Hoja de Datos del LED UVC LTPL-G35UV275PR - 3.5x3.5x1.2mm - 6.2V Típ. - Flujo Radiante 37mW - Longitud de Onda Pico 275nm

1. Descripción General del Producto

La serie de productos LTPL-G35UV representa un avance significativo en las fuentes de luz ultravioleta de estado sólido. Este producto está diseñado específicamente para aplicaciones de esterilización y médicas, ofreciendo una alternativa de alto rendimiento a las tecnologías UV convencionales, como las lámparas de mercurio. Al aprovechar la tecnología de Diodo Emisor de Luz (LED), combina una excepcional eficiencia energética con la fiabilidad y la larga vida operativa inherente a los dispositivos semiconductores. Esto proporciona a los diseñadores una mayor libertad para crear soluciones innovadoras para sistemas de desinfección, purificación de agua y esterilización de superficies.

La ventaja principal radica en su capacidad para proporcionar radiación UVC efectiva (en el rango de 270-280nm) con menores costes operativos y de mantenimiento. El dispositivo está diseñado para ser compatible con sistemas de accionamiento de circuito integrado (IC) y cumple con los estándares medioambientales, siendo conforme a RoHS y libre de plomo. Sus mercados objetivo principales incluyen fabricantes de equipos médicos, integradores de sistemas de purificación de agua y aire, y desarrolladores de dispositivos de esterilización de consumo o industriales.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La transición de las fuentes UV tradicionales a los LED UVC ofrece varios beneficios distintivos. En primer lugar, la capacidad de encendido instantáneo y la ausencia de tiempo de calentamiento mejoran la capacidad de respuesta del sistema. En segundo lugar, el factor de forma compacto permite la integración en dispositivos más pequeños y portátiles. La naturaleza direccional de la emisión del LED permite un diseño óptico más eficiente, concentrando la energía donde más se necesita. Además, la ausencia de mercurio aborda las preocupaciones medioambientales y de seguridad asociadas con la eliminación y la rotura.

La aplicación objetivo es principalmente la irradiación germicida, donde la luz UVC alrededor de 275nm es altamente efectiva para alterar el ADN y ARN de microorganismos, incluyendo bacterias, virus y mohos, inactivándolos. Esto hace que el LED sea adecuado para aplicaciones como la desinfección de superficies en entornos sanitarios, el tratamiento de agua en sistemas de punto de uso y la purificación de aire en unidades HVAC.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

El dispositivo está especificado para operar en condiciones estrictas. Los valores máximos absolutos definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente. Los parámetros clave incluyen una disipación de potencia máxima (P_O) de 2.1W y una corriente directa continua máxima (I_F) de 300mA. El rango de temperatura de operación (T_opr) se especifica desde -40°C hasta +80°C, lo que indica idoneidad tanto para entornos industriales severos como médicos controlados. El rango de temperatura de almacenamiento (T_stg) se extiende de -40°C a +100°C. Un parámetro crítico es la temperatura máxima de unión (T_j) de 115°C. Exceder esta temperatura acelerará la degradación y reducirá significativamente la vida útil del dispositivo. La hoja de datos advierte explícitamente contra la operación del LED en condiciones de polarización inversa durante períodos prolongados, ya que esto puede provocar una falla inmediata.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estas características se miden en una condición de prueba estándar de temperatura ambiente de 25°C (T_a) y proporcionan el rendimiento esperado en operación normal.

• Tensión Directa (V_F):A una corriente de accionamiento de 250mA, la tensión directa típica es de 6.2V, con un máximo de 7.0V y un mínimo de 5.0V. La tolerancia de medición es de ±0.1V. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito de accionamiento del LED, ya que determina la tensión de alimentación requerida y la disipación de potencia.
• Flujo Radiante (Φ_e):Esta es la potencia óptica total emitida en el espectro UVC. A 250mA, el flujo radiante típico es de 37.0mW (mín. 29.0mW). Cuando se acciona a la corriente máxima nominal de 300mA, la salida típica aumenta a 43.0mW. La tolerancia de medición es de ±10%. El flujo radiante es la métrica clave para determinar la eficacia germicida del LED en una aplicación dada.
• Longitud de Onda Pico (λ_P):El LED emite luz UVC con una longitud de onda pico entre 270nm y 280nm, centrada alrededor de 275nm. Esta longitud de onda está dentro del rango óptimo para la efectividad germicida. La tolerancia de medición es de ±3nm.
• Resistencia Térmica (R_{th j-s}):La resistencia térmica típica desde la unión del semiconductor hasta el punto de soldadura es de 12.3 K/W. Este valor, medido en una placa MCPCB de aluminio específica, es vital para el diseño de gestión térmica. Una resistencia térmica más baja permite que el calor se conduzca lejos de la unión de manera más eficiente, ayudando a mantener una T_j más baja y garantizar la fiabilidad a largo plazo.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):El ángulo de visión típico es de 120 grados. Este patrón de emisión amplio es beneficioso para aplicaciones que requieren cobertura de área amplia, pero puede requerir reflectores o lentes para aplicaciones enfocadas.
• Descarga Electroestática (ESD):El dispositivo cumple con una tensión de soporte ESD mínima de 2000V según el estándar JESD22-A114-B (Modelo de Cuerpo Humano). Deben seguirse los procedimientos de manipulación ESD adecuados durante el montaje y la instalación.

