ELUC3535NUB UVC LED 데이터시트 - 3.5x3.5x1.3mm - 5.0-7.5V - 0.13W - 270-285nm - English Technical Documentation

1. 제품 개요

ELUC3535NUB 시리즈는 자외선 C(UVC) 응용 분야를 위해 특별히 설계된 고신뢰성 세라믹 기반 LED 솔루션을 대표합니다. 이 제품은 살균 효능이 가장 중요한 까다로운 환경에서도 일관된 성능을 제공하도록 설계되었습니다. 그 핵심 구조는 세라믹 기판을 활용하여 기존 플라스틱 패키지 대비 우수한 열 관리를 제공하며, 이는 UVC 응용에서 LED 수명과 출력 안정성을 유지하는 데 있어 중요한 요소입니다.

이 부품의 주요 타겟 시장은 소독 및 멸균 부문입니다. 여기에는 정수 시스템, 공기 살균 장치, 표면 소독 장비, 의료 기기 멸균과 같은 응용 분야가 포함됩니다. 제품 설계는 이러한 용도에 필수적인 요소들, 즉 살균 범위의 광 출력, 장수명을 위한 견고한 구조, 표준 표면 실장 기술(SMT) 조립 공정과의 호환성을 우선시합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 소자는 최대 DC 순방향 전류(I_F)가 100 mA로 정격되어 있습니다. 그러나 주문 정보에 명시된 일반적인 동작 조건은 20 mA입니다. 이 디레이팅은 장기적인 신뢰성을 보장하고 반도체 접합의 가속화된 열화를 방지하는 데 중요합니다. 최대 접합 온도(T_J)는 100°C이며, 접합부에서 주변 환경까지의 열저항(R_th)은 65 °C/W입니다. 이 열저항 값은 방열판 설계의 핵심 매개변수입니다. 접합부 온도를 초과하면 치명적인 고장이 발생하거나 방사 플럭스 출력이 현저히 감소할 수 있습니다.

이 장치는 최대 2 kV(Human Body Model)의 ESD 보호 기능을 제공하며, 대부분의 제조 환경에서 핸들링하기 위한 표준 수준의 보호 기능입니다. 동작 온도 범위는 -30°C에서 +85°C이며, 저장 온도 범위는 -40°C에서 +100°C로, 다양한 전 세계 기후 및 저장 조건에 적합함을 보장합니다.

2.2 광도 및 전기적 특성

주요 광도 출력은 가시광선이 아닌 자외선(UV) 방출기이므로 광속(lm)이 아닌 복사 플럭스(mW)로 측정됩니다. 정격 20mA 구동 전류에서의 일반적인 복사 플럭스는 2mW이며, 명시된 주문 코드에 대해 최소 보장값은 1mW, 최대값은 2.5mW입니다. 피크 파장은 270nm에서 285nm 범위 내에 있으며, 이는 미생물의 DNA/RNA를 손상시키는 살균 작용에 가장 효과적인 대역에 속합니다.

전기적으로, 순방향 전압(V_F)은 20 mA에서 5.0 V에서 7.5 V 범위를 가집니다. 이 상대적으로 높은 순방향 전압은 심자외선 LED의 특징입니다. 일반적인 시야각은 120°이며, 이는 광도가 최대값의 절반이 되는 각도(2θ_1/2)로 정의됩니다.

3. Binning System 설명

제품은 특정 응용 분야에 맞는 일관성을 보장하기 위해 상세한 빈닝 시스템에 따라 분류됩니다. 이 시스템은 Radiant Flux, Peak Wavelength, Forward Voltage라는 세 가지 핵심 파라미터를 다룹니다.

3.1 Radiant Flux Bins

Radiant flux는 세 가지 범주로 구분됩니다: Q0A (1.0-1.5 mW), Q0B (1.5-2.0 mW), Q0C (2.0-2.5 mW). 이를 통해 설계자는 시스템에 필요한 광 출력에 따라 LED를 선택할 수 있으며, 전체 최소/최대 사양보다 더 엄격한 공차를 적용할 수 있습니다.

