Scheda Tecnica LED UV LTPL-C034UVD385 - 3.8V 600mW 385nm - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTPL-C034UVD385 è un diodo emettitore di luce (LED) ultravioletto (UV) ad alta potenza, progettato per applicazioni professionali di polimerizzazione UV e altri processi UV comuni. Rappresenta una soluzione di illuminazione a stato solido che combina l'efficienza energetica, la lunga durata operativa e l'affidabilità intrinseche della tecnologia LED con un'elevata potenza radiante, adatta a sostituire sorgenti UV convenzionali come le lampade a vapori di mercurio.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questa serie di LED UV è progettata per offrire vantaggi significativi rispetto alle tecnologie UV tradizionali. Le caratteristiche principali includono la piena conformità RoHS e l'assenza di piombo, garantendo compatibilità ambientale e normativa. Offre costi operativi e di manutenzione inferiori grazie alla sua natura a stato solido, eliminando la necessità di frequenti sostituzioni delle lampade e riducendo il consumo energetico. Il dispositivo è anche compatibile con circuiti integrati (I.C.), facilitando l'integrazione nei moderni sistemi di controllo elettronico. Il mercato primario di riferimento include sistemi industriali di polimerizzazione UV per inchiostri, vernici e adesivi, nonché apparecchiature scientifiche, mediche e di disinfezione che richiedono una sorgente stabile di luce UV-A a 385nm.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici specificati per il LED UV LTPL-C034UVD385.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è classificato per una corrente diretta continua massima (If) di 500 mA e un consumo di potenza massimo (Po) di 2 Watt. L'intervallo di temperatura operativa (Topr) è specificato da -40°C a +85°C, con un intervallo di temperatura di stoccaggio (Tstg) più ampio da -55°C a +100°C. La temperatura di giunzione massima ammissibile (Tj) è di 110°C. È fondamentale operare entro questi limiti per garantire l'affidabilità e prevenire danni permanenti. La scheda tecnica avverte esplicitamente contro il funzionamento prolungato in condizioni di polarizzazione inversa.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurati in condizioni di test standard a 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta di 350mA, i parametri chiave sono definiti. La tensione diretta (Vf) ha un valore tipico di 3,8V, con un intervallo da 2,8V (Min) a 4,4V (Max). Il flusso radiante (Φe), che è la potenza ottica totale emessa nello spettro UV, ha un valore tipico di 600 milliwatt (mW), che va da 460mW (Min) a 700mW (Max). La lunghezza d'onda di picco (Wp) è centrata nella regione dei 385nm, con un intervallo di bin da 380nm a 390nm. L'angolo di visione (2θ1/2) è tipicamente di 130 gradi, definendo il diagramma di radiazione. La resistenza termica da giunzione a case (Rthjc) è tipicamente di 13,2 °C/W, un parametro cruciale per la progettazione della gestione termica.

2.3 Analisi delle Caratteristiche Termiche

Il valore di resistenza termica di 13,2 °C/W indica l'incremento di temperatura per watt di potenza dissipata tra la giunzione del semiconduttore e il case del package. Ad esempio, nel punto di funzionamento tipico di 350mA e 3,8V (potenza in ingresso di 1,33W, assumendo ~600mW di uscita ottica significa ~730mW di calore), la differenza di temperatura tra giunzione e case sarebbe di circa 9,6°C. Un dissipatore di calore efficace è essenziale per mantenere la temperatura di giunzione al di sotto del suo massimo di 110°C, specialmente in ambienti ad alta temperatura o durante il funzionamento continuo.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il LTPL-C034UVD385 utilizza un sistema di binning per classificare le unità in base alle variazioni delle prestazioni chiave, consentendo ai progettisti di selezionare LED che corrispondono a requisiti applicativi specifici.

3.1 Binning della Tensione Diretta (Vf)

I LED sono suddivisi in quattro bin di tensione (da V0 a V3). I bin V0 hanno la tensione diretta più bassa (2,8V - 3,2V), mentre i bin V3 hanno la più alta (4,0V - 4,4V). La tolleranza all'interno di un bin è di +/- 0,1V. Ciò consente una migliore corrispondenza della corrente quando più LED sono pilotati in serie, poiché i LED dello stesso bin Vf avranno cadute di tensione più uniformi.