3. Explicación del Sistema de Códigos de Binning

Para garantizar un rendimiento consistente, los LED se clasifican en bins según parámetros clave medidos durante la producción. El código de bin está marcado en el embalaje.

3.1 Binning de Tensión Directa (V_F)

Los LED se categorizan en cuatro bins de tensión (V1 a V4) cuando se accionan a 250mA:

• V1: 5.0V – 5.5V
• V2: 5.5V – 6.0V
• V3: 6.0V – 6.5V
• V4: 6.5V – 7.0V

La tolerancia dentro de cada bin es de ±0.1V. Este binning permite a los diseñadores seleccionar LED con un emparejamiento de tensión más ajustado para aplicaciones accionadas en serie, asegurando una distribución de corriente más uniforme.

3.2 Binning de Flujo Radiante (Φ_e)

La potencia de salida se clasifica en cuatro bins de flujo (X1 a X4) a 250mA:

• X1: 29.0mW – 34.0mW
• X2: 34.0mW – 39.0mW
• X3: 39.0mW – 44.0mW
• X4: 44.0mW y superior

La tolerancia es de ±10%. Seleccionar un bin de flujo más alto proporciona una mayor salida óptica, lo que puede traducirse en tiempos de desinfección más cortos o permitir el uso de menos LED en un arreglo.

3.3 Binning de Longitud de Onda Pico (λ_P)

Para este producto, todos los dispositivos caen dentro de un solo bin de longitud de onda, W1, que cubre de 270nm a 280nm con una tolerancia de ±3nm. Esto garantiza un rendimiento germicida consistente en todas las unidades, ya que las tasas de inactivación microbiana dependen en gran medida de la longitud de onda.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los gráficos proporcionados ofrecen información sobre el comportamiento del LED bajo condiciones variables.

4.1 Distribución Espectral Relativa

Esta curva muestra la intensidad de la luz emitida a través del espectro ultravioleta. Confirma la banda de emisión estrecha centrada en 275nm, ideal para maximizar el efecto germicida mientras se minimiza la emisión en longitudes de onda menos efectivas o potencialmente dañinas.

4.2 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra la relación sub-lineal entre la corriente de accionamiento y la salida óptica. Si bien aumentar la corriente incrementa la salida, la eficiencia (flujo radiante por unidad de potencia eléctrica) típicamente disminuye a corrientes más altas debido al aumento de los efectos térmicos y el "droop". Esto resalta la importancia de optimizar la corriente de accionamiento para el equilibrio deseado entre salida, eficiencia y vida útil.

4.3 Tensión Directa vs. Corriente Directa y Temperatura de Unión

La tensión directa tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esta característica debe considerarse en los diseños de accionamiento de corriente constante, ya que una V_F más baja a alta temperatura podría reducir ligeramente la disipación de potencia eléctrica.

4.4 Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de Unión

Esta es una de las curvas más críticas. La salida del LED UVC es altamente sensible a la temperatura de unión. El gráfico muestra una disminución significativa en el flujo radiante a medida que T_j aumenta. Una gestión térmica efectiva para mantener la unión lo más fría posible es primordial para mantener una salida alta y alcanzar la vida útil nominal.

4.5 Curva de Reducción de Corriente Directa

Esta curva define la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la corriente máxima permitida debe reducirse para evitar que la temperatura de unión exceda su límite de 115°C. Este gráfico es esencial para diseñar sistemas que operen de manera confiable en su rango de temperatura especificado.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones de Contorno

El paquete del LED tiene un formato compacto de aproximadamente 3.5mm x 3.5mm, con una altura de aproximadamente 1.2mm. Todas las dimensiones tienen una tolerancia de ±0.2mm a menos que se indique lo contrario. El dibujo mecánico especifica la ubicación exacta del chip LED, las almohadillas de soldadura y cualquier estructura de lente óptica.

