Scheda Tecnica LED UV LTPL-C034UVD405 - 3.5x3.5x1.6mm - 3.5V Tipico - 460-700mW - Lunghezza d'Onda di Picco 405nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie di prodotti UV C03 rappresenta una sorgente luminosa avanzata ed efficiente dal punto di vista energetico, progettata per applicazioni di curing UV e per l'illuminazione ultravioletta generale. Questa tecnologia fonde la longevità e l'affidabilità intrinseche dei Diodi Emettitori di Luce con i livelli di luminosità elevati tradizionalmente associati alle sorgenti UV convenzionali. Questa fusione offre una significativa flessibilità di progetto e apre nuove strade affinché l'illuminazione UV allo stato solido possa sostituire le tecnologie UV più datate e meno efficienti.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo prodotto è progettato per applicazioni che richiedono un'emissione ultravioletta precisa, affidabile ed efficiente. I suoi vantaggi principali includono la piena compatibilità con i sistemi di pilotaggio a circuito integrato (I.C.), la conformità agli standard RoHS e alla produzione senza piombo (Pb-free), che contribuiscono a ridurre i costi operativi e di manutenzione durante il ciclo di vita del prodotto. Il mercato di riferimento comprende i processi di curing industriale, la strumentazione medica e scientifica, il rilevamento di contraffazioni e qualsiasi applicazione in cui un'esposizione UV controllata sia critica.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

La seguente sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri tecnici chiave del dispositivo, come definiti in condizioni di test standard (Ta=25°C).

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile operare a o vicino a questi limiti per periodi prolungati. La corrente diretta massima in continua (If) è di 500 mA. Il consumo di potenza massimo (Po) è di 2 Watt. Il dispositivo può operare in un intervallo di temperatura ambiente (Topr) da -40°C a +85°C e può essere conservato (Tstg) tra -55°C e +100°C. La temperatura di giunzione massima ammissibile (Tj) è di 110°C. È di fondamentale importanza evitare di far funzionare il LED in condizioni di polarizzazione inversa per periodi prolungati, poiché ciò può portare al guasto del componente.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Queste caratteristiche definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche (If = 350mA). La tensione diretta (Vf) varia da un minimo di 2,8V a un massimo di 4,4V, con un valore tipico di 3,5V. Il flusso radiante totale in uscita (Φe), misurato con una sfera integratrice, varia da 460mW a 700mW, con un valore tipico di 620mW. La lunghezza d'onda di picco (Wp) è specificata tra 400nm e 410nm, collocandola saldamente nello spettro del vicino ultravioletto. L'angolo di visione (2θ1/2) è tipicamente di 130 gradi, indicando un pattern di radiazione ampio. La resistenza termica da giunzione a case (Rth jc) è tipicamente di 14,7 °C/W, con una tolleranza di misura di ±10%.

2.3 Caratteristiche Termiche

Una gestione termica efficace è fondamentale per le prestazioni e la longevità del LED. La resistenza termica specificata (Rth jc) di 14,7 °C/W indica l'incremento di temperatura per watt di potenza dissipata tra la giunzione del semiconduttore e il case del package. Un valore più basso è preferibile. Questo parametro, combinato con la temperatura di giunzione massima di 110°C, determina i requisiti necessari di dissipazione del calore per qualsiasi applicazione, al fine di garantire che il LED operi all'interno della sua area di funzionamento sicura e mantenga la sua potenza nominale e la sua durata di vita.

3. Spiegazione del Sistema di Codici Bin

Il prodotto è classificato in bin in base a parametri di prestazione chiave per garantire coerenza all'utente finale. Il codice bin è stampato su ogni busta di imballaggio.

3.1 Classificazione per Tensione Diretta (Vf)

I LED sono suddivisi in quattro bin di tensione (V0, V1, V2, V3) a una corrente di test di 350mA. I bin V0 hanno tensioni tra 2,8V e 3,2V, V1 tra 3,2V e 3,6V, V2 tra 3,6V e 4,0V e V3 tra 4,0V e 4,4V. La tolleranza per questa classificazione è di ±0,1V. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con tensioni dirette strettamente abbinate per connessioni in parallelo o per una regolazione precisa della corrente.

3.2 Classificazione per Flusso Radiante (Φe)

La potenza ottica in uscita è suddivisa in sei bin (da R1 a R6). R1 rappresenta l'intervallo di uscita più basso (460-500 mW) e R6 quello più alto (660-700 mW), tutti misurati a 350mA. La tolleranza per il flusso radiante è del ±10%. Questa classificazione consente la selezione in base all'intensità luminosa richiesta dall'applicazione.

3.3 Classificazione per Lunghezza d'Onda di Picco (Wp)

La lunghezza d'onda emessa è suddivisa in due bin principali: P4A (400-405 nm) e P4B (405-410 nm), con una tolleranza di ±3nm. Questo è cruciale per applicazioni sensibili a specifiche lunghezze d'onda UV, come l'innesco di particolari reazioni fotochimiche nei processi di curing.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni sul comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta

Questa curva mostra tipicamente una relazione sub-lineare in cui il flusso radiante aumenta con la corrente diretta, ma può presentare saturazione o calo di efficienza a correnti più elevate. Il punto operativo esatto (es. 350mA) dovrebbe essere scelto per bilanciare l'uscita e l'efficienza, rimanendo entro i valori massimi assoluti.

