Техническая документация на УФ светодиод LTPL-C034UVD385 - 3.8В 600мВт 385нм

1. Обзор продукта

LTPL-C034UVD385 — это мощный ультрафиолетовый (УФ) светоизлучающий диод (СИД), разработанный для профессиональных применений в УФ отверждении и других распространённых УФ процессах. Он представляет собой твердотельное осветительное решение, которое сочетает в себе энергоэффективность, длительный срок службы и надёжность, присущие светодиодной технологии, с высоким световым потоком, подходящим для замены традиционных УФ источников света, таких как ртутные лампы.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данная серия УФ светодиодов разработана для обеспечения значительных преимуществ по сравнению с традиционными УФ технологиями. Ключевые особенности включают полное соответствие директиве RoHS и отсутствие свинца, что гарантирует экологическую и нормативную совместимость. Благодаря твердотельной природе обеспечиваются более низкие эксплуатационные и затраты на обслуживание, исключается необходимость частой замены ламп и снижается энергопотребление. Устройство также совместимо с интегральными схемами (ИС), что облегчает интеграцию в современные системы электронного управления. Основной целевой рынок включает промышленные системы УФ отверждения для чернил, покрытий и клеев, а также научное, медицинское и дезинфекционное оборудование, требующее стабильного источника УФ-А излучения с длиной волны 385 нм.

2. Подробный анализ технических параметров

В данном разделе представлен детальный, объективный анализ ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, указанных для УФ светодиода LTPL-C034UVD385.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Устройство рассчитано на максимальный постоянный прямой ток (If) 500 мА и максимальную потребляемую мощность (Po) 2 Вт. Диапазон рабочих температур (Topr) указан от -40°C до +85°C, с более широким диапазоном температур хранения (Tstg) от -55°C до +100°C. Максимально допустимая температура перехода (Tj) составляет 110°C. Критически важно работать в этих пределах для обеспечения надёжности и предотвращения необратимых повреждений. В спецификации явно указано предупреждение о недопустимости длительной работы в условиях обратного смещения.

2.2 Электрооптические характеристики

Ключевые параметры определены при стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды 25°C и прямой ток 350 мА. Прямое напряжение (Vf) имеет типичное значение 3.8 В, с диапазоном от 2.8 В (мин.) до 4.4 В (макс.). Световой поток (Φe), представляющий собой общую выходную оптическую мощность в УФ спектре, имеет типичное значение 600 милливатт (мВт), в диапазоне от 460 мВт (мин.) до 700 мВт (макс.). Пиковая длина волны (Wp) сосредоточена в области 385 нм, с диапазоном группировки от 380 нм до 390 нм. Угол излучения (2θ1/2) обычно составляет 130 градусов, определяя диаграмму направленности. Тепловое сопротивление переход-корпус (Rthjc) обычно равно 13.2 °C/Вт, что является критически важным параметром для проектирования системы теплового управления.

2.3 Анализ тепловых характеристик

Значение теплового сопротивления 13.2 °C/Вт указывает на повышение температуры на каждый ватт рассеиваемой мощности между полупроводниковым переходом и корпусом. Например, при типичной рабочей точке 350 мА и 3.8 В (входная мощность 1.33 Вт, предполагая ~600 мВт оптической выходной мощности, что означает ~730 мВт тепла), разность температур между переходом и корпусом составит приблизительно 9.6°C. Эффективный теплоотвод необходим для поддержания температуры перехода ниже её максимального значения 110°C, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при непрерывной работе.

3. Объяснение системы группировки

LTPL-C034UVD385 использует систему группировки для категоризации изделий на основе вариаций ключевых характеристик, позволяя разработчикам выбирать светодиоды, соответствующие конкретным требованиям применения.

3.1 Группировка по прямому напряжению (Vf)

Светодиоды сортируются на четыре группы по напряжению (V0 до V3). Группы V0 имеют самое низкое прямое напряжение (2.8В - 3.2В), тогда как группы V3 — самое высокое (4.0В - 4.4В). Допуск внутри группы составляет +/- 0.1В. Это позволяет добиться лучшего согласования токов при последовательном включении нескольких светодиодов, так как светодиоды из одной группы Vf будут иметь более равномерные падения напряжения.

