Ficha Técnica do LED UV LTPL-C034UVD405 - 3.5x3.5x1.6mm - 3.5V Típico - 460-700mW - Comprimento de Onda de Pico 405nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série de produtos UV C03 representa uma fonte de luz avançada e energeticamente eficiente, projetada para aplicações de cura UV e uso geral em ultravioleta. Esta tecnologia combina a longevidade e confiabilidade inerentes aos Diodos Emissores de Luz (LEDs) com os altos níveis de brilho tradicionalmente associados às fontes UV convencionais. Esta fusão oferece uma flexibilidade de projeto significativa e abre novos caminhos para que a iluminação UV de estado sólido substitua as tecnologias UV mais antigas e menos eficientes.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este produto é projetado para aplicações que exigem emissão ultravioleta precisa, confiável e eficiente. Suas principais vantagens incluem compatibilidade total com sistemas de acionamento de circuito integrado (I.C.), conformidade com as normas RoHS e padrões de fabricação sem chumbo (Pb-free), o que contribui para custos operacionais mais baixos e redução dos custos de manutenção ao longo do ciclo de vida do produto. O mercado-alvo abrange processos industriais de cura, instrumentação médica e científica, detecção de falsificações e qualquer aplicação onde a exposição controlada à radiação UV seja crítica.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Detalhada

A seção a seguir fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos do dispositivo, conforme definidos nas condições padrão de teste (Ta=25°C).

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestes limites ou próximo deles não é recomendada por períodos prolongados. A corrente direta máxima em CC (If) é de 500 mA. O consumo máximo de potência (Po) é de 2 Watts. O dispositivo pode operar dentro de uma faixa de temperatura ambiente (Topr) de -40°C a +85°C e ser armazenado (Tstg) entre -55°C e +100°C. A temperatura máxima permitida na junção (Tj) é de 110°C. É de extrema importância evitar a operação do LED sob condições de polarização reversa por períodos prolongados, pois isso pode levar à falha do componente.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estas características definem o desempenho do dispositivo em condições típicas de operação (If = 350mA). A tensão direta (Vf) varia de um mínimo de 2,8V a um máximo de 4,4V, com um valor típico de 3,5V. A saída total de fluxo radiante (Φe), medida com uma esfera integradora, varia de 460mW a 700mW, com um valor típico de 620mW. O comprimento de onda de pico (Wp) é especificado entre 400nm e 410nm, posicionando-o firmemente no espectro do ultravioleta próximo. O ângulo de visão (2θ1/2) é tipicamente de 130 graus, indicando um padrão de radiação amplo. A resistência térmica da junção para o encapsulamento (Rth jc) é tipicamente de 14,7 °C/W, com uma tolerância de medição de ±10%.

2.3 Características Térmicas

O gerenciamento térmico eficaz é primordial para o desempenho e a longevidade do LED. A resistência térmica especificada (Rth jc) de 14,7 °C/W indica o aumento de temperatura por watt de potência dissipada entre a junção do semicondutor e o encapsulamento (case). Um valor mais baixo é preferível. Este parâmetro, combinado com a temperatura máxima de junção de 110°C, determina os requisitos necessários de dissipação de calor para qualquer aplicação, a fim de garantir que o LED opere dentro de sua área de operação segura e mantenha sua saída nominal e vida útil.

3. Explicação do Sistema de Códigos de Classificação (Binning)

O produto é classificado em códigos (bins) com base em parâmetros-chave de desempenho para garantir consistência para o usuário final. O código de classificação (bin) está marcado em cada saco de embalagem.

3.1 Classificação da Tensão Direta (Vf)

Os LEDs são classificados em quatro códigos de tensão (V0, V1, V2, V3) a uma corrente de teste de 350mA. Os códigos V0 têm tensões entre 2,8V e 3,2V, V1 entre 3,2V e 3,6V, V2 entre 3,6V e 4,0V e V3 entre 4,0V e 4,4V. A tolerância para esta classificação é de ±0,1V. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com tensões diretas muito próximas para conexões em paralelo ou para regulação precisa de corrente.

3.2 Classificação do Fluxo Radiante (Φe)

A potência óptica de saída é categorizada em seis códigos (R1 a R6). R1 representa a faixa de saída mais baixa (460-500 mW) e R6 a mais alta (660-700 mW), todas medidas a 350mA. A tolerância para o fluxo radiante é de ±10%. Esta classificação permite a seleção com base na intensidade de luz necessária para a aplicação.

3.3 Classificação do Comprimento de Onda de Pico (Wp)

O comprimento de onda emitido é classificado em dois códigos principais: P4A (400-405 nm) e P4B (405-410 nm), com uma tolerância de ±3nm. Isso é crucial para aplicações sensíveis a comprimentos de onda UV específicos, como a iniciação de reações fotoquímicas particulares em processos de cura.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Os dados gráficos fornecem insights sobre o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

4.1 Fluxo Radiante Relativo vs. Corrente Direta

Esta curva normalmente mostra uma relação sublinear, onde o fluxo radiante aumenta com a corrente direta, mas pode exibir saturação ou queda de eficiência (efficiency droop) em correntes mais altas. O ponto de operação exato (por exemplo, 350mA) deve ser escolhido para equilibrar a saída e a eficiência, mantendo-se dentro dos valores máximos absolutos.

