Folha de Dados do LED UVC LTPL-G35UV275PR - 3.5x3.5x1.2mm - 6.2V Típico - 37mW de Fluxo Radiante - Comprimento de Onda de Pico 275nm

1. Visão Geral do Produto

A série de produtos LTPL-G35UV representa um avanço significativo nas fontes de luz ultravioleta de estado sólido. Este produto foi projetado especificamente para aplicações de esterilização e médicas, oferecendo uma alternativa de alto desempenho às tecnologias UV convencionais, como as lâmpadas de mercúrio. Ao aproveitar a tecnologia de Diodo Emissor de Luz (LED), combina uma excecional eficiência energética com a fiabilidade e a longa vida útil operacional inerentes aos dispositivos semicondutores. Isto proporciona aos projetistas maior liberdade para criar soluções inovadoras para sistemas de desinfeção, purificação de água e esterilização de superfícies.

A vantagem central reside na sua capacidade de fornecer radiação UVC eficaz (na gama de 270-280nm) com custos operacionais e de manutenção mais baixos. O dispositivo foi concebido para ser compatível com sistemas de acionamento de circuitos integrados (IC) e cumpre as normas ambientais, sendo compatível com RoHS e sem chumbo. Os seus principais mercados-alvo incluem fabricantes de equipamento médico, integradores de sistemas de purificação de água e ar, e desenvolvedores de dispositivos de esterilização de consumo ou industriais.

1.1 Vantagens Centrais e Mercado-Alvo

A transição das fontes UV tradicionais para os LEDs UVC oferece vários benefícios distintos. Em primeiro lugar, a capacidade de ligação instantânea e a ausência de tempo de aquecimento melhoram a capacidade de resposta do sistema. Em segundo lugar, o fator de forma compacto permite a integração em dispositivos mais pequenos e portáteis. A natureza direcional da emissão do LED permite um design ótico mais eficiente, focando a energia onde é mais necessária. Além disso, a ausência de mercúrio aborda as preocupações ambientais e de segurança associadas à eliminação e quebra.

A aplicação-alvo é principalmente a irradiação germicida, onde a luz UVC em torno de 275nm é altamente eficaz na destruição do DNA e RNA de microorganismos, incluindo bactérias, vírus e bolores, tornando-os inativos. Isto torna o LED adequado para aplicações como a desinfeção de superfícies em ambientes de saúde, tratamento de água em sistemas de ponto de uso e purificação de ar em unidades de AVAC.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo é especificado para operar em condições rigorosas. Os valores máximos absolutos definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente. Os parâmetros-chave incluem uma dissipação de potência máxima (P_O) de 2.1W e uma corrente direta contínua máxima (I_F) de 300mA. A gama de temperatura de operação (T_opr) é especificada de -40°C a +80°C, indicando adequação tanto para ambientes industriais severos como para ambientes médicos controlados. A gama de temperatura de armazenamento (T_stg) estende-se de -40°C a +100°C. Um parâmetro crítico é a temperatura máxima da junção (T_j) de 115°C. Exceder esta temperatura acelerará a degradação e reduzirá significativamente a vida útil do dispositivo. A folha de dados avisa explicitamente contra a operação do LED em condições de polarização inversa por períodos prolongados, pois isto pode levar a uma falha imediata.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estas características são medidas numa condição de teste padrão de temperatura ambiente de 25°C (T_a) e fornecem o desempenho esperado em operação normal.

• Tensão Direta (V_F):A uma corrente de acionamento de 250mA, a tensão direta típica é de 6.2V, com um máximo de 7.0V e um mínimo de 5.0V. A tolerância de medição é de ±0.1V. Este parâmetro é crucial para projetar o circuito de acionamento do LED, pois determina a tensão de alimentação necessária e a dissipação de potência.
• Fluxo Radiante (Φ_e):Este é o total de potência ótica de saída no espectro UVC. A 250mA, o fluxo radiante típico é de 37.0mW (mín. 29.0mW). Quando acionado na corrente máxima nominal de 300mA, a saída típica aumenta para 43.0mW. A tolerância de medição é de ±10%. O fluxo radiante é a métrica-chave para determinar a eficácia germicida do LED numa determinada aplicação.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_P):O LED emite luz UVC com um comprimento de onda de pico entre 270nm e 280nm, centrado em torno de 275nm. Este comprimento de onda está dentro da gama ótima para eficácia germicida. A tolerância de medição é de ±3nm.
• Resistência Térmica (R_{th j-s}):A resistência térmica típica da junção semicondutora ao ponto de solda é de 12.3 K/W. Este valor, medido numa MCPCB de alumínio específica, é vital para o design de gestão térmica. Uma resistência térmica mais baixa permite que o calor seja conduzido para longe da junção de forma mais eficiente, ajudando a manter uma T_jmais baixa e a garantir fiabilidade a longo prazo.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):O ângulo de visão típico é de 120 graus. Este padrão de emissão amplo é benéfico para aplicações que requerem cobertura de área ampla, mas pode necessitar de refletores ou lentes para aplicações focadas.
• Descarga Eletrostática (ESD):O dispositivo cumpre uma tensão de suporte ESD mínima de 2000V de acordo com a norma JESD22-A114-B (Modelo do Corpo Humano). Devem ser seguidas as devidas precauções de manuseamento ESD durante a montagem e instalação.

