Hoja de Datos Técnicos del LED UV LTPL-C034UVD405 - 3.5x3.5x1.6mm - 3.5V Típico - 460-700mW - Longitud de Onda Pico 405nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie de productos UV C03 representa una fuente de luz avanzada y de alta eficiencia energética, diseñada para aplicaciones de curación UV y ultravioleta en general. Esta tecnología combina la longevidad y fiabilidad inherentes a los Diodos Emisores de Luz con los altos niveles de brillo tradicionalmente asociados a las fuentes UV convencionales. Esta fusión proporciona una flexibilidad de diseño significativa y abre nuevas vías para que la iluminación UV de estado sólido reemplace a las tecnologías UV antiguas y menos eficientes.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este producto está diseñado para aplicaciones que requieren emisión ultravioleta precisa, fiable y eficiente. Sus ventajas principales incluyen compatibilidad total con sistemas de conducción de circuitos integrados (I.C.), cumplimiento de las normas RoHS y de fabricación sin plomo (Pb-free), lo que contribuye a reducir los costes operativos y de mantenimiento durante el ciclo de vida del producto. El mercado objetivo abarca procesos de curación industrial, instrumentación médica y científica, detección de falsificaciones y cualquier aplicación donde la exposición controlada a UV sea crítica.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

La siguiente sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros técnicos clave del dispositivo, definidos bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C).

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar en o cerca de estos límites durante períodos prolongados. La corriente directa máxima en DC (If) es de 500 mA. El consumo máximo de potencia (Po) es de 2 Vatios. El dispositivo puede operar dentro de un rango de temperatura ambiente (Topr) de -40°C a +85°C y almacenarse (Tstg) entre -55°C y +100°C. La temperatura máxima permitida en la unión (Tj) es de 110°C. Es de vital importancia evitar operar el LED bajo condiciones de polarización inversa durante períodos prolongados, ya que esto puede provocar fallos en el componente.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estas características definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de operación (If = 350mA). El voltaje directo (Vf) varía desde un mínimo de 2.8V hasta un máximo de 4.4V, con un valor típico de 3.5V. El flujo radiante total de salida (Φe), medido con una esfera integradora, varía de 460mW a 700mW, con un valor típico de 620mW. La longitud de onda pico (Wp) se especifica entre 400nm y 410nm, ubicándola firmemente en el espectro ultravioleta cercano. El ángulo de visión (2θ1/2) es típicamente de 130 grados, indicando un patrón de radiación amplio. La resistencia térmica de la unión a la carcasa (Rth jc) es típicamente de 14.7 °C/W, con una tolerancia de medición de ±10%.

2.3 Características Térmicas

Una gestión térmica efectiva es primordial para el rendimiento y la longevidad del LED. La resistencia térmica especificada (Rth jc) de 14.7 °C/W indica el aumento de temperatura por vatio de potencia disipada entre la unión del semiconductor y la carcasa del encapsulado. Un valor más bajo es preferible. Este parámetro, combinado con la temperatura máxima de unión de 110°C, dicta los requisitos de disipación de calor necesarios para cualquier aplicación dada, con el fin de garantizar que el LED opere dentro de su área de operación segura y mantenga su salida nominal y su vida útil.

3. Explicación del Sistema de Códigos de Binning

El producto se clasifica en bins según parámetros clave de rendimiento para garantizar la consistencia para el usuario final. El código de bin está marcado en cada bolsa de embalaje.

3.1 Binning del Voltaje Directo (Vf)

Los LEDs se clasifican en cuatro bins de voltaje (V0, V1, V2, V3) a una corriente de prueba de 350mA. Los bins V0 tienen voltajes entre 2.8V y 3.2V, V1 entre 3.2V y 3.6V, V2 entre 3.6V y 4.0V, y V3 entre 4.0V y 4.4V. La tolerancia para esta clasificación es de ±0.1V. Esto permite a los diseñadores seleccionar LEDs con voltajes directos estrechamente emparejados para conexiones en paralelo o regulación de corriente precisa.

3.2 Binning del Flujo Radiante (Φe)

La potencia óptica de salida se categoriza en seis bins (R1 a R6). R1 representa el rango de salida más bajo (460-500 mW), y R6 el más alto (660-700 mW), todos medidos a 350mA. La tolerancia para el flujo radiante es de ±10%. Este binning permite la selección basada en la intensidad de luz requerida para la aplicación.

3.3 Binning de la Longitud de Onda Pico (Wp)

La longitud de onda emitida se clasifica en dos bins principales: P4A (400-405 nm) y P4B (405-410 nm), con una tolerancia de ±3nm. Esto es crucial para aplicaciones sensibles a longitudes de onda UV específicas, como iniciar reacciones fotoquímicas particulares en procesos de curación.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

Esta curva típicamente muestra una relación sub-lineal donde el flujo radiante aumenta con la corriente directa, pero puede exhibir saturación o caída de eficiencia a corrientes más altas. El punto de operación exacto (por ejemplo, 350mA) debe elegirse para equilibrar la salida y la eficiencia, manteniéndose dentro de los límites absolutos máximos.

