Hoja de Datos del LED UVC LTPL-G35UVC275GS - 3.5x3.5mm - 5.0-7.0V - Longitud de Onda Pico 275nm - Potencia Máx. 0.7W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTPL-G35UVC275GS es un diodo emisor de luz (LED) ultravioleta-C (UVC) de alto rendimiento, diseñado específicamente para aplicaciones de esterilización y médicas. Este producto representa un avance significativo en la tecnología de iluminación de estado sólido, ofreciendo una alternativa fiable y energéticamente eficiente a las fuentes de luz UV convencionales, como las lámparas de mercurio. El dispositivo opera en el rango de longitud de onda germicida, típicamente alrededor de 275 nanómetros, que es altamente efectivo para inactivar microorganismos, incluyendo bacterias y virus.

Esta serie de LED combina los beneficios inherentes de la tecnología LED—como una larga vida operativa, capacidad de encendido/apagado instantáneo y un factor de forma compacto—con la salida óptica específica requerida para una desinfección efectiva. Permite una mayor libertad de diseño para ingenieros que desarrollan equipos de esterilización, purificadores de aire, sistemas de tratamiento de agua y dispositivos médicos. Al reemplazar tecnologías UV más antiguas, contribuye a sistemas con menores costos operativos, requisitos de mantenimiento reducidos y perfiles ambientales mejorados debido a la ausencia de mercurio.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este LED UVC incluyen su compatibilidad con sistemas de accionamiento de circuitos integrados (IC), su cumplimiento con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) y su construcción libre de plomo. Estas características lo hacen adecuado para integrarse en productos electrónicos modernos con estrictos requisitos regulatorios y ambientales. Los mercados objetivo son principalmente los sectores de atención médica, electrodomésticos de consumo y equipos industriales, donde la desinfección efectiva y fiable de superficies, aire o agua es crítica. Las aplicaciones van desde esterilizadores portátiles y sistemas HVAC hasta limpiadores especializados de instrumentos médicos.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

El rendimiento del LTPL-G35UVC275GS está definido por un conjunto completo de parámetros eléctricos, ópticos y térmicos medidos en condiciones estándar (Ta=25°C). Comprender estos parámetros es crucial para un diseño de circuito y una gestión térmica adecuados, a fin de garantizar la fiabilidad y lograr la salida radiante deseada.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para operación normal. La disipación de potencia máxima (Po) es de 0.7 Vatios, que es la potencia eléctrica total que puede convertirse en calor y luz sin dañar el LED. La corriente directa continua máxima (IF) es de 100 miliamperios (mA). El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de operación (Topr) de -40°C a +80°C y un rango de temperatura de almacenamiento (Tstg) de -40°C a +100°C. La temperatura máxima permitida en la unión (Tj) es de 90°C. Exceder la temperatura de la unión es una causa principal de falla del LED y de depreciación acelerada del flujo luminoso.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba especificadas. El voltaje directo (VF) varía desde un mínimo de 5.0V hasta un máximo de 7.0V a una corriente de prueba de 60mA, con un valor típico de 5.5V. Este voltaje relativamente alto es característico de los LED UVC debido a su material semiconductor de banda prohibida ancha. El flujo radiante (Φe), que es la potencia óptica total emitida en el espectro UVC, es típicamente de 10.0 milivatios (mW) a 60mA. A una corriente más baja de 20mA, desciende a 3.5 mW, y a la corriente máxima de 100mA, alcanza 14.0 mW. La longitud de onda pico (Wp) está centrada en 275nm con un rango de 265nm a 280nm, ubicándola firmemente en el rango germicida más efectivo (aprox. 260nm-280nm). El ángulo de visión (2θ1/2) es un amplio 120 grados, proporcionando una irradiación amplia. La resistencia térmica desde la unión hasta el punto de soldadura (Rth j-s) es típicamente de 38 K/W, lo que indica cuán efectivamente se transfiere el calor desde el chip semiconductor a la placa. Un valor más bajo es mejor para la gestión térmica.

3. Explicación del Sistema de Códigos de Clasificación (Binning)

Para tener en cuenta las variaciones de fabricación, los LED se clasifican en lotes de rendimiento (bins). Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con las necesidades específicas de su aplicación. El LTPL-G35UVC275GS utiliza un sistema de clasificación tridimensional.

