Scheda Tecnica LED UVC LTPL-G35UVC275GS - 3.5x3.5mm - 5.0-7.0V - Lunghezza d'Onda di Picco 275nm - Potenza Massima 0.7W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTPL-G35UVC275GS è un diodo a emissione luminosa (LED) ultravioletto-C (UVC) ad alte prestazioni, progettato specificamente per applicazioni di sterilizzazione e medicali. Questo prodotto rappresenta un significativo progresso nella tecnologia dell'illuminazione a stato solido, offrendo un'alternativa affidabile ed energeticamente efficiente alle tradizionali sorgenti UV come le lampade a mercurio. Il dispositivo opera nell'intervallo di lunghezze d'onda germicide, tipicamente attorno ai 275 nanometri, altamente efficace per l'inattivazione di microrganismi inclusi batteri e virus.

Questa serie LED combina i vantaggi intrinseci della tecnologia LED—come la lunga durata operativa, la capacità di accensione/spegnimento istantaneo e il fattore di forma compatto—con l'output ottico specifico richiesto per una disinfezione efficace. Offre maggiore libertà di progettazione agli ingegneri che sviluppano apparecchiature per la sterilizzazione, purificatori d'aria, sistemi di trattamento dell'acqua e dispositivi medici. Sostituendo le vecchie tecnologie UV, contribuisce a sistemi con costi operativi inferiori, minori esigenze di manutenzione e un profilo ambientale migliorato grazie all'assenza di mercurio.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi primari di questo LED UVC includono la compatibilità con i sistemi di pilotaggio a circuito integrato (IC), la conformità alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose) e la costruzione senza piombo. Queste caratteristiche lo rendono adatto all'integrazione in prodotti elettronici moderni con stringenti requisiti normativi e ambientali. I mercati target sono principalmente i settori sanitario, degli elettrodomestici consumer e delle apparecchiature industriali, dove una disinfezione di superfici, aria o acqua efficace e affidabile è critica. Le applicazioni spaziano dagli sterilizzatori portatili e sistemi HVAC ai pulitori specializzati per strumenti medici.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le prestazioni del LTPL-G35UVC275GS sono definite da un set completo di parametri elettrici, ottici e termici misurati in condizioni standard (Ta=25°C). Comprendere questi parametri è cruciale per un corretto design del circuito e una gestione termica adeguata, al fine di garantire affidabilità e ottenere l'output radiante desiderato.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale. La massima dissipazione di potenza (Po) è di 0,7 Watt, ovvero la potenza elettrica totale che può essere convertita in calore e luce senza danneggiare il LED. La massima corrente diretta continua (IF) è di 100 milliampere (mA). Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa (Topr) da -40°C a +80°C e un intervallo di temperatura di stoccaggio (Tstg) da -40°C a +100°C. La massima temperatura di giunzione ammissibile (Tj) è di 90°C. Superare la temperatura di giunzione è una delle cause principali di guasto del LED e di accelerazione del decadimento del flusso luminoso.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di test specificate. La tensione diretta (VF) varia da un minimo di 5,0V a un massimo di 7,0V a una corrente di test di 60mA, con un valore tipico di 5,5V. Questa tensione relativamente alta è caratteristica dei LED UVC a causa del loro materiale semiconduttore a ampio bandgap. Il flusso radiante (Φe), ovvero la potenza ottica totale emessa nello spettro UVC, è tipicamente di 10,0 milliwatt (mW) a 60mA. A una corrente inferiore di 20mA, scende a 3,5 mW, mentre alla corrente massima di 100mA, raggiunge 14,0 mW. La lunghezza d'onda di picco (Wp) è centrata a 275nm con un intervallo da 265nm a 280nm, collocandosi saldamente nell'intervallo germicida più efficace (circa 260nm-280nm). L'angolo di visione (2θ1/2) è ampio 120 gradi, fornendo un'irradiazione estesa. La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (Rth j-s) è tipicamente di 38 K/W, indicando quanto efficacemente il calore viene trasferito dal chip semiconduttore al circuito stampato. Un valore più basso è migliore per la gestione termica.

3. Spiegazione del Sistema di Codici Bin

Per tenere conto delle variazioni di produzione, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti che soddisfino le esigenze specifiche della loro applicazione. Il LTPL-G35UVC275GS utilizza un sistema di binning tridimensionale.

