UVC LED LTPL-G35UVC275GS 데이터시트 - 3.5x3.5mm - 5.0-7.0V - 275nm 피크 파장 - 0.7W 최대 출력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTPL-G35UVC275GS는 살균 및 의료 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 고성능 자외선-C(UVC) 발광 다이오드(LED)입니다. 본 제품은 수은램프와 같은 기존 UV 광원에 대한 신뢰할 수 있고 에너지 효율적인 대안을 제공함으로써 고체 조명 기술의 중요한 발전을 대표합니다. 이 장치는 일반적으로 275 나노미터(nm) 근처의 살균 파장 범위에서 작동하며, 박테리아와 바이러스를 포함한 미생물을 비활성화하는 데 매우 효과적입니다.

이 LED 시리즈는 긴 작동 수명, 즉각적인 켜기/끄기 기능, 컴팩트한 폼 팩터와 같은 LED 기술의 고유한 장점을 효과적인 소독에 필요한 특정 광 출력과 결합합니다. 이는 살균 장비, 공기 청정기, 수처리 시스템 및 의료 기기를 개발하는 엔지니어에게 더 큰 설계 자유도를 제공합니다. 오래된 UV 기술을 대체함으로써, 수은이 없기 때문에 운영 비용이 낮고 유지 보수 요구 사항이 줄어들며 환경 프로파일이 개선된 시스템에 기여합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 UVC LED의 주요 장점으로는 집적 회로(IC) 구동 시스템과의 호환성, 유해물질 제한(RoHS) 지침 준수, 무연 구조 등이 있습니다. 이러한 특징들은 엄격한 규제 및 환경 요구 사항을 가진 현대 전자 제품에 통합하기에 적합하게 만듭니다. 목표 시장은 주로 효과적이고 신뢰할 수 있는 표면, 공기 또는 물 소독이 중요한 의료, 가전 제품 및 산업 장비 분야입니다. 애플리케이션은 휴대용 살균기 및 HVAC 시스템부터 전문 의료 기기 청소 장치에 이르기까지 다양합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

LTPL-G35UVC275GS의 성능은 표준 조건(Ta=25°C)에서 측정된 포괄적인 전기적, 광학적 및 열적 파라미터 세트로 정의됩니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 신뢰성을 보장하고 원하는 방사 출력을 달성하기 위한 적절한 회로 설계 및 열 관리에 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 정상 작동을 위한 것이 아닙니다. 최대 전력 소산(Po)은 0.7 와트(W)로, LED를 손상시키지 않고 열과 빛으로 변환될 수 있는 총 전기 전력입니다. 최대 연속 순방향 전류(IF)는 100 밀리암페어(mA)입니다. 장치는 작동 온도 범위(Topr) -40°C ~ +80°C 및 저장 온도 범위(Tstg) -40°C ~ +100°C로 정격화되어 있습니다. 최대 허용 접합 온도(Tj)는 90°C입니다. 접합 온도를 초과하는 것은 LED 고장 및 광속 감가 가속화의 주요 원인입니다.

2.2 전기-광학 특성

이는 지정된 테스트 조건에서의 일반적인 성능 파라미터입니다. 순방향 전압(VF)은 테스트 전류 60mA에서 최소 5.0V에서 최대 7.0V까지 범위를 가지며, 일반적인 값은 5.5V입니다. 이 상대적으로 높은 전압은 UVC LED의 넓은 밴드갭 반도체 재료 특성 때문입니다. UVC 스펙트럼에서의 총 광 출력인 방사 플럭스(Φe)는 일반적으로 60mA에서 10.0 밀리와트(mW)입니다. 더 낮은 전류 20mA에서는 3.5 mW로 떨어지며, 최대 전류 100mA에서는 14.0 mW에 도달합니다. 피크 파장(Wp)은 265nm에서 280nm까지의 범위를 가지며 275nm에 중심을 두고 있어 가장 효과적인 살균 범위(약 260nm-280nm)에 확실히 위치합니다. 시야각(2θ1/2)은 넓은 120도로, 광범위한 조사를 제공합니다. 접합에서 납땜 지점까지의 열 저항(Rth j-s)은 일반적으로 38 K/W로, 반도체 칩에서 보드로 열이 얼마나 효과적으로 전달되는지를 나타냅니다. 열 관리에는 더 낮은 값이 더 좋습니다.

3. 빈 코드 시스템 설명

제조 변동성을 고려하기 위해 LED는 성능 빈으로 분류됩니다. 이를 통해 설계자는 애플리케이션의 특정 요구 사항을 충족하는 구성 요소를 선택할 수 있습니다. LTPL-G35UVC275GS는 3차원 빈닝 시스템을 사용합니다.