3.2 Binning del Flusso Radiante (Φe)

La potenza ottica in uscita è classificata in sei bin, etichettati da R1 a R6. R1 rappresenta l'intervallo di uscita più basso (460mW - 500mW) e R6 il più alto (660mW - 700mW). La tolleranza è di +/- 10%. Questo binning è fondamentale per applicazioni che richiedono un'intensità UV costante, come nei processi di polimerizzazione dove la dose di esposizione è un parametro chiave.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda di Picco (Wp)

La lunghezza d'onda UV è suddivisa in due categorie: P3R (380nm - 385nm) e P3S (385nm - 390nm), con una tolleranza di +/- 3nm. La specifica lunghezza d'onda di picco può essere importante per applicazioni in cui determinati foto-iniziatori nelle resine o nei rivestimenti hanno spettri di attivazione ottimali.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche che forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra che l'uscita ottica (flusso radiante) aumenta con la corrente diretta ma non è perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate dove l'efficienza può diminuire a causa degli effetti termici aumentati. Aiuta i progettisti a scegliere una corrente operativa che bilanci potenza in uscita, efficienza e durata.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La curva I-V illustra la relazione esponenziale tipica dei diodi. È essenziale per progettare il circuito di pilotaggio corretto. La curva si sposterà con la temperatura; la tensione diretta diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione per una data corrente.

4.3 Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura di Giunzione

Questa è una delle curve più critiche per la gestione termica. Dimostra come la potenza ottica in uscita si degradi all'aumentare della temperatura di giunzione. Mantenere una bassa temperatura di giunzione è fondamentale per ottenere un'uscita elevata e costante e massimizzare la durata operativa del LED.

4.4 Distribuzione Spettrale Relativa

Questo grafico raffigura l'intensità della luce emessa attraverso lo spettro UV. Conferma la natura a banda stretta dell'uscita del LED, centrata attorno ai 385nm, con una tipica larghezza a metà altezza (FWHM) caratteristica della tecnologia LED. Ciò è in contrasto con lo spettro ampio delle lampade al mercurio tradizionali.

4.5 Caratteristiche di Radiazione

Questo diagramma polare visualizza la distribuzione spaziale della luce (angolo di visione). Il tipico angolo di visione di 130 gradi indica un pattern di emissione ampio, simile a lambertiano, utile per illuminare uniformemente un'area.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni di Contorno

Il package del LED ha dimensioni meccaniche specifiche fornite nei disegni della scheda tecnica. Sono indicate tolleranze critiche: la maggior parte delle dimensioni ha una tolleranza di ±0,2mm, mentre l'altezza della lente e la lunghezza/larghezza del substrato ceramico hanno una tolleranza più stretta di ±0,1mm. Il pad termico sul fondo del package è indicato come isolato elettricamente (neutro) dai pad elettrici dell'anodo e del catodo, il che semplifica il layout PCB per i via termici.

5.2 Pad di Montaggio PCB Raccomandato

Viene fornito un land pattern (impronta) per il progetto PCB. Ciò include dimensioni e spaziatura per le connessioni dell'anodo, del catodo e del pad termico. Seguire questo layout raccomandato è cruciale per garantire una corretta formazione dei giunti di saldatura, la connessione elettrica e, soprattutto, un efficiente trasferimento di calore dal pad termico alla zona di rame del PCB e a qualsiasi dissipatore sottostante.

5.3 Identificazione della Polarità

Il diagramma della scheda tecnica indica chiaramente i pad dell'anodo e del catodo. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio per prevenire l'applicazione di polarizzazione inversa, che può danneggiare il dispositivo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Viene fornito un profilo dettagliato di saldatura a rifusione, che specifica parametri critici come preriscaldamento, stabilizzazione, temperatura di picco di rifusione (non superiore a 260°C per 10 secondi secondo la condizione di test di rifusione) e velocità di raffreddamento. Le note sottolineano che tutte le temperature si riferiscono alla superficie del corpo del package. Un processo di raffreddamento rapido non è raccomandato. La temperatura di saldatura più bassa possibile che garantisce un giunto affidabile è sempre auspicabile per minimizzare lo stress termico sul LED.

