Scheda Tecnica LED UVA ELUA3535NU3 - 3.75x3.75x3.2mm - 3.6-4.8V - Serie 4W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie di prodotti ELUA3535NU3 rappresenta una soluzione LED ad alta affidabilità basata su ceramica, progettata specificamente per applicazioni nell'ultravioletto-A (UVA). Questa serie da 4W è concepita per garantire prestazioni costanti in ambienti impegnativi dove la radiazione UV è sfruttata per le sue proprietà germicide o catalitiche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questa serie LED derivano dalla sua robusta costruzione e dal design elettrico. L'utilizzo di un substrato ceramico in Nitruro di Alluminio (AlN) garantisce un'eccellente conducibilità termica, fondamentale per gestire il calore generato dal funzionamento ad alta potenza e assicurare un'affidabilità a lungo termine. Il dispositivo integra una protezione incorporata contro le scariche elettrostatiche (ESD) fino a 2KV (HBM), migliorandone la durata durante la manipolazione e l'assemblaggio. Inoltre, il prodotto è pienamente conforme alle principali normative ambientali e di sicurezza, tra cui RoHS, senza piombo, REACH UE e standard alogeni-free (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), rendendolo adatto ai mercati globali con stringenti requisiti di conformità.

Le applicazioni target sono principalmente nei settori industriale e commerciale che sfruttano la luce UVA. I mercati chiave includono sistemi di sterilizzazione UV per la purificazione dell'aria e dell'acqua, sistemi fotocatalitici UV per la decomposizione di composti organici volatili (VOC) e illuminazione specializzata per sensori UV. L'affidabilità e la potenza in uscita del prodotto lo rendono un componente adatto per sistemi che richiedono un'emissione UV sostenuta.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri tecnici elencati nella scheda, spiegandone il significato per i progettisti.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Per le varianti a 385nm, 395nm e 405nm, la corrente diretta massima continua (I_F) è di 1250mA. È cruciale notare che la variante a 365nm ha una corrente massima significativamente inferiore, pari a 700mA. Questa differenza è tipicamente dovuta ai diversi materiali semiconduttori e alle strutture epitassiali utilizzate per lunghezze d'onda più corte, che possono avere minori capacità di gestione della corrente o maggiore sensibilità termica. Un funzionamento costante a o vicino a questi limiti ridurrà drasticamente la durata e l'affidabilità del LED. La temperatura massima di giunzione (T_J) è classificata a 105°C. La resistenza termica da giunzione al pad termico (R_θth) è specificata come 4°C/W. Questo parametro è vitale per il progetto della gestione termica; ad esempio, alla corrente nominale piena, è possibile calcolare l'innalzamento di temperatura dal pad alla giunzione. Un adeguato dissipatore di calore è essenziale per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri.

2.2 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

I codici d'ordine forniti dettagliano specifici bin di prestazione. Il flusso radiante, misura della potenza ottica totale in uscita in watt (o milliwatt), varia in base alla lunghezza d'onda. Per il LED a 365nm (funzionante a 700mA), il flusso radiante minimo è 900mW, tipico 1300mW e massimo 1600mW. Per i LED a 385nm, 395nm e 405nm (funzionanti a 1000mA), il minimo è 1350mW, tipico 1475mW e massimo 1850mW. La tensione diretta (V_F) per tutti i modelli della serie è specificata in un intervallo da 3.6V a 4.8V alle rispettive correnti operative. Questo intervallo deve essere considerato nella progettazione del circuito di pilotaggio per garantire che possa fornire tensione sufficiente gestendo al contempo la dissipazione di potenza.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto è classificato in bin in base a tre parametri chiave: Flusso Radiante, Lunghezza d'Onda di Picco e Tensione Diretta. Ciò consente ai clienti di selezionare LED con caratteristiche strettamente raggruppate per prestazioni di sistema consistenti.

3.1 Binning del Flusso Radiante

Vengono utilizzate due tabelle di binning separate per gruppi di lunghezze d'onda diversi. Per il LED a 365nm, i codici bin da U1 a U4 classificano il flusso radiante da 900-1000mW fino a 1400-1600mW. Per i LED da 385nm a 405nm, vengono utilizzati i codici bin U51 (1350-1600mW) e U52 (1600-1850mW). I progettisti devono assicurarsi che l'irradianza minima richiesta dal loro sistema ottico sia soddisfatta dal valore minimo del bin selezionato.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda di Picco

