Scheda Tecnica LED UVC LTPL-G35UVC275GC - 3.5x3.5mm - 5.7V Tip - 275nm - 19mW Tip - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie di prodotti LTPL-G35UVC rappresenta una sorgente luminosa allo stato solido avanzata ed efficiente dal punto di vista energetico, progettata per applicazioni di sterilizzazione e medicali. Questa tecnologia fonde la lunga durata operativa e l'elevata affidabilità intrinseche dei Diodi Emettitori di Luce (LED) con un'uscita germicida efficace, sfidando le sorgenti di luce ultravioletta convenzionali. Offre flessibilità di progettazione e abilita nuove possibilità per le soluzioni di disinfezione UVC.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo LED UVC è progettato per applicazioni che richiedono un'efficace inattivazione microbica. I suoi vantaggi principali includono costi operativi e di manutenzione significativamente inferiori rispetto alle tradizionali lampade a vapori di mercurio, grazie a una maggiore efficienza energetica e una vita utile più lunga. Il dispositivo è conforme alla direttiva RoHS e privo di piombo, in linea con le normative ambientali globali. È anche compatibile con circuiti integrati, facilitando l'integrazione nei moderni sistemi di controllo elettronico. I mercati di riferimento comprendono la sterilizzazione di dispositivi medici, sistemi di purificazione dell'acqua e dell'aria e apparecchiature per la disinfezione delle superfici.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

2.1 Valori Massimi Assoluti

L'utilizzo del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti. La dissipazione di potenza massima (Po) è di 1,1 W. La corrente diretta continua massima assoluta (IF) è di 150 mA. Il dispositivo può operare in un intervallo di temperatura ambiente (Topr) da -40°C a +80°C e essere immagazzinato (Tstg) da -40°C a +100°C. La temperatura di giunzione massima ammissibile (Tj) è di 105°C. Non è consigliato un funzionamento prolungato in condizioni di polarizzazione inversa in quanto potrebbe portare al guasto del componente.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche a Ta=25°C

I parametri di prestazione chiave sono misurati a una corrente di prova standard di 120mA. La tensione diretta (Vf) ha un valore tipico di 5,7V, con un minimo di 5,0V e un massimo di 7,5V. Il flusso radiante (Φe), che rappresenta la potenza ottica totale in uscita, è tipicamente di 19 mW, con un minimo di 14 mW. La lunghezza d'onda di picco (λp) è centrata nello spettro UVC, compresa tra 265 nm e 280 nm, mirando al picco di assorbimento del DNA/RNA per una disinfezione efficace. La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura (Rth j-s) è tipicamente di 24 K/W, indicando la necessità di una corretta gestione termica. L'angolo di visione (2θ1/2) è tipicamente di 120 gradi. Il dispositivo può resistere a scariche elettrostatiche (ESD) fino a 2000V (Modello Corpo Umano).

2.3 Caratteristiche Termiche

Un efficace dissipatore di calore è fondamentale per le prestazioni e la longevità. La resistenza termica specificata (Rth j-s) di 24 K/W è misurata utilizzando un circuito stampato su nucleo metallico in alluminio (MCPCB) di dimensioni 2.0 x 2.0 x 0.17 cm. Superare la temperatura di giunzione massima di 105°C accelererà il decadimento del flusso luminoso e può portare a un guasto catastrofico. I progettisti devono calcolare il necessario dissipatore di calore in base alla potenza applicata e alle condizioni ambientali per mantenere la giunzione entro limiti sicuri.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire coerenza nella progettazione dell'applicazione, i LED sono suddivisi in bin di prestazione.

3.1 Binning della Tensione Diretta (Vf)

I LED sono categorizzati in cinque bin di tensione (da V1 a V5) a 120mA, ciascuno con un intervallo di 0,5V da 5,0V a 7,5V. La tolleranza per ogni bin è di ±0,1V. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con cadute di tensione simili per un funzionamento stabile in configurazioni parallele o per prevedere con precisione i requisiti del driver.

