Hoja de Datos Técnica del LED UV LTPL-C034UVD375 - 3.7x3.7x1.6mm - Voltaje 3.7V - Potencia 2W - Longitud de Onda Pico 375nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este producto es un diodo emisor de luz ultravioleta (LED UV) de alta eficiencia, diseñado principalmente para procesos de curado UV y otras aplicaciones comunes de luz ultravioleta. Representa una solución de iluminación de estado sólido que busca reemplazar las fuentes de luz UV convencionales, combinando la larga vida útil y fiabilidad inherentes a la tecnología LED con niveles de brillo competitivos. Esto permite una mayor flexibilidad de diseño y abre nuevas oportunidades en aplicaciones que requieren iluminación UV.

1.1 Características y Ventajas Clave

El dispositivo ofrece varias ventajas distintivas frente a las fuentes UV tradicionales:

• Compatibilidad con Circuitos Integrados (IC):El LED está diseñado para ser fácilmente controlado y alimentado por circuitos electrónicos estándar.
• Cumplimiento Ambiental:El producto cumple con la directiva RoHS y se fabrica mediante procesos libres de plomo.
• Eficiencia Operativa:Contribuye a reducir los costes operativos generales gracias a su naturaleza energéticamente eficiente.
• Mantenimiento Reducido:La larga vida útil de los LED reduce significativamente la frecuencia y el coste asociados al reemplazo y mantenimiento de lámparas.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Corriente Directa Continua (If):500 mA (Máximo)
• Consumo de Potencia (Po):2 W (Máximo)
• Rango de Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +85°C
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-55°C a +100°C
• Temperatura de Unión (Tj):110°C (Máximo)

Nota Importante:La operación prolongada en condiciones de polarización inversa puede provocar el fallo del componente.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos a Ta=25°C y una corriente directa (If) de 350mA, que parece ser el punto de operación recomendado.

• Voltaje Directo (Vf):El valor típico es 3.7V, con un rango desde 2.8V (Mín.) hasta 4.4V (Máx.).
• Flujo Radiante (Φe):Esta es la potencia óptica total emitida en el espectro UV. El valor típico es 470 mW, con un rango de 350 mW (Mín.) a 590 mW (Máx.).
• Longitud de Onda Pico (λp):La longitud de onda a la que el LED emite la mayor potencia. Oscila entre 370 nm y 380 nm, centrándose alrededor de 375 nm.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):Aproximadamente 130 grados, lo que indica un patrón de radiación amplio.
• Resistencia Térmica (Rthjc):La resistencia térmica unión-carcasa es típicamente de 14.7 °C/W. Este parámetro es crucial para el diseño de gestión térmica, ya que indica la eficacia con la que se puede conducir el calor desde el chip del LED.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Los LED se clasifican en grupos de rendimiento (bins) para garantizar la uniformidad. El código de clasificación se marca en el embalaje.

3.1 Clasificación por Voltaje Directo (Vf)

Los LED se categorizan en cuatro grupos de voltaje (V0 a V3) según su voltaje directo a 350mA. Por ejemplo, el grupo V1 incluye LED con Vf entre 3.2V y 3.6V. La tolerancia es de +/- 0.1V.

3.2 Clasificación por Flujo Radiante (Φe)

La potencia óptica de salida se clasifica desde R2 (350-380 mW) hasta R9 (560-590 mW). El grupo típico parece ser R5 (440-470 mW). La tolerancia es de +/- 10%.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Pico (Wp)

La longitud de onda UV se clasifica en dos grupos: P3P (370-375 nm) y P3Q (375-380 nm). La tolerancia es de +/- 3 nm. Esto permite la selección para aplicaciones sensibles a longitudes de onda UV específicas.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

El flujo radiante aumenta con la corriente directa, pero no de forma lineal. Los diseñadores deben equilibrar la salida óptica deseada con la potencia eléctrica de entrada y la generación de calor resultante. Operar significativamente por encima de 350mA puede reducir la eficiencia y la vida útil.

4.2 Distribución Espectral Relativa

Esta curva muestra el espectro de emisión, confirmando el pico en la región de 375nm (UVA) y el ancho de banda espectral. Es importante para aplicaciones donde la pureza espectral o una energía de fotón específica es crítica.

4.3 Patrón de Radiación

El diagrama polar ilustra el ángulo de visión de 130 grados, mostrando la distribución de intensidad. Esto es vital para diseñar ópticas que recojan, coliminen o enfoquen la luz UV en un área objetivo.

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

Esta curva fundamental muestra la relación exponencial típica de los diodos. El punto de operación (ej., 350mA, ~3.7V) es donde se caracteriza el dispositivo. La curva ayuda a diseñar el circuito de alimentación de corriente apropiado.

