Hoja de Datos Técnicos del LED UVC LTPL-G35UVC275GC - 3.5x3.5mm - 5.7V Típ. - 275nm - 19mW Típ. - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie de productos LTPL-G35UVC representa una fuente de luz de estado sólido avanzada y de alta eficiencia energética, diseñada para aplicaciones de esterilización y médicas. Esta tecnología combina la larga vida operativa y la alta fiabilidad inherentes a los Diodos Emisores de Luz (LED) con una salida germicida eficaz, desafiando a las fuentes de luz ultravioleta convencionales. Ofrece flexibilidad de diseño y abre nuevas posibilidades para soluciones de desinfección UVC.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este LED UVC está diseñado para aplicaciones que requieren una inactivación microbiana eficaz. Sus principales ventajas incluyen costes operativos y de mantenimiento significativamente más bajos en comparación con las lámparas de vapor de mercurio tradicionales, impulsados por una mayor eficiencia energética y una vida útil más larga. El dispositivo cumple con RoHS y no contiene plomo, alineándose con las regulaciones ambientales globales. También es compatible con CI, facilitando su integración en sistemas de control electrónico modernos. Los mercados objetivo abarcan la esterilización de dispositivos médicos, sistemas de purificación de agua y aire, y equipos de desinfección de superficies.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Valores Máximos Absolutos

Operar el dispositivo más allá de estos límites puede causar daños permanentes. La disipación de potencia máxima (Po) es de 1.1 W. La corriente directa máxima absoluta (IF) es de 150 mA. El dispositivo puede operar dentro de un rango de temperatura ambiente (Topr) de -40°C a +80°C y almacenarse (Tstg) desde -40°C hasta +100°C. La temperatura máxima permitida de la unión (Tj) es de 105°C. No se recomienda la operación prolongada en condiciones de polarización inversa, ya que puede provocar fallos en el componente.

2.2 Características Electro-Ópticas a Ta=25°C

Los parámetros clave de rendimiento se miden a una corriente de prueba estándar de 120mA. El voltaje directo (Vf) tiene un valor típico de 5.7V, con un mínimo de 5.0V y un máximo de 7.5V. El flujo radiante (Φe), que representa la potencia óptica total de salida, es típicamente de 19 mW, con un mínimo de 14 mW. La longitud de onda pico (λp) se centra en el espectro UVC, oscilando entre 265 nm y 280 nm, apuntando al pico de absorción del ADN/ARN para una desinfección eficaz. La resistencia térmica de la unión al punto de soldadura (Rth j-s) es típicamente de 24 K/W, lo que indica la necesidad de una gestión térmica adecuada. El ángulo de visión (2θ1/2) es típicamente de 120 grados. El dispositivo puede soportar descargas electrostáticas (ESD) de hasta 2000V (Modelo de Cuerpo Humano).

2.3 Características Térmicas

Una disipación de calor efectiva es crítica para el rendimiento y la longevidad. La resistencia térmica especificada (Rth j-s) de 24 K/W se mide utilizando una Placa de Circuito Impreso con Núcleo Metálico (MCPCB) de aluminio de 2.0 x 2.0 x 0.17 cm. Exceder la temperatura máxima de la unión de 105°C acelerará la depreciación del flujo luminoso y puede provocar un fallo catastrófico. Los diseñadores deben calcular la disipación de calor necesaria en función de la potencia aplicada y las condiciones ambientales para mantener la unión dentro de límites seguros.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia en el diseño de aplicaciones, los LED se clasifican en lotes de rendimiento.

3.1 Clasificación por Voltaje Directo (Vf)

Los LED se categorizan en cinco lotes de voltaje (V1 a V5) a 120mA, cada uno abarcando 0.5V desde 5.0V hasta 7.5V. La tolerancia para cada lote es de ±0.1V. Esto permite a los diseñadores seleccionar LED con caídas de voltaje similares para una operación estable en configuraciones en paralelo o para predecir con precisión los requisitos del controlador.