3.2 Binning del Flusso Radiante (Φe)

L'uscita ottica è suddivisa in quattro bin di flusso (da X1 a X4) a 120mA. X1 copre 14-17 mW, X2 copre 17-20 mW, X3 copre 20-23 mW e X4 include dispositivi con 23 mW e oltre. La tolleranza è del ±7%. Questo binning è cruciale per applicazioni che richiedono un controllo preciso del dosaggio, poiché il flusso radiante influisce direttamente sull'efficacia della sterilizzazione.

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 265 nm a 280 nm, con una tolleranza di misura di ±3 nm. Il codice del bin è stampato sulla busta di imballaggio per la tracciabilità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Flusso Radiante Relativo vs. Corrente Diretta

L'uscita ottica aumenta in modo super-lineare con la corrente. Sebbene pilotare a correnti più elevate (fino al massimo assoluto di 150mA) produca una maggiore potenza in uscita, genera anche significativamente più calore, che deve essere gestito per evitare la fuga termica e un degrado accelerato.

4.2 Distribuzione Spettrale Relativa

La curva di emissione spettrale mostra una banda di emissione stretta centrata nell'intervallo UVC. L'esatta lunghezza d'onda di picco all'interno del bin 265-280 nm influisce sull'efficienza di inattivazione microbica, poiché diversi patogeni hanno spettri di assorbimento leggermente variabili.

4.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva dimostra la relazione esponenziale del diodo tra tensione e corrente. È essenziale per progettare driver a corrente costante, poiché una piccola variazione di tensione può causare una grande variazione di corrente, influenzando sia l'uscita luminosa che la temperatura del dispositivo.

4.4 Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura di Giunzione

L'efficienza dei LED UVC è altamente sensibile alla temperatura. Il flusso radiante diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo grafico quantifica la derating, sottolineando l'importanza critica di mantenere una bassa temperatura di giunzione per prestazioni ottiche consistenti durante la vita utile del dispositivo.

4.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare illustra il tipico angolo di visione di 120 gradi, mostrando la distribuzione spaziale della radiazione UVC emessa. Questo è importante per progettare ottiche o riflettori per dirigere efficacemente la luce germicida sulla superficie o nel volume target.

4.6 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questa curva definisce la corrente diretta massima ammissibile in funzione della temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura ambiente, la corrente operativa massima sicura deve essere ridotta per impedire che la temperatura di giunzione superi i 105°C.

4.7 Tensione Diretta vs. Temperatura di Giunzione

La tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo; diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa proprietà può talvolta essere utilizzata per il monitoraggio indiretto della temperatura nei sistemi di gestione termica a ciclo chiuso.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni di Contorno

Il package ha un'ingombro di circa 3,5mm x 3,5mm. Tutte le dimensioni hanno una tolleranza di ±0,2mm salvo diversa specificazione. Il disegno meccanico esatto dovrebbe essere consultato per la progettazione del land pattern del PCB.

5.2 Identificazione della Polarità e Progettazione dei Pad

Viene fornito il layout consigliato dei pad di attacco per il circuito stampato per garantire una saldatura e un collegamento termico affidabili. I pad dell'anodo e del catodo sono chiaramente designati. Il rispetto di questo land pattern è fondamentale per un corretto allineamento, connessione elettrica e trasferimento di calore dalla giunzione del LED al PCB.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Profilo di Rifusione

È raccomandato un profilo di rifusione senza piombo. I parametri chiave includono: una temperatura di picco (Tp) massima di 260°C (245°C consigliata), con un tempo sopra i 217°C (tL) compreso tra 60-150 secondi. La temperatura di preriscaldamento dovrebbe essere tra 150-200°C per 60-120 secondi. La velocità di riscaldamento non deve superare i 3°C/secondo e la velocità di raffreddamento non deve superare i 6°C/secondo. Il tempo totale da 25°C alla temperatura di picco dovrebbe essere inferiore a 8 minuti. Non è raccomandato un processo di raffreddamento rapido.