3.1 순방향 전압(VF) 빈닝

LED는 네 가지 전압 빈으로 분류됩니다: V1 (5.0V - 5.5V), V2 (5.5V - 6.0V), V3 (6.0V - 6.5V), V4 (6.5V - 7.0V). 모두 IF=60mA에서 측정됩니다. 동일한 전압 빈에서 LED를 선택하면 여러 장치를 병렬로 구동할 때 일관된 전류 분배를 보장합니다.

3.2 방사 플럭스(Φe) 빈닝

광 출력은 네 가지 범주로 빈닝됩니다: X1 (7.0 - 8.0 mW), X2 (8.0 - 9.0 mW), X3 (9.0 - 10.0 mW), X4 (10.0 mW 이상). IF=60mA에서 측정됩니다. 이를 통해 예측 가능한 살균 성능 및 용량 계산이 가능합니다.

3.3 피크 파장(Wp) 빈닝

모든 장치는 단일 파장 빈 W1에 속하며, 이는 265nm에서 280nm까지 걸쳐 있습니다. 275nm 주변의 엄격한 제어는 UV 빛이 DNA/RNA를 파괴하는 효과가 이 영역에서 정점에 이르기 때문에 최적의 살균 효능을 보장합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 장치의 동작을 설명하는 여러 그래프를 제공합니다. 이러한 곡선은 동적 모델링 및 성능 트레이드오프 이해에 필수적입니다.

4.1 상대 스펙트럼 분포

이 곡선은 자외선 스펙트럼 전체에 걸쳐 방출되는 빛의 강도를 보여줍니다. 피크 파장을 중심으로 한 좁은 방출 대역을 확인시켜 주며, UVC 범위 외부의 방출이 최소화되어 있어 안전성과 효능에 중요합니다.

4.2 방사 패턴

방사 특성 플롯(종종 극좌표도)은 120도 시야각을 시각화하여 광학 강도가 중심(0도)에서 가장자리(±60도)로 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이는 균일한 조사를 달성하기 위한 광학 설계에 정보를 제공합니다.

4.3 상대 방사 플럭스 대 순방향 전류

이 그래프는 방사 출력이 구동 전류에 따라 증가하지만 선형적으로는 아니라는 것을 보여줍니다. 열 증가 및 효율 저하로 인해 더 높은 전류에서 포화되는 경향이 있습니다. 이는 출력과 수명의 최상의 균형을 위해 최적의 전류에서 LED를 구동하는 것의 중요성을 강조합니다.

4.4 순방향 전압 대 순방향 전류

IV 곡선은 다이오드의 전형적인 전압과 전류 사이의 지수 관계를 보여줍니다. 이는 전류 제한 회로를 설계할 때 작동점을 결정하는 데 사용됩니다.

4.5 온도 의존성 곡선

상대 방사 플럭스와 순방향 전압을 접합 온도의 함수로 보여주는 그래프는 매우 중요합니다. UVC LED 출력은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 순방향 전압은 온도 상승에 따라 감소합니다. 이러한 관계는 비주변 조건에서 작동하거나 적절한 방열판이 없는 설계를 위해 고려되어야 합니다.

4.6 순방향 전류 디레이팅 곡선

이것은 신뢰성에 있어 가장 중요한 그래프 중 하나입니다. 이는 주변 온도의 함수로서 최대 허용 순방향 전류를 보여줍니다. 온도가 상승함에 따라 접합 온도가 90°C 한계를 초과하는 것을 방지하기 위해 최대 안전 전류가 감소합니다. 이 곡선은 방열판 요구 사항을 결정하는 데 필수적입니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

LED는 약 3.5mm x 3.5mm 크기의 표면 실장 장치(SMD) 패키지로 제공됩니다. 외형도는 풋프린트 설계를 위한 정확한 치수를 제공합니다. 패키지에는 조립 중 잘못된 배치를 방지하기 위한 명확한 극성 표시(일반적으로 캐소드 표시기)가 포함되어 있습니다. 적절한 납땜 및 열 연결을 보장하기 위해 권장 인쇄 회로 기판(PCB) 부착 패드 레이아웃이 제공됩니다. 패드 설계는 LED의 열 패드(납땜 지점)에서 PCB의 구리층(주요 열 확산체 역할)으로 열을 전달하는 데 중요합니다.

6. 납땜 및 조립 지침

적절한 취급 및 납땜은 LED 성능과 신뢰성을 유지하는 데 매우 중요합니다.

6.1 리플로우 납땜 프로파일

무연 리플로우 프로파일을 권장합니다. 주요 파라미터에는 예열 단계(150-200°C, 60-120초), 액상선(217°C) 이상 시간 60-150초, 피크 온도 260°C(245°C 권장)를 10-30초 동안 유지하는 것이 포함됩니다. 열 충격을 최소화하기 위해 상승 및 냉각 속도는 각각 최대 3°C/s 및 6°C/s로 제어되어야 합니다. 급속 냉각 공정은 권장되지 않습니다.

