Ficha Técnica LED UVA ELUA3535NU3 - 3.75x3.75x3.2mm - 3.6-4.8V - Série 4W - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série de produtos ELUA3535NU3 representa uma solução LED de alta confiabilidade, baseada em cerâmica, projetada especificamente para aplicações de ultravioleta-A (UVA). Esta série de 4W foi concebida para oferecer desempenho consistente em ambientes exigentes onde a radiação UV é utilizada pelas suas propriedades germicidas ou catalíticas.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As vantagens primárias desta série de LED derivam da sua construção robusta e do seu design elétrico. A utilização de um substrato cerâmico de Nitreto de Alumínio (AlN) proporciona uma excelente condutividade térmica, o que é crítico para gerir o calor gerado pela operação de alta potência e garantir a fiabilidade a longo prazo. O dispositivo incorpora proteção integrada contra Descarga Eletrostática (ESD) classificada até 2KV (HBM), aumentando a sua durabilidade durante a manipulação e montagem. Além disso, o produto está em total conformidade com as principais regulamentações ambientais e de segurança, incluindo RoHS, sem chumbo, REACH da UE e normas livres de halogéneos (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), tornando-o adequado para mercados globais com requisitos de conformidade rigorosos.

As aplicações-alvo situam-se principalmente nos setores industrial e comercial que utilizam luz UVA. Os mercados-chave incluem sistemas de esterilização UV para purificação de ar e água, sistemas de fotocatalisador UV para decompor compostos orgânicos voláteis (COVs) e iluminação especializada para sensores UV. A fiabilidade e potência de saída do produto tornam-no um componente adequado para sistemas que requerem emissão UV sustentada.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos listados 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 tensão além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Para as variantes de 385nm, 395nm e 405nm, a corrente direta máxima contínua (I_F) é de 1250mA. É crucial notar que a variante de 365nm tem uma classificação de corrente máxima significativamente mais baixa, de 700mA. Esta diferença deve-se tipicamente aos diferentes materiais semicondutores e estruturas epitaxiais utilizadas para comprimentos de onda mais curtos, que podem ter capacidades de condução de corrente mais baixas ou maior sensibilidade térmica. Operar consistentemente no ou perto destes limites reduzirá drasticamente a vida útil e a fiabilidade do LED. A temperatura máxima da junção (T_J) é classificada em 105°C. A resistência térmica da junção ao ponto de contacto térmico (R_θth) é especificada como 4°C/W. Este parâmetro é vital para o projeto de gestão térmica; por exemplo, na corrente nominal total, o aumento de temperatura do ponto de contacto para a junção pode ser calculado. Um dissipador de calor adequado é essencial para manter a temperatura da junção dentro de limites seguros.

2.2 Características Fotométricas e Elétricas

Os códigos de encomenda fornecidos detalham classificações de desempenho específicas. O fluxo radiante, a medida da potência ótica total de saída em watts (ou miliwatts), varia consoante o comprimento de onda. Para o LED de 365nm (operando a 700mA), o fluxo radiante mínimo é de 900mW, o típico é 1300mW e o máximo é 1600mW. Para os LEDs de 385nm, 395nm e 405nm (operando a 1000mA), o mínimo é 1350mW, o típico é 1475mW e o máximo é 1850mW. A tensão direta (V_F) para todos os modelos da série é especificada dentro de uma gama de 3.6V a 4.8V nas suas respetivas correntes de operação. Esta gama deve ser considerada ao projetar o circuito de acionamento para garantir que este pode fornecer tensão suficiente enquanto gere a dissipação de potência.

3. Explicação do Sistema de Classificação

O produto é classificado em grupos com base em três parâmetros-chave: Fluxo Radiante, Comprimento de Onda de Pico e Tensão Direta. Isto permite aos clientes selecionar LEDs com características muito próximas para um desempenho consistente do sistema.

3.1 Classificação por Fluxo Radiante

São utilizadas duas tabelas de classificação separadas para diferentes grupos de comprimento de onda. Para o LED de 365nm, os códigos de grupo U1 a U4 categorizam o fluxo radiante de 900-1000mW até 1400-1600mW. Para os LEDs de 385nm a 405nm, são utilizados os códigos de grupo U51 (1350-1600mW) e U52 (1600-1850mW). Os projetistas devem garantir que a irradiância mínima exigida pelo seu sistema ótico é satisfeita pelo valor mínimo do grupo selecionado.