La lunghezza d'onda di picco è classificata in intervalli di 10nm: U36 (360-370nm), U38 (380-390nm), U39 (390-400nm) e U40 (400-410nm). La selezione dipende dalla sensibilità spettrale dell'applicazione. Ad esempio, l'attivazione fotocatalitica ha spesso un intervallo di lunghezze d'onda ottimale.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è classificata in tre gruppi: 3640 (3.6-4.0V), 4044 (4.0-4.4V) e 4448 (4.4-4.8V). Questo è importante per l'efficienza del driver e la gestione termica. I LED di un bin a tensione inferiore dissipano meno potenza sotto forma di calore (P = V_F* I_F) a parità di corrente, potenzialmente permettendo un dissipatore più semplice o più piccolo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche tipiche forniscono informazioni sul comportamento del LED in varie condizioni operative, essenziali per una progettazione di sistema robusta.

4.1 Spettro e Flusso Radiante Relativo vs. Corrente

Il grafico dello spettro mostra l'intensità di emissione normalizzata sulle lunghezze d'onda per le quattro varianti principali. Ciascuna ha un picco distinto, con larghezze di banda spettrale relativamente strette tipiche dei LED UV. La curva Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta mostra una relazione sub-lineare. L'uscita non aumenta proporzionalmente con la corrente, specialmente a correnti più elevate, a causa del calo di efficienza causato dall'aumento della temperatura di giunzione e altri effetti fisici del semiconduttore. Ciò evidenzia l'importanza della gestione termica per mantenere l'output.

4.2 Caratteristiche Termiche

Le curve per Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura Ambiente e Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura Ambiente sono critiche. All'aumentare della temperatura ambiente (o del pad), il flusso radiante diminuisce significativamente, un tratto comune nei LED. Ad esempio, a 120°C, il flusso relativo è solo circa il 40-50% del suo valore a 25°C. Contemporaneamente, la lunghezza d'onda di picco si sposta verso lunghezze d'onda maggiori (red-shift) con l'aumentare della temperatura, a un tasso osservabile sul grafico. Questo spostamento termico deve essere considerato nelle applicazioni sensibili alla lunghezza d'onda. La curva Tensione Diretta vs. Temperatura mostra un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che V_Fdiminuisce all'aumentare della temperatura, il che può influenzare il funzionamento del driver a corrente costante.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni e Tolleranze

Il LED presenta un ingombro compatto di 3.75mm x 3.75mm con un'altezza complessiva di 3.2mm. Il disegno dimensionale specifica tutte le lunghezze critiche, incluso il pad termico e i pad anodo/catodo. La tolleranza generale sulle dimensioni planari è ±0.1mm, mentre la tolleranza sullo spessore è ±0.15mm. Queste tolleranze sono importanti per il layout del PCB, il design dello stencil per pasta saldante e per garantire un corretto posizionamento da parte delle macchine pick-and-place.

5.2 Configurazione dei Pad e Polarità

La vista inferiore mostra chiaramente il layout dei pad. Il pad centrale, grande e rettangolare, è il pad termico (catodo), essenziale per il trasferimento di calore al PCB. Due pad elettrici più piccoli si trovano su un lato: uno per l'anodo e uno per il catodo. La polarità è indicata nel diagramma. Il catodo è tipicamente collegato al pad termico e a uno dei pad più piccoli. L'identificazione corretta della polarità durante l'assemblaggio è obbligatoria per prevenire il guasto del dispositivo.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Processo di Saldatura a Rifusione

Il LED è adatto per processi standard di tecnologia a montaggio superficiale (SMT). La scheda tecnica fornisce un grafico del profilo di rifusione con parametri chiave: una zona di preriscaldamento, un rapido aumento di temperatura fino al picco e una fase di raffreddamento controllata. La temperatura di picco consigliata è di 260°C (+0°C/-5°C) per un massimo di 10 secondi. È esplicitamente dichiarato che la saldatura a rifusione non deve essere eseguita più di due volte per evitare stress termici eccessivi sul package e sui legami interni. Lo stress meccanico sul corpo del LED durante il riscaldamento (ad esempio, da deformazione del PCB) deve essere evitato, ed è vietato piegare il PCB dopo la saldatura poiché può crepare le giunzioni saldate o il package ceramico stesso.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Decodifica della Nomenclatura del Modello

Il codice d'ordine completo (es. ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G) è un descrittore dettagliato:

• EL: Prefisso del produttore.
• UA: Tipo di prodotto UVA.
• 3535: Dimensione del package 3.75mm x 3.75mm.
• N: Il materiale del package è Nitruro di Alluminio (AlN).
• U: Il rivestimento è Oro (Au).
• 3: L'angolo di visione è 30°.
• PXXXX: Codice della lunghezza d'onda di picco (es. 6070 per 360-370nm).
• YY: Codice del Flusso Radiante Minimo.
• 3648 / 700 / 1K0: Intervallo della tensione diretta (3.6-4.8V) e corrente diretta (700mA o 1000mA).
• V41G: Tipo di chip (Verticale), dimensione (43mil), quantità (1) e processo (Vetro di Quarzo).