3.1 Clasificación por Voltaje Directo (VF)

Los LED se categorizan en cuatro lotes de voltaje: V1 (5.0V - 5.5V), V2 (5.5V - 6.0V), V3 (6.0V - 6.5V) y V4 (6.5V - 7.0V), todos medidos a IF=60mA. Seleccionar LED del mismo lote de voltaje asegura una distribución de corriente consistente cuando se accionan múltiples dispositivos en paralelo.

3.2 Clasificación por Flujo Radiante (Φe)

La salida óptica se clasifica en cuatro categorías: X1 (7.0 - 8.0 mW), X2 (8.0 - 9.0 mW), X3 (9.0 - 10.0 mW) y X4 (10.0 mW y superior), medido a IF=60mA. Esto permite un rendimiento de desinfección predecible y el cálculo de la dosis.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Pico (Wp)

Todos los dispositivos caen dentro de un solo lote de longitud de onda, W1, que abarca desde 265nm hasta 280nm. El control estricto alrededor de 275nm asegura una eficacia germicida óptima, ya que la efectividad de la luz UV para alterar el ADN/ARN alcanza su punto máximo en esta región.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estas curvas son esenciales para el modelado dinámico y la comprensión de las compensaciones de rendimiento.

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 la longitud de onda pico, con una emisión mínima fuera del rango UVC, lo cual es importante para la seguridad y la eficacia.

4.2 Patrón de Radiación

El gráfico de características de radiación (a menudo un diagrama polar) visualiza el ángulo de visión de 120 grados, mostrando cómo la intensidad óptica disminuye desde el centro (0 grados) hacia los bordes (±60 grados). Esto informa el diseño óptico para lograr una irradiación uniforme.

4.3 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra que la salida radiante aumenta con la corriente de accionamiento, pero no de forma lineal. Tiende a saturarse a corrientes más altas debido al aumento del calor y a la caída de eficiencia. Esto resalta la importancia de accionar el LED a una corriente óptima para el mejor equilibrio entre salida y longevidad.

4.4 Voltaje Directo vs. Corriente Directa

La curva IV muestra la relación exponencial entre voltaje y corriente, típica de un diodo. Se utiliza para determinar el punto de operación al diseñar el circuito limitador de corriente.

4.5 Curvas de Dependencia de la Temperatura

Los gráficos que muestran el flujo radiante relativo y el voltaje directo en función de la temperatura de la unión son críticos. La salida del LED UVC típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura. El voltaje directo disminuye con el aumento de la temperatura. Estas relaciones deben considerarse para diseños que operen en condiciones no ambientales o con disipación de calor inadecuada.

4.6 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este es uno de los gráficos más importantes para la fiabilidad. Muestra la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente. A medida que la temperatura aumenta, la corriente segura máxima disminuye para evitar que la temperatura de la unión exceda su límite de 90°C. Esta curva es obligatoria para determinar los requisitos del disipador de calor.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El LED viene en un encapsulado de montaje superficial (SMD) con dimensiones de aproximadamente 3.5mm x 3.5mm. El dibujo de contorno proporciona medidas precisas para el diseño de la huella. El encapsulado incluye marcas de polaridad claras (típicamente un indicador de cátodo) para evitar una colocación incorrecta durante el ensamblaje. Se proporciona el diseño recomendado de las almohadillas de conexión en la placa de circuito impreso (PCB) para asegurar una soldadura y conexión térmica adecuadas. El diseño de las almohadillas es crucial para transferir el calor desde la almohadilla térmica del LED (punto de soldadura) a las capas de cobre de la PCB, que actúan como el principal dispersor de calor.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El manejo y soldadura adecuados son vitales para mantener el rendimiento y la fiabilidad del LED.

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de reflujo sin plomo. Los parámetros clave incluyen una etapa de precalentamiento (150-200°C durante 60-120s), un tiempo por encima del líquido (217°C) de 60-150 segundos, y una temperatura pico de 260°C (se recomiendan 245°C) mantenida durante 10-30 segundos. Las tasas de calentamiento y enfriamiento deben controlarse a un máximo de 3°C/s y 6°C/s, respectivamente, para minimizar el choque térmico. No se recomienda un proceso de enfriamiento rápido.