3.2 Classificação por Comprimento de Onda de Pico

O comprimento de onda de pico é classificado em intervalos de 10nm: U36 (360-370nm), U38 (380-390nm), U39 (390-400nm) e U40 (400-410nm). A seleção depende da sensibilidade espectral da aplicação. Por exemplo, a ativação de fotocatalisadores tem frequentemente uma gama de comprimentos de onda ótima.

3.3 Classificação por Tensão Direta

A tensão direta é classificada em três grupos: 3640 (3.6-4.0V), 4044 (4.0-4.4V) e 4448 (4.4-4.8V). Isto é importante para a eficiência do acionador e para a gestão térmica. LEDs de um grupo de tensão mais baixa dissiparão menos potência na forma de calor (P = V_F* I_F) à mesma corrente, potencialmente permitindo um dissipador de calor mais simples ou menor.

4. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas características típicas fornecem uma visão sobre o comportamento do LED em várias condições de operação, o que é essencial para um projeto de sistema robusto.

4.1 Espetro e Fluxo Radiante Relativo vs. Corrente

O gráfico do espetro mostra a intensidade de emissão normalizada ao longo dos comprimentos de onda para as quatro variantes principais. Cada uma tem um pico distinto, com larguras de banda espetrais relativamente estreitas, típicas dos LEDs UV. A curva de Fluxo Radiante Relativo vs. Corrente Direta mostra uma relação sublinear. A saída não aumenta proporcionalmente com a corrente, especialmente a correntes mais elevadas, devido à queda de eficiência causada pelo aumento da temperatura da junção e outros efeitos da física dos semicondutores. Isto realça a importância da gestão térmica para manter a saída.

4.2 Características Térmicas

As curvas de Fluxo Radiante Relativo vs. Temperatura Ambiente e Comprimento de Onda de Pico vs. Temperatura Ambiente são críticas. À medida que a temperatura ambiente (ou do ponto de contacto) aumenta, o fluxo radiante diminui significativamente - uma característica comum nos LEDs. Por exemplo, a 120°C, o fluxo relativo é apenas cerca de 40-50% do seu valor a 25°C. Simultaneamente, o comprimento de onda de pico desloca-se para comprimentos de onda mais longos (desvio para o vermelho) com o aumento da temperatura, a uma taxa observável no gráfico. Este desvio térmico deve ser considerado em aplicações sensíveis ao comprimento de onda. A curva de Tensão Direta vs. Temperatura mostra um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que V_Fdiminui à medida que a temperatura sobe, o que pode afetar a operação do acionador de corrente constante.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões e Tolerâncias

O LED apresenta uma pegada compacta de 3.75mm x 3.75mm com uma altura total de 3.2mm. O desenho dimensional especifica todos os comprimentos críticos, incluindo o ponto de contacto térmico e os pontos de contacto do ânodo/cátodo. A tolerância geral nas dimensões planares é de ±0.1mm, enquanto a tolerância de espessura é de ±0.15mm. Estas tolerâncias são importantes para o layout do PCB, o projeto do estêncil da pasta de solda e para garantir a colocação correta pelas máquinas pick-and-place.

5.2 Configuração dos Pontos de Contacto e Polaridade

A vista inferior mostra claramente o layout dos pontos de contacto. O ponto de contacto central e grande, retangular, é o ponto de contacto térmico (cátodo), essencial para a transferência de calor para o PCB. Dois pontos de contacto elétricos mais pequenos estão localizados num dos lados: um para o ânodo e outro para o cátodo. A polaridade é indicada no diagrama. O cátodo está tipicamente ligado ao ponto de contacto térmico e a um dos pontos de contacto mais pequenos. A identificação correta da polaridade durante a montagem é obrigatória para evitar falhas no dispositivo.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Processo de Soldadura por Refluxo

O LED é adequado para processos padrão de Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT). A ficha técnica fornece um gráfico do perfil de refluxo com parâmetros-chave: uma zona de pré-aquecimento, um rápido aumento de temperatura até ao pico e uma fase de arrefecimento controlada. A temperatura de pico recomendada é de 260°C (+0°C/-5°C) durante um máximo de 10 segundos. É explicitamente declarado que a soldadura por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes para evitar tensão térmica indevida no encapsulamento e nas ligações internas. Deve ser evitada tensão mecânica no corpo do LED durante o aquecimento (por exemplo, devido à deformação do PCB), e é proibido dobrar o PCB após a soldadura, pois pode rachar as juntas de solda ou o próprio encapsulamento cerâmico.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Decifração da Nomenclatura do Modelo

O código de encomenda completo (por exemplo, ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G) é um descritor detalhado:

• EL: Prefixo do fabricante.
• UA: Tipo de produto UVA.
• 3535: Tamanho do encapsulamento 3.75mm x 3.75mm.
• N: Material do encapsulamento é Nitreto de Alumínio (AlN).
• U: Revestimento é Ouro (Au).
• 3: Ângulo de visão é 30°.
• PXXXX: Código do comprimento de onda de pico (por exemplo, 6070 para 360-370nm).
• YY: Código do Fluxo Radiante Mínimo.
• 3648 / 700 / 1K0: Gama de Tensão Direta (3.6-4.8V) e Corrente Direta (700mA ou 1000mA).
• V41G: Tipo de chip (Vertical), tamanho (43mil), quantidade (1) e processo (Vidro de Quartzo).