3.2 Peak Wavelength Bins

피크 파장은 UVC 효능에 매우 중요합니다. 구간은 U27A(270-275 nm), U27B(275-280 nm), U28(280-285 nm)입니다. 다양한 병원체는 UVC 스펙트럼 내에서 감도 피크가 다르므로, 이 구간화를 통해 시스템 설계를 최적화할 수 있습니다.

3.3 순방향 전압 구간

순방향 전압은 5.0V에서 7.5V까지 0.5V 단위로 구간화됩니다(예: 5.0-5.5V는 5055, 5.5-6.0V는 5560 등). 일관된 V_F 어레이 내부에 배치된 저항은 드라이버 설계를 간소화하며, 여러 LED가 병렬로 연결될 때 균일한 전류 분배를 보장합니다.

4. 성능 곡선 분석

4.1 Spectrum

스펙트럼 분포 곡선은 지정된 파장(예: ~275nm)을 중심으로 좁은 방출 피크를 보이며, UVC 대역 외부에서는 최소한의 방출만을 나타냅니다. 이러한 스펙트럼 순도는 에너지가 살균 범위에 집중되도록 보장하므로 유리합니다.

4.2 상대 복사 플럭스 대 순방향 전류

곡선은 비선형 관계를 보여줍니다. 출력은 전류가 증가함에 따라 증가하지만, 접합 온도 상승 및 기타 비이상적 효과로 인해 고전류에서 효율(mW/mA)이 감소합니다. 이는 열 관리와 권장 조건 내에서 운전하는 것의 중요성을 강조합니다.

4.3 순방향 전류 대 순방향 전압

I-V 곡선은 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 20mA에서의 지정된 V 범위가 명확하게 표시되어 있습니다._F 이 곡선은 정전류 드라이버 설계에 필수적입니다. 전압의 작은 변화가 전류의 큰 변화를 초래할 수 있기 때문입니다.

4.4 상대 복사 플럭스 대 주변 온도

이 곡선은 LED 출력의 음의 온도 계수를 보여줍니다. 주변 온도(그에 따라 접합 온도)가 상승함에 따라 복사 플럭스는 감소합니다. 시스템 설계 시 이 열적 저하를 고려하여 전체 작동 온도 범위에서 일관된 살균 성능을 보장해야 합니다.

4.5 디레이팅 곡선

Derating Curve는 신뢰성 있는 동작을 위해 가장 중요한 그래프입니다. 이는 주변 온도의 함수로서 최대 허용 순방향 전류를 정의합니다. 최대 접합 온도를 초과하지 않도록 하기 위해, 주변 온도가 상승함에 따라 구동 전류를 감소시켜야 합니다. 예를 들어, 주변 온도 85°C에서는 최대 허용 전류가 절대 최대 정격 100mA보다 현저히 낮습니다.

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 기계적 치수

본 패키지는 3.5 mm x 3.5 mm의 컴팩트한 설치 면적과 1.3 mm의 높이를 가집니다. 치수 도면에는 애노드(pad 2), 캐소드(pad 1) 및 중앙 열 패드(pad 3)의 위치가 명시되어 있습니다. 열 패드는 효과적인 방열에 필수적이며, PCB 상의 열전도 패드에 적절히 솔더링되어야 합니다. 이 열전도 패드는 내부 접지면 또는 외부 방열판에 연결되어야 합니다.

5.2 Emitter Tape and Reel Packaging

LED는 엠보싱 처리된 캐리어 테이프에 공급되며, 1000개가 들어 있는 릴에 감겨 있습니다. 테이프 치수와 릴 사양(예: 릴 직경 180mm)은 자동 픽 앤 플레이스 장비와의 호환성을 보장하기 위해 제공됩니다. 부품은 추가로 습기 방지 알루미늄 백에 포장되어 있으며, 내부에는 건조제가 포함되어 저장 중 습기 흡수를 방지합니다. 이는 세라믹 패키지가 리플로우 솔더링 중 "팝콘 현상"을 피하는 데 매우 중요합니다.