6.2 Saldatura Manuale e Note Generali

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 una sola operazione. La rifusione non dovrebbe essere eseguita più di tre volte. Tutti i riferimenti di temperatura sono per il lato superiore del corpo del package. L'uso della saldatura a immersione non è garantito. Il profilo di saldatura potrebbe richiedere adattamenti in base alla specifica pasta saldante utilizzata.

6.3 Pulizia

Se è richiesta la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico. Detergenti chimici non specificati potrebbero danneggiare il materiale del package del LED e le proprietà ottiche.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato sigillato con nastro di copertura, avvolti su bobine da 7 pollici. Una bobina standard contiene un massimo di 500 pezzi, con una quantità minima di imballaggio di 100 pezzi per i resti. L'imballaggio è conforme alle specifiche EIA-481-1-B. Sono consentiti al massimo due componenti mancanti consecutivi nel nastro.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED UVC è adatto per una varietà di applicazioni germicide, tra cui: disinfezione di superfici in apparecchiature mediche e di laboratorio, sterilizzazione di strumenti, sistemi di purificazione dell'acqua per applicazioni punto d'uso o su piccola scala e purificazione dell'aria in sistemi HVAC o dispositivi portatili. La sua natura allo stato solido lo rende ideale per progetti alimentati a batteria o compatti dove le lampade a mercurio sono impraticabili.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Metodo di Pilotaggio:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Un driver a corrente costante è obbligatorio per garantire un'uscita luminosa stabile e prevenire la fuga termica. Quando si collegano più LED, la connessione in serie è preferita per l'uniformità della corrente. Se la connessione in parallelo è inevitabile, si consiglia vivamente l'uso di resistori limitatori di corrente individuali o driver separati per ogni ramo per compensare le lievi variazioni di Vf tra i dispositivi.
Gestione Termica:Questo è il singolo fattore di progettazione più critico. Utilizzare un MCPCB appropriato o un altro metodo efficace di dissipazione del calore per mantenere la temperatura di giunzione il più bassa possibile, idealmente sotto gli 85°C per massimizzare la durata e la stabilità dell'uscita. Il percorso termico dal punto di saldatura all'ambiente deve essere progettato con cura.
Progettazione Ottica:Considerare l'angolo di visione di 120 gradi. Per applicazioni focalizzate, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti o riflettori) realizzate con materiali trasparenti agli UVC come il quarzo o plastiche specializzate. Assicurarsi che tutti i materiali nel percorso ottico siano resistenti al degrado da UVC.
Sicurezza:La radiazione UVC è dannosa per la pelle e gli occhi umani. Gli involucri devono impedire qualsiasi fuoriuscita di luce UVC durante il funzionamento. Incorporare interblocchi di sicurezza ed etichette di avvertimento secondo necessità.

9. Affidabilità e Durata

9.1 Piano di Test di Affidabilità

Il prodotto è sottoposto a un regime completo di test di affidabilità che include: Vita Operativa a Temperatura Ambiente (RTOL) a 120mA per 3000 ore e a 150mA per 1000 ore; Vita di Immagazzinamento ad Alta e Bassa Temperatura (HTSL/LTSL) a 100°C e -40°C per 1000 ore ciascuna; Immagazzinamento ad Alta Temperatura e Umidità (WHTSL) a 60°C/90% UR per 1000 ore; e Shock Termico in Non-Funzionamento (TS) da -30°C a 85°C per 100 cicli. I test di vita sono condotti con il LED montato su un dissipatore di calore metallico di 90x70x4mm.

9.2 Criteri di Fallimento

Un dispositivo è considerato guasto se, dopo il test, la tensione diretta (Vf) a 120mA cambia di oltre il ±10% rispetto al suo valore iniziale, o se il flusso radiante (Φe) a 120mA scende al di sotto del 50% del suo valore iniziale.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la potenza ottica tipica in uscita?
R: A una corrente di pilotaggio di 120mA e 25°C, il flusso radiante tipico è di 19 mW, con dispositivi suddivisi in bin da 14 mW (min) a 23 mW e oltre.

