Техническая документация на УФ-светодиод LTPL-C034UVD375 - 3.7x3.7x1.6мм - Напряжение 3.7В - Мощность 2Вт - Пиковая длина волны 375нм

1. Обзор продукта

Данный продукт представляет собой высокоэффективный ультрафиолетовый (УФ) светоизлучающий диод (светодиод), предназначенный в первую очередь для процессов УФ-отверждения и других распространенных УФ-применений. Это твердотельный источник света, призванный заменить традиционные УФ-источники, сочетая в себе долгий срок службы и надежность, присущие светодиодной технологии, с конкурентоспособными уровнями яркости. Это обеспечивает большую гибкость проектирования и открывает новые возможности в приложениях, требующих УФ-освещения.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Устройство предлагает несколько явных преимуществ по сравнению с традиционными УФ-источниками:

• Совместимость с интегральными схемами (ИС):Светодиод спроектирован для легкого управления и контроля с помощью стандартных электронных схем.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт соответствует директиве RoHS и производится с использованием бессвинцовых процессов.
• Эксплуатационная эффективность:Благодаря энергоэффективности способствует снижению общих эксплуатационных расходов.
• Снижение затрат на обслуживание:Длительный срок службы светодиодов значительно сокращает частоту и стоимость замены ламп и технического обслуживания.

2. Технические параметры: Подробная объективная интерпретация

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Постоянный прямой ток (If):500 мА (максимум)
• Потребляемая мощность (Po):2 Вт (максимум)
• Диапазон рабочих температур (Topr):от -40°C до +85°C
• Диапазон температур хранения (Tstg):от -55°C до +100°C
• Температура перехода (Tj):110°C (максимум)

Важное примечание:Длительная работа в условиях обратного смещения может привести к выходу компонента из строя.

2.2 Электрооптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные при Ta=25°C и прямом токе (If) 350 мА, который, по-видимому, является рекомендуемой рабочей точкой.

• Прямое напряжение (Vf):Типичное значение составляет 3.7 В, в диапазоне от 2.8 В (мин.) до 4.4 В (макс.).
• Оптическая мощность (Φe):Это общая выходная оптическая мощность в УФ-спектре. Типичное значение составляет 470 мВт, в диапазоне от 350 мВт (мин.) до 590 мВт (макс.).
• Пиковая длина волны (λp):Длина волны, на которой светодиод излучает максимальную мощность. Диапазон составляет от 370 нм до 380 нм, с центром около 375 нм.
• Угол обзора (2θ1/2):Приблизительно 130 градусов, что указывает на широкую диаграмму направленности.
• Тепловое сопротивление (Rthjc):Тепловое сопротивление переход-корпус обычно составляет 14.7 °C/Вт. Этот параметр имеет решающее значение для проектирования системы охлаждения, так как показывает, насколько эффективно тепло может отводиться от светодиодного кристалла.

3. Объяснение системы сортировки (бининга)

Светодиоды сортируются по группам производительности (бина) для обеспечения однородности. Код бина указан на упаковке.

3.1 Сортировка по прямому напряжению (Vf)

Светодиоды классифицируются на четыре группы по напряжению (V0-V3) на основе их прямого напряжения при 350 мА. Например, бин V1 включает светодиоды с Vf от 3.2 В до 3.6 В. Допуск составляет +/- 0.1 В.

3.2 Сортировка по оптической мощности (Φe)

Выходная оптическая мощность сортируется от R2 (350-380 мВт) до R9 (560-590 мВт). Типичным бином, по-видимому, является R5 (440-470 мВт). Допуск составляет +/- 10%.

3.3 Сортировка по пиковой длине волны (Wp)

УФ-длина волны сортируется на две группы: P3P (370-375 нм) и P3Q (375-380 нм). Допуск составляет +/- 3 нм. Это позволяет выбирать светодиоды для применений, чувствительных к определенным УФ-длинам волн.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Относительная оптическая мощность в зависимости от прямого тока

Оптическая мощность увеличивается с ростом прямого тока, но не линейно. Конструкторы должны балансировать желаемую оптическую мощность с потребляемой электрической мощностью и возникающим тепловыделением. Работа значительно выше 350 мА может снизить эффективность и срок службы.

4.2 Относительное спектральное распределение

Эта кривая показывает спектр излучения, подтверждая пик в области 375 нм (UVA) и спектральную ширину. Это важно для применений, где критична спектральная чистота или конкретная энергия фотонов.