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Sistemi di Sterilizzazione UV:Per la disinfezione dell'aria o dell'acqua, l'intervallo 265-280nm (UVC) è il più efficace per il danneggiamento del DNA. Tuttavia, i LED UVA (come questa serie) sono utilizzati in alcuni processi di ossidazione avanzata (AOP) o in sistemi che prendono di mira patogeni specifici sensibili agli UV più lunghi, o in combinazione con fotocatalizzatori. La progettazione del sistema deve garantire una dose UV sufficiente (intensità x tempo).
Fotocatalizzatore UV:Tipicamente utilizzando TiO₂, i fotocatalizzatori sono attivati dalla luce UV. Le varianti a 385nm o 395nm sono comunemente utilizzate. Il progetto deve garantire un'illuminazione uniforme della superficie del catalizzatore e gestire il calore, poiché l'efficienza del catalizzatore può dipendere dalla temperatura.
Luce per Sensori UV:Utilizzata per eccitare la fluorescenza o per l'ispezione con visione artificiale. L'output stabile e la lunghezza d'onda specifica sono fondamentali. Un driver a corrente costante è essenziale per mantenere un output ottico stabile, e possono essere necessari filtri ottici per bloccare la luce visibile indesiderata dallo spettro del LED.

8.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

Gestione Termica:Questo è il fattore singolo più critico per prestazioni e longevità. Utilizzare un PCB con adeguati via termici sotto il pad termico, collegati a grandi piani di rame o a un dissipatore esterno. La resistenza termica di 4°C/W è dalla giunzione al pad termico del LED; la resistenza termica del sistema verso l'ambiente deve essere progettata per mantenere T_Jben al di sotto dei 105°C.
Pilotaggio Elettrico:Utilizzare sempre un driver a corrente costante, non una sorgente a tensione costante. Il driver deve essere in grado di fornire la corrente richiesta (700mA o 1000mA) e una tensione che copra l'intero intervallo V_Fdel bin selezionato, più un certo margine. Considerare l'implementazione della modulazione a larghezza di impulso (PWM) per la regolazione dell'intensità, se necessario, piuttosto che la riduzione analogica della corrente, per evitare spostamenti di colore/lunghezza d'onda.
Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 30° fornisce un fascio relativamente focalizzato. Lenti o riflettori possono essere utilizzati per modellare la luce per l'area target. Assicurarsi che qualsiasi materiale ottico (lenti, finestre) sia trasparente agli UV (es. quarzo, specifiche plastiche di grado UV) poiché il vetro standard e molte plastiche assorbono la radiazione UVA.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene un confronto diretto fianco a fianco con altri marchi non sia fornito nella scheda tecnica, si possono dedurre le caratteristiche chiave di differenziazione di questa serie. L'uso di un package ceramico in AlN offre prestazioni termiche superiori rispetto ai package in plastica comunemente utilizzati nei LED a bassa potenza, consentendo correnti di pilotaggio più elevate e una migliore affidabilità. L'inclusione della protezione ESD da 2KV è una significativa caratteristica di robustezza non sempre presente nei prodotti concorrenti. Il dettagliato binning su tre parametri (flusso, lunghezza d'onda, tensione) consente una progettazione di sistema ad alta precisione e coerenza nella produzione di massa, il che può essere un vantaggio rispetto a prodotti con tolleranze più ampie o meno opzioni di binning.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché la corrente massima per il LED a 365nm è solo 700mA, mentre per gli altri è 1250mA?
R: Ciò è principalmente dovuto alle diverse proprietà del materiale semiconduttore utilizzato per ottenere la lunghezza d'onda più corta di 365nm. Il sistema di materiali (es. maggiore contenuto di alluminio in AlGaN) tipicamente ha una minore conducibilità elettrica e densità di difetti più elevate, portando a una ridotta densità di corrente massima e a una maggiore resistenza termica. Operare a una corrente inferiore garantisce affidabilità e previene un degrado accelerato.

D: Posso pilotare questo LED con un alimentatore da 3.3V?
R: No. L'intervallo della tensione diretta è da 3.6V a 4.8V. Un alimentatore da 3.3V non sarà sufficiente per accendere il LED o ottenere un'uscita luminosa significativa. È richiesto un circuito di pilotaggio in grado di fornire almeno 4.8V (più la caduta di tensione del driver).