3.2 Группировка по световому потоку (Φe)

Выходная оптическая мощность категоризируется в шесть групп, обозначенных от R1 до R6. R1 представляет самый низкий диапазон выходной мощности (460мВт - 500мВт), а R6 — самый высокий (660мВт - 700мВт). Допуск составляет +/- 10%. Эта группировка критически важна для применений, требующих постоянной УФ интенсивности, например, в процессах отверждения, где доза облучения является ключевым параметром.

3.3 Группировка по пиковой длине волны (Wp)

УФ длина волны группируется в две категории: P3R (380нм - 385нм) и P3S (385нм - 390нм), с допуском +/- 3нм. Конкретная пиковая длина волны может быть важна для применений, где определённые фотоинициаторы в смолах или покрытиях имеют оптимальные спектры активации.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, которые дают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях.

4.1 Относительный световой поток в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, что оптическая выходная мощность (световой поток) увеличивается с ростом прямого тока, но не является идеально линейной, особенно при более высоких токах, где эффективность может снижаться из-за усиления тепловых эффектов. Это помогает разработчикам выбрать рабочий ток, который балансирует выходную мощность с эффективностью и сроком службы.

4.2 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика иллюстрирует экспоненциальную зависимость, типичную для диодов. Она необходима для проектирования корректной схемы драйвера. Кривая смещается с температурой; прямое напряжение уменьшается с ростом температуры перехода при заданном токе.

4.3 Относительный световой поток в зависимости от температуры перехода

Это одна из самых критически важных кривых для теплового управления. Она демонстрирует, как выходная оптическая мощность снижается с ростом температуры перехода. Поддержание низкой температуры перехода имеет первостепенное значение для достижения стабильного, высокого выхода и максимизации срока службы светодиода.

4.4 Относительное спектральное распределение

Этот график изображает интенсивность излучения в УФ спектре. Он подтверждает узкополосный характер выходного излучения светодиода, с центром около 385 нм, с типичной полной шириной на половине максимума (FWHM), характерной для светодиодной технологии. Это контрастирует с широким спектром традиционных ртутных ламп.

4.5 Характеристики излучения

Эта полярная диаграмма визуализирует пространственное распределение света (угол излучения). Типичный угол излучения 130 градусов указывает на широкую, ламбертовскую диаграмму направленности, что полезно для равномерного освещения площади.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Корпус светодиода имеет конкретные механические размеры, приведённые на чертежах в спецификации. Указаны критические допуски: большинство размеров имеют допуск ±0.2 мм, в то время как высота линзы и длина/ширина керамической подложки имеют более жёсткий допуск ±0.1 мм. Отмечено, что тепловая контактная площадка на дне корпуса электрически изолирована (нейтральна) от электрических контактных площадок анода и катода, что упрощает разводку печатной платы для тепловых переходных отверстий.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

Предоставлен посадочный рисунок (footprint) для проектирования печатной платы. Он включает размеры и расстояния для соединений анода, катода и тепловой контактной площадки. Следование этому рекомендуемому расположению критически важно для обеспечения правильного формирования паяного соединения, электрического контакта и, что наиболее важно, эффективного отвода тепла от тепловой площадки к медной заливке на печатной плате и любому нижележащему радиатору.

5.3 Идентификация полярности

На схеме в спецификации чётко указаны площадки анода и катода. Во время сборки необходимо соблюдать правильную полярность, чтобы предотвратить подачу обратного смещения, которое может повредить устройство.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки оплавлением

Предоставлен детальный профиль пайки оплавлением, определяющий критические параметры, такие как предварительный нагрев, выдержка, пиковая температура оплавления (не превышающая 260°C в течение 10 секунд согласно условиям испытания на оплавление) и скорости охлаждения. В примечаниях подчёркивается, что все температуры относятся к поверхности корпуса. Быстрый процесс охлаждения не рекомендуется. Всегда желательна минимально возможная температура пайки, обеспечивающая надёжное соединение, чтобы минимизировать термические напряжения на светодиоде.