4.2 Distribuzione Spettrale Relativa

Questo grafico mostra l'intensità della luce emessa su diverse lunghezze d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco (400-410nm). Mostra la larghezza di banda spettrale, importante per applicazioni in cui è richiesta purezza spettrale o un'interazione specifica con una determinata lunghezza d'onda.

4.3 Caratteristiche di Radiazione

Questo diagramma polare illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa, correlata all'angolo di visione di 130 gradi. Mostra come la luce viene emessa dal package del LED, aspetto vitale per la progettazione del sistema ottico per garantire un'illuminazione corretta dell'area target.

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

Questa curva fondamentale mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La tensione diretta aumenta con la corrente. La forma della curva è essenziale per progettare il circuito di pilotaggio appropriato, che si tratti di una semplice resistenza limitatrice di corrente o di un driver a corrente costante.

4.5 Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura di Giunzione

Questa curva critica dimostra l'impatto negativo dell'aumento della temperatura di giunzione sull'uscita luminosa. All'aumentare della temperatura di giunzione, il flusso radiante diminuisce. Ciò sottolinea l'importanza di una gestione termica efficace per mantenere prestazioni ottiche costanti nel tempo e in diverse condizioni ambientali.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni di Contorno

Il dispositivo ha un package a montaggio superficiale compatto. Le dimensioni chiave includono le dimensioni del corpo e il profilo della lente. Tutte le dimensioni lineari sono in millimetri. Le tolleranze generali delle dimensioni sono di ±0,2mm, mentre l'altezza della lente e la lunghezza/larghezza del substrato ceramico hanno tolleranze più strette di ±0,1mm. Il pad termico sul fondo del dispositivo è isolato elettricamente (flottante) dai pad dell'anodo e del catodo, il che significa che può essere collegato direttamente a un piano termico del PCB per la dissipazione del calore senza creare un cortocircuito elettrico.

5.2 Identificazione della Polarità e Progetto dei Pad

Viene fornito il layout consigliato dei pad di attacco per il circuito stampato (PCB) per garantire una corretta saldatura e prestazioni termiche. Il progetto include pad separati per l'anodo e il catodo, oltre a un pad più grande per la connessione termica. Un corretto orientamento della polarità durante l'assemblaggio è essenziale per il funzionamento del dispositivo.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Viene raccomandato un profilo di saldatura a rifusione dettagliato. I parametri chiave includono pre-riscaldamento, stabilizzazione, temperatura di picco di rifusione e velocità di raffreddamento. La temperatura di picco massima (misurata sulla superficie del corpo del package) deve essere controllata. Non è raccomandato un processo di raffreddamento rapido. Si consiglia di utilizzare la temperatura di saldatura più bassa possibile che garantisca un giunto affidabile. Il dispositivo può sopportare un massimo di tre cicli di rifusione. La saldatura manuale, se necessaria, dovrebbe essere limitata a un massimo di 300°C per non più di 2 secondi, applicata una sola volta.

6.2 Precauzioni per la Pulizia e la Manipolazione

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico. Detergenti chimici non specificati potrebbero danneggiare il package del LED. Durante la manipolazione devono essere osservate le normali precauzioni contro le scariche elettrostatiche (ESD).

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti in nastro portacomponenti goffrato sigillato con un nastro di copertura superiore. Il nastro è avvolto su bobine. Una bobina standard da 7 pollici può contenere un massimo di 500 pezzi. L'imballaggio è conforme alle specifiche EIA-481-1-B. Esiste una specifica che prevede che non più di due tasche per componenti consecutive sul nastro possano essere vuote.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED UV è adatto per una varietà di applicazioni, tra cui, ma non limitate a: curing UV di adesivi, inchiostri e rivestimenti; eccitazione di fluorescenza per analisi o ispezione; strumentazione medica e biologica; sistemi di purificazione dell'aria e dell'acqua; e rilevamento di contraffazioni (es. verifica di elementi di sicurezza).

8.2 Considerazioni di Progetto e Metodo di Pilotaggio

Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Per garantire un'intensità uniforme quando più LED sono collegati in parallelo all'interno di una singola applicazione, si raccomanda vivamente di incorporare una resistenza limitatrice di corrente individuale in serie con ciascun LED. Ciò compensa le lievi variazioni nella tensione diretta (Vf) tra i singoli dispositivi, prevenendo il fenomeno di "current hogging" in cui un LED assorbe più corrente degli altri, portando a una luminosità non uniforme e a potenziali sovrasforzi. Un circuito driver a corrente costante è la soluzione ottimale per pilotare uno o più LED in serie, fornendo prestazioni stabili indipendentemente dalle variazioni di tensione diretta.