D: Come interpreto il valore del "Flusso Radiante Tipico"?
R: Il valore "Tipico" è una media statistica o mediana delle unità di produzione. Per prestazioni garantite nel vostro progetto, dovete utilizzare il valore "Minimo" dalla tabella di binning. Progettare in base al valore tipico potrebbe far sì che alcune unità nel vostro sistema abbiano prestazioni inferiori.

D: Un dissipatore di calore è assolutamente necessario?
R: Per qualsiasi funzionamento sostenuto alla corrente nominale, sì. Anche con la bassa resistenza termica di 4°C/W, a 1000mA e una V_Ftipica di 4.2V, la dissipazione di potenza è di 4.2W. L'innalzamento di temperatura dal pad alla giunzione sarebbe approssimativamente 4.2W * 4°C/W = 16.8°C. Se la temperatura del pad del PCB raggiunge 85°C, la giunzione è già a ~102°C, molto vicina al massimo di 105°C. Un'effettiva dissipazione del calore è non negoziabile per un funzionamento affidabile.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un PCB per un Array UV Multi-LED per l'Indurimento di Superfici.
Un ingegnere sta progettando un array di dodici LED a 395nm per una stazione di indurimento UV a bassa potenza per adesivi. Ogni LED sarà pilotato a 1000mA.Fase 1 - Layout del PCB:Il PCB è progettato con rame da 2oz. Viene creato un pad termico dedicato corrispondente all'impronta del LED, riempito con una griglia di via termici (es. diametro 0.3mm, passo 1mm) che si collegano a un grande piano di massa interno e a una colata di rame sul lato inferiore che sarà fissata a un dissipatore in alluminio con materiale interfaccia termica.Fase 2 - Progettazione Elettrica:Viene selezionato un driver LED a corrente costante in grado di erogare 12A totali (o più driver più piccoli). La capacità di tensione di uscita del driver viene verificata per assicurarsi che possa gestire 12 LED in una configurazione 4 in serie/3 in parallelo, tenendo conto della V_Fmassima di 4.8V per LED.Fase 3 - Integrazione Ottica:Una copertura in vetro di quarzo è posizionata sopra l'array per proteggere i LED. La distanza dalla superficie target di indurimento è calcolata in base all'irradianza desiderata, utilizzando il valore minimo del flusso radiante dal bin (1350mW) e l'angolo del fascio di 30° per stimare la dimensione e l'intensità della macchia illuminata.

12. Introduzione al Principio

I LED UVA operano sul principio dell'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori. Quando una tensione diretta è applicata attraverso la giunzione p-n del chip LED, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore utilizzato nella regione attiva. Per l'emissione UVA (circa 315-400nm), vengono utilizzati materiali come il Nitruro di Indio Gallio (InGaN) con composizioni specifiche, o il Nitruro di Alluminio Gallio (AlGaN). Il package ceramico serve principalmente come supporto meccanico, isolante elettrico e, soprattutto, come percorso termico altamente efficiente per condurre il calore lontano dalla giunzione semiconduttore, il che è critico per mantenere prestazioni e longevità.

13. Tendenze di Sviluppo

Il campo dei LED UV, in particolare UVA e UVB, sta registrando un progresso costante. Le tendenze chiave osservabili in prodotti come questa scheda tecnica includono:Aumento della Potenza ed Efficienza:La ricerca continua sui materiali mira a ridurre il calo di efficienza e a migliorare l'estrazione della luce, portando a un flusso radiante più elevato dalle stesse dimensioni di package o da dimensioni più piccole.Miglioramento della Gestione Termica:L'uso di substrati ceramici avanzati come l'AlN, come visto qui, sta diventando più standard per dispositivi ad alta potenza per gestire i crescenti carichi termici.Standardizzazione e Binning:Man mano che il mercato matura, codici di binning più dettagliati e standardizzati (come dimostrato) aiutano a integrare i LED in sistemi prevedibili e ripetibili.Espansione e Controllo della Lunghezza d'Onda:La ricerca continua a spingere verso lunghezze d'onda più corte ed efficienti (più in profondità nell'UVB e UVC) e a fornire un controllo più stretto sulla lunghezza d'onda di picco e sulla larghezza spettrale per applicazioni specializzate.Integrazione di Sistema:C'è una tendenza verso moduli più pronti all'uso che includono il LED, il driver, l'ottica e talvolta sensori, semplificando la progettazione per gli utenti finali.