Техническая документация ELUA3535NU3 - Светодиод UVA 4Вт, керамический корпус 3.75x3.75x3.2мм

1. Обзор продукта

Серия продуктов ELUA3535NU3 представляет собой высоконадежное керамическое светодиодное решение, специально разработанное для применений в ультрафиолетовом-A (UVA) диапазоне. Эта 4-ваттная серия предназначена для обеспечения стабильной работы в жестких условиях, где УФ-излучение используется благодаря своим бактерицидным или каталитическим свойствам.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества этой светодиодной серии обусловлены ее надежной конструкцией и электрической схемой. Использование подложки из нитрида алюминия (AlN) обеспечивает отличную теплопроводность, что критически важно для отвода тепла, выделяемого при работе высокой мощности, и обеспечения долгосрочной надежности. Устройство имеет встроенную защиту от электростатического разряда (ESD) до 2 кВ (HBM), что повышает его устойчивость при обращении и монтаже. Кроме того, продукт полностью соответствует основным экологическим и нормам безопасности, включая RoHS, бессвинцовый, EU REACH и стандарты без галогенов (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), что делает его пригодным для глобальных рынков со строгими требованиями соответствия.

Основные области применения находятся в промышленном и коммерческом секторах, использующих свет UVA. Ключевые рынки включают системы УФ-стерилизации для очистки воздуха и воды, системы УФ-фотокатализа для разложения летучих органических соединений (ЛОС) и специализированное освещение для УФ-датчиков. Надежность и выходная мощность продукта делают его подходящим компонентом для систем, требующих постоянного УФ-излучения.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых технических параметров, указанных в спецификации, с объяснением их значимости для инженеров-конструкторов.

2.1 Предельные рабочие характеристики

Предельные рабочие характеристики определяют границы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Для вариантов 385нм, 395нм и 405нм максимальный постоянный прямой ток (I_F) составляет 1250мА. Важно отметить, что вариант 365нм имеет значительно более низкий максимальный ток — 700мА. Эта разница обычно обусловлена различными полупроводниковыми материалами и эпитаксиальными структурами, используемыми для более коротких длин волн, которые могут иметь меньшую пропускную способность по току или более высокую тепловую чувствительность. Постоянная работа на этих пределах или вблизи них резко сократит срок службы и надежность светодиода. Максимальная температура перехода (T_J) составляет 105°C. Тепловое сопротивление от перехода к теплоотводящей площадке (R_θth) указано как 4°C/Вт. Этот параметр жизненно важен для проектирования системы теплового управления; например, при номинальном токе можно рассчитать повышение температуры от площадки до перехода. Правильный теплоотвод необходим для поддержания температуры перехода в безопасных пределах.

2.2 Фотометрические и электрические характеристики

Предоставленные коды заказа детализируют конкретные группы сортировки по производительности. Сила излучения, измеряющая общую выходную оптическую мощность в ваттах (или милливаттах), варьируется в зависимости от длины волны. Для светодиода 365нм (работающего при 700мА) минимальная сила излучения составляет 900мВт, типовая — 1300мВт, максимальная — 1600мВт. Для светодиодов 385нм, 395нм и 405нм (работающих при 1000мА) минимальное значение — 1350мВт, типовое — 1475мВт, максимальное — 1850мВт. Прямое напряжение (V_F) для всех моделей серии указано в диапазоне от 3.6В до 4.8В при соответствующих рабочих токах. Этот диапазон необходимо учитывать при проектировании схемы драйвера, чтобы обеспечить достаточное напряжение и управлять рассеиваемой мощностью.

3. Объяснение системы сортировки

Продукт классифицируется по группам на основе трех ключевых параметров: Сила излучения, Пиковая длина волны и Прямое напряжение. Это позволяет клиентам выбирать светодиоды с близкими характеристиками для обеспечения стабильной работы системы.

3.1 Сортировка по силе излучения

Используются две отдельные таблицы сортировки для разных групп длин волн. Для светодиода 365нм коды групп U1-U4 классифицируют силу излучения от 900-1000мВт до 1400-1600мВт. Для светодиодов 385нм-405нм используются коды групп U51 (1350-1600мВт) и U52 (1600-1850мВт). Конструкторы должны убедиться, что минимальное значение выбранной группы удовлетворяет минимально необходимой облученности их оптической системы.

3.2 Сортировка по пиковой длине волны

Пиковая длина волны сортируется по диапазонам 10нм: U36 (360-370нм), U38 (380-390нм), U39 (390-400нм) и U40 (400-410нм). Выбор зависит от спектральной чувствительности применения. Например, для активации фотокатализатора часто существует оптимальный диапазон длин волн.

3.3 Сортировка по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется на три группы: 3640 (3.6-4.0В), 4044 (4.0-4.4В) и 4448 (4.4-4.8В). Это важно для эффективности драйвера и управления температурой. Светодиоды из группы с более низким напряжением будут рассеивать меньше мощности в виде тепла (P = V_F* I_F) при том же токе, что потенциально позволяет использовать более простой или компактный радиатор.

