Scheda Tecnica LED UVC UVC3535CZ0315 - 3.5x3.5x0.99mm - 5.0-8.0V - Serie 2.4W - 270-285nm - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie UVC3535CZ0315 rappresenta una soluzione LED ad alta affidabilità basata su ceramica, progettata specificamente per applicazioni ultraviolette (UVC) impegnative. Questo prodotto è concepito per garantire prestazioni costanti in ambienti dove l'efficacia germicida è fondamentale. Il suo vantaggio principale risiede nel robusto package in ceramica, che offre una gestione termica superiore rispetto ai tradizionali package in plastica, contribuendo direttamente a una maggiore durata operativa e a un'emissione stabile. Il mercato target principale include i produttori di dispositivi di disinfezione professionali e consumer, sistemi di purificazione dell'acqua e unità di sterilizzazione dell'aria, dove un'emissione UVC affidabile è critica.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

Il LED opera a una corrente diretta (I_F) di 300mA. La tensione diretta (V_F) ha un intervallo specificato da 5.0V a 8.0V, un parametro critico per la progettazione del driver per garantire una corretta regolazione della corrente. Il flusso radiante, misura della potenza ottica totale in uscita, è specificato con un minimo di 20mW, un tipico di 25mW e un massimo di 30mW in condizioni di test standard. La lunghezza d'onda di picco è centrata nell'intervallo da 270nm a 285nm, che rientra nella banda più efficace per danneggiare il DNA/RNA dei microrganismi.

2.2 Valori Massimi Assoluti e Proprietà Termiche

Il rispetto dei Valori Massimi Assoluti è essenziale per la longevità del dispositivo. La massima corrente diretta continua ammissibile è 300mA. Il dispositivo può resistere a scariche elettrostatiche (ESD) fino a 2000V (Modello Corpo Umano), una caratteristica di affidabilità significativa per la manipolazione e l'assemblaggio. La massima temperatura di giunzione (T_J) è nominale a 90°C. La resistenza termica da giunzione a punto di saldatura (R_th) è di 20°C/W. Questo valore è cruciale per la progettazione del dissipatore; ad esempio, alla piena corrente di pilotaggio di 300mA, la dissipazione di potenza potrebbe arrivare fino a 2.4W (8.0V * 0.3A), potenzialmente alzando la temperatura di giunzione di 48°C sopra la temperatura del punto di saldatura. Pertanto, mantenere una bassa temperatura del punto di saldatura è vitale per mantenere T_Jentro limiti sicuri.

L'intervallo di temperatura operativa è da -40°C a +85°C, e l'intervallo di temperatura di conservazione è da -40°C a +100°C, indicando l'idoneità per una vasta gamma di condizioni ambientali.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto è classificato in bin per garantire coerenza nell'applicazione. Comprendere questi bin è fondamentale per la progettazione e l'approvvigionamento.

3.1 Binning del Flusso Radiante

Il flusso radiante è suddiviso in due categorie: Q4 (20-25mW) e Q5 (25-30mW). I progettisti devono selezionare il bin appropriato in base alla dose di irradianza richiesta per la loro applicazione.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda di Picco

La lunghezza d'onda di picco è strettamente controllata e suddivisa come segue: U27A (270-275nm), U27B (275-280nm) e U28 (280-285nm). L'efficacia germicida può variare leggermente in questo intervallo, quindi la selezione del bin può essere importante per ottimizzare le prestazioni del sistema.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in incrementi di 0.5V da 5.0V a 8.0V (es., 5055 per 5.0-5.5V, 5560 per 5.5-6.0V, ecc.). Questo è principalmente per considerazioni di efficienza del driver e per raggruppare LED con caratteristiche elettriche simili quando utilizzati in array.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Spettro e Flusso Radiante Relativo vs. Corrente

La curva spettrale mostra un picco di emissione stretto centrato attorno alla lunghezza d'onda specificata (es., 270-285nm), con emissioni di banda laterale minime, confermandone la purezza come sorgente UVC. La curva Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta è quasi lineare fino al valore nominale di 300mA, indicando una buona efficienza e una scalabilità prevedibile dell'output con la corrente.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta & Lunghezza d'Onda di Picco vs. Corrente

La curva I-V mostra la tipica caratteristica esponenziale di un diodo. La tensione diretta aumenta con la corrente, aspetto che deve essere considerato nella progettazione del driver a corrente costante. La curva Lunghezza d'Onda di Picco vs. Corrente mostra uno spostamento minimo (tipicamente solo pochi nanometri) nell'intervallo di corrente operativa, indicando una prestazione spettrale stabile.

