Hoja de Datos del LED UVA ELUA3535NU3 - 3.75x3.75x3.2mm - 3.6-4.8V - Serie 4W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie de productos ELUA3535NU3 representa una solución LED de alta fiabilidad basada en cerámica, diseñada específicamente para aplicaciones de ultravioleta-A (UVA). Esta serie de 4W está concebida para ofrecer un rendimiento consistente en entornos exigentes donde se utiliza la radiación UV por sus propiedades germicidas o catalíticas.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de esta serie LED derivan de su robusta construcción y diseño eléctrico. El uso de un sustrato cerámico de Nitruro de Aluminio (AlN) proporciona una excelente conductividad térmica, lo cual es crítico para gestionar el calor generado por la operación de alta potencia y garantizar la fiabilidad a largo plazo. El dispositivo incorpora protección integrada contra Descargas Electroestáticas (ESD) de hasta 2KV (HBM), mejorando su durabilidad durante el manejo y el montaje. Además, el producto cumple plenamente con las principales normativas medioambientales y de seguridad, incluyendo RoHS, libre de plomo, REACH de la UE y estándares libres de halógenos (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), lo que lo hace apto para mercados globales con estrictos requisitos de cumplimiento.

Las aplicaciones objetivo se encuentran principalmente en los sectores industrial y comercial que aprovechan la luz UVA. Los mercados clave incluyen sistemas de esterilización UV para purificación de aire y agua, sistemas de fotocatálisis UV para descomponer compuestos orgánicos volátiles (COV), e iluminación especializada para sensores UV. La fiabilidad y potencia de salida del producto lo convierten en un componente adecuado para sistemas que requieren una emisión UV sostenida.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros técnicos clave listados en la hoja de datos, explicando su importancia para los ingenieros de diseño.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los Límites Absolutos Máximos definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Para las variantes de 385nm, 395nm y 405nm, la corriente directa máxima continua (I_F) es de 1250mA. Es crucial señalar que la variante de 365nm tiene una corriente máxima significativamente menor, de 700mA. Esta diferencia se debe típicamente a los diferentes materiales semiconductores y estructuras epitaxiales utilizadas para longitudes de onda más cortas, que pueden tener una menor capacidad de manejo de corriente o una mayor sensibilidad térmica. Operar consistentemente en o cerca de estos límites reducirá drásticamente la vida útil y la fiabilidad del LED. La temperatura máxima de unión (T_J) está especificada en 105°C. La resistencia térmica desde la unión hasta la almohadilla térmica (R_θth) se especifica como 4°C/W. Este parámetro es vital para el diseño de gestión térmica; por ejemplo, a la corriente nominal completa, se puede calcular el aumento de temperatura desde la almohadilla hasta la unión. Un disipador de calor adecuado es esencial para mantener la temperatura de unión dentro de límites seguros.

2.2 Características Fotométricas y Eléctricas

Los códigos de pedido proporcionados detallan bins de rendimiento específicos. El flujo radiante, que mide la potencia óptica total de salida en vatios (o milivatios), varía según la longitud de onda. Para el LED de 365nm (operando a 700mA), el flujo radiante mínimo es de 900mW, el típico es de 1300mW y el máximo es de 1600mW. Para los LED de 385nm, 395nm y 405nm (operando a 1000mA), el mínimo es de 1350mW, el típico es de 1475mW y el máximo es de 1850mW. El voltaje directo (V_F) para todos los modelos de la serie se especifica dentro de un rango de 3.6V a 4.8V a sus respectivas corrientes de operación. Este rango debe considerarse al diseñar el circuito de accionamiento para asegurar que pueda proporcionar suficiente voltaje mientras gestiona la disipación de potencia.

3. Explicación del Sistema de Binning

El producto se clasifica en bins basándose en tres parámetros clave: Flujo Radiante, Longitud de Onda Pico y Voltaje Directo. Esto permite a los clientes seleccionar LED con características muy agrupadas para un rendimiento de sistema consistente.

3.1 Binning de Flujo Radiante

Se utilizan dos tablas de binning separadas para diferentes grupos de longitud de onda. Para el LED de 365nm, los códigos de bin U1 a U4 categorizan el flujo radiante desde 900-1000mW hasta 1400-1600mW. Para los LED de 385nm a 405nm, se utilizan los códigos de bin U51 (1350-1600mW) y U52 (1600-1850mW). Los diseñadores deben asegurarse de que la irradiancia mínima requerida por su sistema óptico sea satisfecha por el valor mínimo del bin seleccionado.

