Техническая спецификация светодиода UVC3535CZ0115 - Керамический корпус 3.5x3.5x1.0мм - Прямое напряжение 5.0-8.0В - Мощность 0.13Вт - Длина волны 270-285нм

1. Обзор продукта

Серия UVC3535CZ0115 представляет собой высоконадежное светодиодное решение на керамической основе, специально разработанное для применения в ультрафиолетовом диапазоне C (УФ-С). Данный продукт предназначен для обеспечения стабильной работы в сложных условиях, где эффективность стерилизации имеет первостепенное значение. Его конструкция основана на керамической подложке, которая обеспечивает превосходное тепловыделение по сравнению с традиционными пластиковыми корпусами, что приводит к увеличению срока службы и стабильности оптических характеристик. Серия ориентирована на применения, требующие компактного, но мощного источника УФ-С излучения, сочетая малые габариты 3.5мм x 3.5мм с надежными электрическими и оптическими параметрами.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Определяющие особенности данной серии светодиодов напрямую способствуют их пригодности для профессиональных УФ-систем. Основным атрибутом является мощное УФ-С излучение, обеспечивающее эффективное бактерицидное действие. Керамический материал корпуса является критически важным преимуществом, предлагая отличный отвод тепла, что помогает поддерживать температуру перехода в безопасных пределах, предотвращая преждевременную деградацию светового потока. Встроенная защита от электростатического разряда (ЭСР) до 2 кВ (HBM) защищает устройство от статических разрядов, часто возникающих при монтаже и сборке. Широкий угол обзора 150° обеспечивает обширное и равномерное покрытие облучения. Кроме того, соответствие стандартам RoHS, REACH и бесгалогенным требованиям делает данный продукт пригодным для мировых рынков со строгими экологическими нормами.

1.2 Целевые области применения

Основным применением серии UVC3535CZ0115 является УФ-стерилизация и дезинфекция. Это включает, но не ограничивается, системами очистки воды, устройствами для обеззараживания воздуха, оборудованием для дезинфекции поверхностей медицинского и бытового назначения, а также стерилизационными камерами для мелких инструментов или личных вещей. Диапазон длин волн 270-285 нм особенно эффективен для инактивации микроорганизмов путем повреждения их ДНК и РНК.

2. Технические характеристики и объективная интерпретация

В данном разделе представлен детальный объективный анализ ключевых технических параметров, указанных в спецификации, с объяснением их значимости для инженеров-конструкторов.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Предельные эксплуатационные параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не условия для нормальной работы.

• Макс. постоянный прямой ток (I_F):100 мА. Это абсолютный максимальный ток, который светодиод может выдержать кратковременно. Непрерывная работа должна быть значительно ниже этого значения, обычно при рекомендуемых 20 мА.
• Макс. стойкость к ЭСР (V_B):2000 В (Модель человеческого тела). Это указывает на хороший уровень встроенной защиты от электростатического разряда, что крайне важно при обращении с компонентами во время производства.
• Макс. температура перехода (T_J):100 °C. Температура самого полупроводникового кристалла не должна превышать этот предел. Превышение T_Jmax резко сократит срок службы и может вызвать мгновенный отказ.
• Тепловое сопротивление (R_th):20 °C/Вт. Этот параметр количественно определяет, насколько эффективно тепло передается от кристалла (перехода) к контактной площадке или корпусу. Чем ниже значение, тем лучше. При 20°C/Вт на каждый ватт рассеиваемой мощности температура перехода будет на 20°C выше температуры площадки.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C (Рабочая), -40°C до +100°C (Хранение). Эти диапазоны гарантируют, что устройство может функционировать и храниться в самых различных условиях окружающей среды.

2.2 Фотометрические и электрические характеристики

Таблица кодов заказа предоставляет ключевые показатели производительности в типичных условиях испытаний.