6.2 세척 및 취급

납땜 후 세척이 필요한 경우, 이소프로필 알코올과 같은 알코올 기반 용제만 사용해야 합니다. 지정되지 않은 화학 세척제는 실리콘 렌즈나 패키지 재료를 손상시킬 수 있습니다. LED는 정전기 방전(ESD)에 민감하며, 최대 내전압은 2000V(인체 모델)입니다. 취급 중 표준 ESD 예방 조치를 준수해야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

LED는 자동 픽 앤 플레이스 조립을 위해 테이프 및 릴에 공급됩니다. 테이프 치수 및 릴 사양(7인치 릴, 최대 500개 수용)은 EIA-481-1-B 표준을 준수합니다. 빈 분류 코드는 각 포장 봉지에 표시되어 배치의 전기적 및 광학적 특성의 추적성을 제공합니다.

8. 애플리케이션 제안 및 설계 고려 사항

8.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

주요 애플리케이션은 살균 장치입니다: 휴대폰이나 작은 물체용 표면 소독기, 사용 지점 시스템용 물 살균 장치, HVAC 시스템이나 휴대용 공기 청정기의 공기 정화 모듈, 의료 또는 치과 도구용 살균 챔버 등이 있습니다. 작은 크기로 인해 컴팩트하고 휴대 가능한 제품에 통합이 가능합니다.

8.2 중요한 설계 고려 사항

구동 회로:안정적인 광 출력을 보장하고 열 폭주를 방지하기 위해 정전압원이 아닌 정전류 드라이버가 필수적입니다. 드라이버는 설정된 전류에서 필요한 전압(≥ VF 최대값)을 공급할 수 있어야 합니다.

열 관리:이는 UVC LED 시스템 설계에서 가장 중요한 측면입니다. 높은 열 저항(38 K/W)은 접합에서 열이 빠르게 축적됨을 의미합니다. 특히 최대 전류에서 또는 그 근처에서 작동할 때 접합 온도를 90°C 미만으로 유지하기 위해 금속 코어 PCB(MCPCB) 또는 기타 효과적인 열 관리 솔루션이 필수적입니다. 디레이팅 곡선을 따라야 합니다.

광학 설계:넓은 120도 빔은 효율적인 소독을 위해 UVC 빛을 목표 표면으로 향하게 하기 위해 반사경이나 렌즈가 필요할 수 있습니다. 많은 플라스틱이 UVC 노출 하에서 분해되므로 재료는 UVC 안정적이어야 합니다(예: 특정 등급의 알루미늄, PTFE, 석영).

안전:UVC 방사선은 인간의 피부와 눈에 해롭습니다. 제품에는 사용자 노출을 방지하기 위한 안전 인터록, 타이머 및 차폐 장치가 포함되어야 합니다. 적절한 라벨링이 필요합니다.

9. 신뢰성 및 수명

데이터시트에는 포괄적인 신뢰성 테스트 계획이 포함되어 있습니다. 상온 작동 수명(RTOL), 고/저온 작동 수명(HTOL/LTOL), 온도 사이클링과 같은 테스트가 최대 3000시간 동안 수행됩니다. 고장 기준은 순방향 전압 변화가 10%를 초과하거나, 방사 플럭스가 초기 값의 50% 미만으로 떨어지거나, 피크 파장 변화가 ±2nm를 초과하는 것으로 정의됩니다. 이러한 테스트는 다양한 환경 스트레스 하에서 제품의 견고성을 검증하여 사양 내에서 사용할 때 긴 작동 수명을 주장하는 것을 뒷받침합니다.

10. 기술 비교 및 차별화

기존의 수은 기반 UVC 램프와 비교했을 때, 이 LED는 상당한 장점을 제공합니다: 즉시 시작(예열 시간 없음), 유해한 수은 함유 없음, 더 긴 수명, 컴팩트한 크기, 디지털 디밍 가능성. 다른 UVC LED와 비교했을 때, 광 출력(60mA에서 일반 10mW), 파장(275nm), 패키지 크기(3.5x3.5mm)의 특정 조합은 출력과 폼 팩터의 균형이 필요한 애플리케이션에 적합하게 위치시킵니다. 상세한 빈닝 시스템은 대량 생산에 대한 예측 가능성을 제공합니다.

11. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

Q: 어떤 드라이버 전압이 필요한가요?

