ELUA3535NU3 UVA LED 데이터시트 - 3.75x3.75x3.2mm - 3.6-4.8V - 4W 시리즈 - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

ELUA3535NU3 제품 시리즈는 자외선-A(UVA) 응용 분야를 위해 특별히 설계된 고신뢰성 세라믹 기반 LED 솔루션을 대표합니다. 이 4W 시리즈는 살균 또는 촉매 특성을 활용하는 UV 방사선이 사용되는 까다로운 환경에서 일관된 성능을 제공하도록 설계되었습니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

The primary advantages of this LED series stem from its robust construction and electrical design. The use of an Aluminum Nitride (AlN) ceramic substrate provides excellent thermal conductivity, which is critical for managing the heat generated by high-power operation and ensuring long-term reliability. The device incorporates built-in Electrostatic Discharge (ESD) protection rated up to 2KV (HBM), enhancing its durability during handling and assembly. Furthermore, the product is fully compliant with major environmental and safety regulations including RoHS, Pb-free, EU REACH, and halogen-free standards (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), making it suitable for global markets with strict compliance requirements.

목표 응용 분야는 주로 UVA 광을 활용하는 산업 및 상업 분야입니다. 주요 시장으로는 공기 및 수질 정화용 UV 살균 시스템, 휘발성 유기 화합물(VOCs) 분해용 UV 광촉매 시스템, 그리고 특수 UV 센서 조명이 포함됩니다. 제품의 신뢰성과 출력은 지속적인 UV 방출이 필요한 시스템에 적합한 구성 요소가 되게 합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 주요 기술 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공하며, 설계 엔지니어에게 이들의 중요성을 설명합니다.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Absolute Maximum Ratings는 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 385nm, 395nm 및 405nm 변형 제품의 경우, 최대 연속 순방향 전류(I_F)는 1250mA입니다. 365nm 변형의 최대 정격 전류가 700mA로 상당히 낮다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이러한 차이는 일반적으로 더 짧은 파장에 사용되는 서로 다른 반도체 재료와 에피택셜 구조 때문이며, 이는 더 낮은 전류 처리 능력이나 더 높은 열 감도를 가질 수 있습니다. 이러한 한계에서 지속적으로 또는 그 근처에서 작동하면 LED의 수명과 신뢰성이 극적으로 감소합니다. 최대 접합 온도(T_J)는 105°C로 정격되어 있습니다. 접합부에서 열 패드까지의 열저항(R_θth)은 4°C/W로 명시되어 있습니다. 이 매개변수는 열 관리 설계에 매우 중요합니다. 예를 들어, 정격 전류 전체에서 패드에서 접합부까지의 온도 상승을 계산할 수 있습니다. 접합 온도를 안전한 한도 내로 유지하려면 적절한 방열 설계가 필수적입니다.

2.2 광도 및 전기적 특성

제공된 주문 코드는 특정 성능 등급을 상세히 설명합니다. 복사 플럭스(Radiant flux)는 와트(또는 밀리와트) 단위의 총 광 출력을 측정한 것으로, 파장에 따라 다릅니다. 365nm LED(700mA 작동)의 경우 최소 복사 플럭스는 900mW, 전형적인 값은 1300mW, 최대값은 1600mW입니다. 385nm, 395nm 및 405nm LED(1000mA 작동)의 경우 최소값은 1350mW, 전형적인 값은 1475mW, 최대값은 1850mW입니다. 순방향 전압(V_F)은 시리즈 내 모든 모델에 대해 각각의 작동 전류에서 3.6V에서 4.8V 범위로 지정됩니다. 이 범위는 전력 소산을 관리하면서 충분한 전압을 공급할 수 있도록 구동 회로를 설계할 때 고려해야 합니다.

3. Binning System 설명

제품은 Radiant Flux, Peak Wavelength, Forward Voltage라는 세 가지 주요 파라미터를 기준으로 빈으로 분류됩니다. 이를 통해 고객은 특성이 밀집된 LED를 선택하여 일관된 시스템 성능을 확보할 수 있습니다.

