Ficha Técnica do LED UVC3535CZ0115 - Pacote Cerâmico 3.5x3.5x1.0mm - Tensão Direta 5.0-8.0V - Potência 0.13W - Comprimento de Onda 270-285nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série UVC3535CZ0115 representa uma solução de LED de alta confiabilidade e base cerâmica, projetada especificamente para aplicações de ultravioleta C (UVC). Este produto foi concebido para oferecer desempenho consistente em ambientes exigentes, onde a eficácia da esterilização é primordial. A sua construção central aproveita um substrato cerâmico, que proporciona uma gestão térmica superior em comparação com os pacotes plásticos tradicionais, resultando numa maior longevidade e numa saída ótica estável. A série está posicionada para aplicações que requerem uma fonte de UVC compacta, mas potente, combinando uma pequena dimensão de 3.5mm x 3.5mm com características elétricas e óticas robustas.

1.1 Características e Vantagens Principais

As características definidoras desta série de LED contribuem diretamente para a sua adequação a sistemas UV de grau profissional. A saída de UVC de alta potência é o atributo principal, permitindo uma ação germicida eficaz. O material do pacote cerâmico é uma vantagem crítica, oferecendo uma excelente dissipação de calor que ajuda a manter a temperatura de junção dentro de limites seguros, prevenindo assim a depreciação prematura do lúmen. A proteção ESD integrada até 2KV (HBM) protege o dispositivo contra eventos de descarga eletrostática comuns durante a manipulação e montagem. Um amplo ângulo de visão de 150° garante uma cobertura de irradiação ampla e uniforme. Além disso, a conformidade com as normas RoHS, REACH e livre de halogéneos torna este produto adequado para mercados globais com regulamentações ambientais rigorosas.

1.2 Aplicações Alvo

A aplicação principal para a série UVC3535CZ0115 é a esterilização e desinfeção UV. Isto inclui, mas não se limita a, sistemas de purificação de água, dispositivos de sanitização do ar, equipamentos de desinfeção de superfícies para uso médico e de consumo, e câmaras de esterilização para pequenas ferramentas ou itens pessoais. A gama de comprimentos de onda de 270-285nm é particularmente eficaz na inativação de microorganismos, danificando o seu ADN e ARN.

2. Especificações Técnicas e Interpretação Objetiva

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos especificados na ficha técnica, explicando a sua importância para os engenheiros de projeto.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os Valores Máximos Absolutos definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estas não são condições para operação normal.

• Corrente Direta Máx. CC (I_F):100 mA. Esta é a corrente máxima absoluta que o LED pode suportar momentaneamente. A operação contínua deve estar significativamente abaixo deste valor, tipicamente na recomendada de 20mA.
• Resistência Máx. ESD (V_B):2000 V (Modelo do Corpo Humano). Isto indica um bom nível de proteção integrada contra descarga eletrostática, o que é crucial para a manipulação do componente durante a fabricação.
• Temperatura Máx. de Junção (T_J):100 °C. A temperatura do próprio chip semicondutor não deve exceder este limite. Exceder T_Jmáx reduzirá drasticamente a vida útil e pode causar falha imediata.
• Resistência Térmica (R_th):20 °C/W. Este parâmetro quantifica a eficácia com que o calor viaja do chip (junção) para a almofada de solda ou invólucro. Um valor mais baixo é melhor. Com 20°C/W, para cada watt de potência dissipada, a temperatura da junção aumentará 20°C acima da temperatura da almofada.
• Temperatura de Operação & Armazenamento:-40°C a +85°C (Operação), -40°C a +100°C (Armazenamento). Estas faixas garantem que o dispositivo pode funcionar e ser armazenado numa grande variedade de condições ambientais.

2.2 Características Fotométricas e Elétricas

A tabela de códigos de encomenda fornece as principais métricas de desempenho em condições de teste típicas.