4. Анализ характеристических кривых

Типичные характеристические кривые дают представление о поведении светодиода в различных рабочих условиях, что необходимо для надежного проектирования системы.

4.1 Спектр и относительная сила излучения в зависимости от тока

Спектральный график показывает нормированную интенсивность излучения в зависимости от длины волны для четырех основных вариантов. Каждый имеет отчетливый пик с относительно узкой спектральной шириной, типичной для УФ-светодиодов. Кривая "Относительная сила излучения в зависимости от прямого тока" показывает сублинейную зависимость. Выходная мощность не увеличивается пропорционально току, особенно при высоких токах, из-за падения эффективности, вызванного повышением температуры перехода и другими физическими эффектами в полупроводнике. Это подчеркивает важность теплового управления для поддержания выходной мощности.

4.2 Тепловые характеристики

Кривые "Относительная сила излучения в зависимости от температуры окружающей среды" и "Пиковая длина волны в зависимости от температуры окружающей среды" являются критически важными. По мере увеличения температуры окружающей среды (или площадки) сила излучения значительно снижается — это общая черта светодиодов. Например, при 120°C относительный поток составляет всего около 40-50% от его значения при 25°C. Одновременно пиковая длина волны смещается в сторону более длинных волн (красное смещение) с увеличением температуры, что видно на графике. Это тепловое смещение необходимо учитывать в приложениях, чувствительных к длине волны. Кривая "Прямое напряжение в зависимости от температуры" показывает отрицательный температурный коэффициент, то есть V_Fуменьшается с ростом температуры, что может влиять на работу драйвера постоянного тока.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Габариты и допуски

Светодиод имеет компактные размеры 3.75мм x 3.75мм и общую высоту 3.2мм. Чертеж размеров определяет все критические длины, включая теплоотводящую площадку и площадки анода/катода. Общий допуск на планарные размеры составляет ±0.1мм, а допуск по толщине — ±0.15мм. Эти допуски важны для разводки печатной платы, проектирования трафарета для паяльной пасты и обеспечения правильной установки автоматами поверхностного монтажа.

5.2 Конфигурация площадок и полярность

Вид снизу четко показывает расположение площадок. Центральная, большая прямоугольная площадка является теплоотводящей (катод), что критически важно для передачи тепла на печатную плату. Две меньшие электрические площадки расположены с одной стороны: одна для анода, одна для катода. Полярность указана на схеме. Катод обычно соединен с теплоотводящей площадкой и одной из меньших площадок. Правильное определение полярности во время сборки обязательно для предотвращения выхода устройства из строя.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Процесс пайки оплавлением

Светодиод подходит для стандартных процессов поверхностного монтажа (SMT). В спецификации представлен график профиля оплавления с ключевыми параметрами: зона предварительного нагрева, быстрый подъем температуры до пика и контролируемая фаза охлаждения. Рекомендуемая пиковая температура составляет 260°C (+0°C/-5°C) максимум в течение 10 секунд. Явно указано, что пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз, чтобы избежать чрезмерного термического напряжения на корпусе и внутренних соединениях. Необходимо избегать механического напряжения на корпус светодиода во время нагрева (например, из-за коробления печатной платы), а изгиб платы после пайки запрещен, так как это может привести к растрескиванию паяных соединений или самого керамического корпуса.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Расшифровка номенклатуры модели

Полный код заказа (например, ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G) является детальным описателем:

• EL: Префикс производителя.
• UA: Тип продукта UVA.
• 3535: Размер корпуса 3.75мм x 3.75мм.
• N: Материал корпуса — нитрид алюминия (AlN).
• U: Покрытие — золото (Au).
• 3: Угол обзора 30°.
• PXXXX: Код пиковой длины волны (например, 6070 для 360-370нм).
• YY: Код минимальной силы излучения.
• 3648 / 700 / 1K0: Диапазон прямого напряжения (3.6-4.8В) и прямой ток (700мА или 1000мА).
• V41G: Тип кристалла (Вертикальный), размер (43mil), количество (1) и процесс (Кварцевое стекло).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Системы УФ-стерилизации:Для обеззараживания воздуха или воды наиболее эффективен диапазон 265-280нм (UVC) для повреждения ДНК. Однако светодиоды UVA (как эта серия) используются в некоторых процессах продвинутого окисления (AOP) или в системах, нацеленных на специфические патогены, чувствительные к более длинному УФ-излучению, или в комбинации с фотокатализаторами. Проектирование системы должно обеспечивать достаточную УФ-дозу (интенсивность x время).
УФ-фотокатализ:Обычно с использованием TiO₂, фотокатализаторы активируются УФ-светом. Часто используются варианты 385нм или 395нм. Конструкция должна обеспечивать равномерное освещение поверхности катализатора и управлять теплом, так как эффективность катализатора может зависеть от температуры.
Освещение для УФ-датчиков:Используется для возбуждения флуоресценции или для машинного зрения. Ключевыми являются стабильный выход и специфическая длина волны. Драйвер постоянного тока необходим для поддержания стабильного оптического выхода, а оптические фильтры могут потребоваться для блокировки нежелательного видимого света из спектра светодиода.

