Ficha Técnica do LED UVC ELUC3535NUB - 3.5x3.5x1.3mm - 5.0-7.5V - 0.13W - 270-285nm - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

A série ELUC3535NUB representa uma solução de LED de alta confiabilidade e base cerâmica, especificamente projetada para aplicações de ultravioleta C (UVC). Este produto foi concebido para oferecer desempenho consistente em ambientes exigentes, onde a eficácia germicida é primordial. A sua construção central aproveita um substrato cerâmico, que proporciona uma gestão térmica superior em comparação com encapsulamentos plásticos tradicionais, um fator crítico para manter a vida útil do LED e a estabilidade da sua saída em aplicações UVC.

O mercado-alvo principal deste componente é o setor de desinfeção e esterilização. Isto inclui aplicações como sistemas de purificação de água, dispositivos de sanitização do ar, equipamentos de desinfeção de superfícies e esterilização de instrumentos médicos. O design do produto prioriza fatores essenciais para estes usos: potência ótica na faixa germicida, construção robusta para longevidade e compatibilidade com processos padrão de montagem de tecnologia de montagem em superfície (SMT).

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo é classificado para uma corrente direta máxima (I_F) de 100 mA em CC. No entanto, a condição de operação típica especificada na informação de encomenda é de 20 mA. Esta redução de classificação é crucial para garantir a confiabilidade a longo prazo e prevenir a degradação acelerada da junção semicondutora. A temperatura máxima da junção (T_J) é de 100°C, com uma resistência térmica (R_th) da junção para o ambiente de 65 °C/W. Este valor de resistência térmica é um parâmetro chave para o design do dissipador de calor; exceder a temperatura da junção pode levar a falha catastrófica ou a uma redução significativa do fluxo radiante de saída.

O dispositivo oferece proteção ESD até 2 kV (Modelo do Corpo Humano), que é um nível padrão de proteção para manuseio na maioria dos ambientes de fabrico. A faixa de temperatura de operação é de -30°C a +85°C, e a faixa de temperatura de armazenamento é de -40°C a +100°C, garantindo adequação para uma grande variedade de climas e condições de armazenamento globais.

2.2 Características Fotométricas e Elétricas

A saída fotométrica primária é medida em fluxo radiante (mW), não em fluxo luminoso (lm), pois este é um emissor de UV não visível. O fluxo radiante típico na corrente de acionamento nominal de 20 mA é de 2 mW, com um valor mínimo garantido de 1 mW e um máximo de 2,5 mW para o código de encomenda listado. O comprimento de onda de pico situa-se na faixa de 270 nm a 285 nm, que está dentro da banda mais eficaz para ação germicida, danificando o DNA/RNA dos microorganismos.

Eletricamente, a tensão direta (V_F) a 20 mA varia de 5,0 V a 7,5 V. Esta tensão direta relativamente alta é característica dos LEDs de ultravioleta profundo. O ângulo de visão típico é de 120°, definido como o ângulo onde a intensidade é metade do valor de pico (2θ_1/2).

3. Explicação do Sistema de Binning

O produto é classificado de acordo com um sistema de binning detalhado para garantir consistência específica da aplicação. Este sistema abrange três parâmetros-chave: Fluxo Radiante, Comprimento de Onda de Pico e Tensão Direta.

3.1 Bins de Fluxo Radiante

O fluxo radiante é dividido em três categorias: Q0A (1,0-1,5 mW), Q0B (1,5-2,0 mW) e Q0C (2,0-2,5 mW). Isto permite aos projetistas selecionar LEDs com base na potência ótica de saída necessária para o seu sistema, com tolerâncias mais apertadas do que as especificações mínimas/máximas gerais.

3.2 Bins de Comprimento de Onda de Pico

O comprimento de onda de pico é criticamente importante para a eficácia do UVC. Os bins são: U27A (270-275 nm), U27B (275-280 nm) e U28 (280-285 nm). Diferentes patógenos têm picos de sensibilidade variados dentro do espectro UVC, portanto, este binning permite um design de sistema otimizado.

3.3 Bins de Tensão Direta

A tensão direta é dividida em incrementos de 0,5V de 5,0V a 7,5V (por exemplo, 5055 para 5,0-5,5V, 5560 para 5,5-6,0V, etc.). Uma V_Fconsistente dentro de uma matriz simplifica o design do driver, garantindo distribuição uniforme de corrente quando vários LEDs são conectados em paralelo.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Espectro

A curva de distribuição espectral mostra um pico de emissão estreito centrado no comprimento de onda especificado (por exemplo, ~275nm), com emissão mínima fora da banda UVC. Esta pureza espectral é vantajosa, pois garante que a energia está concentrada na faixa germicida.

