Scheda Tecnica LED UVC LTPL-G35UV275PR - 3.5x3.5x1.2mm - 6.2V Tip - Flusso Radiante 37mW - Lunghezza d'Onda di Picco 275nm

1. Panoramica del Prodotto

La serie di prodotti LTPL-G35UV rappresenta un significativo progresso nelle sorgenti di luce ultravioletta allo stato solido. Questo prodotto è progettato specificamente per applicazioni di sterilizzazione e medicali, offrendo un'alternativa ad alte prestazioni alle tecnologie UV convenzionali come le lampade a mercurio. Sfruttando la tecnologia a diodi emettitori di luce (LED), combina un'eccellente efficienza energetica con l'affidabilità e la lunga durata operativa intrinseca dei dispositivi a semiconduttore. Ciò offre ai progettisti una maggiore libertà per creare soluzioni innovative per sistemi di disinfezione, purificazione dell'acqua e sterilizzazione delle superfici.

Il vantaggio principale risiede nella sua capacità di fornire una radiazione UVC efficace (nell'intervallo 270-280nm) con costi operativi e di manutenzione inferiori. Il dispositivo è progettato per essere compatibile con i sistemi di pilotaggio a circuito integrato (IC) e rispetta gli standard ambientali, essendo conforme RoHS e privo di piombo. I suoi mercati target principali includono produttori di apparecchiature medicali, integratori di sistemi di purificazione dell'acqua e dell'aria e sviluppatori di dispositivi di sterilizzazione consumer o industriali.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato Target

Il passaggio dalle sorgenti UV tradizionali ai LED UVC offre diversi benefici distinti. In primo luogo, la capacità di accensione istantanea e l'assenza di tempo di riscaldamento migliorano la reattività del sistema. In secondo luogo, il fattore di forma compatto consente l'integrazione in dispositivi più piccoli e portatili. La natura direzionale dell'emissione dei LED permette un design ottico più efficiente, concentrando l'energia dove è più necessaria. Inoltre, l'assenza di mercurio affronta le preoccupazioni ambientali e di sicurezza associate allo smaltimento e alla rottura.

L'applicazione target è principalmente l'irradiazione germicida, dove la luce UVC intorno a 275nm è altamente efficace nel danneggiare il DNA e l'RNA dei microrganismi, inclusi batteri, virus e muffe, rendendoli inattivi. Ciò rende il LED adatto per applicazioni come la disinfezione delle superfici in ambienti sanitari, il trattamento dell'acqua in sistemi point-of-use e la purificazione dell'aria nelle unità HVAC.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è specificato per funzionare in condizioni rigorose. I valori massimi assoluti definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente. I parametri chiave includono una dissipazione di potenza massima (P_O) di 2.1W e una corrente diretta continua massima (I_F) di 300mA. L'intervallo di temperatura operativa (T_opr) è specificato da -40°C a +80°C, indicando l'idoneità sia per ambienti industriali severi che per ambienti medicali controllati. L'intervallo di temperatura di stoccaggio (T_stg) si estende da -40°C a +100°C. Un parametro critico è la temperatura di giunzione massima (T_j) di 115°C. Superare questa temperatura accelererà il degrado e ridurrà significativamente la durata del dispositivo. La scheda tecnica avverte esplicitamente di non far funzionare il LED in condizioni di polarizzazione inversa per periodi prolungati, poiché ciò può portare a un guasto immediato.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Queste caratteristiche sono misurate in una condizione di test standard di 25°C di temperatura ambiente (T_a) e forniscono le prestazioni attese in condizioni operative normali.

• Tensione Diretta (V_F):Con una corrente di pilotaggio di 250mA, la tensione diretta tipica è di 6.2V, con un massimo di 7.0V e un minimo di 5.0V. La tolleranza di misura è di ±0.1V. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di pilotaggio del LED, poiché determina la tensione di alimentazione richiesta e la dissipazione di potenza.
• Flusso Radiante (Φ_e):Questa è la potenza ottica totale emessa nello spettro UVC. A 250mA, il flusso radiante tipico è di 37.0mW (min 29.0mW). Quando pilotato alla corrente massima nominale di 300mA, l'output tipico aumenta a 43.0mW. La tolleranza di misura è del ±10%. Il flusso radiante è la metrica chiave per determinare l'efficacia germicida del LED in una data applicazione.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):Il LED emette luce UVC con una lunghezza d'onda di picco compresa tra 270nm e 280nm, centrata intorno a 275nm. Questa lunghezza d'onda è all'interno dell'intervallo ottimale per l'efficacia germicida. La tolleranza di misura è di ±3nm.
• Resistenza Termica (R_{th j-s}):La resistenza termica tipica dalla giunzione del semiconduttore al punto di saldatura è di 12.3 K/W. Questo valore, misurato su uno specifico MCPCB in alluminio, è vitale per il progetto di gestione termica. Una resistenza termica inferiore consente al calore di essere condotto via dalla giunzione in modo più efficiente, aiutando a mantenere una T_j più bassa e garantendo l'affidabilità a lungo termine.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):L'angolo di visione tipico è di 120 gradi. Questo ampio pattern di emissione è vantaggioso per applicazioni che richiedono una copertura di area ampia, ma potrebbe richiedere riflettori o lenti per applicazioni focalizzate.
• Scarica Elettrostatica (ESD):Il dispositivo soddisfa una tensione di tenuta ESD minima di 2000V secondo lo standard JESD22-A114-B (Modello del Corpo Umano). Devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione ESD durante l'assemblaggio e l'installazione.