6. Soldering and Assembly Guidelines

ELUC3535NUB은 표준 SMT 리플로우 솔더링 공정에 적합합니다. 주요 권장사항은 다음과 같습니다: 부품의 내열 한계와 호환되는 무연 리플로우 프로파일 사용, 가열 및 냉각 중 LED에 기계적 스트레스 가하지 않기, 리플로우 사이클 수를 최대 2회로 제한하기. 솔더링 후에는 PCB를 휘지 않아야 하며, 이는 솔더 조인트와 세라믹 본체에 기계적 스트레스를 유발하여 균열이나 고장을 초래할 수 있습니다.

7. 응용 제안 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 정적 공기 소독: HVAC 시스템이나 공기 청정기에 사용되며, UVC 광선이 공기가 통과하는 챔버를 조사하는 방식입니다.
• 표면 소독: 휴대폰, 도구 또는 카운터탑 살균을 위한 장치에 통합됨.
• 물 살균: 사용 지점 정수기에서 사용되며, 물이 UVC 투과 석영 슬리브가 포함된 LED를 지나 흐릅니다.

7.2 핵심 설계 고려사항

• 열 관리: 이것이 가장 중요한 단일 요소입니다. 열 패드 아래에 대면적 동박 또는 외부 방열판에 연결된 서멀 비아가 있는 PCB를 사용하십시오. 접합부 온도를 모니터링하세요.
• 구동 전류: 장기적인 수명을 위해 권장 20mA 이하에서 동작하십시오. 정전압원이 아닌 정전류 구동기를 사용하십시오.
• 광학 재료: 출력창은 석영 유리입니다. 모든 보조 광학 장치나 보호 커버는 UVC 투과성 재료(예: 용융 실리카, 특수 플라스틱)로 제작되어야 합니다. 일반 유리와 대부분의 플라스틱은 UVC 방사선을 흡수합니다.
• 안전: UVC 방사선은 눈과 피부에 유해합니다. 외장은 작동 중에 자외선이 누출되지 않도록 설계되어야 합니다. 사용 중 외장을 열 수 있는 경우 인터록 스위치를 포함해야 합니다.

8. Technical Comparison and Differentiation

ELUC3535NUB의 주요 차별점은 세라믹 패키지(AIN - 질화알루미늄)와 석영 유리 렌즈입니다. 세라믹 패키지는 플라스틱(예: PPA, PCT)보다 훨씬 우수한 열전도율을 제공하여 동일 구동 전류에서 더 낮은 작동 접합 온도를 유도하며, 이는 직접적으로 더 긴 수명과 더 안정적인 출력으로 이어집니다. 석영 유리 렌즈는 실리콘이나 에폭시 렌즈에 비해 우수한 UV 투과율과 변색(솔라리제이션) 저항성을 제공하며, 이러한 렌즈들은 장기간 UVC 노출 하에서 성능이 저하될 수 있습니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술적 매개변수 기준)

Q: 이 LED를 100mA로 구동하여 출력을 높일 수 있나요?
A: 아니요. 100mA 정격은 절대 최대 정격(Absolute Maximum Rating)이며, 동작 조건이 아닙니다. 일반적인 20mA 구동 전류를 초과하면 접합 온도가 급격히 상승하여, 출력이 빠르게 저하되고 소자 손상 가능성이 있습니다. 항상 디레이팅 곡선(derating curve)을 따르십시오.

Q: 순방향 전압이 왜 그렇게 높고 가변적(5.0-7.5V)인가요?
A> The high bandgap energy required to emit UVC photons results in a higher forward voltage. The variation is inherent to semiconductor manufacturing processes, which is why the binning system is provided. Design your driver circuit to accommodate the full voltage range of your selected bin.