6.2 Limpieza y Manejo

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, solo deben usarse solventes a base de alcohol como alcohol isopropílico. Limpiadores químicos no especificados pueden dañar la lente de silicona o el material del encapsulado. Los LED son sensibles a la descarga electrostática (ESD), con un voltaje de resistencia máximo de 2000V (Modelo de Cuerpo Humano). Deben observarse las precauciones estándar contra ESD durante el manejo.

7. Embalaje e Información de Pedido

Los LED se suministran en cinta y carrete para el ensamblaje automatizado pick-and-place. Las dimensiones de la cinta y las especificaciones del carrete (carrete de 7 pulgadas con capacidad para hasta 500 piezas) se ajustan al estándar EIA-481-1-B. El código de clasificación del lote está marcado en cada bolsa de embalaje, permitiendo la trazabilidad de las características eléctricas y ópticas del lote.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La aplicación principal es en dispositivos germicidas: desinfectantes de superficie para teléfonos u objetos pequeños, unidades de esterilización de agua para sistemas de punto de uso, módulos de purificación de aire en sistemas HVAC o purificadores de aire portátiles, y cámaras de esterilización para herramientas médicas o dentales. Su pequeño tamaño permite la integración en productos compactos y portátiles.

8.2 Consideraciones de Diseño Críticas

Circuito de Accionamiento:Un controlador de corriente constante es esencial, no una fuente de voltaje constante, para asegurar una salida óptica estable y prevenir la fuga térmica. El controlador debe ser capaz de suministrar el voltaje requerido (≥ VF máx.) a la corriente establecida.

Gestión Térmica:Este es el aspecto más crítico del diseño de sistemas LED UVC. La alta resistencia térmica (38 K/W) significa que el calor se acumula rápidamente en la unión. Una PCB de núcleo metálico (MCPCB) u otra solución efectiva de gestión térmica es obligatoria para mantener la temperatura de la unión por debajo de 90°C, especialmente cuando se opera a o cerca de la corriente máxima. Se debe seguir la curva de reducción de corriente.

Diseño Óptico:El haz amplio de 120 grados puede requerir reflectores o lentes para dirigir la luz UVC hacia la superficie objetivo para una desinfección eficiente. Los materiales deben ser estables a UVC (por ejemplo, ciertos grados de aluminio, PTFE, cuarzo), ya que muchos plásticos se degradan bajo la exposición a UVC.

Seguridad:La radiación UVC es dañina para la piel y los ojos humanos. Los productos deben incorporar enclavamientos de seguridad, temporizadores y blindaje para prevenir la exposición del usuario. Se requiere un etiquetado adecuado.

9. Fiabilidad y Vida Útil

La hoja de datos incluye un plan de pruebas de fiabilidad integral. Se realizan pruebas como Vida Operativa a Temperatura Ambiente (RTOL), Vida Operativa a Alta/Baja Temperatura (HTOL/LTOL) y ciclado de temperatura durante hasta 3000 horas. Los criterios de falla se definen como un cambio en el voltaje directo que exceda el 10%, una caída en el flujo radiante por debajo del 50% del valor inicial, o un cambio en la longitud de onda pico más allá de ±2nm. Estas pruebas validan la robustez del producto bajo varias tensiones ambientales, respaldando las afirmaciones de una larga vida operativa cuando se usa dentro de las especificaciones.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con las lámparas UVC tradicionales basadas en mercurio, este LED ofrece ventajas significativas: arranque instantáneo (sin tiempo de calentamiento), sin contenido peligroso de mercurio, mayor vida útil, tamaño compacto y capacidad de regulación digital. En comparación con otros LED UVC, su combinación específica de potencia óptica (10mW típ. @60mA), longitud de onda (275nm) y tamaño de encapsulado (3.5x3.5mm) lo posiciona para aplicaciones que requieren un equilibrio entre salida y factor de forma. El sistema detallado de clasificación proporciona previsibilidad para la fabricación en grandes volúmenes.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Qué voltaje de controlador necesito?

R: La capacidad de voltaje de salida de su controlador de corriente constante debe ser mayor que el voltaje directo máximo (VF máx.) del lote de LED que está utilizando, típicamente 7.0V, más un margen para pérdidas en las trazas y conexiones.