3. Spiegazione del Sistema di Codici Bin

Per garantire prestazioni consistenti, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave misurati durante la produzione. Il codice bin è marcato sulla confezione.

3.1 Suddivisione in Bin della Tensione Diretta (V_F)

I LED sono categorizzati in quattro bin di tensione (da V1 a V4) quando pilotati a 250mA:

• V1: 5.0V – 5.5V
• V2: 5.5V – 6.0V
• V3: 6.0V – 6.5V
• V4: 6.5V – 7.0V

La tolleranza all'interno di ogni bin è di ±0.1V. Questa suddivisione consente ai progettisti di selezionare LED con un abbinamento di tensione più stretto per applicazioni pilotate in serie, garantendo una distribuzione di corrente più uniforme.

3.2 Suddivisione in Bin del Flusso Radiante (Φ_e)

La potenza di uscita è suddivisa in quattro bin di flusso (da X1 a X4) a 250mA:

• X1: 29.0mW – 34.0mW
• X2: 34.0mW – 39.0mW
• X3: 39.0mW – 44.0mW
• X4: 44.0mW e superiore

La tolleranza è del ±10%. Selezionare un bin di flusso più alto fornisce una maggiore potenza ottica, che può tradursi in tempi di disinfezione più brevi o consentire l'uso di meno LED in un array.

3.3 Suddivisione in Bin della Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P)

Per questo prodotto, tutti i dispositivi rientrano in un unico bin di lunghezza d'onda, W1, che copre da 270nm a 280nm con una tolleranza di ±3nm. Ciò garantisce prestazioni germicide consistenti su tutte le unità, poiché i tassi di inattivazione microbica sono altamente dipendenti dalla lunghezza d'onda.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I grafici forniti offrono una visione del comportamento del LED in condizioni variabili.

4.1 Distribuzione Spettrale Relativa

Questa curva mostra l'intensità della luce emessa attraverso lo spettro ultravioletto. Conferma la stretta banda di emissione centrata a 275nm, ideale per massimizzare l'effetto germicida minimizzando l'emissione a lunghezze d'onda meno efficaci o potenzialmente dannose.

4.2 Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra la relazione sub-lineare tra corrente di pilotaggio e output ottico. Sebbene l'aumento della corrente incrementi l'output, l'efficienza (flusso radiante per unità di potenza elettrica) tipicamente diminuisce a correnti più elevate a causa dell'aumento degli effetti termici e del droop. Ciò evidenzia l'importanza di ottimizzare la corrente di pilotaggio per il desiderato equilibrio tra output, efficienza e durata.

4.3 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta & Temperatura di Giunzione

La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa caratteristica deve essere considerata nei progetti di pilotaggio a corrente costante, poiché una V_F più bassa ad alta temperatura potrebbe ridurre leggermente la dissipazione di potenza elettrica.

4.4 Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura di Giunzione

Questa è una delle curve più critiche. L'output del LED UVC è altamente sensibile alla temperatura di giunzione. Il grafico mostra una significativa diminuzione del flusso radiante all'aumentare di T_j. Una gestione termica efficace per mantenere la giunzione il più fredda possibile è fondamentale per mantenere un output elevato e raggiungere la durata nominale.

4.5 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questa curva definisce la corrente diretta massima consentita in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura ambiente, la corrente massima consentita deve essere ridotta per prevenire che la temperatura di giunzione superi il suo limite di 115°C. Questo grafico è essenziale per progettare sistemi che operino in modo affidabile nel loro intervallo di temperatura specificato.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni di Contorno

Il package del LED ha un ingombro compatto di circa 3.5mm x 3.5mm, con un'altezza di circa 1.2mm. Tutte le dimensioni hanno una tolleranza di ±0.2mm salvo diversa indicazione. Il disegno meccanico specifica l'esatta posizione del chip LED, dei pad di saldatura e di eventuali strutture di lenti ottiche.