4.2 Fluxo Radiante Relativo vs. Corrente Direta

A curva demonstra uma relação sub-linear. Embora a saída aumente com a corrente, a eficiência (mW/mA) diminui em correntes mais altas devido ao aumento da temperatura da junção e outros efeitos não ideais. Isto destaca a importância da gestão térmica e da operação dentro das condições recomendadas.

4.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta

A curva I-V mostra a relação exponencial típica de um díodo. A faixa V_Fespecificada a 20mA está claramente indicada. A curva é essencial para projetar o driver de corrente constante, pois uma pequena mudança na tensão pode levar a uma grande mudança na corrente.

4.4 Fluxo Radiante Relativo vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra o coeficiente de temperatura negativo da saída do LED. À medida que a temperatura ambiente (e consequentemente da junção) aumenta, o fluxo radiante diminui. Esta queda térmica deve ser considerada no design do sistema para garantir um desempenho de desinfeção consistente em toda a faixa de temperatura de operação.

4.5 Curva de Derating

A curva de derating é o gráfico mais crítico para operação confiável. Ela define a corrente direta máxima permitida em função da temperatura ambiente. Para evitar exceder a temperatura máxima da junção, a corrente de acionamento deve ser reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Por exemplo, a uma temperatura ambiente de 85°C, a corrente máxima permitida é significativamente menor do que o valor máximo absoluto de 100mA.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões Mecânicas

O encapsulamento tem uma pegada compacta de 3,5 mm x 3,5 mm com uma altura de 1,3 mm. O desenho dimensional especifica a localização do ânodo (ponto de contacto 2), cátodo (ponto de contacto 1) e do ponto de contacto térmico central (ponto de contacto 3). O ponto de contacto térmico é essencial para uma dissipação de calor eficaz; deve ser devidamente soldado a um ponto de contacto termicamente condutor na PCB, que deve estar conectado a planos de terra internos ou a um dissipador de calor externo.

5.2 Embalagem em Fita e Bobina

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada, enrolada em bobinas contendo 1000 peças. As dimensões da fita e as especificações da bobina (por exemplo, diâmetro da bobina de 180mm) são fornecidas para garantir compatibilidade com máquinas automáticas pick-and-place. Os componentes são ainda embalados dentro de um saco de alumínio resistente à humidade contendo dessecante para evitar absorção de humidade durante o armazenamento, o que é crítico para encapsulamentos cerâmicos para evitar o \"efeito pipoca\" durante a soldadura por refluxo.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O ELUC3535NUB é adequado para processos padrão de soldadura por refluxo SMT. Recomendações-chave incluem: usar um perfil de refluxo sem chumbo compatível com os limites térmicos do componente, evitar tensão mecânica no LED durante o aquecimento e arrefecimento, e limitar o número de ciclos de refluxo a um máximo de dois. Após a soldadura, a PCB não deve ser dobrada, pois isso pode induzir tensão mecânica nas juntas de solda e no corpo cerâmico, potencialmente levando a fissuras ou falhas.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Design

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Desinfeção Estática do Ar:Usado em sistemas HVAC ou purificadores de ar, onde a luz UVC irradia uma câmara por onde o ar passa.
• Desinfeção de Superfícies:Integrado em dispositivos para sanitizar telemóveis, ferramentas ou bancadas.
• Esterilização de Água:Empregado em purificadores de água de ponto de uso, onde a água flui por uma manga de quartzo transparente ao UVC que contém o LED.

7.2 Considerações de Design Críticas

• Gestão Térmica:Este é o fator mais importante. Use uma PCB com vias térmicas sob o ponto de contacto térmico conectadas a grandes áreas de cobre ou a um dissipador de calor externo. Monitore a temperatura da junção.
• Corrente de Acionamento:Opere na ou abaixo da recomendada 20mA para longevidade. Use um driver de corrente constante, não uma fonte de tensão constante.
• Materiais Óticos:A janela de saída é de vidro de quartzo. Certifique-se de que quaisquer óticas secundárias ou tampas de proteção sejam feitas de materiais transmissores de UVC (por exemplo, sílica fundida, certos plásticos especiais). O vidro padrão e a maioria dos plásticos absorvem radiação UVC.
• Segurança:A radiação UVC é prejudicial aos olhos e à pele. Os invólucros devem impedir qualquer fuga de luz UV durante a operação. Inclua interruptores de intertravamento se os invólucros puderem ser abertos durante o uso.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores do ELUC3535NUB são o seu encapsulamento cerâmico (AIN - Nitreto de Alumínio) e a lente de vidro de quartzo. O encapsulamento cerâmico oferece uma condutividade térmica significativamente melhor do que o plástico (por exemplo, PPA, PCT), levando a temperaturas de junção de operação mais baixas na mesma corrente de acionamento, o que se traduz diretamente em maior vida útil e saída mais estável. A lente de vidro de quartzo proporciona transmissão UV superior e resistência ao escurecimento (solarização) em comparação com lentes de silicone ou epóxi, que podem degradar-se sob exposição prolongada ao UVC.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED a 100mA para obter uma saída maior?

