Ficha Técnica do LED UVC LTPL-G35UVC275GS - 3.5x3.5mm - 5.0-7.0V - Comprimento de Onda de Pico 275nm - Potência Máx. 0.7W - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTPL-G35UVC275GS é um díodo emissor de luz (LED) ultravioleta-C (UVC) de alto desempenho, projetado especificamente para aplicações de esterilização e médicas. Este produto representa um avanço significativo na tecnologia de iluminação de estado sólido, oferecendo uma alternativa confiável e energeticamente eficiente às fontes de luz UV convencionais, como as lâmpadas de mercúrio. O dispositivo opera na faixa de comprimento de onda germicida, tipicamente em torno de 275 nanómetros, que é altamente eficaz para inativar microorganismos, incluindo bactérias e vírus.

Esta série de LED combina os benefícios inerentes da tecnologia LED — como longa vida operacional, capacidade de ligar/desligar instantaneamente e fator de forma compacto — com a saída óptica específica necessária para uma desinfeção eficaz. Permite maior liberdade de projeto para engenheiros que desenvolvem equipamentos de esterilização, purificadores de ar, sistemas de tratamento de água e dispositivos médicos. Ao substituir tecnologias UV mais antigas, contribui para sistemas com custos operacionais mais baixos, requisitos de manutenção reduzidos e perfis ambientais melhorados devido à ausência de mercúrio.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste LED UVC incluem a sua compatibilidade com sistemas de acionamento de circuito integrado (IC), conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas) e a sua construção sem chumbo. Estas características tornam-no adequado para integração em produtos eletrónicos modernos com requisitos regulamentares e ambientais rigorosos. Os mercados-alvo são principalmente os setores de saúde, eletrodomésticos de consumo e equipamentos industriais, onde a desinfeção eficaz e confiável de superfícies, ar ou água é crítica. As aplicações variam desde esterilizadores portáteis e sistemas HVAC até limpeza especializada de instrumentos médicos.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

O desempenho do LTPL-G35UVC275GS é definido por um conjunto abrangente de parâmetros elétricos, ópticos e térmicos medidos em condições padrão (Ta=25°C). Compreender estes parâmetros é crucial para um projeto de circuito e gestão térmica adequados, garantindo fiabilidade e alcançando a saída radiante desejada.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não se destinam à operação normal. A dissipação de potência máxima (Po) é de 0,7 Watts, que é a potência elétrica total que pode ser convertida em calor e luz sem danificar o LED. A corrente direta contínua máxima (IF) é de 100 miliamperes (mA). O dispositivo é classificado para uma faixa de temperatura de operação (Topr) de -40°C a +80°C e uma faixa de temperatura de armazenamento (Tstg) de -40°C a +100°C. A temperatura de junção máxima permitida (Tj) é de 90°C. Exceder a temperatura de junção é uma das principais causas de falha do LED e de depreciação acelerada do fluxo luminoso.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste especificadas. A tensão direta (VF) varia de um mínimo de 5,0V a um máximo de 7,0V a uma corrente de teste de 60mA, com um valor típico de 5,5V. Esta tensão relativamente alta é característica dos LEDs UVC devido ao seu material semicondutor de banda larga. O fluxo radiante (Φe), que é a potência óptica total de saída no espectro UVC, é tipicamente de 10,0 miliwatts (mW) a 60mA. A uma corrente mais baixa de 20mA, cai para 3,5 mW, e na corrente máxima de 100mA, atinge 14,0 mW. O comprimento de onda de pico (Wp) está centrado em 275nm com uma faixa de 265nm a 280nm, posicionando-o firmemente na faixa germicida mais eficaz (aproximadamente 260nm-280nm). O ângulo de visão (2θ1/2) é amplo, de 120 graus, proporcionando uma irradiação ampla. A resistência térmica da junção ao ponto de solda (Rth j-s) é tipicamente de 38 K/W, indicando a eficácia com que o calor é transferido do chip semicondutor para a placa. Um valor mais baixo é melhor para a gestão térmica.

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

Para contabilizar as variações de fabrico, os LEDs são classificados em categorias de desempenho (bins). Isto permite aos projetistas selecionar componentes que atendam às necessidades específicas da sua aplicação. O LTPL-G35UVC275GS utiliza um sistema de classificação tridimensional.