4.5 Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de Unión

Este gráfico demuestra el impacto negativo del aumento de la temperatura de unión en la salida de luz. A medida que aumenta la temperatura, el flujo radiante disminuye. Por lo tanto, un disipador de calor eficaz es esencial para mantener un rendimiento óptico estable y alto.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones Externas

El encapsulado tiene una huella de aproximadamente 3.7mm x 3.7mm. Las dimensiones clave incluyen la altura de la lente y el tamaño del sustrato cerámico, que tienen tolerancias más ajustadas (±0.1mm) en comparación con otras características (±0.2mm). La almohadilla térmica está aislada eléctricamente del ánodo y el cátodo, lo que permite conectarla a un disipador para la gestión térmica sin crear un cortocircuito eléctrico.

5.2 Pads de Montaje en PCB Recomendados

Se proporciona un diseño de patrón de pistas para la placa de circuito impreso (PCB). Esto incluye las almohadillas para los dos contactos eléctricos (ánodo y cátodo) y la almohadilla térmica central más grande. Un diseño adecuado de las almohadillas es crítico para una soldadura fiable y una transferencia de calor efectiva desde el encapsulado del LED a la PCB.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil detallado temperatura-tiempo para la soldadura por reflujo. Los parámetros clave incluyen una temperatura máxima de 260°C medida en el cuerpo del encapsulado, con un tiempo por encima de 240°C que no exceda los 30 segundos. Se recomienda una velocidad de enfriamiento controlada. La soldadura manual es posible, pero debe limitarse a 300°C durante un máximo de 2 segundos, y solo una vez.

6.2 Notas Importantes de Montaje

• La soldadura por reflujo debe realizarse un máximo de tres veces.
• Es deseable la temperatura de soldadura más baja posible que logre una unión fiable.
• La soldadura por inmersión no es un método de montaje recomendado ni garantizado para este componente.
• La limpieza debe realizarse únicamente con disolventes a base de alcohol, como alcohol isopropílico (IPA). Productos químicos no especificados pueden dañar el encapsulado.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los componentes se suministran en cinta portadora con relieve sellada con cinta de cubierta. La cinta se enrolla en carretes de 7 pulgadas, con un máximo de 500 piezas por carrete. Para cantidades más pequeñas, está disponible un paquete mínimo de 100 piezas. El embalaje cumple con los estándares EIA-481-1-B.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Curado UV:Curado de adhesivos, secado de tintas, polimerización de resinas en procesos de fabricación.
• Médico y Científico:Análisis de fluorescencia, esterilización (donde la longitud de onda sea apropiada), fototerapia.
• Industrial:Inspección, detección de falsificaciones, sensores ópticos.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Método de Alimentación:Los LED son dispositivos controlados por corriente. Se recomienda encarecidamente una fuente de corriente constante para garantizar una salida óptica estable y prevenir la fuga térmica, ya que el voltaje directo tiene un coeficiente de temperatura negativo.
• Gestión Térmica:Dado el flujo radiante típico de 470mW y una potencia total de ~1.3W (350mA * 3.7V), más de 0.8W se disipa como calor. Con una resistencia térmica de 14.7°C/W, la temperatura de unión aumentará unos 11.8°C por encima de la temperatura de la carcasa. Es obligatorio un disipador de calor adecuado para mantener la unión por debajo de 110°C para garantizar la fiabilidad.
• Óptica:El haz amplio de 130 grados puede requerir ópticas secundarias (lentes, reflectores) para lograr el patrón de iluminación deseado en el objetivo.
• Seguridad:La radiación UV, especialmente en el rango UVA, puede ser dañina para los ojos y la piel. En el diseño final del producto son necesarias carcasas protectoras apropiadas y advertencias de seguridad.

9. Fiabilidad y Pruebas

Se documenta un plan integral de pruebas de fiabilidad, que incluye:

• Pruebas de vida operativa a baja, ambiente y alta temperatura.
• Prueba de vida operativa en ambiente húmedo y caliente.
• Prueba de choque térmico.
• Pruebas de soldabilidad y resistencia al calor de soldadura.

Todas las pruebas reportaron cero fallos en los tamaños de muestra, lo que indica una construcción de producto robusta y fiable. Los criterios para juzgar un dispositivo como fallado son un cambio en el voltaje directo superior a ±10% o un cambio en el flujo radiante superior a ±30% respecto a los valores iniciales.

