UVC LED LTPL-G35UV275PR 데이터시트 - 3.5x3.5x1.2mm - 6.2V 정격 - 37mW 방사 플럭스 - 275nm 피크 파장

1. 제품 개요

LTPL-G35UV 제품 시리즈는 고체 자외선 광원 분야에서 중요한 발전을 나타냅니다. 이 제품은 살균 및 의료 응용 분야를 위해 특별히 설계되어 수은 램프와 같은 기존 UV 기술에 대한 고성능 대안을 제공합니다. 발광 다이오드(LED) 기술을 활용하여 탁월한 에너지 효율성과 반도체 장치 고유의 신뢰성 및 긴 작동 수명을 결합했습니다. 이를 통해 설계자는 소독, 정수 및 표면 살균 시스템을 위한 혁신적인 솔루션을 창출할 수 있는 더 큰 자유를 얻습니다.

핵심 장점은 낮은 운영 및 유지보수 비용으로 효과적인 UVC 방사(270-280nm 범위)를 제공할 수 있는 능력에 있습니다. 이 장치는 집적 회로(IC) 구동 시스템과 호환되도록 설계되었으며, RoHS 준수 및 무연으로 환경 표준을 준수합니다. 주요 목표 시장에는 의료 장비 제조업체, 수처리 및 공기 정화 시스템 통합업체, 소비자 또는 산업용 살균 장치 개발자가 포함됩니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

기존 UV 광원에서 UVC LED로의 전환은 몇 가지 뚜렷한 이점을 제공합니다. 첫째, 즉시 점등 능력과 예열 시간이 필요 없어 시스템 응답성이 향상됩니다. 둘째, 컴팩트한 폼 팩터로 더 작고 휴대 가능한 장치에 통합이 가능합니다. LED 발광의 방향성 특성으로 에너지를 가장 필요한 곳에 집중하는 보다 효율적인 광학 설계가 가능합니다. 더 나아가, 수은이 없어 폐기 및 파손과 관련된 환경 및 안전 문제를 해결합니다.

목표 응용 분야는 주로 살균 조사로, 약 275nm의 UVC 광은 박테리아, 바이러스, 곰팡이를 포함한 미생물의 DNA와 RNA를 파괴하여 불활성화시키는 데 매우 효과적입니다. 이로 인해 이 LED는 의료 시설의 표면 소독, 사용 지점 정수 시스템의 수처리, HVAC 장치의 공기 정화와 같은 응용 분야에 적합합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 Absolute Maximum Ratings

본 장치는 엄격한 조건에서 동작하도록 규정되어 있습니다. 절대 최대 정격은 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 주요 파라미터로는 최대 전력 소산(P_O) 2.1W와 최대 연속 순방향 전류(I_F) 300mA가 포함됩니다. 동작 온도 범위(T_opr)는 -40°C에서 +80°C까지 지정되어 있어 가혹한 산업 환경과 통제된 의료 환경 모두에 적합함을 나타냅니다. 저장 온도 범위(T_stg)는 -40°C에서 +100°C까지 확장됩니다. 중요한 매개변수는 최대 접합 온도(T_j) 115°C. 이 온도를 초과하면 열화가 가속화되어 장치의 수명이 크게 단축됩니다. 데이터시트는 역방향 바이어스 조건에서 LED를 장시간 동작시키는 것을 명시적으로 경고하며, 이는 즉각적인 고장으로 이어질 수 있습니다.

2.2 Electro-Optical Characteristics

These characteristics are measured at a standard test condition of 25°C ambient temperature (T_a) and provide the expected performance under normal operation.