3.1 Binning della Tensione Diretta (VF)

I LED sono categorizzati in quattro bin di tensione: V1 (5,0V - 5,5V), V2 (5,5V - 6,0V), V3 (6,0V - 6,5V) e V4 (6,5V - 7,0V), tutti misurati a IF=60mA. Selezionare LED dallo stesso bin di tensione garantisce una distribuzione di corrente uniforme quando più dispositivi sono pilotati in parallelo.

3.2 Binning del Flusso Radiante (Φe)

L'output ottico è suddiviso in quattro categorie: X1 (7,0 - 8,0 mW), X2 (8,0 - 9,0 mW), X3 (9,0 - 10,0 mW) e X4 (10,0 mW e oltre), misurati a IF=60mA. Ciò consente prestazioni di disinfezione prevedibili e il calcolo della dose.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda di Picco (Wp)

Tutti i dispositivi rientrano in un unico bin di lunghezza d'onda, W1, che va da 265nm a 280nm. Il controllo stretto attorno ai 275nm garantisce un'efficacia germicida ottimale, poiché l'efficacia della luce UV nel danneggiare il DNA/RNA raggiunge il picco in questa regione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste curve sono essenziali per la modellazione dinamica e per comprendere i compromessi prestazionali.

4.1 Distribuzione Spettrale Relativa

Questa curva mostra l'intensità della luce emessa attraverso lo spettro ultravioletto. Conferma la banda di emissione stretta centrata sulla lunghezza d'onda di picco, con emissione minima al di fuori dell'intervallo UVC, aspetto importante per sicurezza ed efficacia.

4.2 Diagramma di Radiazione

Il grafico delle caratteristiche di radiazione (spesso un diagramma polare) visualizza l'angolo di visione di 120 gradi, mostrando come l'intensità ottica diminuisce dal centro (0 gradi) verso i bordi (±60 gradi). Ciò informa il design ottico per ottenere un'irradiazione uniforme.

4.3 Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra che l'output radiante aumenta con la corrente di pilotaggio ma non in modo lineare. Tende a saturarsi a correnti più elevate a causa dell'aumento del calore e del calo di efficienza. Ciò evidenzia l'importanza di pilotare il LED a una corrente ottimale per il miglior equilibrio tra output e longevità.

4.4 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

La curva IV mostra la relazione esponenziale tra tensione e corrente, tipica di un diodo. Viene utilizzata per determinare il punto di funzionamento durante la progettazione del circuito limitatore di corrente.

4.5 Curve di Dipendenza dalla Temperatura

I grafici che mostrano il flusso radiante relativo e la tensione diretta in funzione della temperatura di giunzione sono critici. L'output dei LED UVC tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura. La tensione diretta diminuisce con l'aumento della temperatura. Queste relazioni devono essere considerate per progetti che operano in condizioni non ambientali o con dissipazione termica inadeguata.

4.6 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è uno dei grafici più importanti per l'affidabilità. Mostra la massima corrente diretta ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente massima sicura diminuisce per prevenire che la temperatura di giunzione superi il suo limite di 90°C. Questa curva è obbligatoria per determinare i requisiti del dissipatore termico.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED è fornito in un package per montaggio superficiale (SMD) con dimensioni di circa 3,5mm x 3,5mm. Il disegno di contorno fornisce misure precise per il design dell'impronta. Il package include marcature di polarità chiare (tipicamente un indicatore del catodo) per prevenire un posizionamento errato durante l'assemblaggio. Viene fornito il layout consigliato dei pad di attacco sul circuito stampato (PCB) per garantire una saldatura e una connessione termica corretta. Il design del pad è cruciale per trasferire il calore dal pad termico del LED (punto di saldatura) agli strati di rame del PCB, che fungono da principale diffusore di calore.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione e una saldatura corrette sono vitali per mantenere le prestazioni e l'affidabilità del LED.

6.1 Profilo di Rifusione

È raccomandato un profilo di rifusione senza piombo. I parametri chiave includono una fase di preriscaldamento (150-200°C per 60-120s), un tempo sopra il liquidus (217°C) di 60-150 secondi e una temperatura di picco di 260°C (con 245°C raccomandata) mantenuta per 10-30 secondi. Le velocità di riscaldamento e raffreddamento dovrebbero essere controllate a un massimo di 3°C/s e 6°C/s rispettivamente, per minimizzare lo shock termico. Non è consigliato un processo di raffreddamento rapido.