3.2 Clasificación por Flujo Radiante (Φe)

La salida óptica se clasifica en cuatro lotes de flujo (X1 a X4) a 120mA. X1 cubre de 14-17 mW, X2 cubre de 17-20 mW, X3 cubre de 20-23 mW, y X4 incluye dispositivos con 23 mW y superiores. La tolerancia es de ±7%. Esta clasificación es crucial para aplicaciones que requieren un control preciso de la dosis, ya que el flujo radiante impacta directamente en la eficacia de la esterilización.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Pico (Wp)

Todos los dispositivos se encuentran dentro de un único lote de longitud de onda, W1, que abarca desde 265 nm hasta 280 nm, con una tolerancia de medición de ±3 nm. El código del lote está marcado en la bolsa de embalaje para su trazabilidad.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

La salida óptica aumenta de forma superlineal con la corriente. Aunque operar a corrientes más altas (hasta el máximo absoluto de 150mA) produce más salida, también genera significativamente más calor, que debe gestionarse para evitar la fuga térmica y una degradación acelerada.

4.2 Distribución Espectral Relativa

La curva de salida espectral muestra una banda de emisión estrecha centrada en el rango UVC. La longitud de onda pico exacta dentro del lote 265-280 nm afecta a la eficiencia de inactivación microbiana, ya que diferentes patógenos tienen espectros de absorción ligeramente variables.

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

Esta curva demuestra la relación exponencial del diodo entre voltaje y corriente. Es esencial para diseñar controladores de corriente constante, ya que un pequeño cambio en el voltaje puede causar un gran cambio en la corriente, afectando tanto a la salida de luz como a la temperatura del dispositivo.

4.4 Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de la Unión

La eficiencia del LED UVC es muy sensible a la temperatura. El flujo radiante disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Este gráfico cuantifica la reducción de potencia, enfatizando la importancia crítica de mantener una baja temperatura de la unión para un rendimiento óptico consistente a lo largo de la vida útil del dispositivo.

4.5 Patrón de Radiación

El diagrama polar ilustra el típico ángulo de visión de 120 grados, mostrando la distribución espacial de la radiación UVC emitida. Esto es importante para diseñar ópticas o reflectores que dirijan la luz germicida de manera efectiva sobre la superficie o volumen objetivo.

4.6 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 de operación segura máxima debe reducirse para evitar que la temperatura de la unión supere los 105°C.

4.7 Voltaje Directo vs. Temperatura de la Unión

El voltaje directo tiene un coeficiente de temperatura negativo; disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta propiedad a veces puede utilizarse para el monitoreo indirecto de temperatura en sistemas de gestión térmica de circuito cerrado.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones de Contorno

El paquete tiene una huella de aproximadamente 3.5mm x 3.5mm. Todas las dimensiones tienen una tolerancia de ±0.2mm a menos que se especifique lo contrario. Se debe consultar el dibujo mecánico exacto para el diseño del patrón de soldadura en la PCB.

5.2 Identificación de Polaridad y Diseño de Pads

Se proporciona el diseño recomendado de los pads de conexión en la placa de circuito impreso para garantizar una soldadura y conexión térmica fiables. Los pads del ánodo y cátodo están claramente designados. Adherirse a este patrón de soldadura es crítico para una correcta alineación, conexión eléctrica y transferencia de calor desde la unión del LED a la PCB.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se recomienda un perfil de reflujo sin plomo. Los parámetros clave incluyen: una temperatura máxima (Tp) de 260°C como máximo (245°C recomendado), con un tiempo por encima de 217°C (tL) entre 60-150 segundos. La temperatura de precalentamiento debe estar entre 150-200°C durante 60-120 segundos. La tasa de calentamiento no debe superar los 3°C/segundo, y la tasa de enfriamiento no debe superar los 6°C/segundo. El tiempo total desde 25°C hasta la temperatura máxima debe ser inferior a 8 minutos. No se recomienda un proceso de enfriamiento rápido.