• Сила излучения:Минимум 1 мВт, Типично 2 мВт, Максимум 2.5 мВт. Это общая выходная оптическая мощность в спектре УФ-С, измеряемая в милливаттах. Это критический параметр для оценки эффективности стерилизации, а не видимой яркости.
• Пиковая длина волны:270-285 нм. Это длина волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность. Бактерицидная эффективность достигает пика около 265 нм, поэтому данный диапазон является высокоэффективным.
• Прямое напряжение (V_F):5.0-8.0В при I_F=20мА. Это относительно высокое значение для светодиода, что характерно для технологии УФ-С полупроводников. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема драйвера могла обеспечить данный диапазон напряжений.
• Прямой ток (I_F):20 мА. Это рекомендуемый ток накачки для получения указанной силы излучения и срока службы.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности при массовом производстве светодиоды сортируются по группам производительности. UVC3535CZ0115 использует три независимых критерия сортировки.

3.1 Сортировка по силе излучения

Светодиоды сортируются на основе их минимальной выходной силы излучения в группы Q0A (1-1.5 мВт), Q0B (1.5-2 мВт) и Q0C (2-2.5 мВт). Это позволяет конструкторам выбрать группу, соответствующую их минимально требуемой оптической мощности, потенциально оптимизируя стоимость.

3.2 Сортировка по пиковой длине волны

Длина волны сортируется по трем диапазонам: U27A (270-275 нм), U27B (275-280 нм) и U28 (280-285 нм). Для применений, чувствительных к определенной длине волны для максимальной бактерицидной эффективности, указание соответствующей группы является важным.

3.3 Сортировка по прямому напряжению

Напряжение сортируется с шагом 0.5В от 5.0В до 8.0В (например, 5055 для 5.0-5.5В, 7580 для 7.5-8.0В). Это критически важно для проектирования драйверов постоянного тока, так как знание диапазона V_Fпомогает определить необходимое выходное напряжение драйвера, влияя на эффективность и выбор компонентов.

4. Анализ характеристических кривых

Типичные характеристические кривые дают представление о поведении светодиода в различных условиях.

4.1 Спектр и оптическая мощность

Спектральная кривая показывает пик в диапазоне 270-285 нм с типичной полной шириной на полувысоте (FWHM) примерно 10-15 нм, что является стандартным для УФ-С светодиодов. Кривая относительной силы излучения в зависимости от прямого тока является сублинейной; выходная мощность увеличивается с током, но может быть не строго пропорциональной, а работа выше рекомендуемого тока приводит к уменьшению отдачи и избыточному нагреву.

4.2 Электрическое и тепловое поведение

Кривая зависимости прямого тока от прямого напряжения (I-V) показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диодов. Прямое напряжение увеличивается с ростом тока. Пиковая длина волны демонстрирует минимальный сдвиг с увеличением тока, что указывает на хорошую спектральную стабильность. Кривая снижения номинальных характеристик является критически важной: она показывает, что максимально допустимый прямой ток должен быть уменьшен при повышении температуры окружающей среды, чтобы предотвратить превышение температуры перехода 100°C. Например, при температуре окружающей среды 85°C максимальный ток значительно ниже, чем при 25°C.

4.3 Тепловые характеристики

Кривая относительной силы излучения в зависимости от температуры окружающей среды демонстрирует негативное влияние тепла на выходную мощность. При повышении температуры сила излучения уменьшается. Этот эффект теплового тушения подчеркивает важность эффективной тепловой конструкции печатной платы и теплоотвода для поддержания оптимальной производительности.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Механические размеры

Светодиод имеет компактные размеры 3.5мм x 3.5мм и высоту 1.0мм (допуск ±0.2мм). Технический чертеж определяет точное расположение и размеры контактных площадок. Площадка 1 является анодом (+), площадка 2 — катодом (-), а площадка 3 — специальной тепловой площадкой. Тепловая площадка необходима для передачи тепла от керамического корпуса на печатную плату. Рекомендуемый рисунок контактных площадок на печатной плате должен точно соответствовать данной конфигурации для обеспечения качественной пайки и теплопроводности.

