Hoja de Datos del LED UVC LTPL-G35UV275PB - 3.5x3.5x1.05mm - 6.0V Típ. - 275nm Pico - 16mW Típ. - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie de productos LTPL-G35UV representa una fuente de luz revolucionaria y de alta eficiencia energética, específicamente diseñada para aplicaciones de esterilización y médicas. Esta tecnología combina la larga vida útil y la alta fiabilidad inherentes a los Diodos Emisores de Luz (LED) con características de rendimiento adecuadas para reemplazar las fuentes de luz ultravioleta convencionales. Ofrece una gran libertad de diseño, abriendo nuevas oportunidades para soluciones UVC de estado sólido en entornos exigentes.

Las características clave de este producto incluyen su compatibilidad con circuitos integrados (compatible con C.I.), su cumplimiento de las normas ambientales RoHS (sin plomo) y el potencial de menores costes operativos y de mantenimiento en comparación con tecnologías UV tradicionales como las lámparas de mercurio.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La ventaja principal de este LED UVC es su naturaleza de estado sólido, lo que se traduce en capacidad de encendido/apagado instantáneo, sin tiempo de calentamiento y sin materiales peligrosos como el mercurio. El mercado objetivo se centra en aplicaciones que requieren irradiación ultravioleta precisa, fiable y segura. Esto incluye, entre otros: sistemas de desinfección de superficies para equipos médicos, dispositivos de purificación de aire y agua, e instrumentación analítica dentro de las ciencias de la vida y la atención sanitaria. El producto está diseñado para ingenieros e integradores de sistemas que desarrollan soluciones de esterilización de próxima generación que demandan factores de forma compactos, controlabilidad digital y mayor seguridad.

2. Contorno y Dimensiones Mecánicas

El encapsulado del LED tiene un diseño compacto de montaje superficial. Todas las dimensiones críticas se proporcionan en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.2mm a menos que se especifique lo contrario. El contorno físico es crucial para el diseño del layout de la PCB y la gestión térmica, asegurando una correcta alineación, soldadura y disipación de calor desde la unión hasta los puntos de soldadura y la placa de circuito impreso.

3. Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites y debe evitarse para un rendimiento fiable.

• Disipación de Potencia (P_O):1.05 W
• Corriente Directa Continua (I_F):150 mA
• Rango de Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +80°C
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura de Unión (T_j):115°C

Nota Importante:La operación prolongada del LED en condiciones de polarización inversa puede provocar daños o fallos en el componente. Se recomienda una protección de circuito adecuada (por ejemplo, un diodo en serie o un TVS) en aplicaciones donde sea posible la presencia de voltaje inverso.

4. Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo bajo las condiciones de prueba especificadas.

Notas de Medición:
1. El flujo radiante es la potencia óptica total medida con una esfera integradora.
2. La tolerancia de medición del voltaje directo es de ±0.1V.
3. La tolerancia de medición de la longitud de onda pico es de ±3nm.
4. La tolerancia de medición del flujo radiante es de ±10%.
5. El valor de resistencia térmica se referencia utilizando una PCB de Núcleo Metálico (MCPCB) de aluminio de 2.0cm x 2.0cm x 0.17cm.

5. Código de Binning y Sistema de Clasificación

Los LEDs se clasifican en bins de rendimiento para garantizar la consistencia. El código de bin se marca en cada bolsa de empaque.

5.1 Binning de Voltaje Directo (V_F)

La tolerancia en cada bin es de ±0.1V.

5.2 Binning de Flujo Radiante (Φ_e)

La tolerancia en cada bin es de ±10%.

5.3 Binning de Longitud de Onda Pico (λ_P)

La tolerancia en cada bin es de ±3nm.

6. Curvas de Rendimiento Típico y Análisis

Las siguientes curvas proporcionan información sobre el comportamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones eléctricas y térmicas (medidas a 25°C ambiente a menos que se indique lo contrario).