6.2 Инструкции по ручной пайке

Если необходима ручная пайка, максимально рекомендуемые условия — 300°C в течение не более 2 секунд, и эту операцию следует выполнять только один раз на один светодиод. Общее количество операций пайки (оплавлением или ручной) не должно превышать трёх раз.

6.3 Меры предосторожности при очистке и обращении

Для очистки следует использовать только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Неуказанные химические очистители могут повредить корпус светодиода. С устройством необходимо обращаться осторожно, чтобы избежать электростатического разряда (ЭСР) и механического повреждения линзы.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Упаковка в ленту и на катушку

Светодиоды поставляются на формованной несущей ленте и катушке для автоматической сборки методом pick-and-place. В спецификации приведены детальные размеры как для ячеек ленты, так и для стандартной 7-дюймовой катушки. Ключевые спецификации включают: пустые ячейки запечатаны покровной лентой, максимум 500 штук на катушке, и допускается максимум два последовательно отсутствующих компонента на ленте в соответствии со стандартами EIA-481-1-B.

7.2 Маркировка кода группы

Код классификации группы (для Vf, Φe и Wp) нанесён на каждый упаковочный пакет, что позволяет отслеживать и выбирать конкретные классы производительности.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Основное применение — УФ отверждение в промышленных процессах, включая отверждение чернил в печатном оборудовании, покрытий на различных подложках и клеев в электронной сборке. Другие потенциальные области использования включают флуоресцентный анализ, обнаружение подделок и медицинские терапевтические устройства, требующие определённых длин волн УФ-А диапазона. Его твердотельная природа делает его подходящим для портативного оборудования или оборудования с мгновенным включением.

8.2 Соображения по проектированию и требования к драйверу

Светодиод — это устройство, управляемое током. Для обеспечения равномерной интенсивности и стабильной работы, особенно при управлении несколькими светодиодами, обязателен драйвер постоянного тока, а не источник постоянного напряжения. Драйвер должен быть спроектирован для подачи требуемого тока (например, 350 мА) с учётом диапазона прямого напряжения светодиода(ов). При последовательном соединении напряжение драйвера должно быть выше суммы максимальных Vf всех светодиодов в цепочке. Параллельное соединение светодиодов, как правило, не рекомендуется без индивидуальной балансировки токов. Тепловое управление является наиболее критическим аспектом механического проектирования. Требуется высококачественный тепловой интерфейс и адекватный радиатор для поддержания температуры перехода в безопасных пределах, обеспечивая стабильность выходных характеристик и долгий срок службы.

9. Надёжность и испытания

В спецификации изложен комплексный план испытаний на надёжность, демонстрирующий устойчивость продукта. Испытания включают в себя: срок службы при низкой, комнатной и высокой температуре (LTOL, RTOL, HTOL), срок службы во влажных условиях при высокой температуре (WHTOL), термический удар (TMSK), стойкость к нагреву при пайке (оплавление) и паяемость. Все испытания показали 0 отказов из 10 образцов в указанных условиях. Критерием для признания устройства вышедшим из строя после испытаний является изменение прямого напряжения (Vf) более чем на ±10% или изменение светового потока (Φe) более чем на ±30% от начального типичного значения.

10. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с традиционными УФ источниками света, такими как ртутные дуговые лампы, данный УФ светодиод предлагает явные преимущества: мгновенное включение/выключение, отсутствие времени разогрева, более длительный срок службы (обычно десятки тысяч часов), более высокая энергоэффективность, отсутствие опасного содержания ртути и компактный размер, позволяющий создавать новые форм-факторы. По сравнению с другими УФ светодиодами, ключевым отличием является конкретное сочетание длины волны 385 нм, высокого типичного светового потока (600 мВт), широкого угла излучения 130 градусов и надёжного корпуса с изолированной тепловой площадкой для эффективного охлаждения. Детальная система группировки также позволяет добиться более высокой точности в проектировании систем по сравнению с альтернативами без группировки или с грубой группировкой.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какой ток драйвера мне следует использовать?