5.2 Almohadilla de Montaje Recomendada para PCB

Se proporciona un diseño detallado del patrón de pistas para las almohadillas de montaje superficial. Adherirse a esta huella recomendada es crítico para lograr uniones de soldadura fiables, una conducción térmica adecuada a la PCB y una alineación correcta. La tolerancia de especificación para las dimensiones de la almohadilla es de ±0.1mm. El diseño típicamente incluye vías térmicas bajo la almohadilla térmica para transferir calor al plano de tierra de la PCB o a una capa de disipador dedicada.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se especifica un perfil de reflujo sin plomo detallado para prevenir daños durante el proceso de montaje de Tecnología de Montaje Superficial (SMT). Los parámetros clave incluyen:

• Precalentamiento: 150-200°C durante 60-120 segundos.
• Tiempo por encima del líquido (217°C): 60-150 segundos.
• Temperatura pico: Recomendada 245°C, máxima 260°C.
• Tiempo dentro de 5°C del pico: 10-30 segundos.
• Tasa máxima de calentamiento: 3°C/segundo.
• Tasa máxima de enfriamiento: 6°C/segundo.

Las temperaturas se refieren a la parte superior del paquete. No se recomienda un proceso de enfriamiento rápido. El LED puede soportar un máximo de tres ciclos de reflujo.

6.2 Soldadura Manual y Limpieza

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a un máximo de 2 segundos por almohadilla, realizado solo una vez. Para la limpieza, solo deben usarse solventes a base de alcohol como el alcohol isopropílico. Los limpiadores químicos no especificados pueden dañar la lente de silicona o el material del paquete.

7. Embalaje e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta portadora con relieve y carretes para montaje automatizado pick-and-place. Las dimensiones de la cinta (tamaño del bolsillo, paso) y del carrete (diámetro del núcleo, diámetro de la brida) se ajustan a los estándares EIA-481-1-B. Un carrete de 7 pulgadas puede contener un máximo de 500 piezas. Las cantidades mínimas de embalaje para lotes restantes son de 100 piezas. La cinta se sella con una cinta de cubierta para proteger los componentes.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Gestión Térmica

Este es el factor de diseño más crítico. La alta sensibilidad de la salida a la temperatura de unión requiere una estrategia de disipación de calor efectiva. Utilice una PCB de Núcleo Metálico (MCPCB) o una PCB FR4 estándar con una extensa capa de cobre y vías térmicas conectadas a un disipador externo. El objetivo es minimizar la resistencia térmica desde la unión del LED al ambiente (R_{th j-a}). Consulte siempre la curva de reducción de corriente directa al diseñar para altas temperaturas ambientales.

8.2 Accionamiento Eléctrico

Un accionador de corriente constante es obligatorio para una operación estable. El accionador debe seleccionarse para proporcionar la corriente deseada (ej., 250mA o 300mA) mientras acomoda el rango de tensión directa del bin seleccionado. Considere implementar modulación por ancho de pulso (PWM) para atenuación u operación con ciclo de trabajo, lo que puede ayudar a gestionar la carga térmica. Asegúrese de que el accionador esté protegido contra polaridad inversa y transitorios de tensión.

8.3 Consideraciones Ópticas y de Materiales

La radiación UVC a 275nm es altamente energética y puede degradar muchos materiales comunes, incluidos ciertos plásticos, epoxis y adhesivos. Asegúrese de que todos los materiales en la trayectoria óptica y cerca del LED (lentes, reflectores, juntas, aislamiento de cables) estén clasificados para exposición prolongada a UVC. El vidrio de cuarzo se usa típicamente para ventanas protectoras. Evite la exposición directa de la piel y los ojos a la salida UVC.

9. Fiabilidad y Vida Útil

La hoja de datos describe un plan integral de pruebas de fiabilidad, incluyendo Vida Operativa a Temperatura Ambiente (RTOL), Vida de Almacenamiento a Alta/Baja Temperatura (HTSL/LTSL), pruebas de humedad-calor y choque térmico. Estas pruebas simulan años de operación bajo diversas condiciones de estrés. El criterio de fallo se define como un cambio en la tensión directa que exceda el 10% o una caída del flujo radiante por debajo del 50% del valor inicial. Un diseño térmico adecuado y una operación eléctrica dentro de los límites especificados son esenciales para alcanzar la vida útil proyectada en campo.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con las lámparas de mercurio de baja presión tradicionales (que emiten a 254nm), este LED UVC ofrece varias ventajas: encendido/apagado instantáneo, tamaño compacto, emisión direccional, robustez (sin vidrio frágil, sin mercurio) y el potencial de sintonización de longitud de onda. En comparación con otros LED UVC, los diferenciadores clave de esta pieza específica son su combinación de longitud de onda de 275nm, salida típica de 37mW a 250mA y el formato de paquete de 3.5x3.5mm. El amplio ángulo de visión de 120 grados puede ser una ventaja o desventaja dependiendo de los requisitos de diseño óptico de la aplicación.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre el flujo radiante (mW) y la efectividad germicida?