3.1 Radiant Flux Binning

서로 다른 파장 그룹에 대해 두 개의 별도 빈닝 테이블이 사용됩니다. 365nm LED의 경우, 빈 코드 U1부터 U4까지는 900-1000mW에서 최대 1400-1600mW까지의 복사 플럭스를 분류합니다. 385nm부터 405nm LED의 경우, 빈 코드 U51 (1350-1600mW) 및 U52 (1600-1850mW)가 사용됩니다. 설계자는 선택한 빈의 최소값이 자신의 광학 시스템이 요구하는 최소 조도 요구사항을 충족시켜야 합니다.

3.2 피크 파장 빈닝

피크 파장은 10nm 범위로 빈닝됩니다: U36 (360-370nm), U38 (380-390nm), U39 (390-400nm), U40 (400-410nm). 선택은 응용 분야의 스펙트럼 감도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 광촉매 활성화는 종종 최적의 파장 범위를 가집니다.

3.3 순방향 전압 구분

순방향 전압은 세 그룹으로 구분됩니다: 3640 (3.6-4.0V), 4044 (4.0-4.4V), 4448 (4.4-4.8V). 이는 구동 회로 효율과 열 관리에 중요합니다. 더 낮은 전압 그룹의 LED는 열로 소산되는 전력이 더 적습니다 (P = V_F * I_F동일한 전류에서 더 단순하거나 작은 방열판을 사용할 수 있을 것으로 예상됩니다.

4. 성능 곡선 분석

일반적인 특성 곡선은 다양한 작동 조건에서 LED의 거동을 파악하는 데 도움을 주며, 이는 견고한 시스템 설계에 필수적입니다.

4.1 Spectrum and Relative Radiant Flux vs. Current

스펙트럼 그래프는 네 가지 주요 변종에 대한 파장별 정규화된 발광 강도를 보여줍니다. 각 변종은 UV LED의 전형적인 상대적으로 좁은 스펙트럼 대역폭과 함께 뚜렷한 피크를 가지고 있습니다. 상대 복사 플럭스 대 순방향 전류 곡선은 비선형 관계를 나타냅니다. 출력은 접합 온도 상승 및 기타 반도체 물리적 효과로 인한 효율 저하로 인해, 특히 높은 전류에서 전류에 비례하여 증가하지 않습니다. 이는 출력을 유지하기 위한 열 관리의 중요성을 강조합니다.

4.2 Thermal Characteristics

상대 복사 플럭스 대 주변 온도 및 피크 파장 대 주변 온도 곡선은 매우 중요합니다. 주변(또는 패드) 온도가 상승함에 따라 복사 플럭스는 현저히 감소하는데, 이는 LED의 일반적인 특성입니다. 예를 들어, 120°C에서의 상대 플럭스는 25°C에서의 값의 약 40-50%에 불과합니다. 동시에, 피크 파장은 온도 상승에 따라 더 긴 파장으로 이동(적색 편이)하며, 그 변화율은 그래프에서 확인할 수 있습니다. 이러한 열적 편이는 파장에 민감한 응용 분야에서 반드시 고려되어야 합니다. 순방향 전압 대 온도 곡선은 음의 온도 계수를 보여주며, 이는 온도 상승에 따라 V_F 가 감소함을 의미하며, 이는 정전류 구동기 동작에 영향을 미칠 수 있습니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 치수와 공차

이 LED는 3.75mm x 3.75mm의 컴팩트한 설치 면적과 3.2mm의 전체 높이를 특징으로 합니다. 치수 도면에는 열 패드와 애노드/캐소드 패드를 포함한 모든 핵심 길이가 명시되어 있습니다. 평면 치수의 일반 공차는 ±0.1mm이며, 두께 공차는 ±0.15mm입니다. 이러한 공차는 PCB 레이아웃, 솔더 페이스트 스텐실 설계 및 픽 앤 플레이스 장비에 의한 정확한 부착을 보장하는 데 중요합니다.