3.1 Classificação da Tensão Direta (VF)

Os LEDs são categorizados em quatro classes de tensão: V1 (5,0V - 5,5V), V2 (5,5V - 6,0V), V3 (6,0V - 6,5V) e V4 (6,5V - 7,0V), todos medidos a IF=60mA. Selecionar LEDs da mesma classe de tensão garante uma distribuição de corrente consistente quando vários dispositivos são acionados em paralelo.

3.2 Classificação do Fluxo Radiante (Φe)

A saída óptica é classificada em quatro categorias: X1 (7,0 - 8,0 mW), X2 (8,0 - 9,0 mW), X3 (9,0 - 10,0 mW) e X4 (10,0 mW e acima), medidas a IF=60mA. Isto permite um desempenho de desinfeção previsível e o cálculo da dose.

3.3 Classificação do Comprimento de Onda de Pico (Wp)

Todos os dispositivos estão dentro de uma única classe de comprimento de onda, W1, que abrange de 265nm a 280nm. O controlo apertado em torno de 275nm garante a eficácia germicida ideal, uma vez que a eficácia da luz UV para perturbar o DNA/RNA atinge o pico nesta região.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos que ilustram o comportamento do dispositivo em condições variáveis. Estas curvas são essenciais para a modelação dinâmica e para compreender os compromissos de desempenho.

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 no comprimento de onda de pico, com emissão mínima fora da faixa UVC, o que é importante para segurança e eficácia.

4.2 Padrão de Radiação

O gráfico da característica de radiação (frequentemente um diagrama polar) visualiza o ângulo de visão de 120 graus, mostrando como a intensidade óptica diminui do centro (0 graus) para as bordas (±60 graus). Isto informa o projeto óptico para alcançar uma irradiação uniforme.

4.3 Fluxo Radiante Relativo vs. Corrente Direta

Este gráfico demonstra que a saída radiante aumenta com a corrente de acionamento, mas não linearmente. Tendencialmente, satura a correntes mais altas devido ao aumento do calor e à queda de eficiência. Isto destaca a importância de acionar o LED a uma corrente ótima para o melhor equilíbrio entre saída e longevidade.

4.4 Tensão Direta vs. Corrente Direta

A curva IV mostra a relação exponencial entre tensão e corrente, típica de um díodo. É utilizada para determinar o ponto de operação ao projetar o circuito limitador de corrente.

4.5 Curvas de Dependência da Temperatura

Gráficos que mostram o fluxo radiante relativo e a tensão direta em função da temperatura da junção são críticos. A saída do LED UVC tipicamente diminui à medida que a temperatura aumenta. A tensão direta diminui com o aumento da temperatura. Estas relações devem ser consideradas para projetos que operam em condições não ambientais ou com dissipação de calor inadequada.

4.6 Curva de Derating da Corrente Direta

Este é um dos gráficos mais importantes para a fiabilidade. Mostra a corrente direta máxima permitida em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura sobe, a corrente segura máxima diminui para evitar que a temperatura da junção exceda o seu limite de 90°C. Esta curva é obrigatória para determinar os requisitos do dissipador de calor.

5. Informações Mecânicas e do Encapsulamento

O LED vem num encapsulamento de montagem em superfície (SMD) com dimensões de aproximadamente 3,5mm x 3,5mm. O desenho de contorno fornece medidas precisas para o projeto da área de contacto. O encapsulamento inclui marcações de polaridade claras (tipicamente um indicador de cátodo) para evitar colocação incorreta durante a montagem. O layout recomendado para as pastilhas de ligação na placa de circuito impresso (PCB) é fornecido para garantir uma soldadura e ligação térmica adequadas. O projeto das pastilhas é crucial para transferir calor da pastilha térmica do LED (ponto de solda) para as camadas de cobre da PCB, que atuam como um difusor de calor primário.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A manipulação e soldadura adequadas são vitais para manter o desempenho e a fiabilidade do LED.