Q: 1mW의 "최소 복사 플럭스(Minimum Radiant Flux)"를 어떻게 해석해야 하나요?
A> This is the guaranteed lower limit for the specific order code. The typical value is 2mW, and most devices will perform near this. The binning system (Q0A/B/C) allows you to purchase parts with a tighter, guaranteed minimum within that overall range.

10. Practical Design Case Study

시나리오: 소형 USB 전원으로 구동되는 표면 살균기 완드 디자인.
디자인 단계:
1. 전력 예산: USB 포트는 5V, 최대 ~500mA를 제공합니다. LED V_F (5-7.5V)는 소스보다 높습니다. 부스트 컨버터 정전류 구동기가 필요합니다.
2. Thermal Design: 완드 하우징이 작습니다. 고열전도성 금속 코어 PCB(MCPCB)를 선택하십시오. LED의 열 패드를 MCPCB에 직접 납땜합니다. MCPCB의 금속 베이스는 주요 방열판이자 완드 본체의 일부 역할을 합니다.
3. 광학 설계: 얕은 반사판을 사용하여 120° 빔을 목표 표면으로 향하게 합니다. 반사판 재료는 UVC에 안정적인지 확인하십시오 (예: 보호 코팅이 된 알루미늄).
4. 안전: UVC 누출을 차단하기 위해, 완드가 표면에 눌렸을 때만 열리는 셔터를 설계하십시오. 작동 당 노출 시간을 제한하기 위한 타이머 회로를 포함하십시오.
5. 부품 선정: 다수의 LED를 사용할 경우 드라이버 설계를 간소화하기 위해 단일 순방향 전압 빈(예: 5055)에서 LED를 선택하십시오. 원하는 조사량과 치료 시간에 따라 적절한 방사 플럭스 빈을 선택하십시오.

11. 동작 원리

UVC LED는 전계발광을 통해 자외선 스펙트럼(구체적으로 UVC의 경우 200-280nm)에서 광자를 방출하는 반도체 소자입니다. p-n 접합에 순방향 전압이 인가되면, 전자와 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 이들의 재결합은 광자 형태로 에너지를 방출합니다. 이러한 광자의 파장은 활성 영역에 사용된 반도체 재료(일반적으로 알루미늄 갈륨 나이트라이드 - AlGaN)의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 좁은 밴드갭은 더 긴 파장(가시광선/적외선)을 초래하는 반면, UVC 방출에 필요한 매우 넓은 밴드갭은 AlGaN 층의 높은 알루미늄 함량으로 달성됩니다.

12. 기술 트렌드

UVC LED 시장은 무수은, 즉시 점등, 소형화 및 견고한 살균 솔루션에 대한 수요에 의해 주도됩니다. 주요 트렌드는 다음과 같습니다:
Wall-Plug Efficiency (WPE) 향상: 연구는 더 많은 전기 입력을 UVC 광학 출력으로 전환하여 전력 소비와 발열을 줄이기 위해 내부 양자 효율(IQE)과 광 추출 효율(LEE) 향상에 중점을 둡니다.
더 높은 출력 전력: 멀티칩 패키지의 개발과 개선된 에피택셜 공정은 장치당 복사 플럭스를 꾸준히 증가시켜 더 큰 부피의 처리 또는 노출 시간 단축을 가능하게 합니다.
더 긴 수명: 포장 재료(여기서 사용된 세라믹과 석영과 같은), 다이 부착 기술 및 반도체 신뢰성의 개선으로 UVC LED의 작동 수명(L70/B50)이 연장되어 지속 작동 애플리케이션에 더욱 적합해지고 있습니다.
비용 절감: 제조량이 증가하고 공정이 성숙됨에 따라 UVC 출력 밀리와트당 비용이 감소하여 틈새 시장을 넘어 실현 가능한 애플리케이션의 범위가 확대되고 있습니다.