3.2 Binning de Longitud de Onda Pico

La longitud de onda pico se clasifica en rangos de 10nm: U36 (360-370nm), U38 (380-390nm), U39 (390-400nm) y U40 (400-410nm). La selección depende de la sensibilidad espectral de la aplicación. Por ejemplo, la activación de fotocatalizadores a menudo tiene un rango de longitud de onda óptimo.

3.3 Binning de Voltaje Directo

El voltaje directo se clasifica en tres grupos: 3640 (3.6-4.0V), 4044 (4.0-4.4V) y 4448 (4.4-4.8V). Esto es importante para la eficiencia del driver y la gestión térmica. Los LED de un bin de voltaje más bajo disiparán menos potencia en forma de calor (P = V_F* I_F) a la misma corriente, lo que potencialmente permite un disipador de calor más simple o más pequeño.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas características típicas proporcionan información sobre el comportamiento del LED bajo diversas condiciones de operación, lo cual es esencial para un diseño de sistema robusto.

4.1 Espectro y Flujo Radiante Relativo vs. Corriente

El gráfico del espectro muestra la intensidad de emisión normalizada a través de las longitudes de onda para las cuatro variantes principales. Cada una tiene un pico distinto, con anchos de banda espectral relativamente estrechos, típicos de los LED UV. La curva de Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa muestra una relación sub-lineal. La salida no aumenta proporcionalmente con la corriente, especialmente a corrientes más altas, debido a la caída de eficiencia causada por el aumento de la temperatura de unión y otros efectos de la física de semiconductores. Esto subraya la importancia de la gestión térmica para mantener la salida.

4.2 Características Térmicas

Las curvas de Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura Ambiente y Longitud de Onda Pico vs. Temperatura Ambiente son críticas. A medida que la temperatura ambiente (o de la almohadilla) aumenta, el flujo radiante disminuye significativamente, un rasgo común en los LED. Por ejemplo, a 120°C, el flujo relativo es solo alrededor del 40-50% de su valor a 25°C. Simultáneamente, la longitud de onda pico se desplaza hacia longitudes de onda más largas (corrimiento al rojo) con el aumento de la temperatura, a una tasa observable en el gráfico. Este desplazamiento térmico debe tenerse en cuenta en aplicaciones sensibles a la longitud de onda. La curva de Voltaje Directo vs. Temperatura muestra un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que V_Fdisminuye a medida que aumenta la temperatura, lo que puede afectar la operación del driver de corriente constante.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones y Tolerancias

El LED presenta un tamaño compacto de 3.75mm x 3.75mm con una altura total de 3.2mm. El dibujo dimensional especifica todas las longitudes críticas, incluyendo la almohadilla térmica y las almohadillas de ánodo/cátodo. La tolerancia general en dimensiones planas es de ±0.1mm, mientras que la tolerancia de espesor es de ±0.15mm. Estas tolerancias son importantes para el diseño del PCB, la plantilla de pasta de soldadura y para asegurar una colocación adecuada por las máquinas pick-and-place.

5.2 Configuración de Almohadillas y Polaridad

La vista inferior muestra claramente la disposición de las almohadillas. La almohadilla rectangular grande central es la almohadilla térmica (cátodo), esencial para la transferencia de calor al PCB. Dos almohadillas eléctricas más pequeñas se encuentran en un lado: una para el ánodo y otra para el cátodo. La polaridad se indica en el diagrama. El cátodo está típicamente conectado a la almohadilla térmica y a una de las almohadillas más pequeñas. La identificación correcta de la polaridad durante el montaje es obligatoria para evitar fallos del dispositivo.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Proceso de Soldadura por Reflujo

El LED es apto para procesos estándar de Tecnología de Montaje Superficial (SMT). La hoja de datos proporciona un gráfico de perfil de reflujo con parámetros clave: una zona de precalentamiento, un rápido aumento de temperatura hasta el pico y una fase de enfriamiento controlado. La temperatura pico recomendada es de 260°C (+0°C/-5°C) durante un máximo de 10 segundos. Se establece explícitamente que la soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces para evitar un estrés térmico indebido en el encapsulado y las uniones internas. Debe evitarse el estrés mecánico en el cuerpo del LED durante el calentamiento (por ejemplo, debido a la deformación del PCB), y está prohibido doblar el PCB después de la soldadura, ya que puede agrietar las juntas de soldadura o el propio encapsulado cerámico.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Decodificación de la Nomenclatura del Modelo

El código de pedido completo (ej., ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G) es un descriptor detallado:

• EL: Prefijo del fabricante.
• UA: Tipo de producto UVA.
• 3535: Tamaño del encapsulado 3.75mm x 3.75mm.
• N: El material del encapsulado es Nitruro de Aluminio (AlN).
• U: El recubrimiento es Oro (Au).
• 3: El ángulo de visión es de 30°.
• PXXXX: Código de longitud de onda pico (ej., 6070 para 360-370nm).
• YY: Código de Flujo Radiante Mínimo.
• 3648 / 700 / 1K0: Rango de Voltaje Directo (3.6-4.8V) y Corriente Directa (700mA o 1000mA).
• V41G: Tipo de chip (Vertical), tamaño (43mil), cantidad (1) y proceso (Vidrio de Cuarzo).

