Hoja de Datos del LED UVC ELUC3535NUB - 3.5x3.5x1.3mm - 5.0-7.5V - 0.13W - 270-285nm - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

La serie ELUC3535NUB representa una solución LED de alta fiabilidad basada en cerámica, específicamente diseñada para aplicaciones de ultravioleta C (UVC). Este producto está concebido para ofrecer un rendimiento consistente en entornos exigentes donde la eficacia germicida es primordial. Su construcción central aprovecha un sustrato cerámico, que proporciona una gestión térmica superior en comparación con los encapsulados plásticos tradicionales, un factor crítico para mantener la vida útil del LED y la estabilidad de su salida en aplicaciones UVC.

El mercado objetivo principal de este componente es el sector de la desinfección y esterilización. Esto incluye aplicaciones como sistemas de purificación de agua, dispositivos de sanitización del aire, equipos de desinfección de superficies y esterilización de instrumentos médicos. El diseño del producto prioriza factores esenciales para estos usos: potencia óptica en el rango germicida, construcción robusta para longevidad y compatibilidad con los procesos de montaje estándar de tecnología de montaje superficial (SMT).

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está clasificado para una corriente directa máxima (I_F) de 100 mA en CC. Sin embargo, la condición de operación típica especificada en la información de pedido es de 20 mA. Esta reducción de especificación es crucial para garantizar la fiabilidad a largo plazo y prevenir la degradación acelerada de la unión semiconductora. La temperatura máxima de unión (T_J) es de 100°C, con una resistencia térmica (R_th) de unión a ambiente de 65 °C/W. Este valor de resistencia térmica es un parámetro clave para el diseño del disipador de calor; exceder la temperatura de unión puede provocar una falla catastrófica o una reducción significativa del flujo radiante de salida.

El dispositivo ofrece protección ESD de hasta 2 kV (Modelo de Cuerpo Humano), que es un nivel de protección estándar para el manejo en la mayoría de los entornos de fabricación. El rango de temperatura de operación es de -30°C a +85°C, y el rango de temperatura de almacenamiento es de -40°C a +100°C, lo que garantiza su idoneidad para una amplia variedad de climas y condiciones de almacenamiento a nivel mundial.

2.2 Características Fotométricas y Eléctricas

La salida fotométrica principal se mide en flujo radiante (mW), no en flujo luminoso (lm), ya que se trata de un emisor UV no visible. El flujo radiante típico a la corriente de accionamiento nominal de 20 mA es de 2 mW, con un valor mínimo garantizado de 1 mW y un máximo de 2.5 mW para el código de pedido listado. La longitud de onda pico se encuentra dentro del rango de 270 nm a 285 nm, que está dentro de la banda más efectiva para la acción germicida, dañando el ADN/ARN de los microorganismos.

Eléctricamente, el voltaje directo (V_F) a 20 mA oscila entre 5.0 V y 7.5 V. Este voltaje directo relativamente alto es característico de los LED de ultravioleta profundo. El ángulo de visión típico es de 120°, definido como el ángulo donde la intensidad es la mitad del valor pico (2θ_1/2).

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El producto se clasifica según un sistema de clasificación detallado para garantizar la consistencia específica de la aplicación. Este sistema cubre tres parámetros clave: Flujo Radiante, Longitud de Onda Pico y Voltaje Directo.

3.1 Clasificación por Flujo Radiante

El flujo radiante se clasifica en tres categorías: Q0A (1.0-1.5 mW), Q0B (1.5-2.0 mW) y Q0C (2.0-2.5 mW). Esto permite a los diseñadores seleccionar LED en función de la potencia óptica de salida requerida para su sistema, con tolerancias más ajustadas que las especificaciones mínimas/máximas generales.

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Pico

La longitud de onda pico es de importancia crítica para la eficacia del UVC. Las clasificaciones son: U27A (270-275 nm), U27B (275-280 nm) y U28 (280-285 nm). Diferentes patógenos tienen picos de sensibilidad variables dentro del espectro UVC, por lo que esta clasificación permite un diseño de sistema optimizado.

3.3 Clasificación por Voltaje Directo

El voltaje directo se clasifica en incrementos de 0.5V desde 5.0V hasta 7.5V (por ejemplo, 5055 para 5.0-5.5V, 5560 para 5.5-6.0V, etc.). Un V_Fconsistente dentro de un arreglo simplifica el diseño del controlador, asegurando una distribución de corriente uniforme cuando múltiples LED están conectados en paralelo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Espectro

La curva de distribución espectral muestra un pico de emisión estrecho centrado alrededor de la longitud de onda especificada (por ejemplo, ~275nm), con una emisión mínima fuera de la banda UVC. Esta pureza espectral es ventajosa ya que asegura que la energía se concentre en el rango germicida.

