Hoja de Datos del LED UV LTPL-C034UVD385 - 3.8V 600mW 385nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTPL-C034UVD385 es un diodo emisor de luz (LED) ultravioleta (UV) de alta potencia diseñado para aplicaciones profesionales de curado UV y otros procesos UV comunes. Representa una solución de iluminación de estado sólido que combina la eficiencia energética, la larga vida operativa y la fiabilidad inherentes a la tecnología LED con una alta potencia radiante, adecuada para reemplazar fuentes de luz UV convencionales como las lámparas de vapor de mercurio.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Esta serie de LED UV está diseñada para ofrecer ventajas significativas frente a las tecnologías UV tradicionales. Las características clave incluyen el cumplimiento total de la normativa RoHS y ser libre de plomo, garantizando la compatibilidad medioambiental y normativa. Ofrece menores costes de operación y mantenimiento debido a su naturaleza de estado sólido, eliminando la necesidad de reemplazos frecuentes de bombillas y reduciendo el consumo energético. El dispositivo también es compatible con circuitos integrados (I.C.), facilitando su integración en sistemas de control electrónico modernos. El mercado objetivo principal incluye sistemas industriales de curado UV para tintas, recubrimientos y adhesivos, así como equipos científicos, médicos y de desinfección que requieren una fuente de luz UV-A estable de 385nm.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los principales parámetros eléctricos, ópticos y térmicos especificados para el LED UV LTPL-C034UVD385.

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está clasificado para una corriente directa continua máxima (If) de 500 mA y un consumo de potencia máximo (Po) de 2 Vatios. El rango de temperatura de operación (Topr) se especifica desde -40°C hasta +85°C, con un rango de temperatura de almacenamiento (Tstg) más amplio de -55°C a +100°C. La temperatura máxima permitida en la unión (Tj) es de 110°C. Es fundamental operar dentro de estos límites para garantizar la fiabilidad y evitar daños permanentes. La hoja de datos advierte explícitamente contra la operación prolongada en condiciones de polarización inversa.

2.2 Características Electro-Ópticas

Medidas en una condición de prueba estándar de 25°C de temperatura ambiente y una corriente directa de 350mA, se definen los parámetros clave. El voltaje directo (Vf) tiene un valor típico de 3.8V, con un rango desde 2.8V (Mín.) hasta 4.4V (Máx.). El flujo radiante (Φe), que es la potencia óptica total emitida en el espectro UV, tiene un valor típico de 600 milivatios (mW), oscilando entre 460mW (Mín.) y 700mW (Máx.). La longitud de onda pico (Wp) se centra en la región de 385nm, con un rango de clasificación (bin) de 380nm a 390nm. El ángulo de visión (2θ1/2) es típicamente de 130 grados, definiendo el patrón de radiación. La resistencia térmica de la unión a la carcasa (Rthjc) es típicamente de 13.2 °C/W, un parámetro crucial para el diseño de la gestión térmica.

2.3 Análisis de Características Térmicas

El valor de resistencia térmica de 13.2 °C/W indica el aumento de temperatura por vatio de potencia disipada entre la unión del semiconductor y la carcasa del encapsulado. Por ejemplo, en el punto de operación típico de 350mA y 3.8V (1.33W de potencia de entrada, asumiendo ~600mW de salida óptica significa ~730mW de calor), la diferencia de temperatura entre la unión y la carcasa sería de aproximadamente 9.6°C. Un disipador de calor eficaz es esencial para mantener la temperatura de la unión por debajo de su máximo de 110°C, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente o durante operación continua.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El LTPL-C034UVD385 emplea un sistema de clasificación (binning) para categorizar las unidades según las variaciones clave de rendimiento, permitiendo a los diseñadores seleccionar LEDs que se ajusten a requisitos específicos de la aplicación.

3.1 Clasificación por Voltaje Directo (Vf)

Los LEDs se clasifican en cuatro categorías de voltaje (V0 a V3). Los de la categoría V0 tienen el voltaje directo más bajo (2.8V - 3.2V), mientras que los de la V3 tienen el más alto (4.0V - 4.4V). La tolerancia dentro de una categoría es de +/- 0.1V. Esto permite un mejor emparejamiento de corriente cuando se conectan múltiples LEDs en serie, ya que los LEDs de la misma categoría Vf tendrán caídas de voltaje más uniformes.