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Sistemas de Esterilización UV:Para la desinfección de aire o agua, el rango de 265-280nm (UVC) es el más efectivo para dañar el ADN. Sin embargo, los LED UVA (como esta serie) se utilizan en algunos procesos de oxidación avanzada (AOP) o en sistemas dirigidos a patógenos específicos sensibles a UV de mayor longitud, o en combinación con fotocatalizadores. El diseño del sistema debe asegurar una dosis UV suficiente (intensidad x tiempo).
Fotocatálisis UV:Típicamente utilizando TiO₂, los fotocatalizadores se activan con luz UV. Las variantes de 385nm o 395nm son comúnmente utilizadas. El diseño debe asegurar una iluminación uniforme de la superficie del catalizador y gestionar el calor, ya que la eficiencia del catalizador puede depender de la temperatura.
Luz para Sensores UV:Utilizada para excitar fluorescencia o para inspección por visión artificial. La salida estable y la longitud de onda específica son clave. Un driver de corriente constante es esencial para mantener una salida óptica estable, y pueden ser necesarios filtros ópticos para bloquear la luz visible no deseada del espectro del LED.

8.2 Consideraciones Críticas de Diseño

Gestión Térmica:Este es el factor más crítico para el rendimiento y la longevidad. Utilice un PCB con suficientes vías térmicas bajo la almohadilla térmica, conectadas a grandes planos de cobre o a un disipador de calor externo. La resistencia térmica de 4°C/W es desde la unión hasta la almohadilla térmica del LED; la resistencia térmica del sistema al ambiente debe diseñarse para mantener T_Jmuy por debajo de 105°C.
Accionamiento Eléctrico:Utilice siempre un driver de corriente constante, no una fuente de voltaje constante. El driver debe ser capaz de suministrar la corriente requerida (700mA o 1000mA) y un voltaje que cubra todo el rango V_Fdel bin seleccionado, más cierto margen. Considere implementar modulación por ancho de pulso (PWM) para atenuar si es necesario, en lugar de reducir la corriente analógica, para evitar cambios de color/longitud de onda.
Diseño Óptico:El ángulo de visión de 30° proporciona un haz relativamente enfocado. Se pueden usar lentes o reflectores para dar forma a la luz para el área objetivo. Asegúrese de que cualquier material óptico (lentes, ventanas) sea transparente al UV (por ejemplo, cuarzo, plásticos específicos de grado UV), ya que el vidrio estándar y muchos plásticos absorben la radiación UVA.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Aunque la hoja de datos no proporciona una comparación directa con otras marcas, se pueden inferir las características diferenciadoras clave de esta serie. El uso de un encapsulado cerámico de AlN ofrece un rendimiento térmico superior en comparación con los encapsulados de plástico comúnmente utilizados en LED de menor potencia, permitiendo corrientes de accionamiento más altas y una mejor fiabilidad. La inclusión de protección ESD de 2KV es una característica de robustez significativa que no siempre está presente en productos de la competencia. El detallado binning en tres parámetros (flujo, longitud de onda, voltaje) permite un diseño de sistema de alta precisión y consistencia en la producción en masa, lo que puede ser una ventaja sobre productos con tolerancias más amplias o menos opciones de binning.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Por qué la corriente máxima para el LED de 365nm es solo de 700mA, mientras que las otras son de 1250mA?
R: Esto se debe principalmente a las diferentes propiedades del material semiconductor utilizado para lograr la longitud de onda más corta de 365nm. El sistema de material (por ejemplo, mayor contenido de aluminio en AlGaN) típicamente tiene menor conductividad eléctrica y mayores densidades de defectos, lo que conduce a una densidad de corriente máxima reducida y una mayor resistencia térmica. Operar a una corriente más baja asegura la fiabilidad y previene una degradación acelerada.