5.2 패드 구성과 극성

하단 뷰는 패드 레이아웃을 명확히 보여줍니다. 중앙의 큰 직사각형 패드는 열 패드(캐소드)로, PCB로의 열 전달에 필수적입니다. 두 개의 작은 전기 패드는 한쪽에 위치해 있습니다: 하나는 애노드용, 다른 하나는 캐소드용입니다. 극성은 다이어그램에 표시되어 있습니다. 캐소드는 일반적으로 열 패드와 작은 패드 중 하나에 연결됩니다. 장치 고장을 방지하기 위해 조립 시 올바른 극성 확인이 필수적입니다.

6. 솔더링 및 조립 가이드라인

6.1 리플로우 솔더링 공정

이 LED는 표준 Surface-Mount Technology (SMT) 공정에 적합합니다. 데이터시트는 예열 구역, 피크 온도까지의 급격한 온도 상승, 제어된 냉각 단계 등 핵심 파라미터가 포함된 리플로우 프로파일 그래프를 제공합니다. 권장 피크 온도는 최대 10초 동안 260°C (+0°C/-5°C)입니다. 패키지 및 내부 본딩에 과도한 열 응력을 피하기 위해 리플로우 솔더링은 두 번을 초과하여 수행해서는 안 된다고 명시되어 있습니다. 가열 중 LED 본체에 대한 기계적 응력(예: PCB 휨으로 인한)은 반드시 피해야 하며, 솔더링 후 PCB를 휘게 하는 것은 솔더 조인트나 세라믹 패키지 자체에 균열을 일으킬 수 있으므로 금지됩니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 모델 명명법 해독

전체 주문 코드(예: ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G)는 상세 설명자입니다:

• EL: 제조사 접두사.
• UA: UVA 제품 유형.
• 3535: 3.75mm x 3.75mm 패키지 크기.
• N: 패키지 재질은 질화알루미늄(AlN)입니다.
• U: 코팅은 금(Au)입니다.
• 3시야각은 30°입니다.
• PXXXX: 피크 파장 코드 (예: 360-370nm의 경우 6070).
• YY: 최소 복사 플럭스 코드.
• 3648 / 700 / 1K0: 순방향 전압 범위 (3.6-4.8V) 및 순방향 전류 (700mA 또는 1000mA).
• V41G: 칩 타입(Vertical), 사이즈(43mil), 수량(1), 공정(Quartz Glass).

8. Application Recommendations

8.1 대표적인 애플리케이션 시나리오

UV Sterilization Systems: 공기 또는 물의 살균을 위해서는 265-280nm 범위(UVC)가 DNA 손상에 가장 효과적입니다. 그러나 UVA LED(본 시리즈와 같은)는 일부 고급 산화 공정(AOP)이나 더 긴 파장의 자외선에 민감한 특정 병원체를 표적으로 하는 시스템, 또는 광촉매와의 결합 시스템에서 사용됩니다. 시스템 설계는 충분한 UV 조사량(강도 x 시간)을 보장해야 합니다.
UV 광촉매: 일반적으로 TiO₂를 사용하는 광촉매는 자외선에 의해 활성화됩니다. 385nm 또는 395nm 변종이 일반적으로 사용됩니다. 설계는 촉매 표면의 균일한 조명을 보장하고, 촉매 효율이 온도에 의존할 수 있으므로 열을 관리해야 합니다.
UV 센서 라이트: 형광을 여기시키거나 머신 비전 검사에 사용됩니다. 안정적인 출력과 특정 파장이 핵심입니다. 안정적인 광 출력을 유지하기 위해서는 정전류 드라이버가 필수적이며, LED 스펙트럼에서 원치 않는 가시광선을 차단하기 위해 광학 필터가 필요할 수 있습니다.