10. Comparación y Posicionamiento Técnico

Este LED UV se posiciona como una alternativa energéticamente eficiente a las fuentes UV convencionales como las lámparas de vapor de mercurio. Los diferenciadores clave incluyen:

• Encendido/Apagado Instantáneo:A diferencia de las lámparas que requieren calentamiento/enfriamiento, los LED alcanzan la salida completa al instante.
• Larga Vida Útil:La vida útil de los LED típicamente supera con creces la de las lámparas de arco.
• Tamaño Compacto y Libertad de Diseño:El factor de forma pequeño permite la integración en dispositivos más pequeños y permite configuraciones en matriz para mayor intensidad o cobertura de área más grande.
• Espectro Estrecho:El pico de emisión relativamente estrecho alrededor de 375nm puede ser más eficiente para procesos sintonizados a esa longitud de onda, reduciendo la energía desperdiciada en comparación con fuentes de banda ancha.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

11.1 ¿Cuál es la corriente de operación recomendada?

La hoja de datos caracteriza el dispositivo a 350mA, que probablemente sea la corriente de operación típica recomendada (está por debajo del máximo absoluto de 500mA). Operar a esta corriente garantiza un rendimiento y fiabilidad óptimos, tal como lo validan las pruebas de vida.

11.2 ¿Cómo selecciono la clasificación (bin) correcta para mi aplicación?

Elija según los requisitos de su sistema: -Clasificación Vf:Afecta al diseño del driver y al voltaje de la fuente de alimentación. Las clasificaciones más ajustadas garantizan una distribución de corriente más uniforme en matrices en paralelo. -Clasificación Φe:Determina la potencia óptica. Seleccione una clasificación más alta (ej., R6, R7) para mayor intensidad. -Clasificación Wp:Crítica para procesos con una sensibilidad espectral específica. Elija P3P o P3Q según sea necesario.

11.3 ¿Por qué es tan importante la gestión térmica?

Una alta temperatura de unión reduce directamente la salida de luz (como se muestra en las curvas de rendimiento) y acelera la degradación del LED, acortando su vida útil. El valor de resistencia térmica (14.7°C/W) cuantifica este desafío; es esencial una ruta de menor resistencia térmica desde la unión al ambiente.

12. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Lámpara de Punto para Curado UV

1. Especificación:El objetivo es entregar >400mW de luz UV de 375nm en un punto de 10mm de diámetro para curar adhesivos.
2. Selección del LED:Elija un LED de la clasificación de flujo R5 (440-470mW) o superior para garantizar suficiente potencia después de las pérdidas ópticas.
3. Circuito de Alimentación:Diseñe un driver de corriente constante ajustado a 350mA con un margen de voltaje apropiado (ej., fuente de 5V para un LED de ~3.7V).
4. Diseño Térmico:Monte el LED en una PCB de núcleo metálico (MCPCB) o en un disipador dedicado. Calcule la resistencia térmica del disipador requerida para mantener la temperatura de unión por debajo, por ejemplo, de 85°C en un ambiente de 40°C.
5. Óptica:Utilice una lente colimadora o de enfoque delante del LED para concentrar el haz amplio de 130 grados en el pequeño punto deseado.
6. Integración:Aloje el conjunto en una carcasa mecánicamente robusta y térmicamente conductora, con enclavamientos de seguridad para prevenir la exposición a la luz UV.

13. Introducción al Principio de Funcionamiento

Este dispositivo es una fuente de luz semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones y huecos se recombinan dentro de la región activa del chip semiconductor, liberando energía en forma de fotones. Los materiales semiconductores específicos (normalmente que involucran nitruro de galio y aluminio - AlGaN) están diseñados para que el ancho de banda prohibida corresponda a energías de fotón en el espectro ultravioleta (alrededor de 375nm o 3.31 eV). La luz generada se extrae a través de la lente del encapsulado.

14. Tendencias de Desarrollo

El campo de los LED UV está evolucionando activamente. Las tendencias incluyen:

• Mayor Eficiencia:La investigación en curso tiene como objetivo mejorar la eficiencia de conversión eléctrica a óptica (wall-plug efficiency) de los LED UV, particularmente en la banda UVC de longitud de onda más corta para aplicaciones germicidas.
• Mayor Densidad de Potencia:Desarrollo de chips y encapsulados capaces de manejar corrientes de alimentación más altas y disipar más calor, lo que conduce a un mayor flujo radiante desde un solo emisor.
• Fiabilidad Mejorada:Los avances en materiales y tecnologías de encapsulado continúan extendiendo la vida operativa y la estabilidad.
• Reducción de Costes:A medida que aumentan los volúmenes de fabricación y maduran los procesos, se espera que disminuya el coste por milivatio de salida UV, acelerando aún más la adopción de LED UV frente a las tecnologías tradicionales.