3.2 Clasificación por Flujo Radiante (Φe)

La potencia de salida óptica se categoriza en seis niveles, etiquetados de R1 a R6. R1 representa el rango de salida más bajo (460mW - 500mW), y R6 representa el más alto (660mW - 700mW). La tolerancia es de +/- 10%. Esta clasificación es crítica para aplicaciones que requieren una intensidad UV consistente, como en procesos de curado donde la dosis de exposición es un parámetro clave.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Pico (Wp)

La longitud de onda UV se clasifica en dos categorías: P3R (380nm - 385nm) y P3S (385nm - 390nm), con una tolerancia de +/- 3nm. La longitud de onda pico específica puede ser importante para aplicaciones donde ciertos fotoiniciadores en resinas o recubrimientos tienen espectros de activación óptimos.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características que proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

Esta curva muestra que la salida óptica (flujo radiante) aumenta con la corriente directa pero no es perfectamente lineal, especialmente a corrientes más altas donde la eficiencia puede disminuir debido a mayores efectos térmicos. Ayuda a los diseñadores a elegir una corriente de operación que equilibre la potencia de salida con la eficiencia y la vida útil.

4.2 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

La curva I-V ilustra la relación exponencial típica de los diodos. Es esencial para diseñar el circuito de accionamiento (driver) correcto. La curva se desplazará con la temperatura; el voltaje directo disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión para una corriente dada.

4.3 Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de la Unión

Esta es una de las curvas más críticas para la gestión térmica. Demuestra cómo la potencia de salida óptica se degrada a medida que aumenta la temperatura de la unión. Mantener una baja temperatura de la unión es primordial para lograr una salida alta y consistente y maximizar la vida operativa del LED.

4.4 Distribución Espectral Relativa

Este gráfico representa la intensidad de la luz emitida a lo largo del espectro UV. Confirma la naturaleza de banda estrecha de la salida del LED, centrada alrededor de 385nm, con una anchura a media altura (FWHM) típica característica de la tecnología LED. Esto contrasta con el amplio espectro de las lámparas de mercurio tradicionales.

4.5 Características de Radiación

Este diagrama polar visualiza la distribución espacial de la luz (ángulo de visión). El ángulo de visión típico de 130 grados indica un patrón de emisión amplio, similar al de Lambert, útil para iluminar uniformemente un área.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones de Contorno

El encapsulado del LED tiene dimensiones mecánicas específicas proporcionadas en los dibujos de la hoja de datos. Se indican las tolerancias críticas: la mayoría de las dimensiones tienen una tolerancia de ±0.2mm, mientras que la altura de la lente y la longitud/ancho del sustrato cerámico tienen una tolerancia más ajustada de ±0.1mm. Se señala que la almohadilla térmica en la parte inferior del encapsulado está eléctricamente aislada (neutra) de las almohadillas eléctricas del ánodo y el cátodo, lo que simplifica el diseño del PCB para las vías térmicas.

5.2 Almohadilla de Montaje en PCB Recomendada

Se proporciona un patrón de soldadura (huella) para el diseño del PCB. Esto incluye el tamaño y el espaciado para las conexiones del ánodo, cátodo y la almohadilla térmica. Seguir este diseño recomendado es crucial para garantizar la correcta formación de las soldaduras, la conexión eléctrica y, lo más importante, una transferencia de calor eficiente desde la almohadilla térmica al cobre del PCB y a cualquier disipador subyacente.

5.3 Identificación de Polaridad

El diagrama de la hoja de datos indica claramente las almohadillas del ánodo y el cátodo. Se debe observar la polaridad correcta durante el ensamblaje para evitar la aplicación de polarización inversa, que puede dañar el dispositivo.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil detallado de soldadura por reflujo, especificando parámetros críticos como precalentamiento, estabilización, temperatura máxima de reflujo (no superior a 260°C durante 10 segundos según la condición de prueba de reflujo) y tasas de enfriamiento. Las notas enfatizan que todas las temperaturas se refieren a la superficie del cuerpo del encapsulado. No se recomienda un proceso de enfriamiento rápido. Siempre es deseable la temperatura de soldadura más baja posible que logre una unión confiable para minimizar el estrés térmico en el LED.