5.2 Pad di Attacco PCB Raccomandato

Viene fornito un disegno dettagliato del land pattern per i pad a montaggio superficiale. Rispettare questa impronta raccomandata è fondamentale per ottenere giunzioni saldate affidabili, una corretta conduzione termica verso il PCB e un corretto allineamento. La tolleranza di specifica per le dimensioni del pad è di ±0.1mm. Il design include tipicamente via termici sotto il pad termico per trasferire il calore nel piano di massa del PCB o in uno strato dedicato di dissipatore.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione Senza Piombo

È specificato un profilo di rifusione senza piombo dettagliato per prevenire danni durante il processo di assemblaggio SMT (Surface Mount Technology). I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento: 150-200°C per 60-120 secondi.
• Tempo sopra il liquidus (217°C): 60-150 secondi.
• Temperatura di picco: Raccomandata 245°C, massima 260°C.
• Tempo entro 5°C dal picco: 10-30 secondi.
• Velocità di rampa in salita massima: 3°C/secondo.
• Velocità di rampa in discesa massima: 6°C/secondo.

Le temperature si riferiscono alla parte superiore del package. Non è raccomandato un processo di raffreddamento rapido. Il LED può resistere a un massimo di tre cicli di rifusione.

6.2 Saldatura Manuale e Pulizia

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato a un massimo di 2 secondi per pad, eseguito una sola volta. Per la pulizia, devono essere utilizzati solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico. Detergenti chimici non specificati potrebbero danneggiare la lente in silicone o il materiale del package.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portacomponenti goffrato e bobine per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Le dimensioni del nastro (dimensione tasca, passo) e della bobina (diametro mozzo, diametro flangia) sono conformi agli standard EIA-481-1-B. Una bobina da 7 pollici può contenere un massimo di 500 pezzi. Le quantità minime di imballaggio per lotti residui sono di 100 pezzi. Il nastro è sigillato con un nastro di copertura per proteggere i componenti.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

8.1 Gestione Termica

Questo è il singolo fattore di progetto più critico. L'alta sensibilità dell'output alla temperatura di giunzione richiede una strategia efficace di dissipazione del calore. Utilizzare un PCB a nucleo metallico (MCPCB) o un PCB FR4 standard con un'ampia zona di rame e via termici collegati a un dissipatore esterno. L'obiettivo è minimizzare la resistenza termica dalla giunzione del LED all'ambiente (R_{th j-a}). Fare sempre riferimento alla curva di derating della corrente diretta quando si progetta per alte temperature ambientali.

8.2 Pilotaggio Elettrico

Un driver a corrente costante è obbligatorio per un funzionamento stabile. Il driver deve essere selezionato per fornire la corrente desiderata (es. 250mA o 300mA) adattandosi all'intervallo di tensione diretta del bin selezionato. Considerare l'implementazione della modulazione a larghezza di impulso (PWM) per la regolazione dell'intensità o il funzionamento a ciclo di lavoro, che può aiutare a gestire il carico termico. Assicurarsi che il driver sia protetto contro la polarità inversa e i transitori di tensione.

8.3 Considerazioni Ottiche e sui Materiali

La radiazione UVC a 275nm è altamente energetica e può degradare molti materiali comuni, inclusi alcune plastiche, epossidici e adesivi. Assicurarsi che tutti i materiali nel percorso ottico e vicino al LED (lenti, riflettori, guarnizioni, isolamento dei cavi) siano classificati per l'esposizione prolungata ai raggi UVC. Il vetro di quarzo è tipicamente utilizzato per le finestre protettive. Evitare l'esposizione diretta della pelle e degli occhi all'output UVC.

9. Affidabilità e Durata

La scheda tecnica delinea un piano di test di affidabilità completo, inclusi Room Temperature Operating Life (RTOL), High/Low Temperature Storage Life (HTSL/LTSL), test di umidità-calore e shock termico. Questi test simulano anni di funzionamento in varie condizioni di stress. I criteri di guasto sono definiti come uno spostamento della tensione diretta superiore al 10% o un calo del flusso radiante inferiore al 50% del valore iniziale. Un corretto design termico e un funzionamento elettrico entro i limiti specificati sono essenziali per raggiungere la durata prevista sul campo.

10. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Rispetto alle tradizionali lampade a mercurio a bassa pressione (che emettono a 254nm), questo LED UVC offre diversi vantaggi: accensione/spegnimento istantaneo, dimensioni compatte, emissione direzionale, robustezza (nessun vetro fragile, nessun mercurio) e il potenziale per la sintonizzazione della lunghezza d'onda. Rispetto ad altri LED UVC, i fattori chiave di differenziazione di questa specifica parte sono la combinazione della lunghezza d'onda di 275nm, l'output tipico di 37mW a 250mA e il formato del package 3.5x3.5mm. L'ampio angolo di visione di 120 gradi può essere un vantaggio o uno svantaggio a seconda dei requisiti di design ottico dell'applicazione.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la differenza tra flusso radiante (mW) ed efficacia germicida?

