Scheda Tecnica LED UVC ELUC3535NUB - 3.5x3.5x1.3mm - 5.0-7.5V - 0.13W - 270-285nm - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie ELUC3535NUB rappresenta una soluzione LED ad alta affidabilità basata su ceramica, progettata specificamente per applicazioni nell'ultravioletto C (UVC). Questo prodotto è concepito per garantire prestazioni costanti in ambienti impegnativi dove l'efficacia germicida è fondamentale. La sua costruzione si basa su un substrato ceramico, che offre una gestione termica superiore rispetto ai tradizionali package in plastica, un fattore critico per mantenere la durata del LED e la stabilità dell'output nelle applicazioni UVC.

Il mercato primario per questo componente è il settore della disinfezione e sterilizzazione. Ciò include applicazioni come sistemi di purificazione dell'acqua, dispositivi per la sanificazione dell'aria, apparecchiature per la disinfezione delle superfici e sterilizzazione di strumenti medici. Il design del prodotto dà priorità ai fattori essenziali per questi utilizzi: potenza ottica nella banda germicida, robustezza costruttiva per la longevità e compatibilità con i processi di assemblaggio standard a montaggio superficiale (SMT).

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è classificato per una corrente diretta massima in continua (I_F) di 100 mA. Tuttavia, la condizione operativa tipica specificata nelle informazioni d'ordine è di 20 mA. Questa derating è cruciale per garantire l'affidabilità a lungo termine e prevenire un degrado accelerato della giunzione del semiconduttore. La temperatura massima di giunzione (T_J) è di 100°C, con una resistenza termica (R_th) da giunzione ad ambiente di 65 °C/W. Questo valore di resistenza termica è un parametro chiave per il design del dissipatore; superare la temperatura di giunzione può portare a guasti catastrofici o a una significativa riduzione del flusso radiante in uscita.

Il dispositivo offre protezione ESD fino a 2 kV (Modello Corpo Umano), che è un livello di protezione standard per la manipolazione nella maggior parte degli ambienti produttivi. L'intervallo di temperatura operativa va da -30°C a +85°C, e l'intervallo di temperatura di stoccaggio va da -40°C a +100°C, garantendo l'idoneità per una vasta gamma di climi e condizioni di stoccaggio globali.

2.2 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

L'output fotometrico primario è misurato in flusso radiante (mW), non in flusso luminoso (lm), poiché si tratta di un emettitore UV non visibile. Il flusso radiante tipico alla corrente di pilotaggio nominale di 20 mA è di 2 mW, con un valore minimo garantito di 1 mW e un massimo di 2,5 mW per il codice d'ordine elencato. La lunghezza d'onda di picco rientra nell'intervallo da 270 nm a 285 nm, che è all'interno della banda più efficace per l'azione germicida, danneggiando il DNA/RNA dei microrganismi.

Dal punto di vista elettrico, la tensione diretta (V_F) a 20 mA varia da 5,0 V a 7,5 V. Questa tensione diretta relativamente alta è caratteristica dei LED a ultravioletto profondo. L'angolo di visione tipico è di 120°, definito come l'angolo in cui l'intensità è la metà del valore di picco (2θ_1/2).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto è classificato secondo un sistema di binning dettagliato per garantire coerenza specifica per l'applicazione. Questo sistema copre tre parametri chiave: Flusso Radiante, Lunghezza d'Onda di Picco e Tensione Diretta.

3.1 Bin del Flusso Radiante

Il flusso radiante è suddiviso in tre categorie: Q0A (1,0-1,5 mW), Q0B (1,5-2,0 mW) e Q0C (2,0-2,5 mW). Ciò consente ai progettisti di selezionare i LED in base alla potenza ottica richiesta per il loro sistema, con tolleranze più strette rispetto alle specifiche minime/massime complessive.

3.2 Bin della Lunghezza d'Onda di Picco

La lunghezza d'onda di picco è di fondamentale importanza per l'efficacia UVC. I bin sono: U27A (270-275 nm), U27B (275-280 nm) e U28 (280-285 nm). Diversi patogeni hanno picchi di sensibilità variabili all'interno dello spettro UVC, quindi questo binning consente una progettazione ottimizzata del sistema.

3.3 Bin della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in incrementi di 0,5V da 5,0V a 7,5V (ad es., 5055 per 5,0-5,5V, 5560 per 5,5-6,0V, ecc.). Una V_Fcoerente all'interno di un array semplifica il design del driver, garantendo una distribuzione uniforme della corrente quando più LED sono collegati in parallelo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Spettro

La curva di distribuzione spettrale mostra un picco di emissione stretto centrato attorno alla lunghezza d'onda specificata (ad es., ~275nm), con emissione minima al di fuori della banda UVC. Questa purezza spettrale è vantaggiosa in quanto garantisce che l'energia sia concentrata nella banda germicida.