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

Sistemas de Esterilização UV:Para desinfeção de ar ou água, a gama 265-280nm (UVC) é mais eficaz para danos no ADN. No entanto, os LEDs UVA (como esta série) são utilizados em alguns processos de oxidação avançada (AOP) ou em sistemas que visam patógenos específicos sensíveis a UV mais longos, ou em combinação com fotocatalisadores. O projeto do sistema deve garantir uma dose UV suficiente (intensidade x tempo).
Fotocatalisador UV:Tipicamente utilizando TiO₂, os fotocatalisadores são ativados por luz UV. As variantes de 385nm ou 395nm são comumente utilizadas. O projeto deve garantir iluminação uniforme da superfície do catalisador e gerir o calor, uma vez que a eficiência do catalisador pode depender da temperatura.
Luz para Sensores UV:Utilizada para excitar fluorescência ou para inspeção por visão artificial. A saída estável e o comprimento de onda específico são fundamentais. Um acionador de corrente constante é essencial para manter a saída ótica estável, e podem ser necessários filtros óticos para bloquear a luz visível indesejada do espetro do LED.

8.2 Considerações Críticas de Projeto

Gestão Térmica:Este é o fator mais crítico para o desempenho e longevidade. Utilize um PCB com vias térmicas adequadas sob o ponto de contacto térmico, ligadas a grandes planos de cobre ou a um dissipador de calor externo. A resistência térmica de 4°C/W é da junção ao ponto de contacto térmico do LED; a resistência térmica do sistema para o ambiente deve ser projetada para manter T_Jbem abaixo de 105°C.
Acionamento Elétrico:Utilize sempre um acionador de corrente constante, não uma fonte de tensão constante. O acionador deve ser capaz de fornecer a corrente necessária (700mA ou 1000mA) e uma tensão que cubra toda a gama V_Fdo grupo selecionado, mais alguma margem. Considere implementar modulação por largura de pulso (PWM) para atenuação, se necessário, em vez de redução analógica da corrente, para evitar desvio de cor/comprimento de onda.
Projeto Ótico:O ângulo de visão de 30° fornece um feixe relativamente focado. Podem ser utilizadas lentes ou refletores para moldar a luz para a área-alvo. Certifique-se de que quaisquer materiais óticos (lentes, janelas) são transparentes aos UV (por exemplo, quartzo, plásticos específicos de grau UV), uma vez que o vidro padrão e muitos plásticos absorvem radiação UVA.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora não seja fornecida uma comparação direta lado a lado com outras marcas na ficha técnica, as características diferenciadoras-chave desta série podem ser inferidas. A utilização de um encapsulamento cerâmico de AlN oferece um desempenho térmico superior em comparação com os encapsulamentos plásticos comumente utilizados em LEDs de menor potência, permitindo correntes de acionamento mais elevadas e melhor fiabilidade. A inclusão de proteção ESD de 2KV é uma característica significativa de robustez nem sempre presente em produtos concorrentes. A classificação detalhada em três parâmetros (fluxo, comprimento de onda, tensão) permite um projeto de sistema de alta precisão e consistência na produção em massa, o que pode ser uma vantagem sobre produtos com tolerâncias mais amplas ou menos opções de classificação.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Porque é que a corrente máxima para o LED de 365nm é apenas 700mA, enquanto as outras são 1250mA?
R: Isto deve-se principalmente às diferentes propriedades do material semicondutor utilizado para alcançar o comprimento de onda mais curto de 365nm. O sistema de material (por exemplo, maior teor de alumínio no AlGaN) tem tipicamente menor condutividade elétrica e densidades de defeitos mais elevadas, levando a uma densidade de corrente máxima reduzida e a uma maior resistência térmica. Operar a uma corrente mais baixa garante fiabilidade e previne degradação acelerada.

P: Posso acionar este LED com uma fonte de alimentação de 3.3V?
R: Não. A gama de tensão direta é de 3.6V a 4.8V. Uma fonte de 3.3V não será suficiente para ligar o LED ou alcançar qualquer saída de luz significativa. É necessário um circuito acionador que possa fornecer pelo menos 4.8V (mais a queda de tensão do acionador).