• Fluxo Radiante:Mínimo 1mW, Típico 2mW, Máximo 2.5mW. Este é o total de potência ótica de saída no espectro UVC, medido em miliwatts. É o parâmetro crítico para avaliar a eficácia da esterilização, não o brilho visual.
• Comprimento de Onda de Pico:270-285 nm. Este é o comprimento de onda no qual o LED emite a maior potência ótica. A eficácia germicida atinge o pico por volta de 265nm, portanto esta faixa é altamente eficaz.
• Tensão Direta (V_F):5.0-8.0V a I_F=20mA. Isto é relativamente alto para um LED, o que é característico da tecnologia semicondutora UVC. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento pode fornecer esta faixa de tensão.
• Corrente Direta (I_F):20mA. Esta é a corrente de acionamento recomendada para obter o fluxo radiante e a vida útil especificados.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência na produção em massa, os LEDs são classificados em bins de desempenho. O UVC3535CZ0115 utiliza três critérios de binning independentes.

3.1 Binning de Fluxo Radiante

Os LEDs são classificados com base na sua saída mínima de fluxo radiante nos bins Q0A (1-1.5mW), Q0B (1.5-2mW) e Q0C (2-2.5mW). Isto permite aos projetistas selecionar um bin que atenda à sua potência ótica mínima necessária, potencialmente otimizando o custo.

3.2 Binning de Comprimento de Onda de Pico

O comprimento de onda é classificado em três faixas: U27A (270-275nm), U27B (275-280nm) e U28 (280-285nm). Para aplicações sensíveis a um comprimento de onda específico para máxima eficiência germicida, especificar o bin apropriado é importante.

3.3 Binning de Tensão Direta

A tensão é classificada em passos de 0.5V de 5.0V a 8.0V (ex., 5055 para 5.0-5.5V, 7580 para 7.5-8.0V). Isto é crucial para projetar drivers de corrente constante, pois conhecer a faixa V_Fajuda a especificar a tensão de conformidade necessária do driver, impactando a eficiência e a seleção de componentes.

4. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas características típicas fornecem uma visão sobre como o LED se comporta em condições variáveis.

4.1 Espectro e Potência Ótica

A curva do espectro mostra um pico na faixa de 270-285nm com uma largura total à meia altura (FWHM) típica de aproximadamente 10-15nm, o que é padrão para LEDs UVC. A curva de fluxo radiante relativo versus corrente direta é sub-linear; a saída aumenta com a corrente, mas pode não ser perfeitamente proporcional, e acionar acima da corrente recomendada leva a retornos decrescentes e calor excessivo.

4.2 Comportamento Elétrico e Térmico

A curva de corrente direta versus tensão direta (I-V) mostra a relação exponencial típica dos díodos. A tensão direta aumenta com a corrente. O comprimento de onda de pico mostra um desvio mínimo com o aumento da corrente, indicando uma boa estabilidade espectral. A curva de derating é crítica: mostra que a corrente direta máxima permitida deve ser reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta para evitar que a temperatura de junção exceda 100°C. Por exemplo, a 85°C ambiente, a corrente máxima é significativamente mais baixa do que a 25°C.

4.3 Desempenho Térmico

A curva de fluxo radiante relativo versus temperatura ambiente demonstra o impacto negativo do calor na saída. À medida que a temperatura sobe, o fluxo radiante diminui. Este efeito de extinção térmica sublinha a importância de um projeto térmico eficaz da PCB e de um dissipador de calor para manter o desempenho ideal.

5. Informações Mecânicas e de Pacote

5.1 Dimensões Mecânicas

O LED tem uma dimensão compacta de 3.5mm x 3.5mm com uma altura de 1.0mm (tolerância ±0.2mm). O desenho técnico especifica o layout e dimensões exatas das almofadas. A Almofada 1 é o ânodo (+), a Almofada 2 é o cátodo (-), e a Almofada 3 é uma almofada térmica dedicada. A almofada térmica é essencial para transferir calor do corpo cerâmico para a PCB. O padrão de terra recomendado na PCB deve corresponder de perto a esta configuração de almofadas para garantir uma soldagem e condução térmica adequadas.