6.1 Perfil de Soldadura por Reflow

É recomendado um perfil de reflow sem chumbo. Os parâmetros-chave incluem uma fase de pré-aquecimento (150-200°C durante 60-120s), um tempo acima do líquido (217°C) de 60-150 segundos e uma temperatura de pico de 260°C (sendo recomendados 245°C) mantida durante 10-30 segundos. As taxas de aquecimento e arrefecimento devem ser controladas para um máximo de 3°C/s e 6°C/s, respetivamente, para minimizar o choque térmico. Não é aconselhado um processo de arrefecimento rápido.

6.2 Limpeza e Manipulação

Se for necessária limpeza após a soldadura, devem ser utilizados apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico. Produtos de limpeza químicos não especificados podem danificar a lente de silicone ou o material do encapsulamento. Os LEDs são sensíveis à descarga eletrostática (ESD), com uma tensão máxima de suporte de 2000V (Modelo do Corpo Humano). Devem ser observadas as precauções padrão de ESD durante a manipulação.

7. Embalagem e Informações de Encomenda

Os LEDs são fornecidos em fita e bobina para montagem automática pick-and-place. As dimensões da fita e as especificações da bobina (bobina de 7 polegadas com capacidade para até 500 peças) estão em conformidade com a norma EIA-481-1-B. O código de classificação (bin) está marcado em cada saco de embalagem, permitindo a rastreabilidade das características elétricas e ópticas do lote.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

A aplicação principal é em dispositivos germicidas: desinfetantes de superfície para telemóveis ou pequenos objetos, unidades de esterilização de água para sistemas de ponto de uso, módulos de purificação de ar em sistemas HVAC ou purificadores de ar portáteis, e câmaras de esterilização para ferramentas médicas ou dentárias. O seu tamanho pequeno permite a integração em produtos compactos e portáteis.

8.2 Considerações de Projeto Críticas

Circuito de Acionamento:Um acionador de corrente constante é essencial, não uma fonte de tensão constante, para garantir uma saída óptica estável e evitar a fuga térmica. O acionador deve ser capaz de fornecer a tensão necessária (≥ VF máx.) na corrente definida.

Gestão Térmica:Este é o aspeto mais crítico do projeto de um sistema LED UVC. A alta resistência térmica (38 K/W) significa que o calor se acumula rapidamente na junção. Uma PCB com núcleo metálico (MCPCB) ou outra solução eficaz de gestão térmica é obrigatória para manter a temperatura da junção abaixo de 90°C, especialmente quando operando na corrente máxima ou próximo dela. A curva de derating deve ser seguida.

Projeto Óptico:O feixe amplo de 120 graus pode exigir refletores ou lentes para direcionar a luz UVC para a superfície alvo para uma desinfeção eficiente. Os materiais devem ser estáveis ao UVC (por exemplo, certos graus de alumínio, PTFE, quartzo), pois muitos plásticos degradam-se sob exposição ao UVC.

Segurança:A radiação UVC é prejudicial para a pele e os olhos humanos. Os produtos devem incorporar bloqueios de segurança, temporizadores e blindagem para prevenir a exposição do utilizador. É necessária uma rotulagem adequada.

9. Fiabilidade e Vida Útil

A ficha técnica inclui um plano de teste de fiabilidade abrangente. Testes como Vida Operacional à Temperatura Ambiente (RTOL), Vida Operacional a Alta/Baixa Temperatura (HTOL/LTOL) e ciclagem térmica são realizados por até 3000 horas. Os critérios de falha são definidos como uma variação na tensão direta superior a 10%, uma queda no fluxo radiante abaixo de 50% do valor inicial ou uma mudança no comprimento de onda de pico além de ±2nm. Estes testes validam a robustez do produto sob vários stresses ambientais, apoiando as alegações de longa vida operacional quando usado dentro das especificações.

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com as lâmpadas UVC tradicionais à base de mercúrio, este LED oferece vantagens significativas: arranque instantâneo (sem tempo de aquecimento), ausência de conteúdo perigoso de mercúrio, vida útil mais longa, tamanho compacto e capacidade de dimerização digital. Comparado com outros LEDs UVC, a sua combinação específica de potência óptica (10mW típico @60mA), comprimento de onda (275nm) e tamanho do encapsulamento (3,5x3,5mm) posiciona-o para aplicações que exigem um equilíbrio entre saída e fator de forma. O sistema de classificação (binning) detalhado fornece previsibilidade para a fabricação em grande volume.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: De que tensão de acionamento preciso?

