por ejemplo, por flexión de la placa). Después de la soldadura, se debe minimizar la flexión de la PCB para evitar estrés mecánico en las soldaduras.

6.2 Almacenamiento y Manejo

Los componentes se envasan en bolsas de barrera resistentes a la humedad con desecante para prevenir la absorción de humedad, que puede causar el efecto \"palomitas\" durante el reflujo. Una vez abierta la bolsa sellada, los componentes deben usarse dentro de un plazo de tiempo especificado (típicamente 168 horas en condiciones de fábrica) o secarse según las directrices estándar IPC/JEDEC antes del reflujo.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Embalaje en Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta portadora con relieve enrollada en carretes de 7 pulgadas o 13 pulgadas. La cantidad de embalaje estándar es de 1000 piezas por carrete. Las dimensiones de la cinta (tamaño del bolsillo, paso) se especifican para ser compatibles con equipos estándar de pick-and-place SMT.

7.2 Nomenclatura del Producto (Código de Pedido)

El código de pedido completo, por ejemplo, UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T, es una cadena estructurada que codifica todas las especificaciones clave:

UVC: Tipo de producto.

3535: Tamaño del encapsulado.

C: Material cerámico.

Z: Contiene diodo Zener para protección ESD.

01: 1 chip LED.

15: Ángulo de visión de 150°.

H: Estructura de chip horizontal.

UC: Color UVC.

7085: Código de lote de longitud de onda (270-285nm).

001: Código de lote de flujo radiante (1mW mín.).

X80: Código de lote de tensión directa (5.0-8.0V).

020: Corriente directa (20mA).

1: Código de cantidad de embalaje (1K pzas.).

T: Embalaje en cinta.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Diseño del Circuito de Accionamiento (Driver)

Un driver de corriente constante es obligatorio para accionar este LED. Dada la alta tensión directa (5-8V) y la baja corriente (20mA), el driver debe seleccionarse cuidadosamente. Se pueden usar reguladores lineales de corriente constante o drivers LED conmutados, asegurando que el voltaje de cumplimiento de salida exceda la V_Fmáxima del lote seleccionado. La gestión térmica en la PCB no es negociable. Use una PCB con suficiente espesor y área de cobre, conecte la almohadilla térmica a un plano de tierra grande usando múltiples vías térmicas, y considere el flujo de aire o disipación de calor general del sistema.

8.2 Consideraciones de Seguridad y Vida Útil

La radiación UVC es dañina para los ojos y la piel. El diseño del producto final debe incorporar características de seguridad como interruptores de enclavamiento, blindaje y etiquetas de advertencia para prevenir la exposición del usuario. La vida útil de los LED UVC se define típicamente como el tiempo hasta que el flujo radiante se degrada a un cierto porcentaje (por ejemplo, 70% o 50%) de su valor inicial. Accionar a o por debajo de la corriente recomendada y mantener una baja temperatura de unión mediante un buen diseño térmico son los factores principales para maximizar la vida útil operativa.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El UVC3535CZ0115 se diferencia a través de su encapsulado cerámico, que ofrece un rendimiento térmico y una fiabilidad superiores en comparación con los encapsulados SMD plásticos comúnmente utilizados para LED visibles. El diodo Zener integrado para protección ESD añade robustez. El ángulo de visión de 150° es más amplio que el de algunos LED UVC de la competencia, que pueden tener haces más enfocados. La clasificación tridimensional detallada (flujo, longitud de onda, voltaje) proporciona a los diseñadores un control preciso sobre los parámetros de rendimiento de su producto final.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la vida útil típica de este LED?

R: La vida útil depende en gran medida de la corriente de accionamiento y la temperatura de funcionamiento. Cuando se opera a los 20mA recomendados y manteniendo la temperatura de unión baja (por ejemplo, por debajo de 85°C), se pueden esperar vidas útiles de 10,000 horas o más hasta L70 (70% del flujo inicial). Consulte la curva de reducción de potencia y las directrices de gestión térmica.

P: ¿Puedo accionar este LED con una fuente de voltaje constante?

R: No. Los LED son dispositivos accionados por corriente. Una fuente de voltaje constante no regulará la corriente, lo que provocará una fuga térmica y una falla rápida. Utilice siempre un driver de corriente constante adecuado.

P: ¿Cómo selecciono el lote correcto para mi aplicación?

R: Elija el lote de Flujo Radiante (Q0A/B/C) según su potencia óptica mínima requerida. Seleccione el lote de Longitud de Onda (U27A/B, U28) si su aplicación está optimizada para un subrango específico. El lote de Voltaje (5055...7580) es importante para el diseño del driver; puede diseñar para el peor caso (voltaje más alto) en su lote seleccionado.

P: ¿Se requiere una lente?

R: Para la mayoría de las aplicaciones de esterilización donde se necesita cobertura de área, el patrón incorporado de 150° es suficiente. Para aplicaciones de haz enfocado, se puede usar una lente externa de cuarzo o especializada transparente al UVC. Las lentes estándar de acrílico o policarbonato bloquean la luz UVC.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Esterilizador de Agua Portátil

Un diseñador está creando una botella de agua UV con batería. Selecciona el UVC3535CZ0115 por su tamaño compacto y potencia. Elige el lote de flujo Q0C (2-2.5mW) para garantizar una dosis suficiente para un pequeño volumen de agua. Diseña una PCB con una gran área de cobre conectada a la almohadilla térmica. Se selecciona un driver de corriente constante con convertidor elevador (boost) para proporcionar 20mA desde una batería de Li-ion de 3.7V, con una capacidad de voltaje de salida superior a 8V. El LED se coloca dentro de un manguito de cuarzo en la trayectoria del flujo de agua. Los enclavamientos de seguridad garantizan que el LED solo funcione cuando la botella está sellada.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Los LED UVC operan bajo el principio de electroluminiscencia en materiales semiconductores, específicamente aleaciones de nitruro de aluminio y galio (AlGaN). Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones. La longitud de onda de estos fotones está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. Para la emisión UVC alrededor de 270nm, se requiere un alto contenido de aluminio en la capa de AlGaN. El encapsulado cerámico sirve como una carcasa robusta, conductora térmica y hermética que protege el sensible chip semiconductor de factores ambientales y elimina eficientemente el calor.

13. Tendencias de Desarrollo

El mercado de LED UVC está impulsado por la demanda global de desinfección sin químicos. Las tendencias clave incluyen el aumento de la eficiencia de conversión de energía (potencia óptica de salida por potencia eléctrica de entrada), lo que reduce el consumo de energía y la generación de calor. Existe un desarrollo continuo para reducir el coste por milivatio de potencia óptica. La investigación también se centra en mejorar la vida útil y la fiabilidad del dispositivo. Además, el desarrollo de LED en longitudes de onda aún más cortas (por ejemplo, 222nm Far-UVC) es un área activa de investigación, que promete una desinfección potencialmente más segura para espacios ocupados. La integración a nivel de sistema, como módulos con driver incorporado, también se está volviendo más común para simplificar el diseño del producto final.