• 순방향 전압(V_F): 구동 전류 250mA에서, 전형적인 순방향 전압은 6.2V이며, 최대 7.0V, 최소 5.0V입니다. 측정 허용 오차는 ±0.1V입니다. 이 파라미터는 필요한 공급 전압과 전력 소산을 결정하므로 LED 구동 회로 설계에 매우 중요합니다.
• 복사 플럭스(Φ_e): 이는 UVC 스펙트럼에서의 총 광 출력입니다. 250mA에서 전형적인 복사 플럭스는 37.0mW(최소 29.0mW)입니다. 최대 정격 전류인 300mA로 구동할 때, 전형적인 출력은 43.0mW로 증가합니다. 측정 허용 오차는 ±10%입니다. 복사 플럭스는 주어진 응용 분야에서 LED의 살균 효능을 결정하는 핵심 지표입니다.
• 피크 파장 (λ_P): 이 LED는 피크 파장이 270nm에서 280nm 사이이며, 중심 파장은 약 275nm인 UVC 광선을 방출합니다. 이 파장은 살균 효과에 최적인 범위 내에 있습니다. 측정 허용 오차는 ±3nm입니다.
• 열저항 (R_{th j-s}): 반도체 접합부에서 솔더 접점까지의 전형적인 열저항은 12.3 K/W입니다. 이 값은 특정 알루미늄 MCPCB에서 측정된 것으로, 열 관리 설계에 매우 중요합니다. 낮은 열저항은 접합부에서 열이 더 효율적으로 전도되어 Tj를 낮게 유지하는 데 도움이 됩니다._j 그리고 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
• 시야각 (2θ_1/2): 일반적인 시야각은 120도입니다. 이 넓은 발광 패턴은 광범위한 영역 커버리지가 필요한 응용 분야에 유리하지만, 집중 조명이 필요한 응용 분야의 경우 반사판이나 렌즈가 필요할 수 있습니다.
• 정전기 방전 (ESD): 본 장치는 JESD22-A114-B 표준(인체 모델)에 따라 최소 2000V의 ESD 내전압을 충족합니다. 조립 및 설치 시 적절한 ESD 처리 절차를 따라야 합니다.

3. Bin Code System 설명

일관된 성능을 보장하기 위해, LED는 생산 과정에서 측정된 주요 파라미터에 따라 Bin으로 분류됩니다. Bin 코드는 포장에 표기됩니다.

3.1 순방향 전압(V_F) Binning

LED는 250mA로 구동 시 4개의 전압 등급(V1 ~ V4)으로 분류됩니다:

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

각 빈(bin) 내 허용 오차는 ±0.1V입니다. 이러한 분류(binning)를 통해 설계자는 직렬 구동 방식의 애플리케이션에 더욱 정밀하게 전압이 일치하는 LED를 선택할 수 있어, 전류 분포가 더 균일해집니다.

3.2 복사 플럭스(Φ_e) Binning

출력 전력은 250mA에서 4개의 플럭스 등급(X1 ~ X4)으로 분류됩니다:

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

허용 오차는 ±10%입니다. 더 높은 플럭스 빈을 선택하면 더 큰 광 출력을 얻을 수 있으며, 이는 소독 시간을 단축하거나 어레이에서 더 적은 수의 LED를 사용할 수 있게 합니다.

3.3 피크 파장 (λ_P) Binning

이 제품의 모든 장치는 단일 파장 빈 W1에 속하며, 270nm에서 280nm 범위를 ±3nm의 허용 오차로 커버합니다. 미생물 불활성화율이 파장에 크게 의존하기 때문에, 이는 모든 유닛에서 일관된 살균 성능을 보장합니다.

4. 성능 곡선 분석

제공된 그래프는 다양한 조건에서 LED의 거동에 대한 통찰력을 제공합니다.

4.1 상대 스펙트럼 분포

이 곡선은 자외선 스펙트럼 전반에 걸쳐 방출되는 빛의 강도를 보여줍니다. 이는 275nm를 중심으로 한 좁은 방출 대역을 확인시켜 주며, 이는 살균 효과를 극대화하는 동시에 효과가 낮거나 잠재적으로 유해한 파장에서의 방출을 최소화하는 데 이상적입니다.

4.2 상대 복사 플럭스 대 순방향 전류

이 그래프는 구동 전류와 광 출력 사이의 비선형적 관계를 보여줍니다. 전류를 증가시키면 출력은 높아지지만, 효율(단위 전력당 복사 플럭스)은 일반적으로 열 효과 증가와 효율 저하(droop)로 인해 더 높은 전류에서 감소합니다. 이는 원하는 출력, 효율 및 수명의 균형을 위해 구동 전류를 최적화하는 것의 중요성을 강조합니다.