5.2 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма показывает типичную ламперциевидную диаграмму направленности с углом обзора 150° (2θ_1/2). Интенсивность максимальна при 0° (перпендикулярно излучающей поверхности) и уменьшается к краям. Этот широкий угол полезен для применений, требующих покрытия площади, а не сфокусированного луча.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Процесс пайки оплавлением

UVC3535CZ0115 предназначен для стандартных процессов поверхностного монтажа (SMT). В спецификации рекомендуется выполнять пайку оплавлением не более двух раз, чтобы избежать чрезмерных термических нагрузок на керамический корпус и внутренние соединения. Применимы стандартные бессвинцовые профили оплавления с пиковой температурой, как правило, ниже 260°C, но конкретный профиль должен быть проверен. Необходимо избегать механических нагрузок на светодиод во время нагрева (например, от изгиба платы). После пайки следует минимизировать изгиб печатной платы, чтобы предотвратить механическое напряжение в паяных соединениях.

6.2 Хранение и обращение

Компоненты упакованы в влагозащитные барьерные пакеты с осушителем для предотвращения поглощения влаги, что может вызвать \"эффект попкорна\" во время оплавления. После вскрытия герметичного пакета компоненты должны быть использованы в течение определенного времени (обычно 168 часов в заводских условиях) или просушены в соответствии со стандартными рекомендациями IPC/JEDEC перед оплавлением.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Упаковка в ленте и на катушке

Светодиоды поставляются на эмбоссированной несущей ленте, намотанной на катушки диаметром 7 или 13 дюймов. Стандартное количество упаковки — 1000 штук на катушку. Размеры ленты (размер гнезда, шаг) указаны для совместимости со стандартным оборудованием для поверхностного монтажа.

7.2 Номенклатура продукта (Код заказа)

Полный код заказа, например, UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T, представляет собой структурированную строку, кодирующую все ключевые спецификации:

UVC: Тип продукта.

3535: Размер корпуса.

C: Керамический материал.

Z: Содержит стабилитрон для защиты от ЭСР.

01: 1 светодиодный кристалл.

15: Угол обзора 150°.

H: Горизонтальная структура кристалла.

UC: Цвет УФ-С.

7085: Код группы длины волны (270-285нм).

001: Код группы силы излучения (мин. 1мВт).

X80: Код группы прямого напряжения (5.0-8.0В).

020: Прямой ток (20мА).

1: Код количества упаковки (1К шт.).

T: Ленточная упаковка.

8. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

8.1 Проектирование схемы драйвера

Для управления данным светодиодом обязателен драйвер постоянного тока. Учитывая высокое прямое напряжение (5-8В) и низкий ток (20мА), драйвер должен быть тщательно подобран. Можно использовать линейные стабилизаторы постоянного тока или импульсные светодиодные драйверы, обеспечивая, чтобы выходное напряжение драйвера превышало максимальное V_Fвыбранной группы. Тепловой менеджмент на печатной плате не подлежит обсуждению. Используйте печатную плату с достаточной толщиной и площадью меди, подключите тепловую площадку к большой заземляющей плоскости с помощью нескольких тепловых переходных отверстий и учитывайте общую систему воздушного охлаждения или теплоотвода.

8.2 Соображения безопасности и срока службы

УФ-С излучение вредно для глаз и кожи. Конструкция конечного продукта должна включать средства безопасности, такие как блокировочные выключатели, экранирование и предупреждающие этикетки, чтобы предотвратить воздействие на пользователя. Срок службы УФ-С светодиодов обычно определяется как время, за которое сила излучения снижается до определенного процента (например, 70% или 50%) от начального значения. Работа при рекомендуемом токе или ниже и поддержание низкой температуры перехода благодаря хорошей тепловой конструкции являются основными факторами для максимизации срока службы.