4.3 Derating Termico e Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura

La curva Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura Ambiente dimostra il coefficiente di temperatura negativo dell'output del LED. Il flusso radiante diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (e quindi di giunzione). La Curva di Derating definisce graficamente la massima corrente diretta ammissibile in funzione della temperatura ambiente. Per evitare di superare T_J(max), la corrente di pilotaggio deve essere ridotta quando si opera ad alte temperature ambientali. Ad esempio, a una temperatura ambiente di 85°C, la corrente massima consentita è significativamente inferiore a 300mA.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni e Configurazione dei Pad

Le dimensioni del package sono 3.5mm (L) x 3.5mm (W) x 0.99mm (H), con una tolleranza di ±0.2mm. La configurazione dei pad è chiaramente definita: il Pad 1 è l'Anodo (+), il Pad 2 è il Catodo (-) e il Pad 3 è un Pad Termico dedicato. Il pad termico è essenziale per un efficiente trasferimento di calore dal die del LED al circuito stampato (PCB). Il layout del PCB deve avere un corrispondente pad termicamente conduttivo collegato a un piano di massa o a un dissipatore per massimizzare la dissipazione del calore.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

Il dispositivo è adatto per processi di tecnologia a montaggio superficiale (SMT). La saldatura a rifusione non dovrebbe essere eseguita più di due volte per evitare stress termico sul package ceramico e sui legami interni. Durante il processo di rifusione, deve essere evitato lo stress meccanico sul corpo del LED. Dopo la saldatura, il PCB non deve essere piegato, poiché ciò potrebbe crepare il package ceramico o le giunzioni saldate. I profili standard di rifusione senza piombo sono applicabili, ma la temperatura di picco e il tempo sopra il liquidus devono essere controllati secondo le specifiche del package ceramico (fare riferimento alle linee guida generali IPC/JEDEC per componenti ceramici se non viene fornito un profilo specifico).

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Nastro e Bobina per Emettitori

I LED sono forniti su nastro portante goffrato avvolto su bobine. La quantità di imballaggio standard è di 1000 pezzi per bobina. Le dimensioni della bobina e del nastro sono fornite per la configurazione delle macchine pick-and-place automatizzate.

7.2 Sensibilità all'Umidità ed Etichettatura

Le bobine sono sigillate in sacchetti anti-umidità in alluminio con essiccante per mantenere la secchezza, poiché il package ceramico può essere sensibile all'umidità. L'etichetta del prodotto sulla bobina contiene informazioni critiche tra cui il Numero di Parte (P/N), la quantità (QTY) e i codici bin specifici per Flusso Radiante (CAT), Lunghezza d'Onda (HUE) e Tensione Diretta (REF).

7.3 Decodifica della Nomenclatura del Prodotto

Il codice d'ordine completo, es. UVC3535CZ0315-HUC7085020X80300-1T, è un descrittore dettagliato:UVC(tipo UVC),3535(package 3.5x3.5mm),C(materiale ceramico),Z(diodo Zener per protezione ESD integrato),03(3 chip),15(angolo di visione 150°),H(chip orizzontale),UC(colore UVC),7085(lunghezza d'onda 270-285nm),020(flusso radiante min. 20mW),X80(tensione diretta 5.0-8.0V),300(corrente diretta 300mA),1(imballaggio 1K pz),T(imballaggio a nastro).

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

L'applicazione principale è la sterilizzazione e disinfezione UV. Ciò include: purificatori d'aria stazionari, trattamento delle batterie degli impianti HVAC, unità di disinfezione dell'acqua per sistemi punto d'uso o su piccola scala, sanificatori di superficie per elettronica di consumo o attrezzature mediche e apparecchi germicidi. L'ampio angolo di visione di 150° lo rende adatto per applicazioni che richiedono copertura d'area piuttosto che un fascio focalizzato.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Progettazione del Driver:Un driver a corrente costante è obbligatorio. Il driver deve essere in grado di erogare fino a 300mA e di adattarsi all'intervallo V_Fdi 5.0-8.0V. Sovracorrenti o picchi di tensione degraderebbero gravemente la durata del LED.
Gestione Termica:Questo è l'aspetto più critico della progettazione. Utilizzare un PCB con uno spesso strato di rame (es., 2oz) e via termiche sotto il pad termico collegato a un ampio piano di massa o a un dissipatore esterno. Monitorare attivamente la temperatura del punto di saldatura e utilizzare la curva di derating per regolare la corrente di pilotaggio se necessario.
Progettazione Ottica:Le radiazioni UVC sono dannose per occhi e pelle umani. Il prodotto finale deve avere una schermatura adeguata per prevenire qualsiasi esposizione diretta. Il materiale dell'involucro deve essere trasparente agli UVC (es., quarzo fuso, vetro speciale di grado UVC) poiché il vetro standard e molte plastiche bloccano gli UVC.
Conformità di Sicurezza:I prodotti che utilizzano questo LED devono conformarsi agli standard di sicurezza pertinenti per prodotti laser e radiazioni.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai tradizionali LED UVC a bassa potenza o alle lampade a mercurio, la serie UVC3535CZ0315 offre una soluzione a stato solido, ad accensione istantanea e priva di mercurio. Il package ceramico fornisce una differenziazione chiave rispetto ai LED 3535 in plastica, consentendo una maggiore densità di potenza e una migliore affidabilità a lungo termine in condizioni di funzionamento ad alta temperatura. Il diodo Zener integrato per la protezione ESD fino a 2KV aggiunge robustezza non sempre presente nei prodotti concorrenti, semplificando la gestione della catena di fornitura e l'assemblaggio.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la durata tipica di questo LED?
R: La durata del LED è tipicamente definita come le ore di funzionamento fino a quando il flusso radiante si degrada al 70% del suo valore iniziale (L70). Per i LED UVC, questo dipende fortemente dalla corrente di pilotaggio e dalla temperatura di giunzione. Operare alle condizioni consigliate o inferiori con un'eccellente gestione termica può garantire durate di migliaia di ore.