4.3 순방향 전압 vs. 순방향 전류 & Junction Temperature

순방향 전압은 음의 온도 계수를 가지며, 이는 접합 온도가 상승함에 따라 감소한다는 의미입니다. 이 특성은 정전류 구동기 설계 시 고려해야 합니다. 왜냐하면 높은 온도에서 낮은 V_F 는 전기적 전력 소비를 약간 감소시킬 수 있기 때문입니다.

4.4 상대 복사 플럭스 대 접합 온도

이는 가장 중요한 곡선 중 하나입니다. UVC LED의 출력은 접합 온도에 매우 민감합니다. 그래프는 T가 증가함에 따라 복사 플럭스가 현저히 감소하는 것을 보여줍니다._j 증가합니다. 접합부를 가능한 한 낮은 온도로 유지하는 효과적인 열 관리가 높은 출력을 유지하고 정격 수명을 달성하는 데 가장 중요합니다.

4.5 순방향 전류 디레이팅 곡선

이 곡선은 주변 온도의 함수로서 최대 허용 순방향 전류를 정의합니다. 주변 온도가 상승함에 따라, 접합 온도가 115°C 한계를 초과하지 않도록 하기 위해 최대 허용 전류를 감소시켜야 합니다. 이 그래프는 지정된 온도 범위에서 안정적으로 작동하는 시스템을 설계하는 데 필수적입니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 외곽 치수

LED 패키지는 약 3.5mm x 3.5mm의 컴팩트한 점유 면적과 약 1.2mm의 높이를 가집니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수의 허용 오차는 ±0.2mm입니다. 기계 도면에는 LED 칩, 솔더 패드 및 광학 렌즈 구조의 정확한 위치가 명시되어 있습니다.

5.2 권장 PCB 부착 패드

표면 실장 패드에 대한 상세한 랜드 패턴 설계가 제공됩니다. 이 권장 풋프린트를 준수하는 것은 신뢰성 있는 솔더 접합, PCB로의 적절한 열 전도 및 정확한 정렬을 달성하는 데 중요합니다. 패드 치수의 사양 허용 오차는 ±0.1mm입니다. 설계에는 일반적으로 열 패드 아래에 열 비아를 배치하여 PCB의 접지면 또는 전용 방열층으로 열을 전달합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

6.1 리플로우 솔더링 프로파일

표면 실장 기술(SMT) 조립 공정 중 손상을 방지하기 위해 상세한 무연 리플로우 프로파일이 규정되어 있습니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열: 150-200°C, 60-120초.
• 액상선 이상 유지 시간(217°C): 60-150초.
• 최고 온도: 권장 245°C, 최대 260°C.
• 최고 온도의 5°C 이내 유지 시간: 10-30초.
• 최대 상승 속도: 3°C/초.
• 최대 하강 속도: 6°C/초.

온도는 패키지 상단을 기준으로 합니다. 급속 냉각 공정은 권장되지 않습니다. LED는 최대 3회의 리플로우 사이클을 견딜 수 있습니다.

6.2 핸드 솔더링 및 세정

핸드 솔더링이 필요한 경우, 인두 팁 온도는 300°C를 초과하지 않아야 하며, 접촉 시간은 패드당 최대 2초로 제한하고 한 번만 수행해야 합니다. 세정에는 isopropyl alcohol과 같은 알코올 계 용매만 사용해야 합니다. 지정되지 않은 화학 세정제는 실리콘 렌즈나 패키지 재질을 손상시킬 수 있습니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 테이프 및 릴 사양

LED는 자동 픽앤플레이스 조립을 위해 엠보싱 캐리어 테이프와 릴에 공급됩니다. 테이프 치수(포켓 크기, 피치) 및 릴 치수(허브 직경, 플랜지 직경)는 EIA-481-1-B 표준을 준수합니다. 7인치 릴은 최대 500개를 수용할 수 있습니다. 잔여 로트의 최소 포장 수량은 100개입니다. 부품을 보호하기 위해 테이프는 커버 테이프로 밀봉됩니다.