6.2 Soldadura Manual y Notas Generales

Si es necesaria la soldadura manual, la temperatura de la punta del soldador no debe superar los 300°C, y el tiempo de contacto debe limitarse a un máximo de 2 segundos, para una sola operación. La soldadura por reflujo no debe realizarse más de tres veces. Todas las referencias de temperatura son para la parte superior del cuerpo del paquete. El uso de soldadura por inmersión no está garantizado. El perfil de soldadura puede necesitar ajustes según la pasta de soldar específica utilizada.

6.3 Limpieza

Si se requiere limpieza después de la soldadura, solo deben usarse solventes a base de alcohol como el alcohol isopropílico. Limpiadores químicos no especificados pueden dañar el material del paquete del LED y sus propiedades ópticas.

7. Embalaje e Información de Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LED se suministran en cinta portadora con relieve sellada con una cinta de cubierta, enrollada en carretes de 7 pulgadas. Un carrete estándar contiene un máximo de 500 piezas, con una cantidad mínima de embalaje de 100 piezas para los restantes. El embalaje cumple con las especificaciones EIA-481-1-B. Se permite un máximo de dos componentes faltantes consecutivos en la cinta.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este LED UVC es adecuado para una variedad de aplicaciones germicidas, incluyendo: desinfección de superficies en equipos médicos y de laboratorio, esterilización de herramientas, sistemas de purificación de agua para aplicaciones puntuales o a pequeña escala, y purificación de aire en sistemas HVAC o dispositivos portátiles. Su naturaleza de estado sólido lo hace ideal para diseños compactos o alimentados por batería donde las lámparas de mercurio no son prácticas.

8.2 Consideraciones de Diseño

Método de Conducción:Los LED son dispositivos operados por corriente. Un controlador de corriente constante es obligatorio para garantizar una salida de luz estable y prevenir la fuga térmica. Al conectar múltiples LED, se prefiere la conexión en serie para uniformidad de corriente. Si la conexión en paralelo es inevitable, se recomienda encarecidamente el uso de resistencias limitadoras de corriente individuales o controladores separados para cada rama para compensar las ligeras variaciones de Vf entre dispositivos.
Gestión Térmica:Este es el factor de diseño más crítico. Utilice una MCPCB apropiada u otro método de disipación de calor efectivo para mantener la temperatura de la unión lo más baja posible, idealmente por debajo de 85°C para una vida útil máxima y estabilidad de salida. La ruta térmica desde el punto de soldadura al ambiente debe diseñarse cuidadosamente.
Diseño Óptico:Considere el ángulo de visión de 120 grados. Para aplicaciones enfocadas, pueden requerirse ópticas secundarias (lentes o reflectores) hechas de materiales transparentes al UVC como el cuarzo o plásticos especializados. Asegúrese de que todos los materiales en la trayectoria óptica sean resistentes a la degradación por UVC.
Seguridad:La radiación UVC es dañina para la piel y los ojos humanos. Las carcasas deben evitar cualquier fuga de luz UVC durante la operación. Incorpore enclavamientos de seguridad y etiquetas de advertencia según sea necesario.

9. Fiabilidad y Vida Útil

9.1 Plan de Pruebas de Fiabilidad

El producto se somete a un régimen integral de pruebas de fiabilidad que incluye: Vida Operativa a Temperatura Ambiente (RTOL) a 120mA durante 3000 horas y a 150mA durante 1000 horas; Vida de Almacenamiento a Alta y Baja Temperatura (HTSL/LTSL) a 100°C y -40°C durante 1000 horas cada una; Almacenamiento a Alta Temperatura y Humedad (WHTSL) a 60°C/90% HR durante 1000 horas; y Choque Térmico sin Operación (TS) de -30°C a 85°C durante 100 ciclos. Las pruebas de vida se realizan con el LED montado en un disipador de calor metálico de 90x70x4mm.

9.2 Criterios de Fallo

Se considera que un dispositivo ha fallado si, después de las pruebas, el voltaje directo (Vf) a 120mA cambia más de ±10% de su valor inicial, o si el flujo radiante (Φe) a 120mA cae por debajo del 50% de su valor inicial.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la potencia óptica de salida típica?
R: A una corriente de conducción de 120mA y 25°C, el flujo radiante típico es de 19 mW, con dispositivos clasificados desde 14 mW (mín.) hasta 23 mW y superiores.