4.2 Distribuição Espectral Relativa

Este gráfico descreve a intensidade da luz emitida em diferentes comprimentos de onda, centrada no comprimento de onda de pico (400-410nm). Ele mostra a largura de banda espectral, que é importante para aplicações onde a pureza espectral ou uma interação específica com o comprimento de onda é necessária.

4.3 Características de Radiação

Este gráfico polar ilustra a distribuição espacial da intensidade da luz, correlacionada ao ângulo de visão de 130 graus. Ele mostra como a luz é emitida do encapsulamento do LED, o que é vital para o projeto do sistema óptico, a fim de garantir a iluminação adequada da área alvo.

4.4 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Esta curva fundamental mostra a relação exponencial típica de um diodo. A tensão direta aumenta com a corrente. A forma da curva é essencial para projetar o circuito de acionamento apropriado, seja um simples resistor limitador de corrente ou um driver de corrente constante.

4.5 Fluxo Radiante Relativo vs. Temperatura de Junção

Esta curva crítica demonstra o impacto negativo do aumento da temperatura da junção na saída de luz. À medida que a temperatura da junção aumenta, o fluxo radiante diminui. Isso ressalta a importância do gerenciamento térmico eficaz para manter um desempenho óptico consistente ao longo do tempo e sob diferentes condições ambientais.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões de Contorno

O dispositivo possui um encapsulamento compacto para montagem em superfície (SMD). As dimensões-chave incluem o tamanho do corpo e o perfil da lente. Todas as dimensões lineares estão em milímetros. As tolerâncias gerais de dimensão são de ±0,2mm, enquanto a altura da lente e o comprimento/largura do substrato cerâmico têm tolerâncias mais restritas de ±0,1mm. A trilha térmica (thermal pad) na parte inferior do dispositivo é isolada eletricamente (flutuante) das trilhas do ânodo e do cátodo, o que significa que pode ser conectada diretamente a um plano térmico na PCB para dissipação de calor sem criar um curto-circuito elétrico.

5.2 Identificação de Polaridade e Design das Trilhas (Pads)

O layout recomendado das trilhas (pads) para fixação na placa de circuito impresso (PCB) é fornecido para garantir a soldagem adequada e o desempenho térmico. O design inclui trilhas separadas para o ânodo e o cátodo, bem como uma trilha maior para a conexão térmica. A orientação correta da polaridade durante a montagem é essencial para a operação do dispositivo.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldagem por Refluxo (Reflow)

Um perfil detalhado de soldagem por refluxo é recomendado. Os parâmetros-chave incluem pré-aquecimento, estabilização (soak), temperatura de pico de refluxo e taxas de resfriamento. A temperatura de pico máxima (medida na superfície do corpo do encapsulamento) deve ser controlada. Um processo de resfriamento rápido não é recomendado. É aconselhável usar a menor temperatura de soldagem possível que garanta uma junta confiável. O dispositivo pode suportar no máximo três ciclos de refluxo. A soldagem manual, se necessária, deve ser limitada a no máximo 300°C por não mais que 2 segundos, aplicada apenas uma vez.

6.2 Precauções de Limpeza e Manuseio

Se a limpeza for necessária após a soldagem, apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico, devem ser usados. Limpadores químicos não especificados podem danificar o encapsulamento do LED. Precauções gerais contra descarga eletrostática (ESD) devem ser observadas durante o manuseio.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações da Fita e da Bobina (Tape and Reel)

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora com relevo (embossed), selada com uma fita de cobertura superior. A fita é enrolada em bobinas. Uma bobina padrão de 7 polegadas pode conter no máximo 500 peças. A embalagem está em conformidade com as especificações EIA-481-1-B. Há uma especificação de que não mais do que dois compartimentos de componentes consecutivos na fita podem estar vazios.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este LED UV é adequado para uma variedade de aplicações, incluindo, mas não se limitando a: cura UV de adesivos, tintas e revestimentos; excitação de fluorescência para análise ou inspeção; instrumentação médica e biológica; sistemas de purificação de ar e água; e detecção de falsificações (por exemplo, verificação de elementos de segurança).

8.2 Considerações de Projeto e Método de Acionamento

Um LED é um dispositivo operado por corrente. Para garantir intensidade uniforme quando vários LEDs são conectados em paralelo em uma única aplicação, é altamente recomendável incorporar um resistor limitador de corrente individual em série com cada LED. Isso compensa pequenas variações na tensão direta (Vf) entre dispositivos individuais, prevenindo o "roubo de corrente" (current hogging), onde um LED consome mais corrente que os outros, levando a brilho desigual e possível sobrecarga. Um circuito driver de corrente constante é a solução ideal para acionar um ou vários LEDs em série, fornecendo desempenho estável independentemente das variações de tensão direta.