6.2 Pulizia e 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 possono danneggiare la lente in silicone o il materiale del package. I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD), con una tensione di tenuta massima di 2000V (Modello Corpo Umano). Dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD durante la manipolazione.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

I LED sono forniti su nastro e bobina per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Le dimensioni del nastro e le specifiche della bobina (bobina da 7 pollici contenente fino a 500 pezzi) sono conformi allo standard EIA-481-1-B. Il codice di classificazione del bin è stampato su ogni busta di imballaggio, consentendo la tracciabilità delle caratteristiche elettriche e ottiche del lotto.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

L'applicazione principale è nei dispositivi germicidi: disinfettanti di superficie per telefoni o piccoli oggetti, unità di sterilizzazione dell'acqua per sistemi point-of-use, moduli di purificazione dell'aria in sistemi HVAC o purificatori d'aria portatili, e camere di sterilizzazione per strumenti medici o odontoiatrici. Le sue piccole dimensioni ne consentono l'integrazione in prodotti compatti e portatili.

8.2 Considerazioni di Progettazione Critiche

Circuito di Pilotaggio:Un driver a corrente costante è essenziale, non una sorgente a tensione costante, per garantire un output ottico stabile e prevenire la fuga termica. Il driver deve essere in grado di fornire la tensione richiesta (≥ VF max) alla corrente impostata.

Gestione Termica:Questo è l'aspetto più critico del design di un sistema LED UVC. L'alta resistenza termica (38 K/W) significa che il calore si accumula rapidamente alla giunzione. Un PCB a nucleo metallico (MCPCB) o un'altra soluzione efficace di gestione termica è obbligatoria per mantenere la temperatura di giunzione sotto i 90°C, specialmente quando si opera alla corrente massima o vicino ad essa. La curva di derating deve essere seguita.

Design Ottico:Il fascio ampio di 120 gradi potrebbe richiedere riflettori o lenti per dirigere la luce UVC sulla superficie target per una disinfezione efficiente. I materiali devono essere stabili ai raggi UVC (es. alcune qualità di alluminio, PTFE, quarzo) poiché molte plastiche si degradano sotto l'esposizione UVC.

Sicurezza:Le radiazioni UVC sono dannose per la pelle e gli occhi umani. I prodotti devono incorporare interblocchi di sicurezza, timer e schermature per prevenire l'esposizione dell'utente. È richiesta un'etichettatura appropriata.

9. Affidabilità e Durata

La scheda tecnica include un piano di test di affidabilità completo. Test come la Vita Operativa a Temperatura Ambiente (RTOL), la Vita Operativa ad Alta/Bassa Temperatura (HTOL/LTOL) e il ciclaggio termico vengono eseguiti per un massimo di 3000 ore. I criteri di guasto sono definiti come uno spostamento della tensione diretta superiore al 10%, un calo del flusso radiante inferiore al 50% del valore iniziale o uno spostamento della lunghezza d'onda di picco oltre ±2nm. Questi test convalidano la robustezza del prodotto sotto vari stress ambientali, supportando le affermazioni di lunga vita operativa quando utilizzato entro le specifiche.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto alle tradizionali lampade UVC a base di mercurio, questo LED offre vantaggi significativi: avvio istantaneo (nessun tempo di riscaldamento), nessun contenuto pericoloso di mercurio, durata più lunga, dimensioni compatte e dimmerabilità digitale. Rispetto ad altri LED UVC, la sua specifica combinazione di potenza ottica (10mW tip @60mA), lunghezza d'onda (275nm) e dimensioni del package (3.5x3.5mm) lo posiziona per applicazioni che richiedono un equilibrio tra output e fattore di forma. Il dettagliato sistema di binning fornisce prevedibilità per la produzione di grandi volumi.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Di quale tensione del driver ho bisogno?

R: La tensione di uscita del tuo driver a corrente costante deve essere superiore alla massima tensione diretta (VF max) del bin del LED che stai utilizzando, tipicamente 7,0V, più un certo margine per le perdite nelle tracce e nelle connessioni.

D: Come calcolo la dose di disinfezione?