P: ¿Cómo conduzco este LED?
R: Debe usar un controlador de corriente constante. La corriente máxima absoluta es de 150mA. Un punto de operación típico es 120mA, produciendo un voltaje directo típico de 5.7V. Nunca lo conecte directamente a una fuente de voltaje sin limitación de corriente.

P: ¿Por qué es tan importante la gestión térmica?
R: La eficiencia del LED UVC cae significativamente con la temperatura (ver curva Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de la Unión). Las altas temperaturas de la unión también reducen drásticamente la vida operativa del dispositivo. Una disipación de calor adecuada es innegociable para un rendimiento fiable.

P: ¿Puedo usarlo para esterilización de agua?
R: Sí, es adecuado para purificación de agua. La longitud de onda de 265-280 nm es efectiva contra bacterias, virus y protozoos. El diseño debe garantizar que la luz UVC penetre el agua de manera efectiva, y el paquete del LED debe estar correctamente sellado del entorno.

P: ¿Cuántas veces puedo soldar por reflujo este componente?
R: El máximo recomendado es tres ciclos de reflujo. La soldadura manual debe realizarse solo una vez, con límites estrictos de tiempo y temperatura.

11. Ejemplo de Diseño y Caso de Uso

Escenario: Diseñando una varita portátil de desinfección de superficies.
1. Diseño Eléctrico:Utilice una batería de iones de litio (3.7V nominal) con un circuito controlador de corriente constante elevador configurado a 120mA. El controlador debe convertir eficientemente el voltaje de la batería a los ~5.7V requeridos por el LED. 2.Diseño Térmico:Monte el LED en un pequeño disipador de calor de aluminio con aletas. La resistencia térmica de toda la ruta (unión-a-soldadura, soldadura-a-disipador, disipador-a-ambiente) debe calcularse para asegurar que Tj permanezca por debajo de 85°C durante el ciclo de operación típico de 30-60 segundos. Considere enfriamiento activo (un pequeño ventilador) si la varita está destinada a un uso prolongado. 3.Diseño Mecánico/Óptico:Aloje el LED y el disipador en la cabeza de la varita. Use una lente de cuarzo para enfocar el haz de 120 grados en un punto más pequeño para una mayor irradiancia en la superficie objetivo. La carcasa debe bloquear completamente cualquier fuga de UVC hacia el usuario. 4.Características de Seguridad:Incorpore un sensor de proximidad o un protector físico que deba estar en contacto con una superficie antes de que el LED se encienda. Incluya un temporizador para limitar la duración de la exposición por activación.

12. Introducción a la Tecnología y Tendencias

12.1 Principio de Operación

Los LED UVC son dispositivos semiconductores que emiten luz en el rango de 200-280 nanómetros cuando la corriente eléctrica pasa a través de ellos. Esta emisión ocurre cuando los electrones se recombinan con huecos de electrones dentro de la región activa del dispositivo, liberando energía en forma de fotones. La longitud de onda específica está determinada por la energía de la banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados, típicamente compuestos basados en nitruro de galio aluminio (AlGaN) para UVC. La radiación UVC emitida inactiva microorganismos al dañar su ADN y ARN, impidiendo su replicación.

12.2 Tendencias de Desarrollo

El mercado de LED UVC se centra en aumentar la eficiencia de conversión de energía (potencia óptica de salida por potencia eléctrica de entrada), que históricamente ha sido menor que la de los LED visibles. Las mejoras en el crecimiento epitaxial, el diseño del chip y la eficiencia de extracción del paquete están impulsando constantemente una mayor eficacia. Otra tendencia clave es el aumento de la potencia de salida por chip y por paquete, permitiendo sistemas de desinfección más compactos y potentes. También se está investigando para mejorar la vida útil y la fiabilidad del dispositivo en condiciones de operación de alta corriente y alta temperatura. La reducción de costos a través de la escala de fabricación y la mejora del rendimiento sigue siendo un factor crítico para una adopción más amplia en el mercado frente a la tecnología convencional de lámparas de mercurio.