6.2 Instrucciones para Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la condición máxima recomendada es de 300°C durante un máximo de 2 segundos, y esto debe realizarse solo una vez por LED. El número total de operaciones de soldadura (reflujo o manual) no debe exceder las tres veces.

6.3 Precauciones de Limpieza y Manipulación

Para la limpieza, solo deben usarse disolventes a base de alcohol como el alcohol isopropílico. Los limpiadores químicos no especificados pueden dañar el encapsulado del LED. El dispositivo debe manipularse con cuidado para evitar descargas electrostáticas (ESD) y daños mecánicos en la lente.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Embalaje en Cinta y Carrete

Los LEDs se suministran en cinta portadora con relieve y carrete para el ensamblaje automatizado pick-and-place. La hoja de datos proporciona dimensiones detalladas tanto para los bolsillos de la cinta como para el carrete estándar de 7 pulgadas. Las especificaciones clave incluyen: los bolsillos vacíos se sellan con cinta de cubierta, un máximo de 500 piezas por carrete y un máximo de dos componentes faltantes consecutivos permitidos en la cinta, de acuerdo con los estándares EIA-481-1-B.

7.2 Marcado del Código de Clasificación (Bin)

El código de clasificación (para Vf, Φe y Wp) está marcado en cada bolsa de embalaje, permitiendo la trazabilidad y la selección de grados de rendimiento específicos.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La aplicación principal es el curado UV para procesos industriales, incluido el curado de tintas en equipos de impresión, recubrimientos en varios sustratos y adhesivos en el ensamblaje de electrónica. Otros usos potenciales incluyen análisis de fluorescencia, detección de falsificaciones y dispositivos de terapia médica que requieren longitudes de onda UV-A específicas. Su naturaleza de estado sólido lo hace adecuado para equipos portátiles o de encendido instantáneo.

8.2 Consideraciones de Diseño y Requisitos del Driver

Un LED es un dispositivo operado por corriente. Para garantizar una intensidad uniforme y una operación estable, especialmente cuando se accionan múltiples LEDs, un driver de corriente constante es obligatorio, no una fuente de voltaje constante. El driver debe diseñarse para suministrar la corriente requerida (por ejemplo, 350mA) mientras se adapta al rango de voltaje directo del (los) LED(s). Para conexiones en serie, el voltaje del driver debe ser mayor que la suma del Vf máximo de todos los LEDs en la cadena. Generalmente no se recomienda la conexión en paralelo de LEDs sin un balanceo de corriente individual. La gestión térmica es el aspecto más crítico del diseño mecánico. Se requiere una interfaz térmica de alta calidad y un disipador de calor adecuado para mantener la temperatura de la unión dentro de límites seguros, asegurando la estabilidad de la salida y una larga vida útil.

9. Fiabilidad y Pruebas

La hoja de datos describe un plan integral de pruebas de fiabilidad, demostrando la robustez del producto. Las pruebas incluyen Vida Operativa a Baja, Ambiente y Alta Temperatura (LTOL, RTOL, HTOL), Vida Operativa en Alta Temperatura y Humedad (WHTOL), Choque Térmico (TMSK), Resistencia al Calor de Soldadura (Reflujo) y Soldabilidad. Todas las pruebas mostraron 0 fallos en 10 muestras bajo las condiciones especificadas. Los criterios para juzgar un dispositivo como fallado después de las pruebas son un cambio en el voltaje directo (Vf) superior a ±10% o un cambio en el flujo radiante (Φe) superior a ±30% del valor típico inicial.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con las fuentes de luz UV tradicionales como las lámparas de arco de mercurio, este LED UV ofrece ventajas distintivas: capacidad de encendido/apagado instantáneo, sin tiempo de calentamiento, mayor vida útil (típicamente decenas de miles de horas), mayor eficiencia energética, sin contenido peligroso de mercurio y tamaño compacto que permite nuevos factores de forma. En comparación con otros LEDs UV, la combinación específica de longitud de onda de 385nm, alto flujo radiante típico (600mW), amplio ángulo de visión de 130 grados y un encapsulado robusto con una almohadilla térmica aislada para un enfriamiento eficiente forma su diferenciación clave. El sistema de clasificación detallado también permite una mayor precisión en el diseño del sistema en comparación con alternativas no clasificadas o clasificadas de manera menos estricta.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Qué corriente de driver debo usar?