R: Não. A classificação de 100mA é um Valor Máximo Absoluto, não uma condição de operação. Exceder a corrente de acionamento típica de 20mA aumentará drasticamente a temperatura da junção, levando a uma rápida degradação da saída e potencial falha do dispositivo. Sempre siga a curva de derating.

P: Por que a tensão direta é tão alta e variável (5,0-7,5V)?

R: A alta energia de bandgap necessária para emitir fotões UVC resulta numa tensão direta mais elevada. A variação é inerente aos processos de fabrico de semicondutores, razão pela qual o sistema de binning é fornecido. Projete o seu circuito driver para acomodar toda a faixa de tensão do bin selecionado.

P: Como interpreto o \"Fluxo Radiante Mínimo\" de 1mW?

R: Este é o limite inferior garantido para o código de encomenda específico. O valor típico é de 2mW, e a maioria dos dispositivos terá um desempenho próximo deste. O sistema de binning (Q0A/B/C) permite-lhe adquirir peças com um mínimo garantido mais apertado dentro dessa faixa geral.

10. Estudo de Caso de Design Prático

Cenário:Projetar uma varinha compacta de sanitização de superfícies alimentada por USB.

Passos de Design:

1. Orçamento de Energia:A porta USB fornece 5V, ~500mA máx. A V_Fdo LED (5-7,5V) é superior à da fonte. É necessário um driver de corrente constante com conversor boost.

2. Design Térmico:O invólucro da varinha é pequeno. Selecione uma PCB com núcleo metálico de alta condutividade térmica (MCPCB). Solde o ponto de contacto térmico do LED diretamente à MCPCB. A base metálica da MCPCB atua como o dissipador de calor primário e parte do corpo da varinha.

3. Design Ótico:Use um refletor raso para direcionar o feixe de 120° para a superfície alvo. Certifique-se de que o material do refletor é estável ao UVC (por exemplo, alumínio com um revestimento protetor).

4. Segurança:Projete um obturador que só se abra quando a varinha for pressionada contra uma superfície, bloqueando a fuga de UVC. Inclua um circuito temporizador para limitar a duração da exposição por ativação.

5. Seleção de Componentes:Escolha LEDs de um único bin de Tensão Direta (por exemplo, 5055) para simplificar o design do driver se usar vários LEDs. Selecione o bin de Fluxo Radiante apropriado com base na dose desejada e no tempo de tratamento.

11. Princípio de Funcionamento

Os LEDs UVC são dispositivos semicondutores que emitem fotões no espectro ultravioleta (especificamente 200-280nm para UVC) através de eletroluminescência. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, eletrões e lacunas são injetados na região ativa. A sua recombinação liberta energia na forma de fotões. O comprimento de onda destes fotões é determinado pela energia de bandgap dos materiais semicondutores usados na região ativa (tipicamente nitreto de alumínio e gálio - AlGaN). Um bandgap mais estreito resulta em comprimentos de onda mais longos (visível/infravermelho), enquanto o bandgap muito amplo necessário para a emissão UVC é alcançado com alto teor de alumínio nas camadas de AlGaN.

12. Tendências Tecnológicas

O mercado de LEDs UVC é impulsionado pela procura de soluções de desinfeção sem mercúrio, de ligação instantânea, compactas e robustas. As tendências-chave incluem:

Aumento da Eficiência Wall-Plug (WPE):A investigação foca-se em melhorar a eficiência quântica interna (IQE) e a eficiência de extração de luz (LEE) para converter mais entrada elétrica em saída ótica UVC, reduzindo o consumo de energia e a geração de calor.

Maior Potência de Saída:O desenvolvimento de encapsulamentos multi-chip e processos epitaxiais melhorados está a aumentar constantemente o fluxo radiante por dispositivo, permitindo o tratamento de volumes maiores ou a redução do tempo de exposição.

Vidas Úteis Mais Longas:Melhorias em materiais de encapsulamento (como a cerâmica e o quartzo aqui usados), técnicas de fixação do chip e confiabilidade dos semicondutores estão a estender a vida útil operacional (L70/B50) dos LEDs UVC, tornando-os mais viáveis para aplicações de operação contínua.

Redução de Custos:À medida que os volumes de fabrico aumentam e os processos amadurecem, o custo por miliwatt de saída UVC está a diminuir, ampliando a gama de aplicações viáveis para além dos nichos de mercado.