6.2 Istruzioni per Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la condizione massima raccomandata è di 300°C per un massimo di 2 secondi, e questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta per LED. Il numero totale di operazioni di saldatura (a rifusione o manuale) non deve superare tre volte.

6.3 Precauzioni per Pulizia e Manipolazione

Per la pulizia, dovrebbero essere utilizzati solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico. Detergenti chimici non specificati possono danneggiare il package del LED. Il dispositivo deve essere maneggiato con cura per evitare scariche elettrostatiche (ESD) e danni meccanici alla lente.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Imballaggio in Nastro e Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato e bobina per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. La scheda tecnica fornisce dimensioni dettagliate sia per le tasche del nastro che per la bobina standard da 7 pollici. Le specifiche chiave includono: le tasche vuote sono sigillate con nastro coprente, un massimo di 500 pezzi per bobina e un massimo di due componenti mancanti consecutivi consentiti sul nastro, in conformità con gli standard EIA-481-1-B.

7.2 Marcatura del Codice Bin

Il codice di classificazione del bin (per Vf, Φe e Wp) è stampato su ogni sacchetto di imballaggio, consentendo la tracciabilità e la selezione di specifiche classi di prestazione.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

L'applicazione principale è la polimerizzazione UV per processi industriali, inclusa la polimerizzazione di inchiostri su apparecchiature di stampa, rivestimenti su vari substrati e adesivi nell'assemblaggio elettronico. Altri usi potenziali includono analisi di fluorescenza, rilevamento di contraffazioni e dispositivi per terapia medica che richiedono specifiche lunghezze d'onda UV-A. La sua natura a stato solido lo rende adatto per apparecchiature portatili o ad accensione istantanea.

8.2 Considerazioni di Progettazione e Requisiti del Driver

Un LED è un dispositivo operato a corrente. Per garantire intensità uniforme e funzionamento stabile, specialmente quando si pilotano più LED, è obbligatorio un driver a corrente costante, non una sorgente a tensione costante. Il driver deve essere progettato per fornire la corrente richiesta (es. 350mA) adattandosi all'intervallo di tensione diretta del/dei LED. Per connessioni in serie, la tensione del driver deve essere superiore alla somma della Vf massima di tutti i LED nella stringa. La connessione in parallelo dei LED generalmente non è raccomandata senza un bilanciamento di corrente individuale. La gestione termica è l'aspetto più critico del progetto meccanico. È richiesta un'interfaccia termica di alta qualità e un dissipatore adeguato per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri, garantendo stabilità dell'uscita e lunga durata.

9. Affidabilità e Test

La scheda tecnica delinea un piano di test di affidabilità completo, che dimostra la robustezza del prodotto. I test includono Vita Operativa a Bassa, Ambiente e Alta Temperatura (LTOL, RTOL, HTOL), Vita Operativa in Umidità e Alta Temperatura (WHTOL), Shock Termico (TMSK), Resistenza al Calore di Saldatura (Rifusione) e Saldabilità. Tutti i test hanno mostrato 0 guasti su 10 campioni nelle condizioni specificate. I criteri per giudicare un dispositivo guasto dopo il test sono una variazione della tensione diretta (Vf) oltre ±10% o una variazione del flusso radiante (Φe) oltre ±30% del valore tipico iniziale.

10. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto alle sorgenti UV tradizionali come le lampade ad arco al mercurio, questo LED UV offre vantaggi distinti: capacità di accensione/spegnimento istantaneo, nessun tempo di riscaldamento, durata più lunga (tipicamente decine di migliaia di ore), maggiore efficienza energetica, nessun contenuto pericoloso di mercurio e dimensioni compatte che consentono nuovi fattori di forma. Rispetto ad altri LED UV, la combinazione specifica di lunghezza d'onda 385nm, alto flusso radiante tipico (600mW), ampio angolo di visione di 130 gradi e un package robusto con pad termico isolato per un raffreddamento efficiente costituisce la sua differenziazione chiave. Il sistema di binning dettagliato consente anche una maggiore precisione nella progettazione del sistema rispetto ad alternative non classificate o classificate in modo approssimativo.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Quale corrente di pilotaggio dovrei usare?