R: El flujo radiante es la potencia óptica UVC total. La efectividad germicida depende de esta potencia, el espectro de emisión (longitud de onda pico), la distancia al objetivo, el tiempo de exposición y la susceptibilidad del microorganismo específico. La longitud de onda de 275nm es muy efectiva contra una amplia gama de patógenos.

P: ¿Puedo accionar este LED con una fuente de tensión constante?

R: No. Los LED son dispositivos accionados por corriente. Una fuente de tensión constante no regulará la corriente, lo que provocará una fuga térmica y una falla rápida. Utilice siempre un accionador de corriente constante.

P: ¿Cómo calculo el disipador de calor requerido?

R: Necesita determinar la ruta total de resistencia térmica. Comience con la resistencia de unión a soldadura (R_{th j-s}= 12.3 K/W). Sume la resistencia térmica de su material de interfaz térmica, PCB y disipador externo. Usando la fórmula T_j= T_a+ (P_diss* R_{th j-a}), asegúrese de que T_jpermanezca por debajo de 115°C a su temperatura ambiente máxima y potencia de accionamiento (P_diss≈ I_F* V_F).

P: ¿Por qué la salida es tan sensible a la temperatura?

R: Esta es una característica fundamental de las fuentes de luz semiconductoras, particularmente en el rango ultravioleta. El aumento de la temperatura incrementa la recombinación no radiativa dentro del material semiconductor, reduciendo la eficiencia cuántica interna y, por lo tanto, la salida de luz.

12. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Varita Esterilizadora de Superficies Portátil.

Un diseñador quiere crear una varita de mano para desinfectar superficies como encimeras, teclados y teléfonos. Selecciona el LED LTPL-G35UV275PR por su tamaño compacto y salida de 275nm. Planea usar un arreglo de 4 LED para aumentar el área de cobertura. Cada LED se accionará a 250mA (V_F típica =6.2V, P_diss=1.55W). La potencia total del sistema es de ~6.2W. Un disipador de aluminio ligero con aletas se integra en el cuerpo de la varita para disipar los ~6W de calor. Se diseña un accionador de corriente constante alimentado por una batería de iones de litio recargable. Un enclavamiento de seguridad asegura que los LED solo se activen cuando la varita se sostiene a la distancia correcta de una superficie. El diseño óptico utiliza el haz nativo de 120 grados para crear un punto de esterilización amplio. El diseñador selecciona LED del bin de flujo X2 (34-39mW) para un rendimiento consistente y usa PWM para controlar el tiempo de exposición (ej., ciclos de 10 segundos).

13. Introducción al Principio

Los LED UVC se basan en materiales semiconductores, típicamente nitruro de galio y aluminio (AlGaN). Cuando se aplica una tensión directa, los electrones y huecos se recombinan en la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones. La longitud de onda de estos fotones está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. Al controlar cuidadosamente el contenido de aluminio en las capas de AlGaN, la banda prohibida puede diseñarse para emitir luz en el rango UVC (200-280nm). La emisión de 275nm se logra mediante procesos precisos de crecimiento epitaxial. Los fotones UVC generados son altamente energéticos y pueden romper enlaces moleculares, más críticamente en el ADN/ARN de los microorganismos, impidiendo que se repliquen.

14. Tendencias de Desarrollo

El campo de los LED UVC está evolucionando rápidamente. Las tendencias clave incluyen:

• Aumento de la Eficiencia de Pared (WPE):La investigación en curso tiene como objetivo mejorar la eficiencia de conversión de potencia eléctrica a óptica, lo que reduce directamente la generación de calor y los requisitos de potencia del sistema.
• Mayor Potencia de Salida:Desarrollo de LED con mayor flujo radiante desde un solo emisor o paquetes más pequeños, permitiendo sistemas de desinfección más compactos y potentes.
• Vida Útil Más Larga (L70/B50):Las mejoras en materiales, empaquetado y gestión térmica están extendiendo la vida operativa, haciendo que los LED sean más competitivos con las lámparas tradicionales para aplicaciones de alto ciclo de trabajo.
• Reducción de Costes:A medida que aumentan los volúmenes de fabricación y maduran los procesos, el coste por milivatio de salida UVC disminuye constantemente, ampliando el rango de aplicaciones factibles.
• Optimización de la Longitud de Onda:La investigación continúa en la longitud de onda óptima para patógenos y aplicaciones específicas, lo que podría conducir a LED personalizados para atención médica, purificación de agua y aire.

La transición a fuentes UVC de estado sólido es una clara tendencia a largo plazo impulsada por sus ventajas inherentes en factor de forma, seguridad y capacidad de control.