4.2 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

La curva demuestra una relación sub-lineal. Si bien la salida aumenta con la corriente, la eficiencia (mW/mA) disminuye a corrientes más altas debido al aumento de la temperatura de unión y otros efectos no ideales. Esto resalta la importancia de la gestión térmica y de operar dentro de las condiciones recomendadas.

4.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo

La curva I-V muestra la relación exponencial típica de un diodo. El rango especificado de V_Fa 20mA está claramente indicado. La curva es esencial para diseñar el controlador de corriente constante, ya que un pequeño cambio en el voltaje puede conducir a un gran cambio en la corriente.

4.4 Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra el coeficiente de temperatura negativo de la salida del LED. A medida que la temperatura ambiente (y en consecuencia la de unión) aumenta, el flujo radiante disminuye. Esta caída térmica debe tenerse en cuenta en el diseño del sistema para garantizar un rendimiento de desinfección consistente en todo el rango de temperatura de operación.

4.5 Curva de Reducción de Especificación (Derating)

La curva de reducción de especificación es el gráfico más crítico para una operación confiable. Define la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente. Para evitar exceder la temperatura máxima de unión, la corriente de accionamiento debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente. Por ejemplo, a una temperatura ambiente de 85°C, la corriente máxima permitida es significativamente menor que el límite absoluto máximo de 100mA.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones Mecánicas

El encapsulado tiene una huella compacta de 3.5 mm x 3.5 mm con una altura de 1.3 mm. El dibujo dimensional especifica la ubicación del ánodo (pad 2), cátodo (pad 1) y la almohadilla térmica central (pad 3). La almohadilla térmica es esencial para un disipador de calor efectivo; debe soldarse correctamente a una almohadilla conductora térmicamente en el PCB, la cual debe estar conectada a planos de tierra internos o a un disipador de calor externo.

5.2 Empaquetado en Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta portadora con relieve, enrollada en carretes que contienen 1000 piezas. Se proporcionan las dimensiones de la cinta y las especificaciones del carrete (por ejemplo, diámetro de carrete de 180mm) para garantizar la compatibilidad con las máquinas automáticas de pick-and-place. Los componentes se empaquetan además dentro de una bolsa de aluminio resistente a la humedad que contiene desecante para prevenir la absorción de humedad durante el almacenamiento, lo cual es crítico para los encapsulados cerámicos para evitar el efecto "palomita de maíz" durante la soldadura por reflujo.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El ELUC3535NUB es adecuado para procesos estándar de soldadura por reflujo SMT. Las recomendaciones clave incluyen: usar un perfil de reflujo sin plomo compatible con los límites térmicos del componente, evitar estrés mecánico en el LED durante el calentamiento y enfriamiento, y limitar el número de ciclos de reflujo a un máximo de dos. Después de la soldadura, el PCB no debe doblarse, ya que esto puede inducir estrés mecánico en las uniones de soldadura y en el cuerpo cerámico, pudiendo provocar grietas o fallos.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Desinfección Estática del Aire:Utilizado en sistemas HVAC o purificadores de aire, donde la luz UVC irradia una cámara a través de la cual pasa el aire.
• Desinfección de Superficies:Integrado en dispositivos para sanitizar teléfonos móviles, herramientas o encimeras.
• Esterilización de Agua:Empleado en purificadores de agua de punto de uso, donde el agua fluye junto a un manguito de cuarzo transparente al UVC que contiene el LED.

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• Gestión Térmica:Este es el factor más importante. Utilice un PCB con vías térmicas debajo de la almohadilla térmica conectadas a grandes áreas de cobre o a un disipador de calor externo. Monitoree la temperatura de unión.
• Corriente de Accionamiento:Opere a o por debajo de los 20mA recomendados para mayor longevidad. Utilice un controlador de corriente constante, no una fuente de voltaje constante.
• Materiales Ópticos:La ventana de salida es de vidrio de cuarzo. Asegúrese de que cualquier óptica secundaria o cubierta protectora esté hecha de materiales transmisores al UVC (por ejemplo, sílice fundida, ciertos plásticos especiales). El vidrio estándar y la mayoría de los plásticos absorben la radiación UVC.
• Seguridad:La radiación UVC es dañina para los ojos y la piel. Las carcasas deben prevenir cualquier fuga de luz UV durante la operación. Incluya interruptores de enclavamiento si las carcasas pueden abrirse durante el uso.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores principales del ELUC3535NUB son su encapsulado cerámico (AIN - Nitruro de Aluminio) y su lente de vidrio de cuarzo. El encapsulado cerámico ofrece una conductividad térmica significativamente mejor que el plástico (por ejemplo, PPA, PCT), lo que conduce a temperaturas de unión de operación más bajas con la misma corriente de accionamiento, lo que se traduce directamente en una mayor vida útil y una salida más estable. La lente de vidrio de cuarzo proporciona una transmisión UV superior y resistencia al oscurecimiento (solarización) en comparación con las lentes de silicona o epoxi, que pueden degradarse bajo una exposición prolongada al UVC.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo accionar este LED a 100mA para una salida más alta?