5.2 Padrão de Radiação

O diagrama polar mostra um padrão de emissão típico tipo lambertiano com um ângulo de visão de 150° (2θ_1/2). A intensidade é mais alta a 0° (perpendicular à superfície emissora) e diminui em direção às bordas. Este ângulo amplo é benéfico para aplicações que requerem cobertura de área em vez de um feixe focalizado.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Processo de Soldagem por Reflow

O UVC3535CZ0115 é projetado para processos padrão de Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT). A ficha técnica recomenda que a soldagem por reflow não seja realizada mais de duas vezes para evitar stress térmico excessivo no pacote cerâmico e nas ligações internas. Perfis de reflow padrão sem chumbo com uma temperatura de pico tipicamente abaixo de 260°C são aplicáveis, mas o perfil específico deve ser verificado. O stress no LED durante o aquecimento (ex., devido à flexão da placa) deve ser evitado. Após a soldagem, a flexão da PCB deve ser minimizada para evitar stress mecânico nas juntas de solda.

6.2 Armazenamento e Manipulação

Os componentes são embalados em sacos de barreira resistentes à humidade com dessecante para prevenir a absorção de humidade, que pode causar \"popcorning\" durante o reflow. Uma vez aberto o saco selado, os componentes devem ser utilizados dentro de um período de tempo especificado (tipicamente 168 horas em condições de fábrica) ou pré-aquecidos de acordo com as diretrizes padrão IPC/JEDEC antes do reflow.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Embalagem em Fita e Bobina

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada enrolada em bobinas de 7 polegadas ou 13 polegadas. A quantidade de embalagem padrão é de 1000 peças por bobina. As dimensões da fita (tamanho do bolso, passo) são especificadas para serem compatíveis com equipamentos padrão de pick-and-place SMT.

7.2 Nomenclatura do Produto (Código de Encomenda)

O código de encomenda completo, ex., UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T, é uma string estruturada que codifica todas as especificações-chave:

UVC: Tipo de produto.

3535: Tamanho do pacote.

C: Material cerâmico.

Z: Contém díodo Zener para proteção ESD.

01: 1 chip LED.

15: Ângulo de visão de 150°.

H: Estrutura de chip horizontal.

UC: Cor UVC.

7085: Código do bin de comprimento de onda (270-285nm).

001: Código do bin de fluxo radiante (1mW mín.).

X80: Código do bin de tensão direta (5.0-8.0V).

020: Corrente direta (20mA).

1: Código de quantidade de embalagem (1K peças).

T: Embalagem em fita.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Projeto do Circuito de Acionamento

Um driver de corrente constante é obrigatório para acionar este LED. Dada a alta tensão direta (5-8V) e baixa corrente (20mA), o driver deve ser cuidadosamente selecionado. Reguladores lineares de corrente constante ou drivers LED comutados podem ser usados, garantindo que a tensão de conformidade de saída exceda a V_Fmáx do bin selecionado. A gestão térmica na PCB é não negociável. Use uma PCB com espessura e área de cobre suficientes, conecte a almofada térmica a um grande plano de terra usando múltiplas vias térmicas e considere o fluxo de ar ou dissipação de calor geral do sistema.

8.2 Considerações de Segurança e Vida Útil

A radiação UVC é prejudicial para os olhos e a pele. O projeto do produto final deve incorporar características de segurança, como interruptores de intertravamento, blindagem e etiquetas de aviso para prevenir a exposição do utilizador. A vida útil dos LEDs UVC é tipicamente definida como o tempo até que o fluxo radiante degrade para uma certa percentagem (ex., 70% ou 50%) do seu valor inicial. Acionar na ou abaixo da corrente recomendada e manter uma baixa temperatura de junção através de um bom projeto térmico são os principais fatores para maximizar a vida útil operacional.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O UVC3535CZ0115 diferencia-se através do seu pacote cerâmico, que oferece desempenho térmico e confiabilidade superiores em comparação com os pacotes SMD plásticos comumente usados para LEDs visíveis. O díodo Zener integrado para proteção ESD adiciona robustez. O ângulo de visão de 150° é mais amplo do que alguns LEDs UVC concorrentes, que podem ter feixes mais focados. O detalhado binning tridimensional (fluxo, comprimento de onda, tensão) fornece aos projetistas um controlo preciso sobre os parâmetros de desempenho do seu produto final.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a vida útil típica deste LED?