R: Il flusso radiante è la potenza ottica UVC totale. L'efficacia germicida dipende da questa potenza, dallo spettro di emissione (lunghezza d'onda di picco), dalla distanza dal bersaglio, dal tempo di esposizione e dalla suscettibilità del microrganismo specifico. La lunghezza d'onda di 275nm è molto efficace contro un'ampia gamma di patogeni.

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 non regolerà la corrente, portando a fuga termica e guasto rapido. Utilizzare sempre un driver a corrente costante.

D: Come calcolo il dissipatore richiesto?

R: Devi determinare il percorso totale della resistenza termica. Inizia con la resistenza giunzione-saldatura (R_{th j-s}= 12.3 K/W). Aggiungi la resistenza termica del tuo materiale di interfaccia termica, del PCB e del dissipatore esterno. Utilizzando la formula T_j= T_a+ (P_diss* R_{th j-a}), assicurati che T_jrimanga al di sotto di 115°C alla tua massima temperatura ambiente e potenza di pilotaggio (P_diss≈ I_F* V_F).

D: Perché l'output è così sensibile alla temperatura?

R: Questa è una caratteristica fondamentale delle sorgenti luminose a semiconduttore, in particolare nell'intervallo ultravioletto. L'aumento della temperatura aumenta la ricombinazione non radiativa all'interno del materiale semiconduttore, riducendo l'efficienza quantistica interna e quindi l'output luminoso.

12. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettazione di una Bacchetta Sterilizzante Portatile per Superfici.

Un progettista vuole creare una bacchetta portatile per disinfettare superfici come piani di lavoro, tastiere e telefoni. Seleziona il LED LTPL-G35UV275PR per le sue dimensioni compatte e l'output a 275nm. Piana di utilizzare un array di 4 LED per aumentare l'area di copertura. Ogni LED sarà pilotato a 250mA (V_F tipica =6.2V, P_diss=1.55W). La potenza totale del sistema è di ~6.2W. Un dissipatore in alluminio leggero con alette è integrato nel corpo della bacchetta per dissipare i ~6W di calore. È progettato un driver a corrente costante alimentato da una batteria agli ioni di litio ricaricabile. Un interblocco di sicurezza garantisce che i LED si attivino solo quando la bacchetta è tenuta alla corretta distanza da una superficie. Il design ottico utilizza il fascio nativo di 120 gradi per creare un'ampia macchia di sterilizzazione. Il progettista seleziona LED dal bin di flusso X2 (34-39mW) per prestazioni consistenti e utilizza la PWM per controllare il tempo di esposizione (es. cicli di 10 secondi).

13. Introduzione al Principio

I LED UVC sono basati su materiali semiconduttori, tipicamente nitruro di gallio e alluminio (AlGaN). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda di questi fotoni è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Controllando attentamente il contenuto di alluminio negli strati di AlGaN, il bandgap può essere ingegnerizzato per emettere luce nell'intervallo UVC (200-280nm). L'emissione a 275nm è ottenuta attraverso precisi processi di crescita epitassiale. I fotoni UVC generati sono altamente energetici e possono rompere legami molecolari, in particolare nel DNA/RNA dei microrganismi, impedendo loro di replicarsi.

14. Tendenze di Sviluppo

Il campo dei LED UVC sta evolvendo rapidamente. Le tendenze chiave includono:

• Aumento dell'Efficienza Wall-Plug (WPE):La ricerca in corso mira a migliorare l'efficienza di conversione da potenza elettrica a ottica, che riduce direttamente la generazione di calore e i requisiti di potenza del sistema.
• Potenza di Uscita Più Elevata:Sviluppo di LED con flusso radiante più elevato da un singolo emettitore o package più piccolo, consentendo sistemi di disinfezione più compatti e potenti.
• Durata Più Lunga (L70/B50):Miglioramenti nei materiali, nel packaging e nella gestione termica stanno estendendo la durata operativa, rendendo i LED più competitivi con le lampade tradizionali per applicazioni ad alto ciclo di lavoro.
• Riduzione dei Costi:Con l'aumento dei volumi di produzione e la maturazione dei processi, il costo per milliwatt dell'output UVC sta diminuendo costantemente, ampliando la gamma di applicazioni fattibili.
• Ottimizzazione della Lunghezza d'Onda:La ricerca continua sulla lunghezza d'onda ottimale per patogeni e applicazioni specifiche, potenzialmente portando a LED personalizzati per il settore sanitario, la purificazione dell'acqua e dell'aria.

La transizione verso sorgenti UVC allo stato solido è una chiara tendenza a lungo termine guidata dai loro vantaggi intrinseci in termini di fattore di forma, sicurezza e controllabilità.