9. Техническое сравнение и дифференциация

UVC3535CZ0115 отличается своим керамическим корпусом, который обеспечивает превосходные тепловые характеристики и надежность по сравнению с пластиковыми SMD-корпусами, обычно используемыми для видимых светодиодов. Интегрированный стабилитрон для защиты от ЭСР добавляет надежности. Угол обзора 150° шире, чем у некоторых конкурирующих УФ-С светодиодов, которые могут иметь более сфокусированные лучи. Детальная трехмерная сортировка (поток, длина волны, напряжение) предоставляет конструкторам точный контроль над параметрами производительности их конечного продукта.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Каков типичный срок службы этого светодиода?

О: Срок службы сильно зависит от тока накачки и рабочей температуры. При работе с рекомендуемым током 20 мА и поддержании низкой температуры перехода (например, ниже 85°C) можно ожидать срока службы 10 000 часов и более до L70 (70% от начального потока). См. кривую снижения номинальных характеристик и рекомендации по тепловому менеджменту.

В: Могу ли я управлять этим светодиодом от источника постоянного напряжения?

О: Нет. Светодиоды являются устройствами с токовым управлением. Источник постоянного напряжения не будет регулировать ток, что приведет к тепловому разгону и быстрому выходу из строя. Всегда используйте правильный драйвер постоянного тока.

В: Как выбрать правильную группу для моего применения?

О: Выберите группу по силе излучения (Q0A/B/C) на основе вашей минимально требуемой оптической мощности. Выберите группу по длине волны (U27A/B, U28), если ваше применение оптимизировано для определенного поддиапазона. Группа по напряжению (5055...7580) важна для проектирования драйвера; вы можете проектировать на наихудший случай (наибольшее напряжение) в выбранной группе.

В: Требуется ли линза?

О: Для большинства применений стерилизации, где требуется покрытие площади, встроенная диаграмма направленности 150° является достаточной. Для применений с фокусированным лучом может использоваться внешняя кварцевая или специализированная линза, прозрачная для УФ-С. Стандартные акриловые или поликарбонатные линзы блокируют УФ-С свет.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование портативного стерилизатора воды

Конструктор создает бутылку для воды с УФ-очисткой на батарейках. Он выбирает UVC3535CZ0115 за его компактный размер и мощность. Он выбирает группу потока Q0C (2-2.5 мВт), чтобы обеспечить достаточную дозу для небольшого объема воды. Он проектирует печатную плату с большой медной областью, подключенной к тепловой площадке. Выбран повышающий преобразователь-драйвер постоянного тока для обеспечения 20 мА от литий-ионного аккумулятора 3.7В, с возможностью выходного напряжения выше 8В. Светодиод размещен внутри кварцевой гильзы на пути потока воды. Блокировочные устройства безопасности гарантируют, что светодиод работает только когда бутылка закрыта.

12. Введение в принцип работы

УФ-С светодиоды работают по принципу электролюминесценции в полупроводниковых материалах, в частности, в сплавах нитрида алюминия-галлия (AlGaN). При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводника, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны этих фотонов определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Для излучения УФ-С около 270 нм требуется высокое содержание алюминия в слое AlGaN. Керамический корпус служит прочным, теплопроводным и герметичным корпусом, который защищает чувствительный полупроводниковый кристалл от факторов окружающей среды и эффективно отводит тепло.

13. Тенденции развития

Рынок УФ-С светодиодов движется глобальным спросом на бесхимическую дезинфекцию. Ключевые тенденции включают повышение эффективности преобразования электроэнергии в свет (оптическая мощность на входную электрическую мощность), что снижает энергопотребление и тепловыделение. Ведутся разработки по снижению стоимости за милливатт оптической мощности. Исследования также сосредоточены на улучшении срока службы и надежности устройств. Кроме того, разработка светодиодов на еще более коротких длинах волн (например, 222 нм, дальний УФ-С) является активной областью исследований, обещающей потенциально более безопасную дезинфекцию в присутствии людей. Системная интеграция, такая как модули с драйвером на плате, также становится более распространенной для упрощения проектирования конечного продукта.