R: A vida útil é altamente dependente da corrente de acionamento e da temperatura de operação. Quando operado na corrente recomendada de 20mA e com a temperatura de junção mantida baixa (ex., abaixo de 85°C), podem ser esperadas vidas úteis de 10.000 horas ou mais até L70 (70% do fluxo inicial). Consulte a curva de derating e as diretrizes de gestão térmica.

P: Posso acionar este LED com uma fonte de tensão constante?

R: Não. Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Uma fonte de tensão constante não regula a corrente, levando à fuga térmica e falha rápida. Use sempre um driver de corrente constante adequado.

P: Como seleciono o bin correto para a minha aplicação?

R: Escolha o bin de Fluxo Radiante (Q0A/B/C) com base na sua potência ótica mínima necessária. Selecione o bin de Comprimento de Onda (U27A/B, U28) se a sua aplicação for otimizada para uma sub-faixa específica. O bin de Tensão (5055...7580) é importante para o projeto do driver; pode projetar para o pior caso (maior) tensão no seu bin selecionado.

P: É necessária uma lente?

R: Para a maioria das aplicações de esterilização onde é necessária cobertura de área, o padrão incorporado de 150° é suficiente. Para aplicações de feixe focalizado, pode ser usada uma lente externa de quartzo ou especializada transparente ao UVC. As lentes padrão de acrílico ou policarbonato bloqueiam a luz UVC.

11. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Esterilizador de Água Portátil

Um projetista está a criar uma garrafa de água UV alimentada por bateria. Seleciona o UVC3535CZ0115 pelo seu tamanho compacto e potência. Escolhe o bin de fluxo Q0C (2-2.5mW) para garantir dose suficiente para um pequeno volume de água. Projeta uma PCB com uma grande área de cobre conectada à almofada térmica. Um driver de corrente constante com conversor boost é selecionado para fornecer 20mA a partir de uma bateria de iões de lítio de 3.7V, com capacidade de tensão de saída superior a 8V. O LED é colocado dentro de uma manga de quartzo no percurso do fluxo de água. Intertravamentos de segurança garantem que o LED só opera quando a garrafa está selada.

12. Introdução ao Princípio

Os LEDs UVC operam com base no princípio da eletroluminescência em materiais semicondutores, especificamente ligas de nitreto de alumínio e gálio (AlGaN). Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa do semicondutor, libertando energia na forma de fotões. O comprimento de onda destes fotões é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. Para emissão UVC por volta de 270nm, é necessário um alto teor de alumínio na camada de AlGaN. O pacote cerâmico serve como um invólucro robusto, termicamente condutor e hermético que protege o chip semicondutor sensível de fatores ambientais e remove eficientemente o calor.

13. Tendências de Desenvolvimento

O mercado de LED UVC é impulsionado pela procura global por desinfeção sem produtos químicos. As tendências-chave incluem o aumento da eficiência wall-plug (potência ótica de saída por potência elétrica de entrada), o que reduz o consumo de energia e a geração de calor. Existe um desenvolvimento contínuo para baixar o custo por miliwatt de potência ótica. A investigação também está focada em melhorar a vida útil e a confiabilidade do dispositivo. Além disso, o desenvolvimento de LEDs em comprimentos de onda ainda mais curtos (ex., 222nm Far-UVC) é uma área de investigação ativa, prometendo uma desinfeção potencialmente mais segura para espaços ocupados. A integração a nível de sistema, como módulos driver-on-board, também está a tornar-se mais comum para simplificar o projeto do produto final.