3. Explicação do Sistema de Códigos de Bins

Para garantir um desempenho consistente, os LEDs são classificados em bins com base em parâmetros-chave medidos durante a produção. O código do bin está marcado na embalagem.

3.1 Classificação por Tensão Direta (V_F)

Os LEDs são categorizados em quatro bins de tensão (V1 a V4) quando acionados a 250mA:

• V1: 5.0V – 5.5V
• V2: 5.5V – 6.0V
• V3: 6.0V – 6.5V
• V4: 6.5V – 7.0V

A tolerância dentro de cada bin é de ±0.1V. Esta classificação permite aos projetistas selecionar LEDs com correspondência de tensão mais apertada para aplicações acionadas em série, garantindo uma distribuição de corrente mais uniforme.

3.2 Classificação por Fluxo Radiante (Φ_e)

A potência de saída é classificada em quatro bins de fluxo (X1 a X4) a 250mA:

• X1: 29.0mW – 34.0mW
• X2: 34.0mW – 39.0mW
• X3: 39.0mW – 44.0mW
• X4: 44.0mW e acima

A tolerância é de ±10%. Selecionar um bin de fluxo mais elevado proporciona uma saída ótica maior, o que pode traduzir-se em tempos de desinfeção mais curtos ou permitir o uso de menos LEDs numa matriz.

3.3 Classificação por Comprimento de Onda de Pico (λ_P)

Para este produto, todos os dispositivos estão dentro de um único bin de comprimento de onda, W1, cobrindo 270nm a 280nm com uma tolerância de ±3nm. Isto garante um desempenho germicida consistente em todas as unidades, uma vez que as taxas de inativação microbiana são altamente dependentes do comprimento de onda.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Os gráficos fornecidos oferecem uma visão do comportamento do LED em condições variáveis.

4.1 Distribuição Espectral Relativa

Esta curva mostra a intensidade da luz emitida ao longo do espectro ultravioleta. Confirma a banda de emissão estreita centrada em 275nm, que é ideal para maximizar o efeito germicida enquanto minimiza a emissão em comprimentos de onda menos eficazes ou potencialmente prejudiciais.

4.2 Fluxo Radiante Relativo vs. Corrente Direta

Este gráfico ilustra a relação sub-linear entre a corrente de acionamento e a saída ótica. Embora o aumento da corrente aumente a saída, a eficiência (fluxo radiante por unidade de potência elétrica) tipicamente diminui a correntes mais elevadas devido ao aumento dos efeitos térmicos e ao "droop". Isto destaca a importância de otimizar a corrente de acionamento para o equilíbrio desejado entre saída, eficiência e vida útil.

4.3 Tensão Direta vs. Corrente Direta & Temperatura da Junção

A tensão direta tem um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta característica deve ser considerada em designs de acionadores de corrente constante, uma vez que uma V_Fmais baixa a alta temperatura poderia reduzir ligeiramente a dissipação de potência elétrica.

4.4 Fluxo Radiante Relativo vs. Temperatura da Junção

Esta é uma das curvas mais críticas. A saída do LED UVC é altamente sensível à temperatura da junção. O gráfico mostra uma diminuição significativa no fluxo radiante à medida que a T_jaumenta. Uma gestão térmica eficaz para manter a junção o mais fria possível é fundamental para manter uma saída elevada e alcançar a vida útil nominal.

4.5 Curva de Derating da Corrente Direta

Esta curva define a corrente direta máxima permitida em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura ambiente aumenta, a corrente máxima permitida deve ser reduzida para evitar que a temperatura da junção exceda o seu limite de 115°C. Este gráfico é essencial para projetar sistemas que operam de forma fiável na sua gama de temperatura especificada.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões de Contorno

A embalagem do LED tem um formato compacto de aproximadamente 3.5mm x 3.5mm, com uma altura de cerca de 1.2mm. Todas as dimensões têm uma tolerância de ±0.2mm, salvo indicação em contrário. O desenho mecânico especifica a localização exata do chip LED, das pastilhas de solda e de qualquer estrutura de lente ótica.