4.2 Distribución Espectral Relativa

Este gráfico representa la intensidad de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda, centrada alrededor de la longitud de onda pico (400-410nm). Muestra el ancho de banda espectral, que es importante para aplicaciones donde se requiere pureza espectral o una interacción específica de longitud de onda.

4.3 Características de Radiación

Este diagrama polar ilustra la distribución espacial de la intensidad de la luz, correlacionada con el ángulo de visión de 130 grados. Muestra cómo se emite la luz desde el encapsulado del LED, lo que es vital para el diseño del sistema óptico para garantizar una iluminación adecuada del área objetivo.

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

Esta curva fundamental muestra la relación exponencial típica de un diodo. El voltaje directo aumenta con la corriente. La forma de la curva es esencial para diseñar el circuito de conducción apropiado, ya sea una simple resistencia limitadora de corriente o un driver de corriente constante.

4.5 Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de Unión

Esta curva crítica demuestra el impacto negativo del aumento de la temperatura de unión en la salida de luz. A medida que aumenta la temperatura de unión, el flujo radiante disminuye. Esto subraya la importancia de una gestión térmica efectiva para mantener un rendimiento óptico consistente a lo largo del tiempo y bajo diferentes condiciones ambientales.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones de Contorno

El dispositivo tiene un encapsulado compacto de montaje superficial. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo y el perfil de la lente. Todas las dimensiones lineales están en milímetros. Las tolerancias generales de dimensión son de ±0.2mm, mientras que la altura de la lente y la longitud/ancho del sustrato cerámico tienen tolerancias más estrictas de ±0.1mm. La almohadilla térmica en la parte inferior del dispositivo está aislada eléctricamente (flotante) de las almohadillas del ánodo y cátodo, lo que significa que puede conectarse directamente a un plano térmico del PCB para disipación de calor sin crear un cortocircuito eléctrico.

5.2 Identificación de Polaridad y Diseño de Pads

Se proporciona el diseño recomendado de las almohadillas de conexión en la placa de circuito impreso (PCB) para garantizar una soldadura y un rendimiento térmico adecuados. El diseño incluye almohadillas separadas para el ánodo y el cátodo, así como una almohadilla más grande para la conexión térmica. La orientación correcta de la polaridad durante el montaje es esencial para el funcionamiento del dispositivo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil detallado de soldadura por reflujo. Los parámetros clave incluyen precalentamiento, estabilización, temperatura máxima de reflujo y tasas de enfriamiento. La temperatura máxima (medida en la superficie del cuerpo del encapsulado) debe controlarse. No se recomienda un proceso de enfriamiento rápido. Se aconseja utilizar la temperatura de soldadura más baja posible que logre una unión fiable. El dispositivo puede soportar un máximo de tres ciclos de reflujo. La soldadura manual, si es necesaria, debe limitarse a un máximo de 300°C durante no más de 2 segundos, aplicada solo una vez.

6.2 Precauciones de Limpieza y Manipulación

Si se requiere limpieza después de la soldadura, solo deben usarse disolventes a base de alcohol como alcohol isopropílico. Los limpiadores químicos no especificados pueden dañar el encapsulado del LED. Deben observarse las precauciones generales contra descargas electrostáticas (ESD) durante la manipulación.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LEDs se suministran en cinta portadora con relieve sellada con una cinta de cubierta superior. La cinta se enrolla en carretes. Un carrete estándar de 7 pulgadas puede contener un máximo de 500 piezas. El embalaje cumple con las especificaciones EIA-481-1-B. Existe una especificación de que no más de dos bolsillos de componentes consecutivos en la cinta pueden estar vacíos.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este LED UV es adecuado para una variedad de aplicaciones que incluyen, pero no se limitan a: curación UV de adhesivos, tintas y recubrimientos; excitación de fluorescencia para análisis o inspección; instrumentación médica y biológica; sistemas de purificación de aire y agua; y detección de falsificaciones (por ejemplo, verificación de elementos de seguridad).

8.2 Consideraciones de Diseño y Método de Conducción

Un LED es un dispositivo operado por corriente. Para garantizar una intensidad uniforme cuando se conectan múltiples LEDs en paralelo dentro de una sola aplicación, se recomienda encarecidamente incorporar una resistencia limitadora de corriente individual en serie con cada LED. Esto compensa las pequeñas variaciones en el voltaje directo (Vf) entre dispositivos individuales, evitando la "acaparación de corriente" donde un LED consume más corriente que otros, lo que lleva a un brillo desigual y un posible sobreesfuerzo. Un circuito driver de corriente constante es la solución óptima para conducir uno o varios LEDs en serie, proporcionando un rendimiento estable independientemente de las variaciones del voltaje directo.