P: ¿Cómo calculo la dosis de desinfección?

R: La dosis (en Julios por centímetro cuadrado, J/cm²) es el producto de la irradiancia (potencia óptica por unidad de área, W/cm²) y el tiempo de exposición (segundos). Debe medir o calcular la irradiancia en la superficie objetivo basándose en el flujo radiante del LED, el ángulo del haz, la distancia y la óptica. Compare esto con la dosis requerida para inactivar su patógeno objetivo.

P: ¿Puedo accionarlo a 100mA continuamente?

R: Solo puede accionarlo a 100mA si puede garantizar que la temperatura de la unión permanezca por debajo de 90°C, lo que requiere una gestión térmica excepcional. Consulte la curva de reducción de corriente; a temperaturas ambientales elevadas, la corriente máxima permitida es significativamente menor.

P: ¿Por qué el voltaje directo es tan alto?

R: Los LED UVC se basan en semiconductores de nitruro de galio y aluminio (AlGaN) con una banda prohibida muy ancha, lo que inherentemente requiere un voltaje más alto para excitar electrones a través de la banda y producir fotones de longitud de onda corta.

12. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Botella Portátil Esterilizadora de Agua.Un diseñador pretende crear una botella que pueda esterilizar 500ml de agua en 60 segundos. Usando el LTPL-G35UVC275GS (lote X3, 9-10mW), planea usar 4 LED. El flujo radiante total es de ~36-40mW. El agua circula pasando por los LED en una cámara delgada. Suponiendo una eficiencia de acoplamiento óptico del 50% y una dosis UV requerida para bacterias comunes de 40 mJ/cm², calculan el área de superficie de la cámara requerida y la tasa de flujo. Se selecciona un controlador de corriente constante configurado a 60mA por LED con una capacidad de salida de 9V. Se integra un pequeño disipador de calor de aluminio con la MCPCB del LED para gestionar el calor durante el ciclo de un minuto, manteniendo la temperatura de la unión muy dentro de los límites. Las características de seguridad incluyen un interruptor de enclavamiento de la tapa y una carcasa exterior opaca.

13. Introducción al Principio de Operación

Un LED UVC es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones se inyectan a través de la unión y se recombinan con huecos en la región activa. En un LED UVC, la banda prohibida de energía del material semiconductor (AlGaN) es muy grande (~4.5 electronvoltios). Cuando ocurre la recombinación, esta energía se libera en forma de un fotón (partícula de luz). La longitud de onda de este fotón es inversamente proporcional a la energía de la banda prohibida (λ = hc/Eg). Una banda prohibida de ~4.5 eV corresponde a una longitud de onda de fotón de aproximadamente 275 nanómetros, que está en el rango UVC. Esta luz de alta energía es absorbida por el ADN y ARN de los microorganismos, causando dímeros de timina que impiden la replicación, inactivando así el patógeno.

14. Tendencias y Avances Tecnológicos

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

Mayor Eficiencia de Pared (WPE):La investigación se centra en mejorar la eficiencia cuántica interna (cuántos electrones producen fotones) y la eficiencia de extracción de luz (sacar fotones del chip), lo que aumenta directamente el flujo radiante para una entrada eléctrica dada, reduciendo la potencia del sistema y la carga térmica.

Longitudes de Onda Más Largas >280nm:Si bien ~275nm es óptimo para la acción germicida, los LED que emiten en longitudes de onda ligeramente más largas (por ejemplo, 280-285nm) pueden ofrecer mayor potencia de salida y eficiencia mientras mantienen una capacidad de desinfección significativa, creando opciones de compensación para los diseñadores.

Vida Útil y Fiabilidad Mejoradas:Los avances en el diseño del chip, materiales de encapsulado (especialmente encapsulantes estables a UVC) y gestión térmica están aumentando constantemente la vida operativa (L70, tiempo hasta el 70% de la salida inicial) de los LED UVC, haciéndolos más viables para aplicaciones de operación continua.

Reducción de Costos:A medida que aumentan los volúmenes de fabricación y mejoran los rendimientos, el costo por milivatio de potencia óptica UVC está disminuyendo, acelerando la adopción de la tecnología LED en más segmentos de mercado, desde productos profesionales hasta de consumo.