6.1 Distribución Espectral Relativa

Esta curva muestra el espectro de emisión, centrado alrededor de la longitud de onda pico (ej. 275nm). Suele ser estrecho para los LEDs, lo que es beneficioso para dirigir reacciones fotoquímicas específicas en la esterilización sin emitir longitudes de onda innecesarias o dañinas.

6.2 Patrón de Radiación (Ángulo de Visión)

El gráfico de características de radiación ilustra la distribución angular de la intensidad de la luz. El ángulo de visión típico de 120° (2θ_1/2) indica un patrón Lambertiano o de haz ancho, útil para iluminar uniformemente superficies en proximidad.

6.3 Flujo Radiante Relativo vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra la relación entre la corriente de accionamiento y la salida óptica. El flujo radiante generalmente aumenta con la corriente, pero mostrará un crecimiento sub-lineal a corrientes más altas debido a la caída de eficiencia y al aumento de la temperatura de unión. La curva es esencial para determinar el punto de operación óptimo para equilibrar la salida y la longevidad.

6.4 Voltaje Directo vs. Corriente Directa

La curva I-V muestra la relación exponencial típica de un diodo. El voltaje directo aumenta con la corriente. Comprender esta curva es vital para diseñar el controlador de corriente constante apropiado para garantizar una operación estable.

6.5 Flujo Radiante Relativo vs. Temperatura de Unión

Esta es una curva crítica para la gestión térmica. La eficiencia del LED UVC disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. El gráfico cuantifica esta degradación, enfatizando la importancia de un disipador de calor efectivo para mantener una alta salida y una larga vida útil del dispositivo.

6.6 Voltaje Directo vs. Temperatura de Unión

El voltaje directo típicamente tiene un coeficiente de temperatura negativo (disminuye al aumentar la temperatura). Esta característica a veces puede usarse para el monitoreo indirecto de la temperatura.

6.7 Curva de Derating de Corriente Directa

Esta curva define la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente o de la carcasa. Para evitar exceder la temperatura máxima de unión (115°C), la corriente de accionamiento debe reducirse cuando se opera a temperaturas ambientales más altas. El cumplimiento de esta curva es obligatorio para una operación fiable.

7. Pruebas de Fiabilidad y Criterios

Un plan integral de pruebas de fiabilidad valida el rendimiento a largo plazo y la robustez del LED.

7.1 Condiciones de Prueba

Nota: Las pruebas de vida operativa se realizan con el LED montado en un disipador de calor de aluminio de 90x70x4mm.

7.2 Criterios de Falla

Después de las pruebas, los dispositivos se juzgan según los siguientes criterios:
- Voltaje Directo (V_F):El cambio no debe exceder el +10% del valor inicial cuando se mide a I_F= 100mA.
- Flujo Radiante (Φ_e):La salida no debe caer por debajo del 50% del valor inicial cuando se mide a I_F= 100mA.

8. Guías de Montaje y Manipulación

8.1 Perfil de Soldadura por Reflujo Recomendado

Para el montaje sin plomo, se sugiere el siguiente perfil para prevenir daños térmicos al encapsulado del LED:

• Tasa Promedio de Calentamiento (T_La T_P):Máx 3°C/segundo
• Precalentamiento:150°C a 200°C durante 60-120 segundos (t_S)
• Tiempo por Encima del Líquidus (T_L=217°C):60-150 segundos (t_L)
• Temperatura Pico (T_P):260°C máximo (245°C recomendado)
• Tiempo dentro de 5°C del Pico (t_P):10-30 segundos
• Tasa de Enfriamiento:Máx 6°C/segundo
• Tiempo Total (25°C al Pico):Máx 8 minutos

8.2 Recomendación de Layout de Pads en PCB

Se proporciona una huella recomendada para los pads de montaje superficial para asegurar la correcta formación de la junta de soldadura y la estabilidad mecánica. La tolerancia para esta especificación de pad es de ±0.1mm.