D: Posso pilotare questo LED con una sorgente a tensione costante?
R: No. I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Una sorgente a tensione costante porterebbe a fuga termica e guasto rapido a causa del coefficiente di temperatura negativo di V_F. Utilizzare sempre un driver a corrente costante o un circuito che regoli attivamente la corrente.

D: Come interpreto i codici bin sull'etichetta?
R: L'etichetta mostra i bin specifici per i LED su quella bobina. Ad esempio, CAT:Q5, HUE:U27B, REF:6570 significa che i LED hanno un flusso radiante nel bin 25-30mW (Q5), una lunghezza d'onda di picco di 275-280nm (U27B) e una tensione diretta di 6.5-7.0V (6570).

11. Caso di Studio Pratico di Progettazione

Si consideri la progettazione di un modulo compatto per la disinfezione dell'acqua. L'obiettivo è ottenere una riduzione di 3-log (99.9%) di E. coli in una camera a flusso continuo. La dose UVC richiesta è calcolata in base alla portata d'acqua, alla trasmittanza UV dell'acqua e alla suscettibilità del patogeno. In base alla dose, vengono determinati il numero di LED e la loro corrente di pilotaggio. Ad esempio, utilizzando 4 LED del bin Q5 (25mW min ciascuno) pilotati a 250mA (leggermente deratati per affidabilità) potrebbe fornire l'irradianza necessaria. Viene utilizzato un PCB a 4 strati con un piano interno in rame da 2oz dedicato come diffusore termico. I LED sono disposti attorno a una camicia in quarzo attraverso cui scorre l'acqua. Viene selezionato un driver a corrente costante che eroga 1A (4 LED in parallelo da 250mA ciascuno, ognuno con la propria resistenza limitatrice di corrente per il bilanciamento), con tensione di ingresso che accoglie la somma del bin V_Fpiù alto più l'overhead del driver. Un sensore di temperatura sul PCB vicino ai LED fornisce feedback al microcontrollore, che può ridurre la corrente di pilotaggio se viene rilevata un'alta temperatura, garantendo affidabilità a lungo termine.

12. Introduzione al Principio

La luce UVC, specificamente nell'intervallo 260-280nm, viene assorbita dagli acidi nucleici (DNA e RNA) dei microrganismi. Questo assorbimento causa la formazione di dimeri di timina nel DNA, che compromette la capacità del microrganismo di replicarsi e sintetizzare proteine vitali, inattivandolo (uccidendolo) efficacemente. Questo LED genera questa radiazione UVC attraverso elettroluminescenza in un materiale semiconduttore (tipicamente nitruro di alluminio gallio - AlGaN). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del chip semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda specifica è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore.

13. Tendenze di Sviluppo

Il mercato dei LED UVC è trainato dalla domanda globale di soluzioni di disinfezione compatte, ad accensione istantanea e prive di mercurio. Le tendenze chiave includono:Aumento dell'Efficienza Wall-Plug (WPE):La ricerca in corso mira a ridurre le perdite di conversione da potenza elettrica a ottica, portando a un minor consumo energetico e generazione di calore per la stessa potenza ottica in uscita.Potenza di Uscita Più Alta:Il continuo miglioramento nella progettazione dei chip e nella tecnologia di packaging consente LED a singolo die con flusso radiante più alto, riducendo il numero di LED necessari per sistema.Durata di Vita Più Lunga:I progressi nei materiali e nel packaging stanno migliorando costantemente l'affidabilità e la longevità del dispositivo, specialmente in condizioni di funzionamento ad alta temperatura.Riduzione dei Costi:Con l'aumento dei volumi di produzione e la maturazione dei processi, il costo per milliwatt di output UVC sta diminuendo, rendendo la tecnologia fattibile per più applicazioni consumer.Migliore Stabilità della Lunghezza d'Onda:La ricerca si concentra sulla minimizzazione dello spostamento della lunghezza d'onda in funzione della temperatura e della durata di vita per una prestazione germicida più prevedibile.