8. 응용 제안 및 설계 고려사항

8.1 열 관리

이는 가장 중요한 설계 요소입니다. 출력이 접합 온도에 매우 민감하기 때문에 효과적인 방열 전략이 필요합니다. 금속 코어 PCB(MCPCB)를 사용하거나, 외부 방열판에 연결된 광범위한 구리 영역과 서멀 비아를 갖춘 표준 FR4 PCB를 사용하십시오. 목표는 LED 접합부에서 주변 환경까지의 열저항(R_{th j-a})을 최소화하는 것입니다. 높은 주변 온도에서 설계할 때는 항상 순방향 전류 감액 곡선을 참조하십시오.

8.2 Electrical Drive

안정적인 동작을 위해서는 정전류 드라이버가 필수적입니다. 선택한 빈(Bin)의 순방향 전압 범위를 수용하면서 원하는 전류(예: 250mA 또는 300mA)를 공급할 수 있는 드라이버를 선택해야 합니다. 디밍(Dimming) 또는 듀티 사이클(Duty-Cycled) 동작을 위해 펄스 폭 변조(PWM)를 구현하는 것을 고려하십시오. 이는 열 부하 관리에 도움이 될 수 있습니다. 드라이버가 역극성 및 전압 서지(Voltage Transients)로부터 보호되도록 하십시오.

8.3 광학 및 재료 고려사항(Optical and Material Considerations)

275nm UVC 방사선은 매우 높은 에너지를 가지며, 특정 플라스틱, 에폭시, 접착제를 포함한 많은 일반적인 재료를 분해할 수 있습니다. 광학 경로 및 LED 근처(렌즈, 반사경, 개스킷, 전선 절연체)의 모든 재료가 장기간 UVC 노출에 적합한 등급인지 확인하십시오. 보호 창에는 일반적으로 석영 유리가 사용됩니다. 피부와 눈이 UVC 출력에 직접 노출되지 않도록 하십시오.

9. 신뢰성 및 수명

데이터시트는 상온 동작 수명(RTOL), 고온/저온 보관 수명(HTSL/LTSL), 내습열 시험, 열충격 시험을 포함한 포괄적인 신뢰성 시험 계획을 설명합니다. 이러한 시험들은 다양한 스트레스 조건에서 수년간의 작동을 모의합니다. 고장 기준은 순방향 전압 변화가 10%를 초과하거나 방사 플럭스가 초기값의 50% 미만으로 떨어지는 것으로 정의됩니다. 지정된 한도 내에서 적절한 열 설계와 전기적 작동은 현장에서 예상 수명을 달성하는 데 필수적입니다.

10. 기술적 비교 및 차별화

기존의 저압 수은 램프(254nm 방출)와 비교하여, 이 UVC LED는 즉시 점등/소등, 소형 크기, 방향성 방출, 견고함(깨지기 쉬운 유리 없음, 수은 없음) 및 파장 조정 가능성 등의 여러 장점을 제공합니다. 다른 UVC LED와 비교하여, 이 특정 부품의 주요 차별점은 275nm 파장, 250mA에서 37mW의 전형적 출력, 그리고 3.5x3.5mm 패키지 형식의 조합입니다. 넓은 120도의 시야각은 응용 분야의 광학 설계 요구사항에 따라 장점이 될 수도 있고 단점이 될 수도 있습니다.

11. 자주 묻는 질문 (기술적 매개변수 기준)

Q: 복사 플럭스(mW)와 살균 효율의 차이는 무엇인가요?
A: 복사 플럭스는 총 UVC 광 출력입니다. 살균 효율은 이 출력, 방출 스펙트럼(피크 파장), 대상까지의 거리, 노출 시간 및 특정 미생물의 감수성에 따라 달라집니다. 275nm 파장은 광범위한 병원체에 대해 매우 효과적입니다.

Q: 이 LED를 정전압 전원으로 구동할 수 있나요?
A: 아니요. LED는 정전류 구동 소자입니다. 정전압 전원은 전류를 제어하지 못해 열 폭주(thermal runaway)를 일으켜 빠르게 고장납니다. 반드시 정전류 드라이버를 사용하세요.