5.2 Pad de Fixação Recomendado para PCB

É fornecido um design detalhado do padrão de solda para as pastilhas de montagem em superfície. Seguir este padrão recomendado é crítico para alcançar juntas de solda fiáveis, condução térmica adequada para a PCB e alinhamento correto. A tolerância de especificação para as dimensões do pad é de ±0.1mm. O design tipicamente inclui vias térmicas sob o pad térmico para transferir calor para o plano de terra da PCB ou para uma camada dedicada de dissipador de calor.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Perfil de Soldadura por Reflow

É especificado um perfil de reflow sem chumbo detalhado para prevenir danos durante o processo de montagem SMT. Os parâmetros-chave incluem:

• Pré-aquecimento: 150-200°C durante 60-120 segundos.
• Tempo acima do líquido (217°C): 60-150 segundos.
• Temperatura de pico: Recomendada 245°C, máxima 260°C.
• Tempo dentro de 5°C do pico: 10-30 segundos.
• Taxa máxima de aquecimento: 3°C/segundo.
• Taxa máxima de arrefecimento: 6°C/segundo.

As temperaturas referem-se ao topo da embalagem. Não é recomendado um processo de arrefecimento rápido. O LED pode suportar um máximo de três ciclos de reflow.

6.2 Soldadura Manual e Limpeza

Se for necessária soldadura manual, a temperatura da ponta do ferro não deve exceder 300°C, e o tempo de contacto deve ser limitado a um máximo de 2 segundos por pad, realizado apenas uma vez. Para limpeza, devem ser usados apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico. Produtos de limpeza químicos não especificados podem danificar a lente de silicone ou o material da embalagem.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

Os LEDs são fornecidos em fita transportadora relevada e bobinas para montagem automática pick-and-place. As dimensões da fita (tamanho do bolso, passo) e da bobina (diâmetro do cubo, diâmetro do flange) estão em conformidade com as normas EIA-481-1-B. Uma bobina de 7 polegadas pode conter um máximo de 500 peças. As quantidades mínimas de embalagem para lotes restantes são de 100 peças. A fita é selada com uma fita de cobertura para proteger os componentes.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Design

8.1 Gestão Térmica

Este é o fator de design mais crítico. A alta sensibilidade da saída à temperatura da junção exige uma estratégia eficaz de dissipação de calor. Use uma PCB de Núcleo Metálico (MCPCB) ou uma PCB FR4 padrão com uma grande área de cobre e vias térmicas ligadas a um dissipador de calor externo. O objetivo é minimizar a resistência térmica da junção do LED para o ambiente (R_{th j-a}). Consulte sempre a curva de derating da corrente direta ao projetar para altas temperaturas ambientes.

8.2 Acionamento Elétrico

Um acionador de corrente constante é obrigatório para operação estável. O acionador deve ser selecionado para fornecer a corrente desejada (ex., 250mA ou 300mA) enquanto acomoda a gama de tensão direta do bin selecionado. Considere implementar modulação por largura de pulso (PWM) para operação com dimming ou ciclo de trabalho, o que pode ajudar a gerir a carga térmica. Garanta que o acionador está protegido contra polaridade inversa e transientes de tensão.

8.3 Considerações Óticas e de Materiais

A radiação UVC a 275nm é altamente energética e pode degradar muitos materiais comuns, incluindo certos plásticos, epóxis e adesivos. Certifique-se de que todos os materiais no caminho ótico e perto do LED (lentes, refletores, juntas, isolamento de fios) são classificados para exposição prolongada a UVC. O vidro de quartzo é tipicamente usado para janelas de proteção. Evite a exposição direta da pele e dos olhos à saída UVC.

9. Fiabilidade e Vida Útil

A folha de dados descreve um plano de teste de fiabilidade abrangente, incluindo Vida Operacional à Temperatura Ambiente (RTOL), Vida de Armazenamento a Alta/Baixa Temperatura (HTSL/LTSL), teste de calor húmido e choque térmico. Estes testes simulam anos de operação sob várias condições de stress. Os critérios de falha são definidos como uma variação da tensão direta superior a 10% ou uma queda do fluxo radiante abaixo de 50% do valor inicial. O design térmico adequado e a operação elétrica dentro dos limites especificados são essenciais para alcançar a vida útil projetada em campo.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão tradicionais (que emitem a 254nm), este LED UVC oferece várias vantagens: ligação/desliga instantânea, tamanho compacto, emissão direcional, robustez (sem vidro frágil, sem mercúrio) e o potencial para afinação do comprimento de onda. Comparado com outros LEDs UVC, os principais diferenciadores desta peça específica são a sua combinação de comprimento de onda de 275nm, saída típica de 37mW a 250mA e o formato de embalagem 3.5x3.5mm. O amplo ângulo de visão de 120 graus pode ser uma vantagem ou desvantagem dependendo dos requisitos de design ótico da aplicação.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a diferença entre fluxo radiante (mW) e eficácia germicida?