8.3 Empaquetado: Especificaciones de Cinta y Carrete

Los LEDs se suministran en cinta portadora con relieve y empaquetado en carrete para montaje automatizado.
- Tamaño del carrete: 7 pulgadas.
- Cantidad máxima por carrete: 500 piezas (el empaque mínimo para remanentes es de 100 piezas).
- El empaquetado cumple con las especificaciones EIA-481-1-B.
- Los espacios vacíos se sellan con cinta de cubierta.
- Se permite un máximo de dos componentes faltantes consecutivos.

9. Precauciones Importantes y Notas de Aplicación

9.1 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, utilice únicamente disolventes a base de alcohol como el alcohol isopropílico. Los limpiadores químicos no especificados pueden dañar el material del encapsulado del LED (por ejemplo, la lente o el encapsulante) y degradar el rendimiento o la fiabilidad.

9.2 Método de Accionamiento y Precauciones Generales

Los LEDs son dispositivos accionados por corriente. Deben operarse utilizando una fuente de corriente constante, no una fuente de voltaje constante, para garantizar una salida de luz estable y prevenir la fuga térmica. El circuito controlador debe diseñarse para limitar la corriente de entrada y proporcionar protección contra transitorios eléctricos (ESD, sobretensiones).

Notas Adicionales de Soldadura:
1. La soldadura manual es posible con una temperatura máxima de punta de 300°C durante un máximo de 2 segundos, solo una vez por pad.
2. La soldadura por reflujo debe realizarse un máximo de tres veces.
3. Todas las especificaciones de temperatura se refieren a la parte superior del encapsulado.
4. No se recomienda un proceso de enfriamiento rápido desde la temperatura pico.
5. Siempre es deseable la temperatura de soldadura más baja posible que logre una junta fiable.
6. La soldadura por inmersión no es un método de montaje recomendado ni garantizado para este componente.

10. Análisis Técnico Profundo y Consideraciones de Diseño

10.1 Imperativo de Gestión Térmica

La resistencia térmica de unión a punto de soldadura (R_{th j-s}) es de 30 K/W típico. Un disipador de calor efectivo es no negociable para los LEDs UVC. La alta energía de los fotones UVC generados resulta en un calor significativo en la unión del semiconductor. Sin una disipación adecuada, la temperatura de unión aumentará, lo que conducirá a una depreciación acelerada del flujo luminoso, un desplazamiento de la longitud de onda y, en última instancia, a un fallo catastrófico. Los diseñadores deben utilizar MCPCBs apropiadas u otras estrategias de gestión térmica para mantener T_jmuy por debajo del máximo de 115°C, idealmente a 80°C o menos para una vida útil máxima.

10.2 Diseño Óptico para la Eficacia de Esterilización

La longitud de onda pico de 275nm está dentro del rango de efectividad germicida (aprox. 260nm-280nm), donde la absorción de ADN/ARN es alta. El flujo radiante (mW), no el flujo luminoso (lm), es la métrica relevante. El diseño del sistema debe asegurar que la superficie objetivo reciba la dosis UV requerida (medida en J/m² o mJ/cm²), que es el producto de la irradiancia (W/m²) y el tiempo de exposición. El amplio ángulo de visión de 120° ayuda a una cobertura uniforme pero reduce la irradiancia pico a una distancia dada. Para aplicaciones enfocadas, pueden requerirse ópticas secundarias.

10.3 Interfaz Eléctrica y Selección del Controlador

Con un voltaje directo típico de 6.0V a 100mA, el LED requiere un controlador capaz de entregar una corriente constante estable de hasta 150mA con un voltaje de cumplimiento superior a 7.0V. Dado el coeficiente de temperatura negativo de V_F, un simple límite de corriente resistivo es inadecuado y peligroso, ya que puede conducir a una fuga térmica. Un circuito de corriente constante dedicado para LED o un circuito lineal o conmutado diseñado adecuadamente es esencial. El controlador también debe incluir funciones de arranque suave y protección contra sobretensión.