Q: 필요한 방열판은 어떻게 계산하나요?
A: 전체 열저항 경로를 결정해야 합니다. 접합-솔더 저항(R_{th j-s} = 12.3 K/W)부터 시작하세요. 열 인터페이스 재료, PCB, 외부 방열판의 열저항을 추가하십시오. 공식 T_j = T_a + (P_디스 * R_{th j-a}), T가_j 귀하의 최대 주변 온도 및 구동 전력(P)에서 115°C 미만으로 유지되도록 하십시오._디스 ≈ I_F * V_F).

Q: 출력이 온도에 왜 그렇게 민감한가요?
A> This is a fundamental characteristic of semiconductor light sources, particularly in the ultraviolet range. Increased temperature increases non-radiative recombination within the semiconductor material, reducing the internal quantum efficiency and thus the light output.

12. Practical Design and Usage Case

Case: Designing a Portable Surface Sterilizer Wand.
한 디자이너가 조리대, 키보드, 휴대폰과 같은 표면을 소독하기 위한 핸드헬드 완드를 제작하려 합니다. 디자이너는 소형 크기와 275nm 출력을 위해 LTPL-G35UV275PR LED를 선택했습니다. 커버리지 영역을 늘리기 위해 4개의 LED 어레이를 사용할 계획이며, 각 LED는 250mA(일반적인 V_F=6.2V, P_디스=1.55W)로 구동됩니다. 전체 시스템 전력은 약 6.2W입니다. 약 6W의 열을 방산하기 위해 핀(fin)이 있는 경량 알루미늄 방열판이 완드 본체에 통합되었습니다. 재충전 가능한 리튬 이온 배터리로 구동되는 정전류 드라이버가 설계되었으며, 안전 인터록은 완드가 표면으로부터 올바른 거리에 유지될 때만 LED가 활성화되도록 합니다. 광학 설계는 기본 120도 빔을 사용하여 넓은 멸균 스팟을 생성합니다. 디자이너는 일관된 성능을 위해 X2 플럭스 빈(34-39mW)의 LED를 선택하고, PWM을 사용하여 노출 시간(예: 10초 주기)을 제어합니다.

13. 원리 소개

UVC LED는 일반적으로 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN)와 같은 반도체 재료를 기반으로 합니다. 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 반도체의 활성 영역에서 재결합하며, 그 에너지가 광자 형태로 방출됩니다. 이 광자의 파장은 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. AlGaN 층의 알루미늄 함량을 정밀하게 제어함으로써 밴드갭을 조정하여 UVC 범위(200-280nm)의 빛을 방출하도록 설계할 수 있습니다. 275nm 방출은 정밀한 에피택셜 성장 공정을 통해 달성됩니다. 생성된 UVC 광자는 매우 높은 에너지를 가지고 있어 분자 결합, 특히 미생물의 DNA/RNA 내 결합을 끊어 복제를 방지할 수 있습니다.

14. 발전 동향

UVC LED 분야는 빠르게 진화하고 있습니다. 주요 동향은 다음과 같습니다:

• 벽면 플러그 효율(WPE) 향상: 지속적인 연구는 전기-광학 전력 변환 효율을 향상시켜 발열과 시스템 전력 요구 사항을 직접적으로 줄이는 것을 목표로 합니다.
• 더 높은 출력 전력: 단일 발광체 또는 더 작은 패키지에서 더 높은 복사 플럭스를 갖는 LED 개발로, 더 컴팩트하고 강력한 살균 시스템 구현이 가능해졌습니다.
• 더 긴 수명 (L70/B50): 재료, 패키징 및 열 관리 기술의 개선으로 작동 수명이 연장되어, 고부하 사이클 응용 분야에서 LED가 기존 램프에 비해 더 경쟁력을 갖추게 되었습니다.
• 비용 절감: 제조량이 증가하고 공정이 성숙됨에 따라 UVC 출력 밀리와트당 비용이 꾸준히 감소하여 실현 가능한 응용 분야의 범위가 확대되고 있습니다.
• 파장 최적화: 특정 병원체 및 응용 분야에 대한 최적 파장에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이는 의료, 수처리 및 공기 정화를 위한 맞춤형 LED로 이어질 수 있습니다.

고체 상태 UVC 소스로의 전환은 형태 인자, 안전성 및 제어 가능성에서의 본질적 장점에 의해 추진되는 명확한 장기적 트렌드입니다.