R: El dispositivo está caracterizado a 350mA, que es un punto de operación típico que ofrece un buen equilibrio entre salida y eficiencia. Se puede accionar hasta el Límite Absoluto Máximo de 500mA, pero esto aumentará la temperatura de la unión y puede reducir la vida útil; una gestión térmica robusta es esencial.

P: ¿Cómo interpreto el valor de Flujo Radiante?

R: El Flujo Radiante (Φe) es la potencia óptica total emitida en vatios (o milivatios), medida en todas las longitudes de onda. Para este LED UV, representa la potencia UV útil, no la luz visible. Es una métrica clave para calcular la dosis de exposición (Energía = Potencia × Tiempo) en aplicaciones de curado.

P: ¿Por qué es tan importante la gestión térmica?

R: Como se muestra en la curva \"Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de la Unión\", la potencia de salida disminuye a medida que aumenta la temperatura. El exceso de temperatura también acelera los mecanismos de degradación dentro del LED, acortando drásticamente su vida útil. La resistencia térmica de 13.2 °C/W define la eficacia con la que se puede eliminar el calor.

P: ¿Puedo usar una fuente de alimentación de voltaje constante?

R: No. El voltaje directo de un LED varía con la temperatura y entre unidades individuales. Una fuente de voltaje constante puede provocar una fuga térmica (thermal runaway), donde el aumento de corriente genera más calor, lo que reduce el Vf, causando aún más corriente y potencialmente destruyendo el LED. Utilice siempre un driver de corriente constante.

12. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar una estación de curado UV de sobremesa para la máscara de soldadura de PCB.

Un diseñador necesita una exposición UV uniforme sobre un área de 10cm x 10cm. Usando el LTPL-C034UVD385 con su ángulo de visión de 130°, puede calcular la altura necesaria y el espaciado de la matriz de LEDs para lograr una irradiancia uniforme. Selecciona LEDs de la categoría de flujo R5 o R6 para mayor intensidad, y de la misma categoría Vf (por ejemplo, V1) para un consumo de corriente consistente cuando se conectan en serie. Se selecciona un driver de corriente constante capaz de entregar la corriente total requerida para la cadena en serie. El PCB de aluminio se diseña con el patrón de almohadillas recomendado, incorporando una gran área de cobre y vías térmicas conectadas a un disipador externo con ventilador. El perfil de reflujo de la hoja de datos se programa en la máquina pick-and-place. Después del ensamblaje, la estación proporciona un curado instantáneo y consistente sin el calor y el ozono asociados con las lámparas de mercurio.

13. Introducción al Principio de Operación

Un LED es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por el ancho de banda prohibida (bandgap) de los materiales semiconductores utilizados en la región activa. Para el LTPL-C034UVD385, se diseñan compuestos semiconductores específicos (normalmente basados en nitruro de aluminio y galio - AlGaN) para tener un bandgap correspondiente a fotones en el rango ultravioleta de 385nm (UV-A). El encapsulado incluye una óptica primaria (lente) para dar forma a la salida de luz y proteger el chip semiconductor.

14. Tendencias y Perspectivas Tecnológicas

El mercado de los LEDs UV está impulsado por la eliminación global de las lámparas basadas en mercurio (Convenio de Minamata) y la demanda de fuentes de luz más eficientes, compactas y controlables. Las tendencias clave incluyen la mejora continua de la Eficiencia Enchufe-Pared (Wall-Plug Efficiency, WPE), que es la relación entre la potencia óptica de salida y la potencia eléctrica de entrada. Una mayor eficiencia significa menos calor residual para la misma salida UV. También hay un desarrollo continuo para aumentar la potencia óptica máxima por encapsulado de LED individual y mejorar la fiabilidad y la vida útil a temperaturas y corrientes de operación más altas. Además, la investigación se centra en ampliar los rangos de longitud de onda disponibles, particularmente en el espectro UV-C más profundo para aplicaciones germicidas, aunque se requieren materiales diferentes como el nitruro de aluminio (AlN). También es evidente la tendencia hacia la integración a nivel de sistema, combinando LEDs, drivers y sensores en módulos inteligentes.