4.3 Диаграмма направленности излучения

Полярная диаграмма иллюстрирует угол обзора 130 градусов, показывая распределение интенсивности. Это жизненно важно для проектирования оптики для сбора, коллимации или фокусировки УФ-света на целевую область.

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

Эта фундаментальная кривая показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диодов. Рабочая точка (например, 350 мА, ~3.7 В) — это точка, в которой характеризуется устройство. Кривая помогает в проектировании соответствующей схемы управления током.

4.5 Относительная оптическая мощность в зависимости от температуры перехода

Этот график демонстрирует негативное влияние повышения температуры перехода на световой поток. При увеличении температуры оптическая мощность уменьшается. Поэтому эффективный теплоотвод необходим для поддержания стабильных и высоких оптических характеристик.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Корпус имеет размеры приблизительно 3.7 мм x 3.7 мм. Ключевые размеры включают высоту линзы и размер керамической подложки, которые имеют более жесткие допуски (±0.1 мм) по сравнению с другими элементами (±0.2 мм). Тепловая площадка электрически изолирована от анода и катода, что позволяет подключать ее к радиатору для управления тепловым режимом без создания электрического короткого замыкания.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка на печатной плате

Предоставлен шаблон контактных площадок для печатной платы (ПП). Он включает площадки для двух электрических контактов (анод и катод) и большую центральную тепловую площадку. Правильное проектирование площадок критически важно для надежной пайки и эффективного отвода тепла от корпуса светодиода к ПП.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль групповой пайки оплавлением

Предоставлен подробный температурно-временной профиль для пайки оплавлением. Ключевые параметры включают пиковую температуру 260°C, измеренную на корпусе, при этом время выше 240°C не должно превышать 30 секунд. Рекомендуется контролируемая скорость охлаждения. Ручная пайка возможна, но должна быть ограничена температурой 300°C максимум на 2 секунды и только один раз.

6.2 Важные примечания по сборке

• Пайку оплавлением следует выполнять не более трех раз.
• Желательна минимально возможная температура пайки, обеспечивающая надежное соединение.
• Пайка погружением не является рекомендуемым или гарантированным методом сборки для данного компонента.
• Очистку следует проводить только спиртосодержащими растворителями, такими как изопропиловый спирт (IPA). Неуказанные химические вещества могут повредить корпус.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Компоненты поставляются на эмбоссированной несущей ленте, запечатанной покровной лентой. Лента намотана на катушки диаметром 7 дюймов, максимум 500 штук на катушку. Для меньших количеств доступна минимальная упаковка в 100 штук. Упаковка соответствует стандартам EIA-481-1-B.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• УФ-отверждение:Отверждение клеев, сушка чернил, полимеризация смол в производственных процессах.
• Медицина и наука:Флуоресцентный анализ, стерилизация (где длина волны подходит), фототерапия.
• Промышленность:Инспекция, обнаружение подделок, оптические датчики.

8.2 Особенности проектирования

• Метод управления:Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Настоятельно рекомендуется использовать источник постоянного тока для обеспечения стабильного оптического выхода и предотвращения теплового разгона, поскольку прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент.
• Тепловой режим:Учитывая типичную оптическую мощность 470 мВт и общую мощность ~1.3 Вт (350 мА * 3.7 В), более 0.8 Вт рассеивается в виде тепла. При тепловом сопротивлении 14.7°C/Вт температура перехода будет примерно на 11.8°C выше температуры корпуса. Адекватный теплоотвод обязателен для поддержания температуры перехода ниже 110°C для обеспечения надежности.
• Оптика:Широкий луч в 130 градусов может потребовать вторичной оптики (линз, отражателей) для достижения желаемой картины освещения на цели.
• Безопасность:УФ-излучение, особенно в диапазоне UVA, может быть вредным для глаз и кожи. В окончательном дизайне продукта необходимы соответствующие защитные кожухи и предупреждения о безопасности.

9. Надежность и испытания

Документирован комплексный план испытаний на надежность, включающий:

• Испытания на срок службы при низкой, комнатной и высокой температуре.
• Испытания на срок службы во влажных условиях при высокой температуре.
• Испытания на термоудар.
• Испытания на паяемость и стойкость к нагреву при пайке.

Во всех испытаниях не было зафиксировано ни одного отказа в выборках, что указывает на надежную конструкцию и надежность продукта. Критерием для признания устройства неисправным является изменение прямого напряжения более чем на ±10% или изменение оптической мощности более чем на ±30% от начальных значений.