4.2 Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta

La curva dimostra una relazione sub-lineare. Mentre l'output aumenta con la corrente, l'efficienza (mW/mA) diminuisce a correnti più elevate a causa dell'aumento della temperatura di giunzione e di altri effetti non ideali. Ciò evidenzia l'importanza della gestione termica e del funzionamento entro le condizioni raccomandate.

4.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La curva I-V mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. L'intervallo specificato di V_Fa 20mA è chiaramente indicato. La curva è essenziale per progettare il driver a corrente costante, poiché una piccola variazione di tensione può portare a un grande cambiamento nella corrente.

4.4 Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra il coefficiente di temperatura negativo dell'output del LED. All'aumentare della temperatura ambiente (e di conseguenza della giunzione), il flusso radiante diminuisce. Questo "thermal droop" deve essere considerato nella progettazione del sistema per garantire prestazioni di disinfezione costanti su tutto l'intervallo di temperatura operativo.

4.5 Curva di Derating

La curva di derating è il grafico più critico per un funzionamento affidabile. Definisce la massima corrente diretta ammissibile in funzione della temperatura ambiente. Per evitare di superare la temperatura massima di giunzione, la corrente di pilotaggio deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente. Ad esempio, a una temperatura ambiente di 85°C, la corrente massima ammissibile è significativamente inferiore al valore massimo assoluto di 100mA.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni Meccaniche

Il package ha un footprint compatto di 3,5 mm x 3,5 mm con un'altezza di 1,3 mm. Il disegno dimensionale specifica la posizione dell'anodo (pad 2), del catodo (pad 1) e del pad termico centrale (pad 3). Il pad termico è essenziale per un efficace dissipazione del calore; deve essere saldato correttamente a un pad termicamente conduttivo sul PCB, che dovrebbe essere collegato a piani di massa interni o a un dissipatore esterno.

5.2 Confezionamento in Nastro e Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato, avvolto su bobine contenenti 1000 pezzi. Le dimensioni del nastro e le specifiche della bobina (ad es., diametro bobina 180mm) sono fornite per garantire la compatibilità con le macchine automatiche pick-and-place. I componenti sono ulteriormente confezionati all'interno di una busta di alluminio resistente all'umidità contenente essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità durante lo stoccaggio, aspetto critico per i package ceramici per evitare il fenomeno del "popcorning" durante la saldatura a rifusione.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

L'ELUC3535NUB è adatto per i processi standard di saldatura a rifusione SMT. Le raccomandazioni chiave includono: utilizzare un profilo di rifusione senza piombo compatibile con i limiti termici del componente, evitare stress meccanici sul LED durante il riscaldamento e il raffreddamento e limitare il numero di cicli di rifusione a un massimo di due. Dopo la saldatura, il PCB non deve essere piegato, poiché ciò può indurre stress meccanici sulle giunzioni saldate e sul corpo ceramico, potenzialmente portando a crepe o guasti.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Disinfezione Aria Statico:Utilizzato in sistemi HVAC o purificatori d'aria, dove la luce UVC irradia una camera attraverso cui passa l'aria.
• Disinfezione Superfici:Integrato in dispositivi per la sanificazione di telefoni cellulari, utensili o piani di lavoro.
• Sterilizzazione Acqua:Impiegato in purificatori d'acqua point-of-use, dove l'acqua scorre oltre una guaina in quarzo trasparente agli UVC contenente il LED.

7.2 Considerazioni Critiche di Progetto

• Gestione Termica:Questo è il fattore singolo più importante. Utilizzare un PCB con via termiche sotto il pad termico collegato a grandi aree di rame o a un dissipatore esterno. Monitorare la temperatura di giunzione.
• Corrente di Pilotaggio:Operare alla corrente raccomandata di 20mA o al di sotto per la longevità. Utilizzare un driver a corrente costante, non una sorgente a tensione costante.
• Materiali Ottici:La finestra di uscita è in vetro di quarzo. Assicurarsi che eventuali ottiche secondarie o coperture protettive siano realizzate con materiali trasmissivi agli UVC (ad es., silice fusa, alcune plastiche speciali). Il vetro standard e la maggior parte delle plastiche assorbono le radiazioni UVC.
• Sicurezza:Le radiazioni UVC sono dannose per occhi e pelle. Gli involucri devono prevenire qualsiasi fuoriuscita di luce UV durante il funzionamento. Includere interruttori di sicurezza se gli involucri possono essere aperti durante l'uso.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

I principali fattori di differenziazione dell'ELUC3535NUB sono il suo package ceramico (AIN - Nitruro di Alluminio) e la lente in vetro di quarzo. Il package ceramico offre una conduttività termica significativamente migliore della plastica (ad es., PPA, PCT), portando a temperature di giunzione operative più basse a parità di corrente di pilotaggio, il che si traduce direttamente in una maggiore durata e un output più stabile. La lente in vetro di quarzo fornisce una trasmissione UV superiore e resistenza all'annerimento (solarizzazione) rispetto alle lenti in silicone o epossidiche, che possono degradarsi sotto prolungata esposizione UVC.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED a 100mA per un output più alto?