D: Come piloto questo LED?
R: È necessario utilizzare un driver a corrente costante. La corrente massima assoluta è di 150mA. Un punto operativo tipico è 120mA, che produce una tensione diretta tipica di 5,7V. Non collegarlo mai direttamente a una sorgente di tensione senza limitazione di corrente.

D: Perché la gestione termica è così importante?
R: L'efficienza dei LED UVC diminuisce significativamente con la temperatura (vedi curva Flusso Radiante Relativo vs. Temperatura di Giunzione). Alte temperature di giunzione riducono drasticamente anche la durata operativa del dispositivo. Un'adeguata dissipazione del calore è non negoziabile per prestazioni affidabili.

D: Posso usarlo per la sterilizzazione dell'acqua?
R: Sì, è adatto per la purificazione dell'acqua. La lunghezza d'onda di 265-280 nm è efficace contro batteri, virus e protozoi. La progettazione deve garantire che la luce UVC penetri efficacemente nell'acqua e che il package del LED sia adeguatamente sigillato dall'ambiente.

D: Quante volte posso rifondere questo componente?
R: Il massimo raccomandato è tre cicli di rifusione. La saldatura manuale dovrebbe essere eseguita una sola volta, con limiti rigorosi su tempo e temperatura.

11. Esempio di Progettazione e Caso d'Uso

Scenario: Progettazione di una bacchetta portatile per la disinfezione delle superfici.
1. Progettazione Elettrica:Utilizzare una batteria agli ioni di litio (3,7V nominali) con un circuito driver boost a corrente costante impostato a 120mA. Il driver deve convertire efficientemente la tensione della batteria nei ~5,7V richiesti dal LED. 2.Progettazione Termica:Montare il LED su un piccolo dissipatore di calore in alluminio alettato. La resistenza termica dell'intero percorso (giunzione-saldatura, saldatura-dissipatore, dissipatore-ambiente) deve essere calcolata per garantire che Tj rimanga al di sotto degli 85°C durante il tipico ciclo operativo di 30-60 secondi. Considerare il raffreddamento attivo (una piccola ventola) se la bacchetta è destinata a un uso prolungato. 3.Progettazione Meccanica/Ottica:Alloggiare il LED e il dissipatore in una testa della bacchetta. Utilizzare una lente in quarzo per focalizzare il fascio di 120 gradi su un punto più piccolo per una maggiore irradianza sulla superficie target. L'involucro deve bloccare completamente qualsiasi fuoriuscita di UVC verso l'utente. 4.Caratteristiche di Sicurezza:Incorporare un sensore di prossimità o un dispositivo di protezione fisico che deve essere a contatto con una superficie prima che il LED si accenda. Includere un timer per limitare la durata dell'esposizione per ogni attivazione.

12. Introduzione alla Tecnologia e Tendenze

12.1 Principio di Funzionamento

I LED UVC sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce nell'intervallo di 200-280 nanometri quando una corrente elettrica li attraversa. Questa emissione avviene quando gli elettroni si ricombinano con le lacune elettroniche all'interno della regione attiva del dispositivo, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda specifica è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati, tipicamente composti a base di nitruro di gallio e alluminio (AlGaN) per gli UVC. La radiazione UVC emessa inattiva i microrganismi danneggiando il loro DNA e RNA, impedendone la replicazione.

12.2 Tendenze di Sviluppo

Il mercato dei LED UVC è focalizzato sull'aumento dell'efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita per potenza elettrica in ingresso), storicamente inferiore rispetto ai LED visibili. Miglioramenti nella crescita epitassiale, nel design del chip e nell'efficienza di estrazione del package stanno guidando costantemente verso un'efficacia più elevata. Un'altra tendenza chiave è l'aumento della potenza in uscita per chip e per package, abilitando sistemi di disinfezione più compatti e potenti. La ricerca è anche in corso per migliorare la durata e l'affidabilità del dispositivo in condizioni operative ad alta corrente e alta temperatura. La riduzione dei costi attraverso la scala di produzione e il miglioramento della resa rimane un fattore critico per una più ampia adozione sul mercato rispetto alla tecnologia convenzionale delle lampade a mercurio.