R: La dose (in Joule per centimetro quadrato, J/cm²) è il prodotto dell'irradianza (potenza ottica per unità di area, W/cm²) e del tempo di esposizione (secondi). Devi misurare o calcolare l'irradianza sulla superficie target in base al flusso radiante del LED, all'angolo del fascio, alla distanza e all'ottica. Confrontala con la dose richiesta per inattivare il patogeno target.

D: Posso pilotarlo a 100mA in modo continuo?

R: Puoi pilotarlo a 100mA solo se puoi garantire che la temperatura di giunzione rimanga sotto i 90°C, il che richiede una gestione termica eccezionale. Fai riferimento alla curva di derating della corrente; a temperature ambiente elevate, la corrente massima ammissibile è significativamente inferiore.

D: Perché la tensione diretta è così alta?

R: I LED UVC sono basati su semiconduttori di nitruro di gallio e alluminio (AlGaN) con un bandgap molto ampio, che richiede intrinsecamente una tensione più alta per eccitare gli elettroni attraverso il gap e produrre fotoni a lunghezza d'onda corta.

12. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettare una Bottiglia Sterilizzatrice d'Acqua Portatile.Un progettista mira a creare una bottiglia che possa sterilizzare 500ml di acqua in 60 secondi. Utilizzando il LTPL-G35UVC275GS (bin X3, 9-10mW), pianifica di utilizzare 4 LED. Il flusso radiante totale è di ~36-40mW. L'acqua viene fatta circolare davanti ai LED in una camera sottile. Assumendo un'efficienza di accoppiamento ottico del 50% e una dose UV richiesta per batteri comuni di 40 mJ/cm², calcolano la superficie della camera e la portata richieste. Viene selezionato un driver a corrente costante impostato a 60mA per LED con una capacità di uscita di 9V. Un piccolo dissipatore di calore in alluminio è integrato con l'MCPCB del LED per gestire il calore durante il ciclo di un minuto, mantenendo la temperatura di giunzione ben entro i limiti. Le caratteristiche di sicurezza includono un interruttore a interblocco del coperchio e un guscio esterno opaco.

13. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED UVC è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni vengono iniettati attraverso la giunzione e si ricombinano con le lacune nella regione attiva. In un LED UVC, il bandgap energetico del materiale semiconduttore (AlGaN) è molto ampio (~4,5 elettronvolt). Quando avviene la ricombinazione, questa energia viene rilasciata sotto forma di un fotone (particella di luce). La lunghezza d'onda di questo fotone è inversamente proporzionale all'energia del bandgap (λ = hc/Eg). Un bandgap di ~4,5 eV corrisponde a una lunghezza d'onda del fotone di circa 275 nanometri, che è nell'intervallo UVC. Questa luce ad alta energia viene assorbita dal DNA e RNA dei microrganismi, causando dimeri di timina che impediscono la replicazione, inattivando così il patogeno.

14. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

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

Aumento dell'Efficienza Wall-Plug (WPE):La ricerca si concentra sul miglioramento dell'efficienza quantica interna (quanti elettroni producono fotoni) e dell'efficienza di estrazione della luce (far uscire i fotoni dal chip), il che aumenta direttamente il flusso radiante per un dato input elettrico, riducendo la potenza del sistema e il carico termico.

Lunghezze d'Onda più Lunghe >280nm:Sebbene ~275nm sia ottimale per l'azione germicida, i LED che emettono a lunghezze d'onda leggermente più lunghe (es. 280-285nm) possono offrire una potenza di uscita e un'efficienza maggiori mantenendo comunque una significativa capacità di disinfezione, creando opzioni di compromesso per i progettisti.

Miglioramento della Durata e dell'Affidabilità:I progressi nel design del chip, nei materiali del package (specialmente gli incapsulanti stabili ai raggi UVC) e nella gestione termica stanno aumentando costantemente la durata operativa (L70, tempo per raggiungere il 70% dell'output iniziale) dei LED UVC, rendendoli più adatti per applicazioni a funzionamento continuo.

Riduzione dei Costi:Con l'aumento dei volumi di produzione e il miglioramento delle rese, il costo per milliwatt di potenza ottica UVC sta diminuendo, accelerando l'adozione della tecnologia LED in più segmenti di mercato, dai prodotti professionali a quelli consumer.