9. Confiabilidade e Testes

O dispositivo passa por um plano abrangente de testes de confiabilidade para garantir robustez. Os testes incluem Vida Útil em Baixa Temperatura (LTOL a -30°C), Vida Útil em Temperatura Ambiente (RTOL), Vida Útil em Alta Temperatura (HTOL a 85°C), Vida Útil em Alta Temperatura e Umidade (WHTOL a 60°C/60% UR), Choque Térmico (TMSK de -40°C a 125°C), Resistência ao Calor de Soldagem (simulando refluxo) e Teste de Soldabilidade. Critérios específicos de aprovação/reprovação são definidos com base nas mudanças na tensão direta (dentro de ±10%) e no fluxo radiante (dentro de ±15%) após os testes. Todos os testes de vida são conduzidos com o dispositivo montado em um dissipador de calor térmico.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado às fontes tradicionais de luz UV, como lâmpadas de vapor de mercúrio, esta solução de LED de estado sólido oferece vantagens distintas: capacidade de ligar/desligar instantaneamente sem tempo de aquecimento, vida operacional significativamente mais longa (frequentemente dezenas de milhares de horas), maior eficiência energética convertendo mais energia elétrica em luz UV útil, ausência de materiais perigosos como mercúrio, tamanho compacto permitindo novos formatos e saída espectral precisa. A principal desvantagem historicamente era a menor potência óptica total, mas os modernos LEDs UV de alta potência, como esta série, estão fechando essa lacuna para muitas aplicações.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

11.1 Qual é a diferença entre fluxo radiante (mW) e fluxo luminoso (lm)?

O fluxo radiante (Φe) mede a potência óptica total emitida em todas as direções, em Watts. Esta é a métrica correta para LEDs UV, pois quantifica a energia UV real. O fluxo luminoso (lúmens) mede o brilho percebido pelo olho humano, ponderado pela curva de resposta fotópica, e não é aplicável a fontes UV não visíveis.

11.2 Como seleciono a classificação (bin) correta para minha aplicação?

Escolha o código de tensão (Vf) com base no projeto do seu circuito de acionamento e na necessidade de correspondência de corrente em strings paralelas. Selecione o código de fluxo radiante (Φe) com base na intensidade ou irradiância necessária no seu alvo. Escolha o código de comprimento de onda (Wp) se o seu processo for sensível a um pico espectral específico (por exemplo, 405nm vs. 400nm).

11.3 Por que o gerenciamento térmico é tão crítico?

A alta temperatura da junção reduz diretamente a saída de luz (como mostrado nas curvas de desempenho) e acelera os mecanismos de degradação dentro do semicondutor, encurtando drasticamente a vida operacional do dispositivo. Um dissipador de calor adequado é inegociável para um desempenho confiável e de longo prazo.

12. Caso Prático de Projeto e Uso

Caso: Projetando uma PCB para um ponto de cura UV com múltiplos LEDs.Um projetista precisa criar um array de 10 LEDs para uma aplicação de cura em pequena área. Com base na ficha técnica: 1) Ele seleciona LEDs do mesmo código Vf e Φe para consistência. 2) Ele projeta a PCB com o layout de trilhas recomendado, conectando as trilhas térmicas a uma grande área de cobre na placa, conectada a vias para dissipação de calor para a camada inferior ou um dissipador externo. 3) Ele decide acionar os LEDs com um driver de corrente constante ajustado para 350mA. Como deseja conectar todos os 10 em paralelo para iluminação uniforme, ele inclui um pequeno resistor limitador de corrente individual (por exemplo, 1 Ohm) em série com cada LED para compensar as variações de Vf, conforme recomendado. 4) Ele segue as diretrizes do perfil de refluxo durante a montagem. 5) No firmware do produto final, ele pode implementar um algoritmo de monitoramento de temperatura ou derating baseado na curva "Fluxo Radiante Relativo vs. Temperatura de Junção" se as condições ambientais forem variáveis.

13. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Este dispositivo é um diodo emissor de luz (LED) semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada através do ânodo e do cátodo, elétrons e lacunas são injetados na região ativa do chip semicondutor. Esses portadores de carga se recombinam, liberando energia na forma de fótons (luz). O comprimento de onda específico dos fótons emitidos (neste caso, ~405nm, no espectro ultravioleta-A) é determinado pela energia da banda proibida (bandgap) dos materiais semicondutores usados na construção do chip (tipicamente baseados em nitreto de alumínio e gálio - AlGaN). A luz gerada é então moldada e emitida através da lente integrada do encapsulamento.

14. Tendências Tecnológicas

O campo dos LEDs UV é caracterizado por pesquisa e desenvolvimento contínuos, visando aumentar a eficiência wall-plug (potência óptica de saída / potência elétrica de entrada), alcançar maior potência de saída de um único dispositivo ou de um encapsulamento menor, estender a vida operacional e empurrar os comprimentos de onda de emissão mais profundamente no espectro UV-C (para aplicações germicidas) com eficiência aprimorada. Há também uma tendência para embalagens mais sofisticadas para melhorar a extração de luz e o desempenho térmico. O impulso para substituir lâmpadas UV à base de mercúrio em todas as aplicações continua a ser uma grande força de mercado, apoiada por regulamentações ambientais e pelos benefícios de desempenho da iluminação de estado sólido.