10. Техническое сравнение и позиционирование

Данный УФ-светодиод позиционируется как энергоэффективная альтернатива традиционным УФ-источникам, таким как ртутные лампы. Ключевые отличия включают:

• Мгновенное включение/выключение:В отличие от ламп, которым требуется прогрев/остывание, светодиоды мгновенно достигают полной мощности.
• Долговечность:Срок службы светодиодов, как правило, значительно превышает срок службы дуговых ламп.
• Компактный размер и свобода дизайна:Малый форм-фактор позволяет интегрировать их в устройства меньшего размера и создавать массивы для большей интенсивности или покрытия большей площади.
• Узкий спектр:Относительно узкий пик излучения около 375 нм может быть более эффективным для процессов, настроенных на эту длину волны, уменьшая потери энергии по сравнению с широкополосными источниками.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

11.1 Какой рекомендуемый рабочий ток?

В техническом описании характеристики устройства приведены при 350 мА, что, вероятно, является рекомендуемым типичным рабочим током (он ниже абсолютного максимума в 500 мА). Работа при этом токе обеспечивает оптимальную производительность и надежность, подтвержденные испытаниями на срок службы.

11.2 Как выбрать правильный бин для моего применения?

Выбирайте исходя из требований вашей системы: -Бин Vf:Влияет на конструкцию драйвера и напряжение питания. Более узкие бины обеспечивают более равномерное распределение тока в параллельных массивах. -Бин Φe:Определяет оптическую мощность. Выберите более высокий бин (например, R6, R7) для большей интенсивности. -Бин Wp:Критичен для процессов с определенной спектральной чувствительностью. Выбирайте P3P или P3Q по мере необходимости.

11.3 Почему так важен тепловой режим?

Высокая температура перехода напрямую снижает световой поток (как показано на характеристических кривых) и ускоряет деградацию светодиода, сокращая его срок службы. Значение теплового сопротивления (14.7°C/Вт) количественно определяет эту проблему; необходим путь с низким тепловым сопротивлением от перехода к окружающей среде.

12. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование точечной УФ-лампы для отверждения

1. Спецификация:Цель — обеспечить >400 мВт УФ-света с длиной волны 375 нм на пятно диаметром 10 мм для отверждения клеев.
2. Выбор светодиода:Выберите светодиод из бина R5 (440-470 мВт) или выше, чтобы обеспечить достаточную мощность после оптических потерь.
3. Схема управления:Спроектируйте драйвер постоянного тока, настроенный на 350 мА, с соответствующим запасом по напряжению (например, источник питания 5 В для светодиода ~3.7 В).
4. Тепловая конструкция:Установите светодиод на печатную плату с металлическим основанием (MCPCB) или на специальный радиатор. Рассчитайте необходимое тепловое сопротивление радиатора, чтобы поддерживать температуру перехода, например, ниже 85°C при температуре окружающей среды 40°C.
5. Оптика:Используйте коллимирующую или фокусирующую линзу перед светодиодом, чтобы сконцентрировать широкий луч в 130 градусов в желаемое маленькое пятно.
6. Интеграция:Поместите сборку в механически прочный и теплопроводящий корпус с защитными блокировками для предотвращения воздействия УФ-света.

13. Введение в принцип работы

Это устройство является полупроводниковым источником света. При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводникового кристалла, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретные полупроводниковые материалы (обычно на основе нитрида алюминия-галлия — AlGaN) разработаны таким образом, что ширина запрещенной зоны соответствует энергиям фотонов в ультрафиолетовом спектре (около 375 нм или 3.31 эВ). Генерируемый свет выводится через линзу корпуса.

14. Тенденции развития

Область УФ-светодиодов активно развивается. Тенденции включают:

• Повышение эффективности:Текущие исследования направлены на повышение эффективности преобразования электрической энергии в оптическую (wall-plug efficiency) УФ-светодиодов, особенно в более коротковолновом UVC-диапазоне для бактерицидных применений.
• Увеличение удельной мощности:Разработка кристаллов и корпусов, способных выдерживать более высокие токи управления и рассеивать больше тепла, что приводит к увеличению оптической мощности от одного излучателя.
• Улучшение надежности:Достижения в области материалов и технологий корпусирования продолжают увеличивать срок службы и стабильность работы.
• Снижение стоимости:По мере роста объемов производства и совершенствования процессов ожидается снижение стоимости за милливатт УФ-излучения, что еще больше ускорит внедрение УФ-светодиодов по сравнению с традиционными технологиями.