R: No. Il valore di 100mA è un Valore Massimo Assoluto, non una condizione operativa. Superare la tipica corrente di pilotaggio di 20mA aumenterà drasticamente la temperatura di giunzione, portando a una rapida degradazione dell'output e a un potenziale guasto del dispositivo. Seguire sempre la curva di derating.

D: Perché la tensione diretta è così alta e variabile (5,0-7,5V)?

R: L'alta energia del bandgap necessaria per emettere fotoni UVC risulta in una tensione diretta più elevata. La variazione è intrinseca ai processi di produzione dei semiconduttori, motivo per cui viene fornito il sistema di binning. Progettare il circuito driver per accogliere l'intero intervallo di tensione del bin selezionato.

D: Come interpreto il "Flusso Radiante Minimo" di 1mW?

R: Questo è il limite inferiore garantito per il codice d'ordine specifico. Il valore tipico è 2mW e la maggior parte dei dispositivi si comporterà vicino a questo. Il sistema di binning (Q0A/B/C) consente di acquistare componenti con un minimo garantito più stretto all'interno di quell'intervallo complessivo.

10. Studio di Caso Pratico di Progetto

Scenario:Progettare una bacchetta compatta per la sanificazione di superfici alimentata via USB.

Passaggi di Progetto:

1. Bilancio di Potenza:La porta USB fornisce 5V, ~500mA max. La V_Fdel LED (5-7,5V) è superiore alla sorgente. È richiesto un driver a corrente costante con convertitore boost.

2. Progettazione Termica:L'involucro della bacchetta è piccolo. Selezionare un PCB a nucleo metallico (MCPCB) ad alta conducibilità termica. Saldare il pad termico del LED direttamente sull'MCPCB. La base metallica dell'MCPCB funge da dissipatore primario e parte del corpo della bacchetta.

3. Progettazione Ottica:Utilizzare un riflettore poco profondo per dirigere il fascio di 120° verso la superficie target. Assicurarsi che il materiale del riflettore sia stabile agli UVC (ad es., alluminio con rivestimento protettivo).

4. Sicurezza:Progettare un otturatore che si apra solo quando la bacchetta è premuta contro una superficie, bloccando la fuoriuscita di UVC. Includere un circuito timer per limitare la durata dell'esposizione per ogni attivazione.

5. Selezione dei Componenti:Scegliere LED da un singolo bin di Tensione Diretta (ad es., 5055) per semplificare il design del driver se si utilizzano più LED. Selezionare il bin di Flusso Radiante appropriato in base alla dose desiderata e al tempo di trattamento.

11. Principio di Funzionamento

I LED UVC sono dispositivi a semiconduttore che emettono fotoni nello spettro ultravioletto (specificamente 200-280nm per l'UVC) attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda di questi fotoni è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati nella regione attiva (tipicamente nitruro di gallio e alluminio - AlGaN). Un bandgap più stretto risulta in lunghezze d'onda più lunghe (visibile/infrarosso), mentre il bandgap molto ampio necessario per l'emissione UVC è ottenuto con un alto contenuto di alluminio negli strati di AlGaN.

12. Tendenze Tecnologiche

Il mercato dei LED UVC è trainato dalla domanda di soluzioni di disinfezione senza mercurio, ad accensione istantanea, compatte e robuste. Le tendenze chiave includono:

Aumento dell'Efficienza Wall-Plug (WPE):La ricerca si concentra sul miglioramento dell'efficienza quantica interna (IQE) e dell'efficienza di estrazione della luce (LEE) per convertire più input elettrico in output ottico UVC, riducendo il consumo energetico e la generazione di calore.

Potenza di Uscita Più Alta:Lo sviluppo di package multi-chip e processi epitassiali migliorati sta aumentando costantemente il flusso radiante per dispositivo, consentendo il trattamento di volumi maggiori o la riduzione del tempo di esposizione.

Durata di Vita Più Lunga:I miglioramenti nei materiali di packaging (come la ceramica e il quarzo qui utilizzati), nelle tecniche di attacco del die e nell'affidabilità dei semiconduttori stanno estendendo la durata operativa (L70/B50) dei LED UVC, rendendoli più adatti per applicazioni a funzionamento continuo.

Riduzione dei Costi:Con l'aumento dei volumi di produzione e la maturazione dei processi, il costo per milliwatt di output UVC sta diminuendo, ampliando la gamma di applicazioni fattibili oltre i mercati di nicchia.