A: 정전류 드라이버의 출력 전압 컴플라이언스는 사용 중인 LED 빈의 최대 순방향 전압(VF 최대값, 일반적으로 7.0V)보다 높아야 하며, 트레이스 및 연결에서의 손실을 위한 일부 여유 공간도 더해야 합니다.

Q: 살균 용량은 어떻게 계산하나요?

A: 용량(제곱센티미터당 줄, J/cm²)은 조사도(단위 면적당 광 출력, W/cm²)와 노출 시간(초)의 곱입니다. LED의 방사 플럭스, 빔 각도, 거리 및 광학 기기를 기반으로 목표 표면에서의 조사도를 측정하거나 계산해야 합니다. 이를 목표 병원체를 비활성화하는 데 필요한 용량과 비교하십시오.

Q: 100mA에서 연속 구동할 수 있나요?

A: 접합 온도가 90°C 미만으로 유지된다는 것을 보장할 수 있는 경우에만 100mA에서 구동할 수 있으며, 이는 탁월한 열 관리가 필요합니다. 전류 디레이팅 곡선을 참조하십시오; 상승된 주변 온도에서는 최대 허용 전류가 상당히 낮아집니다.

Q: 순방향 전압이 왜 그렇게 높나요?

A: UVC LED는 매우 넓은 밴드갭을 가진 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 반도체를 기반으로 하며, 이는 본질적으로 전자를 밴드갭을 가로질러 여기시키고 짧은 파장의 광자를 생성하기 위해 더 높은 전압을 필요로 합니다.

12. 설계 및 사용 사례 연구

사례: 휴대용 물 살균 병 설계.한 설계자는 500ml의 물을 60초 안에 살균할 수 있는 병을 만들고자 합니다. LTPL-G35UVC275GS(X3 빈, 9-10mW)를 사용하여 4개의 LED를 사용할 계획입니다. 총 방사 플럭스는 약 36-40mW입니다. 물은 얇은 챔버를 지나 LED 옆을 순환합니다. 50%의 광학 커플링 효율과 일반 박테리아에 필요한 UV 용량 40 mJ/cm²를 가정하여, 필요한 챔버 표면적과 유량을 계산합니다. LED당 60mA로 설정되고 9V 출력 능력을 가진 정전류 드라이버가 선택됩니다. 1분 주기 동안 열을 관리하기 위해 작은 알루미늄 방열판이 LED MCPCB와 통합되어 접합 온도를 한계 내로 잘 유지합니다. 안전 기능에는 뚜껑 인터록 스위치와 불투명한 외부 쉘이 포함됩니다.

13. 작동 원리 소개

UVC LED는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 전압이 인가되면 전자가 접합을 가로질러 주입되고 활성 영역에서 정공과 재결합합니다. UVC LED에서 반도체 재료(AlGaN)의 에너지 밴드갭은 매우 큽니다(~4.5 전자 볼트). 재결합이 발생하면 이 에너지는 광자(빛 입자) 형태로 방출됩니다. 이 광자의 파장은 밴드갭 에너지에 반비례합니다(λ = hc/Eg). 약 4.5 eV의 밴드갭은 약 275 나노미터의 광자 파장에 해당하며, 이는 UVC 범위에 있습니다. 이 고에너지 빛은 미생물의 DNA와 RNA에 흡수되어 복제를 방지하는 티민 이합체를 생성함으로써 병원체를 비활성화시킵니다.

14. 기술 동향 및 발전

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

월-플러그 효율(WPE) 증가:연구는 내부 양자 효율(얼마나 많은 전자가 광자를 생성하는지)과 광 추출 효율(광자를 칩 밖으로 가져오는 것)을 개선하는 데 집중되어 있으며, 이는 주어진 전기 입력에 대한 방사 플럭스를 직접 증가시켜 시스템 전력 및 열 부하를 줄입니다.

더 긴 파장 >280nm:약 275nm가 살균 작용에 최적이지만, 약간 더 긴 파장(예: 280-285nm)에서 방출하는 LED는 여전히 상당한 소독 능력을 유지하면서 더 높은 출력 전력과 효율을 제공할 수 있어 설계자에게 트레이드오프 옵션을 제공합니다.

수명 및 신뢰성 개선:칩 설계, 패키징 재료(특히 UVC 안정성 실란트), 열 관리의 발전으로 UVC LED의 작동 수명(L70, 초기 출력의 70%까지의 시간)이 꾸준히 증가하여 연속 작동 애플리케이션에 더욱 실용적이게 되고 있습니다.

비용 절감:제조량이 증가하고 수율이 개선됨에 따라 UVC 광 출력 밀리와트당 비용이 감소하고 있으며, 이는 전문 제품부터 소비자 제품에 이르기까지 더 많은 시장 부문에서 LED 기술의 채택을 가속화하고 있습니다.