9. Affidabilità e Test

Il dispositivo è sottoposto a un piano di test di affidabilità completo per garantirne la robustezza. I test includono: Vita Operativa a Bassa Temperatura (LTOL a -30°C), Vita Operativa a Temperatura Ambiente (RTOL), Vita Operativa ad Alta Temperatura (HTOL a 85°C), Vita Operativa in Ambiente Umido e Caldo (WHTOL a 60°C/60% UR), Shock Termico (TMSK da -40°C a 125°C), Resistenza al Calore di Saldatura (simulazione rifusione) e test di Saldabilità. Criteri specifici di superamento/fallimento sono definiti in base alle variazioni della tensione diretta (entro ±10%) e del flusso radiante (entro ±15%) dopo i test. Tutti i test di vita vengono condotti con il dispositivo montato su un dissipatore termico.

10. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto alle sorgenti UV tradizionali come le lampade a vapori di mercurio, questa soluzione LED allo stato solido offre vantaggi distinti: capacità di accensione/spegnimento istantaneo senza tempo di riscaldamento, durata operativa significativamente più lunga (spesso decine di migliaia di ore), maggiore efficienza energetica convertendo più potenza elettrica in luce UV utile, assenza di materiali pericolosi come il mercurio, dimensioni compatte che consentono nuovi fattori di forma e un'uscita spettrale precisa. Il principale compromesso storicamente era una potenza ottica totale inferiore, ma i moderni LED UV ad alta potenza come questa serie stanno colmando questo divario per molte applicazioni.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

11.1 Qual è la differenza tra flusso radiante (mW) e flusso luminoso (lm)?

Il flusso radiante (Φe) misura la potenza ottica totale emessa in tutte le direzioni, in Watt. Questa è la metrica corretta per i LED UV in quanto quantifica l'effettiva energia UV. Il flusso luminoso (lumen) misura la luminosità percepita dall'occhio umano, ponderata dalla curva di risposta fotopica, e non è applicabile alle sorgenti UV non visibili.

11.2 Come seleziono il bin corretto per la mia applicazione?

Scegli il bin di tensione (Vf) in base al progetto del circuito di pilotaggio e alla necessità di abbinamento della corrente in stringhe parallele. Seleziona il bin del flusso radiante (Φe) in base all'intensità o all'irradianza richiesta sul tuo target. Scegli il bin della lunghezza d'onda (Wp) se il tuo processo è sensibile a un picco spettrale specifico (es. 405nm vs. 400nm).

11.3 Perché la gestione termica è così critica?

L'alta temperatura di giunzione riduce direttamente l'uscita luminosa (come mostrato nelle curve di prestazione) e accelera i meccanismi di degrado all'interno del semiconduttore, riducendo drasticamente la durata operativa del dispositivo. Un'adeguata dissipazione del calore è imprescindibile per prestazioni affidabili e di lunga durata.

12. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettazione di un PCB per un punto di curing UV multi-LED.Un progettista deve creare un array di 10 LED per un'applicazione di curing a piccola area. In base alla scheda tecnica: 1) Seleziona LED dello stesso bin Vf e Φe per coerenza. 2) Progetta il PCB con il layout dei pad consigliato, collegando i pad termici a una grande area di rame sulla scheda collegata a via per la dissipazione del calore verso lo strato inferiore o un dissipatore esterno. 3) Decide di pilotare i LED con un driver a corrente costante impostato a 350mA. Poiché desidera collegare tutti e 10 in parallelo per un'illuminazione uniforme, include una piccola resistenza limitatrice di corrente individuale (es. 1 Ohm) in serie con ciascun LED per compensare le variazioni di Vf, come raccomandato. 4) Segue le linee guida del profilo di rifusione durante l'assemblaggio. 5) Nel firmware del prodotto finale, può implementare un algoritmo di monitoraggio della temperatura o di derating basato sulla curva "Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura di Giunzione" se le condizioni ambientali sono variabili.

13. Introduzione al Principio di Funzionamento

Questo dispositivo è un diodo emettitore di luce (LED) a semiconduttore. Quando una tensione diretta viene applicata tra anodo e catodo, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva del chip semiconduttore. Questi portatori di carica si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica dei fotoni emessi (in questo caso, ~405nm, nello spettro ultravioletto-A) è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati nella costruzione del chip (tipicamente basati su nitruro di alluminio gallio - AlGaN). La luce generata viene quindi modellata ed emessa attraverso la lente integrata del package.

14. Tendenze Tecnologiche

Il campo dei LED UV è caratterizzato da una continua ricerca e sviluppo mirati ad aumentare l'efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita / potenza elettrica in ingresso), a ottenere una potenza di uscita più elevata da un singolo dispositivo o da un package più piccolo, a estendere la durata operativa e a spingere le lunghezze d'onda di emissione più in profondità nello spettro UV-C (per applicazioni germicide) con efficienza migliorata. C'è anche una tendenza verso packaging più sofisticati per migliorare l'estrazione della luce e le prestazioni termiche. La spinta a sostituire le lampade UV a base di mercurio in tutte le applicazioni continua a essere una forza trainante del mercato, supportata dalle normative ambientali e dai vantaggi prestazionali dell'illuminazione allo stato solido.