R: O fluxo radiante é a potência ótica UVC total. A eficácia germicida depende desta potência, do espectro de emissão (comprimento de onda de pico), da distância ao alvo, do tempo de exposição e da suscetibilidade do microorganismo específico. O comprimento de onda de 275nm é muito eficaz contra uma ampla gama de patógenos.

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 a fuga térmica e falha rápida. Use sempre um acionador de corrente constante.

P: Como calculo o dissipador de calor necessário?

R: Precisa de determinar o caminho total da resistência térmica. Comece com a resistência junção-solda (R_{th j-s}= 12.3 K/W). Adicione a resistência térmica do seu material de interface térmica, PCB e dissipador de calor externo. Usando a fórmula T_j= T_a+ (P_diss* R_{th j-a}), garanta que T_jpermanece abaixo de 115°C na sua temperatura ambiente máxima e potência de acionamento (P_diss≈ I_F* V_F).

P: Por que é que a saída é tão sensível à temperatura?

R: Esta é uma característica fundamental das fontes de luz semicondutoras, particularmente na gama ultravioleta. O aumento da temperatura aumenta a recombinação não radiativa dentro do material semicondutor, reduzindo a eficiência quântica interna e, consequentemente, a saída de luz.

12. Caso Prático de Design e Utilização

Caso: Projetar uma Varinha Portátil de Esterilização de Superfícies.

Um projetista quer criar uma varinha portátil para desinfetar superfícies como bancadas, teclados e telemóveis. Seleciona o LED LTPL-G35UV275PR pelo seu tamanho compacto e saída de 275nm. Planeia usar uma matriz de 4 LEDs para aumentar a área de cobertura. Cada LED será acionado a 250mA (V_Ftípica=6.2V, P_diss=1.55W). A potência total do sistema é de ~6.2W. Um dissipador de calor de alumínio leve com aletas é integrado no corpo da varinha para dissipar os ~6W de calor. Um acionador de corrente constante alimentado por uma bateria de iões de lítio recarregável é projetado. Um intertravamento de segurança garante que os LEDs só ativam quando a varinha é mantida à distância correta de uma superfície. O design ótico usa o feixe nativo de 120 graus para criar um ponto de esterilização amplo. O projetista seleciona LEDs do bin de fluxo X2 (34-39mW) para desempenho consistente e usa PWM para controlar o tempo de exposição (ex., ciclos de 10 segundos).

13. Introdução ao Princípio

Os LEDs UVC são baseados em materiais semicondutores, tipicamente nitreto de gálio e alumínio (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. Ao controlar cuidadosamente o conteúdo de alumínio nas camadas de AlGaN, a banda proibida pode ser projetada para emitir luz na gama UVC (200-280nm). A emissão de 275nm é alcançada através de processos precisos de crescimento epitaxial. Os fotões UVC gerados são altamente energéticos e podem quebrar ligações moleculares, mais criticamente no DNA/RNA dos microorganismos, impedindo-os de se replicarem.

14. Tendências de Desenvolvimento

O campo dos LEDs UVC está a evoluir rapidamente. As tendências-chave incluem:

• Aumento da Eficiência Wall-Plug (WPE):A investigação em curso visa melhorar a eficiência de conversão de potência elétrica para ótica, o que reduz diretamente a geração de calor e os requisitos de potência do sistema.
• Maior Potência de Saída:Desenvolvimento de LEDs com maior fluxo radiante a partir de um único emissor ou embalagem mais pequena, permitindo sistemas de desinfeção mais compactos e potentes.
• Vida Útil Mais Longa (L70/B50):Melhorias em materiais, embalagem e gestão térmica estão a estender a vida útil operacional, tornando os LEDs mais competitivos com as lâmpadas tradicionais para aplicações de alto ciclo de trabalho.
• 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 constantemente, alargando a gama de aplicações viáveis.
• Otimização do Comprimento de Onda:A investigação continua sobre o comprimento de onda ótimo para patógenos e aplicações específicas, potencialmente levando a LEDs personalizados para saúde, purificação de água e ar.

A transição para fontes UVC de estado sólido é uma tendência clara a longo prazo, impulsionada pelas suas vantagens inerentes em fator de forma, segurança e controlabilidade.