P: Como interpreto o valor de "Fluxo Radiante Típico"?
R: O valor "Típico" é uma média estatística ou mediana das unidades de produção. Para um desempenho garantido no seu projeto, deve utilizar o valor "Mínimo" da tabela de classificação. Projetar com base no valor típico pode resultar em algumas unidades no seu sistema com desempenho inferior.

P: É absolutamente necessário um dissipador de calor?
R: Para qualquer operação sustentada à corrente nominal, sim. Mesmo com a baixa resistência térmica de 4°C/W, a 1000mA e uma V_Ftípica de 4.2V, a dissipação de potência é de 4.2W. O aumento de temperatura do ponto de contacto para a junção seria aproximadamente 4.2W * 4°C/W = 16.8°C. Se a temperatura do ponto de contacto do PCB atingir 85°C, a junção já estará a ~102°C, muito perto do máximo de 105°C. Um dissipador de calor eficaz é não negociável para uma operação fiável.

11. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um PCB para uma Matriz UV Multi-LED para Cura de Superfície.
Um engenheiro está a projetar uma matriz de doze LEDs de 395nm para uma estação de cura UV de baixa potência para adesivos. Cada LED será acionado a 1000mA.Passo 1 - Layout do PCB:O PCB é projetado com cobre de 2oz. É criado um ponto de contacto térmico dedicado que corresponde à pegada do LED, preenchido com uma grelha de vias térmicas (por exemplo, 0.3mm de diâmetro, passo de 1mm) que se ligam a um grande plano de terra interno e a uma área de cobre no lado inferior que será fixada a um dissipador de calor de alumínio com material de interface térmica.Passo 2 - Projeto Elétrico:É selecionado um CI acionador de LED de corrente constante capaz de fornecer 12A no total (ou múltiplos acionadores mais pequenos). A capacidade de tensão de saída do acionador é verificada para garantir que consegue lidar com 12 LEDs numa configuração de 4 em série/3 em paralelo, considerando a V_Fmáxima de 4.8V por LED.Passo 3 - Integração Ótica:Uma tampa de vidro de quartzo é colocada sobre a matriz para proteger os LEDs. A distância até à superfície de cura alvo é calculada com base na irradiância desejada, utilizando o valor mínimo de fluxo radiante do grupo (1350mW) e o ângulo do feixe de 30° para estimar o tamanho do ponto iluminado e a intensidade.

12. Introdução ao Princípio

Os LEDs UVA operam com base no princípio da eletroluminescência em materiais semicondutores. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n do chip do LED, eletrões e lacunas são injetados na região ativa. A sua recombinação liberta energia na forma de fotões. O comprimento de onda (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor utilizado na região ativa. Para emissão UVA (aproximadamente 315-400nm), são utilizados materiais como Nitreto de Gálio e Índio (InGaN) com composições específicas, ou Nitreto de Gálio e Alumínio (AlGaN). O encapsulamento cerâmico serve principalmente como suporte mecânico, isolador elétrico e, mais importante, como uma via térmica altamente eficiente para conduzir o calor para longe da junção semicondutora, o que é crítico para manter o desempenho e a longevidade.

13. Tendências de Desenvolvimento

O campo dos LEDs UV, particularmente UVA e UVB, está a registar avanços constantes. As tendências-chave observáveis em produtos como esta ficha técnica incluem:Aumento da Potência e Eficiência:A investigação contínua de materiais visa reduzir a queda de eficiência e melhorar a extração de luz, levando a um fluxo radiante mais elevado a partir do mesmo tamanho ou de tamanhos de encapsulamento mais pequenos.Melhoria da Gestão Térmica:A utilização de substratos cerâmicos avançados como o AlN, como visto aqui, está a tornar-se mais padrão para dispositivos de alta potência para gerir as cargas térmicas crescentes.Padronização e Classificação:À medida que o mercado amadurece, códigos de classificação mais detalhados e padronizados (como demonstrado) ajudam a integrar LEDs em sistemas previsíveis e repetíveis.Expansão e Controlo do Comprimento de Onda:A investigação continua a avançar para comprimentos de onda mais curtos e eficientes (mais profundamente no UVB e UVC) e a fornecer um controlo mais apertado sobre o comprimento de onda de pico e a largura espetral para aplicações especializadas.Integração de Sistemas:Existe uma tendência para módulos mais prontos para aplicação que incluem o LED, o acionador, a ótica e, por vezes, sensores, simplificando o projeto para os utilizadores finais.