8.2 주요 설계 고려사항

열 관리: 성능과 수명에 있어 가장 중요한 단일 요소입니다. 열 패드 아래에 충분한 서멀 비아가 있고, 이가 대면적 구리 평면이나 외부 방열판에 연결된 PCB를 사용하십시오. 4°C/W의 열저항은 접합부에서 LED의 열 패드까지의 값이며, 시스템의 주변 환경까지의 열저항은 T_J 가 105°C를 훨씬 밑도도록 설계되어야 합니다.
전기 구동: 항상 정전압원이 아닌 정전류 드라이버를 사용하십시오. 드라이버는 필요한 전류(700mA 또는 1000mA)와 선택한 빈의 전체 V_F 범위를 커버할 수 있는 전압, 그리고 약간의 여유분을 공급할 수 있어야 합니다. 색상/파장 변이를 피하기 위해 아날로그 전류 감소보다는 필요 시 디밍을 위한 펄스 폭 변조(PWM) 구현을 고려하십시오.
Optical Design: 30° 시야각은 비교적 집중된 빔을 제공합니다. 대상 영역에 맞게 빛을 형성하기 위해 렌즈나 반사경을 사용할 수 있습니다. 일반 유리와 많은 플라스틱이 UVA 방사선을 흡수하므로, 모든 광학 재료(렌즈, 창)는 자외선 투과성(예: 석영, 특정 UV 등급 플라스틱)이어야 합니다.

9. 기술적 비교 및 차별화

데이터시트에 다른 브랜드와의 직접적인 병렬 비교는 제공되지 않지만, 이 시리즈의 주요 차별화 특징을 추론할 수 있습니다. 세라믹 AlN 패키지 사용은 저출력 LED에 일반적으로 사용되는 플라스틱 패키지에 비해 우수한 열 성능을 제공하여, 더 높은 구동 전류와 더 나은 신뢰성을 가능하게 합니다. 2KV ESD 보호 기능 포함은 경쟁 제품에 항상 존재하지 않는 중요한 견고성 특징입니다. 세 가지 매개변수(플럭스, 파장, 전압)에 대한 상세한 빈닝은 높은 정밀도의 시스템 설계와 대량 생산에서의 일관성을 허용하며, 이는 허용 오차가 넓거나 빈닝 옵션이 적은 제품에 비해 장점이 될 수 있습니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술적 매개변수 기준)

Q: 365nm LED의 최대 전류는 왜 700mA에 불과한 반면, 다른 제품은 1250mA입니까?
A: 이는 주로 더 짧은 365nm 파장을 구현하기 위해 사용되는 반도체 재료의 물성 차이 때문입니다. 해당 재료 시스템(예: AlGaN의 높은 알루미늄 함량)은 일반적으로 전기 전도도가 낮고 결함 밀도가 높아, 최대 전류 밀도가 감소하고 열저항이 높아집니다. 낮은 전류에서 동작하는 것은 신뢰성을 보장하고 가속화된 열화를 방지합니다.

Q: 이 LED를 3.3V 전원으로 구동할 수 있나요?
A: 아니요. 순방향 전압 범위는 3.6V에서 4.8V입니다. 3.3V 전원은 LED를 켜거나 의미 있는 광 출력을 얻기에 충분하지 않습니다. 최소 4.8V(드라이버 강하 전압 포함)를 제공할 수 있는 구동 회로가 필요합니다.

Q: "Typical Radiant Flux" 값을 어떻게 해석해야 하나요?
A: "Typical" 값은 생산 단위의 통계적 평균 또는 중앙값입니다. 설계에서 보장된 성능을 위해서는 반드시 빈닝 테이블의 "Minimum" 값을 사용해야 합니다. Typical 값으로 설계할 경우 시스템 내 일부 단위가 성능 미달을 보일 수 있습니다.

Q: 방열판이 정말 필수적인가요?
A> For any sustained operation at the rated current, yes. Even with the low 4°C/W thermal resistance, at 1000mA and a typical V_F 4.2V 조건에서 소비 전력은 4.2W입니다. 패드에서 접합부까지의 온도 상승은 대략 4.2W * 4°C/W = 16.8°C가 됩니다. PCB 패드 온도가 85°C에 도달하면 접합부 온도는 이미 약 102°C에 달해 최대 허용 온도 105°C에 매우 근접합니다. 안정적인 동작을 위해서는 효과적인 방열은 필수 조건입니다.