P: ¿Puedo accionar este LED con una fuente de alimentación de 3.3V?
R: No. El rango de voltaje directo es de 3.6V a 4.8V. Una fuente de 3.3V no será suficiente para encender el LED o lograr una salida de luz significativa. Se requiere un circuito driver que pueda proporcionar al menos 4.8V (más la caída de voltaje del driver).

P: ¿Cómo interpreto el valor de \"Flujo Radiante Típico\"?
R: El valor \"Típico\" es un promedio estadístico o mediana de las unidades de producción. Para un rendimiento garantizado en su diseño, debe utilizar el valor \"Mínimo\" de la tabla de binning. Diseñar basándose en el valor típico puede resultar en que algunas unidades en su sistema no alcancen el rendimiento esperado.

P: ¿Es absolutamente necesario un disipador de calor?
R: Para cualquier operación sostenida a la corriente nominal, sí. Incluso con la baja resistencia térmica de 4°C/W, a 1000mA y un V_Ftípico de 4.2V, la disipación de potencia es de 4.2W. El aumento de temperatura desde la almohadilla hasta la unión sería aproximadamente 4.2W * 4°C/W = 16.8°C. Si la temperatura de la almohadilla del PCB alcanza los 85°C, la unión ya está a ~102°C, muy cerca del máximo de 105°C. Un disipador de calor efectivo es no negociable para una operación fiable.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un PCB para un Array UV Multi-LED para Curado de Superficies.
Un ingeniero está diseñando un array de doce LED de 395nm para una estación de curado UV de baja potencia para adhesivos. Cada LED será accionado a 1000mA.Paso 1 - Diseño del PCB:El PCB se diseña con cobre de 2oz. Se crea una almohadilla de alivio térmico dedicada que coincide con la huella del LED, llena con una cuadrícula de vías térmicas (por ejemplo, 0.3mm de diámetro, paso de 1mm) que se conectan a un gran plano de tierra interno y a una capa de cobre en la parte inferior que se unirá a un disipador de calor de aluminio con material de interfaz térmica.Paso 2 - Diseño Eléctrico:Se selecciona un CI driver de LED de corriente constante capaz de entregar 12A en total (o múltiples drivers más pequeños). Se verifica la capacidad de voltaje de salida del driver para asegurar que pueda manejar 12 LED en una configuración de 4 en serie/3 en paralelo, teniendo en cuenta el V_Fmáximo de 4.8V por LED.Paso 3 - Integración Óptica:Se coloca una cubierta de vidrio de cuarzo sobre el array para proteger los LED. La distancia a la superficie de curado objetivo se calcula en base a la irradiancia deseada, utilizando el valor de flujo radiante mínimo del bin (1350mW) y el ángulo de haz de 30° para estimar el tamaño del punto iluminado y la intensidad.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Los LED UVA operan bajo el principio de electroluminiscencia en materiales semiconductores. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n del chip LED, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa. Su recombinación libera energía en forma de fotones. La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor utilizado en la región activa. Para la emisión UVA (aprox. 315-400nm), se utilizan materiales como Nitruro de Galio e Indio (InGaN) con composiciones específicas, o Nitruro de Galio y Aluminio (AlGaN). El encapsulado cerámico sirve principalmente como soporte mecánico, aislante eléctrico y, lo más importante, como una vía térmica altamente eficiente para conducir el calor lejos de la unión semiconductora, lo cual es crítico para mantener el rendimiento y la longevidad.

13. Tendencias de Desarrollo

El campo de los LED UV, particularmente UVA y UVB, está experimentando un avance constante. Las tendencias clave observables en productos como esta hoja de datos incluyen:Aumento de Potencia y Eficiencia:La investigación continua en materiales tiene como objetivo reducir la caída de eficiencia y mejorar la extracción de luz, lo que conduce a un mayor flujo radiante desde el mismo tamaño de encapsulado o más pequeño.Mejora de la Gestión Térmica:El uso de sustratos cerámicos avanzados como AlN, como se ve aquí, se está volviendo más estándar para dispositivos de alta potencia para gestionar las cargas térmicas crecientes.Estandarización y Binning:A medida que el mercado madura, códigos de binning más detallados y estandarizados (como se demuestra) ayudan a integrar los LED en sistemas predecibles y repetibles.Expansión y Control de Longitud de Onda:La investigación continúa avanzando hacia longitudes de onda más cortas y eficientes (más profundas en UVB y UVC) y proporcionando un control más estricto sobre la longitud de onda pico y el ancho espectral para aplicaciones especializadas.Integración de Sistemas:Existe una tendencia hacia módulos más listos para la aplicación que incluyen el LED, el driver, la óptica y, a veces, sensores, simplificando el diseño para los usuarios finales.