R: Il dispositivo è caratterizzato a 350mA, che è un punto operativo tipico che offre un buon equilibrio tra uscita ed efficienza. Può essere pilotato fino al Valore Massimo Assoluto di 500mA, ma ciò aumenterà la temperatura di giunzione e potrebbe ridurre la durata; una gestione termica robusta è essenziale.

D: Come interpreto il valore del Flusso Radiante?

R: Il Flusso Radiante (Φe) è la potenza ottica totale emessa in watt (o milliwatt), misurata su tutte le lunghezze d'onda. Per questo LED UV, rappresenta la potenza UV utile, non la luce visibile. È una metrica chiave per calcolare la dose di esposizione (Energia = Potenza × Tempo) nelle applicazioni di polimerizzazione.

D: Perché la gestione termica è così importante?

R: Come mostrato nella curva \"Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura di Giunzione\", la potenza in uscita diminuisce all'aumentare della temperatura. Una temperatura eccessiva accelera anche i meccanismi di degrado all'interno del LED, riducendo drasticamente la sua durata. La resistenza termica di 13,2 °C/W definisce quanto efficacemente il calore può essere rimosso.

D: Posso usare un alimentatore a tensione costante?

R: No. La tensione diretta di un LED varia con la temperatura e tra le singole unità. Una sorgente a tensione costante può portare a fuga termica, dove l'aumento di corrente causa più calore, che abbassa la Vf, causando ancora più corrente, potenzialmente distruggendo il LED. Utilizzare sempre un driver a corrente costante.

12. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di una stazione di polimerizzazione UV da banco per la maschera di saldatura PCB.

Un progettista necessita di un'esposizione UV uniforme su un'area di 10cm x 10cm. Utilizzando il LTPL-C034UVD385 con il suo angolo di visione di 130°, può calcolare l'altezza necessaria e la spaziatura dell'array di LED per ottenere un'irradianza uniforme. Seleziona LED dal bin di flusso R5 o R6 per un'intensità maggiore e dallo stesso bin Vf (es. V1) per un assorbimento di corrente coerente quando cablati in serie. Viene selezionato un driver a corrente costante in grado di fornire la corrente totale richiesta per la stringa in serie. Il PCB in alluminio è progettato con il layout di pad raccomandato, incorporando una grande zona di rame e via termici collegati a un dissipatore esterno con ventola. Il profilo di rifusione della scheda tecnica è programmato nella macchina pick-and-place. Dopo l'assemblaggio, la stazione fornisce una polimerizzazione istantanea e uniforme senza il calore e l'ozono associati alle lampade al mercurio.

13. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dal bandgap energetico dei materiali semiconduttori utilizzati nella regione attiva. Per il LTPL-C034UVD385, specifici composti semiconduttori (tipicamente basati su nitruro di alluminio gallio - AlGaN) sono progettati per avere un bandgap corrispondente a fotoni nell'intervallo ultravioletto (UV-A) di 385nm. Il package include un'ottica primaria (lente) per modellare l'uscita della luce e proteggere il die semiconduttore.

14. Tendenze Tecnologiche e Prospettive

Il mercato dei LED UV è guidato dalla graduale eliminazione globale delle lampade a base di mercurio (Convenzione di Minamata) e dalla domanda di sorgenti luminose più efficienti, compatte e controllabili. Le tendenze chiave includono il continuo miglioramento dell'Efficienza Wall-Plug (WPE), che è il rapporto tra potenza ottica in uscita e potenza elettrica in ingresso. Una maggiore efficienza significa meno calore disperso per la stessa uscita UV. C'è anche uno sviluppo in corso per aumentare la potenza ottica massima per singolo package LED e per migliorare l'affidabilità e la durata a temperature e correnti operative più elevate. Inoltre, la ricerca si concentra sull'espansione degli intervalli di lunghezza d'onda disponibili, in particolare nello spettro UV-C più profondo per applicazioni germicide, sebbene siano richiesti materiali diversi come il nitruro di alluminio (AlN). È evidente anche la tendenza verso l'integrazione a livello di sistema, combinando LED, driver e sensori in moduli intelligenti.