11. 실용적 설계 및 사용 사례

사례: 표면 경화용 다중 LED UV 어레이를 위한 PCB 설계.
한 엔지니어가 접착제용 저전력 UV 경화 장비를 위해 395nm LED 12개로 구성된 어레이를 설계 중입니다. 각 LED는 1000mA로 구동될 예정입니다. Step 1 - PCB 레이아웃: PCB는 2oz 구리로 설계되었습니다. LED 풋프린트에 맞춘 전용 써멀 릴리프 패드를 생성하고, 이 패드는 내부의 대형 접지면과 열 인터페이스 재료를 통해 알루미늄 방열판에 부착될 하단면 구리 푸어에 연결되는 그리드 형태의 써멀 비아(예: 직경 0.3mm, 피치 1mm)로 채워집니다. Step 2 - 전기 설계: 총 12A를 공급할 수 있는 정전류 LED 구동 IC(또는 여러 개의 소형 구동기)를 선택합니다. 구동기의 출력 전압 능력을 확인하여 LED당 최대 V_F 4.8V를 고려한 4직렬/3병렬 구성의 12개 LED를 처리할 수 있는지 확인합니다. Step 3 - Optical Integration: LED 어레이 위에 석영 유리 커버를 설치하여 LED를 보호합니다. 목표 경화 표면까지의 거리는 원하는 조사도를 기준으로 계산하며, 빈(Bin)의 최소 복사 플럭스 값(1350mW)과 30° 빔 각도를 사용하여 조명 스폿 크기와 강도를 추정합니다.

12. 원리 소개

UVA LED는 반도체 재료의 전계발광 원리로 동작합니다. LED 칩의 p-n 접합에 순방향 전압이 가해지면, 전자와 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 이들의 재결합은 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 방출되는 빛의 파장(색상)은 활성 영역에 사용된 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. UVA 방출(약 315-400nm)을 위해, 특정 조성을 가진 Indium Gallium Nitride (InGaN) 또는 Aluminum Gallium Nitride (AlGaN)와 같은 재료가 사용됩니다. 세라믹 패키지는 주로 기계적 지지대, 전기 절연체 역할을 하며, 가장 중요한 것은 반도체 접합부에서 열을 효율적으로 전도하여 배출하는 고효율 열 경로 역할을 합니다. 이는 성능과 수명 유지에 매우 중요합니다.

13. 발전 동향

UV LED, 특히 UVA 및 UVB 분야는 꾸준한 발전을 보이고 있습니다. 본 데이터시트와 같은 제품에서 관찰할 수 있는 주요 동향은 다음과 같습니다: 출력 및 효율 증가: 지속적인 소재 연구는 효율 저하를 줄이고 광 추출 효율을 개선하여 동일하거나 더 작은 패키지 크기에서 더 높은 방사 플럭스를 달성하는 것을 목표로 합니다. 향상된 열 관리: 여기서 볼 수 있는 AlN과 같은 고급 세라믹 기판의 사용은 증가하는 열 부하를 관리하기 위해 고출력 장치에 점점 더 표준화되고 있습니다. 표준화 및 빈닝: 시장이 성숙함에 따라, 더욱 세분화되고 표준화된 빈닝 코드(예시와 같이)는 LED를 예측 가능하고 재현 가능한 시스템으로 통합하는 데 도움이 됩니다. 파장 확장 및 제어: 연구는 더 짧고 효율적인 파장(UVB 및 UVC 영역으로 더 깊이)을 추구하고, 특수 응용 분야를 위한 피크 파장 및 스펙트럼 폭에 대한 더 엄격한 제어를 제공하기 위해 지속되고 있습니다. 시스템 통합: LED, 구동기, 광학 부품, 때로는 센서까지 포함하여 최종 사용자의 설계를 단순화하는 즉시 사용 가능한 모듈로의 트렌드가 있습니다.