R: A capacidade de tensão de saída do seu acionador de corrente constante deve ser superior à tensão direta máxima (VF máx.) da classe (bin) do LED que está a utilizar, tipicamente 7,0V, mais alguma margem para perdas nos trilhos e ligações.

P: Como calculo a dose de desinfeção?

R: A dose (em Joules por centímetro quadrado, J/cm²) é o produto da irradiância (potência óptica por unidade de área, W/cm²) e do tempo de exposição (segundos). Deve medir ou calcular a irradiância na superfície alvo com base no fluxo radiante do LED, ângulo do feixe, distância e ótica. Compare isso com a dose necessária para inativar o seu patógeno alvo.

P: Posso acioná-lo a 100mA continuamente?

R: Só pode acioná-lo a 100mA se puder garantir que a temperatura da junção permanece abaixo de 90°C, o que requer uma gestão térmica excecional. Consulte a curva de derating de corrente; a temperaturas ambientes elevadas, a corrente máxima permitida é significativamente menor.

P: Por que a tensão direta é tão alta?

R: Os LEDs UVC são baseados em semicondutores de nitreto de alumínio e gálio (AlGaN) com uma banda proibida muito larga, o que inerentemente requer uma tensão mais alta para excitar os eletrões através da banda e produzir fotões de comprimento de onda curto.

12. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Caso: Projetar uma Garrafa Portátil Esterilizadora de Água.Um projetista pretende criar uma garrafa que possa esterilizar 500ml de água em 60 segundos. Utilizando o LTPL-G35UVC275GS (classe X3, 9-10mW), planeia usar 4 LEDs. O fluxo radiante total é de ~36-40mW. A água é circulada pelos LEDs numa câmara fina. Assumindo uma eficiência de acoplamento óptico de 50% e uma dose UV necessária para bactérias comuns de 40 mJ/cm², eles calculam a área de superfície da câmara e a taxa de fluxo necessárias. É selecionado um acionador de corrente constante definido para 60mA por LED com capacidade de saída de 9V. Um pequeno dissipador de calor de alumínio é integrado com a MCPCB do LED para gerir o calor durante o ciclo de um minuto, mantendo a temperatura da junção bem dentro dos limites. As características de segurança incluem um interruptor de bloqueio da tampa e uma carcaça exterior opaca.

13. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um LED UVC é um díodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões são injetados através da junção e recombinam-se com as lacunas na região ativa. Num LED UVC, a banda proibida de energia do material semicondutor (AlGaN) é muito grande (~4,5 eletrões-volt). Quando ocorre a recombinação, esta energia é libertada na forma de um fotão (partícula de luz). O comprimento de onda deste fotão é inversamente proporcional à energia da banda proibida (λ = hc/Eg). Uma banda proibida de ~4,5 eV corresponde a um comprimento de onda de fotão de aproximadamente 275 nanómetros, que está na faixa UVC. Esta luz de alta energia é absorvida pelo DNA e RNA dos microorganismos, causando dímeros de timina que impedem a replicação, inativando assim o patógeno.

14. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

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

Aumento da Eficiência Wall-Plug (WPE):A investigação está focada em melhorar a eficiência quântica interna (quantos eletrões produzem fotões) e a eficiência de extração de luz (fazer os fotões saírem do chip), o que aumenta diretamente o fluxo radiante para uma determinada entrada elétrica, reduzindo a potência do sistema e a carga térmica.

Comprimentos de Onda Mais Longos >280nm:Embora ~275nm seja ideal para a ação germicida, LEDs que emitem em comprimentos de onda ligeiramente mais longos (por exemplo, 280-285nm) podem oferecer maior potência de saída e eficiência, mantendo ainda uma capacidade de desinfeção significativa, criando opções de compromisso para os projetistas.

Melhoria da Vida Útil e Fiabilidade:Avanços no projeto do chip, materiais de encapsulamento (especialmente encapsulantes estáveis ao UVC) e gestão térmica estão a aumentar constantemente a vida útil operacional (L70, tempo até 70% da saída inicial) 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 rendimentos melhoram, o custo por miliwatt de potência óptica UVC está a diminuir, acelerando a adoção da tecnologia LED em mais segmentos de mercado, desde produtos profissionais até produtos de consumo.