О: Устройство охарактеризовано при токе 350 мА, что является типичной рабочей точкой, обеспечивающей хороший баланс выходной мощности и эффективности. Его можно запитывать током до предельно допустимого значения 500 мА, но это увеличит температуру перехода и может сократить срок службы; необходимо надёжное тепловое управление.

В: Как интерпретировать значение светового потока?

О: Световой поток (Φe) — это общая излучаемая оптическая мощность в ваттах (или милливаттах), измеренная на всех длинах волн. Для данного УФ светодиода он представляет полезную УФ мощность, а не видимый свет. Это ключевой показатель для расчёта дозы облучения (Энергия = Мощность × Время) в применениях отверждения.

В: Почему тепловое управление так важно?

О: Как показано на кривой \"Относительный световой поток в зависимости от температуры перехода\", выходная мощность снижается с ростом температуры. Чрезмерная температура также ускоряет механизмы деградации внутри светодиода, резко сокращая срок его службы. Тепловое сопротивление 13.2 °C/Вт определяет, насколько эффективно может отводиться тепло.

В: Могу ли я использовать источник постоянного напряжения?

О: Нет. Прямое напряжение светодиода изменяется в зависимости от температуры и между отдельными экземплярами. Источник постоянного напряжения может привести к тепловому разгону, когда увеличение тока вызывает больше тепла, что снижает Vf, вызывая ещё больший ток, потенциально разрушая светодиод. Всегда используйте драйвер постоянного тока.

12. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование настольной станции УФ отверждения для паяльной маски печатных плат.

Разработчику требуется равномерное УФ облучение на площади 10 см x 10 см. Используя LTPL-C034UVD385 с его углом излучения 130°, можно рассчитать необходимую высоту и расстояние между светодиодами в массиве для достижения равномерной облучённости. Выбираются светодиоды из групп светового потока R5 или R6 для более высокой интенсивности и из одной группы Vf (например, V1) для согласованного потребления тока при последовательном соединении. Выбирается драйвер постоянного тока, способный обеспечить общий требуемый ток для последовательной цепочки. Алюминиевая печатная плата проектируется с рекомендуемым расположением площадок, включая большую медную заливку и тепловые переходные отверстия, соединённые с внешним радиатором с вентилятором. Профиль оплавления из спецификации программируется в машине pick-and-place. После сборки станция обеспечивает мгновенное, стабильное отверждение без тепла и озона, связанных с ртутными лампами.

13. Введение в принцип работы

Светодиод — это полупроводниковый p-n переходный диод. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда рекомбинируют, энергия высвобождается в виде фотонов (света). Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещённой зоны полупроводниковых материалов, используемых в активной области. Для LTPL-C034UVD385 специальные полупроводниковые соединения (обычно на основе нитрида алюминия-галлия — AlGaN) разработаны так, чтобы иметь запрещённую зону, соответствующую фотонам в ультрафиолетовом диапазоне 385 нм (УФ-А). Корпус включает первичную оптику (линзу) для формирования выходного излучения и защиты полупроводникового кристалла.

14. Технологические тренды и перспективы

Рынок УФ светодиодов стимулируется глобальным отказом от ртутных ламп (Минаматская конвенция) и спросом на более эффективные, компактные и управляемые источники света. Ключевые тренды включают постоянное улучшение эффективности преобразования электроэнергии в свет (Wall-Plug Efficiency, WPE), которая представляет собой отношение выходной оптической мощности к входной электрической мощности. Более высокая эффективность означает меньшее количество паразитного тепла при той же УФ мощности. Также продолжается разработка по увеличению максимальной оптической мощности на один светодиодный корпус и улучшению надёжности и срока службы при более высоких рабочих температурах и токах. Кроме того, исследования сосредоточены на расширении доступных диапазонов длин волн, особенно в более глубокий УФ-С спектр для бактерицидных применений, хотя для этого требуются другие материалы, такие как нитрид алюминия (AlN). Также очевидна тенденция к интеграции на системном уровне, объединяющей светодиоды, драйверы и датчики в интеллектуальные модули.