9. Fiabilidad y Pruebas

El dispositivo se somete a un plan integral de pruebas de fiabilidad para garantizar su robustez. Las pruebas incluyen Vida Operativa a Baja Temperatura (LTOL a -30°C), Vida Operativa a Temperatura Ambiente (RTOL), Vida Operativa a Alta Temperatura (HTOL a 85°C), Vida Operativa en Alta Temperatura y Humedad (WHTOL a 60°C/60% HR), Choque Térmico (TMSK de -40°C a 125°C), Resistencia al Calor de Soldadura (simulando reflujo) y prueba de Soldabilidad. Se definen criterios específicos de aprobado/reprobado basados en cambios en el voltaje directo (dentro de ±10%) y el flujo radiante (dentro de ±15%) después de las pruebas. Todas las pruebas de vida se realizan con el dispositivo montado en un disipador de calor térmico.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con las fuentes de luz UV tradicionales como las lámparas de vapor de mercurio, esta solución LED de estado sólido ofrece ventajas distintivas: capacidad de encendido/apagado instantáneo sin tiempo de calentamiento, vida operativa significativamente más larga (a menudo decenas de miles de horas), mayor eficiencia energética al convertir más energía eléctrica en luz UV útil, ausencia de materiales peligrosos como el mercurio, tamaño compacto que permite nuevos factores de forma y salida espectral precisa. La principal desventaja histórica era una potencia óptica total más baja, pero los modernos LEDs UV de alta potencia como esta serie están cerrando esa brecha para muchas aplicaciones.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

11.1 ¿Cuál es la diferencia entre flujo radiante (mW) y flujo luminoso (lm)?

El flujo radiante (Φe) mide la potencia óptica total emitida en todas las direcciones, en Vatios. Esta es la métrica correcta para los LEDs UV, ya que cuantifica la energía UV real. El flujo luminoso (lúmenes) mide el brillo percibido por el ojo humano, ponderado por la curva de respuesta fotópica, y no es aplicable a fuentes UV no visibles.

11.2 ¿Cómo selecciono el bin correcto para mi aplicación?

Elija el bin de voltaje (Vf) según el diseño de su circuito de conducción y la necesidad de emparejamiento de corriente en ramas paralelas. Seleccione el bin de flujo radiante (Φe) según la intensidad o irradiancia requerida en su objetivo. Elija el bin de longitud de onda (Wp) si su proceso es sensible a un pico espectral específico (por ejemplo, 405nm vs. 400nm).

11.3 ¿Por qué es tan crítica la gestión térmica?

Una alta temperatura de unión reduce directamente la salida de luz (como se muestra en las curvas de rendimiento) y acelera los mecanismos de degradación dentro del semiconductor, acortando drásticamente la vida operativa del dispositivo. Un disipador de calor adecuado es no negociable para un rendimiento fiable y a largo plazo.

12. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un PCB para un punto de curación UV con múltiples LEDs.Un diseñador necesita crear una matriz de 10 LEDs para una aplicación de curación de área pequeña. Basándose en la hoja de datos: 1) Selecciona LEDs del mismo bin de Vf y Φe para consistencia. 2) Diseña el PCB con el diseño de pads recomendado, conectando las almohadillas térmicas a una gran zona de cobre en la placa conectada a vías para disipación de calor hacia la capa inferior o un disipador externo. 3) Decide conducir los LEDs con un driver de corriente constante ajustado a 350mA. Dado que desea conectar los 10 en paralelo para una iluminación uniforme, incluye una pequeña resistencia limitadora de corriente individual (por ejemplo, 1 Ohm) en serie con cada LED para compensar las variaciones de Vf, como se recomienda. 4) Sigue las guías del perfil de reflujo durante el montaje. 5) En el firmware del producto final, puede implementar un algoritmo de monitoreo de temperatura o reducción de potencia basado en la curva "Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de Unión" si las condiciones ambientales son variables.

13. Introducción al Principio de Funcionamiento

Este dispositivo es un diodo emisor de luz (LED) semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo a través del ánodo y el cátodo, los electrones y huecos se inyectan en la región activa del chip semiconductor. Estos portadores de carga se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica de los fotones emitidos (en este caso, ~405nm, en el espectro ultravioleta-A) está determinada por la energía de la banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados en la construcción del chip (típicamente basados en nitruro de aluminio y galio - AlGaN). La luz generada es luego moldeada y emitida a través de la lente integrada del encapsulado.

14. Tendencias Tecnológicas

El campo de los LEDs UV se caracteriza por una investigación y desarrollo continuos dirigidos a aumentar la eficiencia de conversión de energía (potencia óptica de salida / potencia eléctrica de entrada), lograr una mayor potencia de salida de un solo dispositivo o encapsulado más pequeño, extender la vida operativa y llevar las longitudes de onda de emisión más profundamente en el espectro UV-C (para aplicaciones germicidas) con una eficiencia mejorada. También hay una tendencia hacia encapsulados más sofisticados para mejorar la extracción de luz y el rendimiento térmico. El impulso para reemplazar las lámparas UV basadas en mercurio en todas las aplicaciones sigue siendo una fuerza importante en el mercado, respaldada por regulaciones ambientales y los beneficios de rendimiento de la iluminación de estado sólido.