R: No. La especificación de 100mA es un Límite Absoluto Máximo, no una condición de operación. Exceder la corriente de accionamiento típica de 20mA aumentará drásticamente la temperatura de unión, lo que conducirá a una degradación rápida de la salida y a una posible falla del dispositivo. Siempre siga la curva de reducción de especificación.

P: ¿Por qué el voltaje directo es tan alto y variable (5.0-7.5V)?

R: La alta energía de banda prohibida requerida para emitir fotones UVC resulta en un voltaje directo más alto. La variación es inherente a los procesos de fabricación de semiconductores, por lo que se proporciona el sistema de clasificación. Diseñe su circuito controlador para acomodar el rango de voltaje completo de su clasificación seleccionada.

P: ¿Cómo interpreto el "Flujo Radiante Mínimo" de 1mW?

R: Este es el límite inferior garantizado para el código de pedido específico. El valor típico es de 2mW, y la mayoría de los dispositivos funcionarán cerca de este valor. El sistema de clasificación (Q0A/B/C) le permite comprar piezas con un mínimo garantizado más ajustado dentro de ese rango general.

10. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñando una varita sanitizadora de superficies compacta alimentada por USB.

Pasos de Diseño:

1. Presupuesto de Potencia:El puerto USB proporciona 5V, ~500mA máx. El V_Fdel LED (5-7.5V) es mayor que la fuente. Se requiere un controlador de corriente constante con convertidor elevador (boost).

2. Diseño Térmico:La carcasa de la varita es pequeña. Seleccione un PCB de núcleo metálico (MCPCB) de alta conductividad térmica. Suelde la almohadilla térmica del LED directamente al MCPCB. La base metálica del MCPCB actúa como el disipador de calor principal y parte del cuerpo de la varita.

3. Diseño Óptico:Utilice un reflector poco profundo para dirigir el haz de 120° hacia la superficie objetivo. Asegúrese de que el material del reflector sea estable al UVC (por ejemplo, aluminio con un recubrimiento protector).

4. Seguridad:Diseñe un obturador que solo se abra cuando la varita se presione contra una superficie, bloqueando la fuga de UVC. Incluya un circuito temporizador para limitar la duración de la exposición por activación.

5. Selección de Componentes:Elija LED de una sola clasificación de Voltaje Directo (por ejemplo, 5055) para simplificar el diseño del controlador si usa múltiples LED. Seleccione la clasificación de Flujo Radiante apropiada según la dosis deseada y el tiempo de tratamiento.

11. Principio de Funcionamiento

Los LED UVC son dispositivos semiconductores que emiten fotones en el espectro ultravioleta (específicamente 200-280nm para UVC) a través de electroluminiscencia. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n, se inyectan electrones y huecos en la región activa. Su recombinación libera energía en forma de fotones. La longitud de onda de estos fotones está determinada por la energía de banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados en la región activa (típicamente nitruro de aluminio y galio - AlGaN). Un espacio de banda más estrecho resulta en longitudes de onda más largas (visible/infrarrojo), mientras que el espacio de banda muy amplio necesario para la emisión UVC se logra con un alto contenido de aluminio en las capas de AlGaN.

12. Tendencias Tecnológicas

El mercado de LED UVC está impulsado por la demanda de soluciones de desinfección libres de mercurio, de encendido instantáneo, compactas y robustas. Las tendencias clave incluyen:

Aumento de la Eficiencia Enchufe-Pared (WPE):La investigación se centra en mejorar la eficiencia cuántica interna (IQE) y la eficiencia de extracción de luz (LEE) para convertir más entrada eléctrica en salida óptica UVC, reduciendo el consumo de energía y la generación de calor.

Mayor Potencia de Salida:El desarrollo de encapsulados multi-chip y procesos epitaxiales mejorados está aumentando constantemente el flujo radiante por dispositivo, permitiendo tratar volúmenes más grandes o reducir el tiempo de exposición.

Vidas Útiles Más Largas:Las mejoras en materiales de encapsulado (como la cerámica y el cuarzo utilizados aquí), técnicas de unión del chip y fiabilidad de los semiconductores están extendiendo la vida útil operativa (L70/B50) de los LED UVC, haciéndolos más viables para aplicaciones de operación continua.

Reducción de Costos:A medida que aumentan los volúmenes de fabricación y los procesos maduran, el costo por milivatio de salida UVC está disminuyendo, ampliando el rango de aplicaciones factibles más allá de los nichos de mercado.