10.4 Compatibilidad de Materiales y Seguridad

La radiación UVC a 275nm es altamente energética y puede degradar muchos materiales orgánicos, incluidos plásticos, adhesivos y aislamiento de cables utilizados en el montaje. Todos los materiales en la trayectoria óptica y cerca del LED deben estar clasificados para exposición a UVC. Además, la UVC es dañina para la piel y los ojos humanos. Cualquier producto final debe incorporar un blindaje adecuado, sistemas de enclavamiento y etiquetas de advertencia para garantizar la seguridad del usuario, cumpliendo con las normas de seguridad de productos láser o de luz relevantes (por ejemplo, IEC 62471).

11. Comparación con Tecnologías UV Convencionales

El LTPL-G35UV275PB ofrece ventajas distintivas sobre las fuentes UV tradicionales como las lámparas de mercurio de baja presión:
Ventajas:
- Encendido/Apagado Instantáneo:Sin tiempo de calentamiento o enfriamiento, permitiendo operación pulsada.
- Compacto y Robusto:Estado sólido, sin tubos de vidrio frágiles o filamentos.
- Libre de Mercurio:Respetuoso con el medio ambiente y evita problemas de eliminación de materiales peligrosos.
- Especificidad de Longitud de Onda:Espectro de emisión estrecho dirigido a la efectividad germicida sin UV-A/UV-B extraños.
- Control Digital:Fácilmente regulable e integrable con sistemas de control inteligente.
Consideraciones:
- Costo Inicial Más Alto por mW:Aunque el costo total de propiedad puede ser menor.
- Gestión Térmica:Requiere un diseño térmico más activo que algunas lámparas convencionales.
- Sistema Óptico:Puede requerir un diseño óptico diferente debido al área emisora más pequeña y al patrón de radiación distinto.

12. Escenarios de Aplicación y Casos de Uso

• Desinfección de Superficies:Integración en dispositivos para desinfectar herramientas médicas, pantallas de teléfonos inteligentes o superficies de contacto frecuente en hospitales y espacios públicos.
• Purificación de Agua:Utilizado en purificadores de agua de punto de uso o en línea para inactivar bacterias y virus sin productos químicos.
• Esterilización de Aire:Incrustado en sistemas HVAC o purificadores de aire portátiles para tratar el aire circulante.
• Equipos de Ciencias de la Vida:Proporcionando iluminación UV en estaciones de trabajo de PCR, cabinas de bioseguridad o entrecruzadores.
• Productos de Consumo:Esterilizadores compactos para artículos personales como cepillos de dientes, biberones o mascarillas (con recintos de seguridad apropiados).

13. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la vida útil esperada de este LED UVC?
R: La vida útil se define típicamente como las horas de operación hasta que el flujo radiante se deprecia al 50% (L50). Esto depende en gran medida de la corriente de accionamiento y la temperatura de unión. Operar a los 100mA típicos con una buena gestión térmica (T_j baja) puede producir vidas útiles superiores a las 10,000 horas, superando con creces a muchas fuentes UV convencionales.

P: ¿Puedo accionar este LED con una fuente de alimentación de 5V?
R: No. El voltaje directo típico es de 6.0V, y el máximo puede ser de 7.0V. Una fuente de 5V no encendería suficientemente el LED. Se requiere un convertidor elevador o un controlador con un voltaje de cumplimiento de salida más alto.

P: ¿Cómo interpreto los códigos de bin al realizar un pedido?
R: Especifique el bin de V_F requerido (V1-V4), el bin de Φ_e (X1-X3) y el bin de λ_P (W1) según las necesidades de su aplicación para consistencia de voltaje, potencia de salida y longitud de onda precisa. Esto asegura que reciba LEDs con características estrechamente agrupadas.

P: ¿Es visible la salida de luz?
R: No. La radiación UVC a 275nm está fuera del espectro visible (400-700nm). El LED puede tener un brillo azul/violeta muy tenue debido a emisiones secundarias menores, pero la salida germicida principal es invisible.Esta invisibilidad hace que los enclavamientos de seguridad sean aún más críticos.