8.2 Критические аспекты проектирования

Тепловое управление:Это самый важный фактор для производительности и долговечности. Используйте печатную плату с достаточным количеством тепловых переходных отверстий под теплоотводящей площадкой, соединенных с большими медными полигонами или внешним радиатором. Тепловое сопротивление 4°C/Вт — от перехода к теплоотводящей площадке светодиода; системное тепловое сопротивление до окружающей среды должно быть спроектировано так, чтобы поддерживать T_Jзначительно ниже 105°C.
Электрическое управление:Всегда используйте драйвер постоянного тока, а не источник постоянного напряжения. Драйвер должен быть способен обеспечивать требуемый ток (700мА или 1000мА) и напряжение, покрывающее весь диапазон V_Fвыбранной группы, плюс некоторый запас. При необходимости рассмотрите возможность использования широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для диммирования, а не аналогового снижения тока, чтобы избежать смещения цвета/длины волны.
Оптическое проектирование:Угол обзора 30° обеспечивает относительно сфокусированный луч. Линзы или отражатели могут использоваться для формирования светового потока для целевой области. Убедитесь, что любые оптические материалы (линзы, окна) прозрачны для УФ-излучения (например, кварц, специальные УФ-пластики), так как обычное стекло и многие пластики поглощают UVA-излучение.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя прямое сравнение с другими брендами в спецификации не приводится, ключевые отличительные особенности этой серии можно вывести. Использование керамического корпуса AlN обеспечивает превосходные тепловые характеристики по сравнению с пластиковыми корпусами, обычно используемыми в маломощных светодиодах, что позволяет использовать более высокие токи и обеспечивает лучшую надежность. Наличие защиты от ESD 2 кВ — это значительная особенность надежности, не всегда присутствующая в конкурирующих продуктах. Детальная сортировка по трем параметрам (поток, длина волны, напряжение) позволяет проводить высокоточное проектирование систем и обеспечивать стабильность в массовом производстве, что может быть преимуществом по сравнению с продуктами с более широкими допусками или меньшим количеством вариантов сортировки.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Почему максимальный ток для светодиода 365нм составляет всего 700мА, а для других — 1250мА?
О: Это в основном связано с различными свойствами полупроводникового материала, используемого для достижения более короткой длины волны 365нм. Материальная система (например, более высокое содержание алюминия в AlGaN) обычно имеет более низкую электропроводность и более высокую плотность дефектов, что приводит к снижению максимальной плотности тока и более высокому тепловому сопротивлению. Работа при более низком токе обеспечивает надежность и предотвращает ускоренную деградацию.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника питания 3.3В?
О: Нет. Диапазон прямого напряжения составляет 3.6В до 4.8В. Источник 3.3В будет недостаточным для включения светодиода или получения значимого светового потока. Требуется схема драйвера, способная обеспечить не менее 4.8В (плюс падение напряжения на драйвере).

В: Как интерпретировать значение "Типичная сила излучения"?
О: Значение "Типичное" — это статистическое среднее или медиана производственных единиц. Для гарантированной производительности в вашем проекте вы должны использовать значение "Минимальное" из таблицы сортировки. Проектирование на основе типичного значения может привести к тому, что некоторые единицы в вашей системе будут работать хуже.

В: Радиатор абсолютно необходим?
О: Для любой продолжительной работы при номинальном токе — да. Даже с низким тепловым сопротивлением 4°C/Вт, при 1000мА и типичном V_F4.2В, рассеиваемая мощность составляет 4.2Вт. Повышение температуры от площадки до перехода будет примерно 4.2Вт * 4°C/Вт = 16.8°C. Если температура площадки на плате достигнет 85°C, переход уже будет при ~102°C, что очень близко к максимуму 105°C. Эффективный теплоотвод является обязательным условием для надежной работы.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование печатной платы для многодиодной УФ-матрицы для поверхностного отверждения.
Инженер проектирует матрицу из двенадцати светодиодов 395нм для маломощной УФ-сушильной станции для клеев. Каждый светодиод будет работать при 1000мА.Шаг 1 - Разводка печатной платы:Плата проектируется с медью 2oz. Создается специальная теплоотводящая площадка, соответствующая посадочному месту светодиода, заполненная сеткой тепловых переходных отверстий (например, диаметром 0.3мм, шагом 1мм), которые соединяются с большим внутренним слоем земли и медной заливкой на нижней стороне, которая будет прикреплена к алюминиевому радиатору с теплопроводящим материалом.Шаг 2 - Электрическое проектирование:Выбирается микросхема драйвера светодиодов постоянного тока, способная выдавать в сумме 12А (или несколько меньших драйверов). Проверяется возможность выходного напряжения драйвера, чтобы убедиться, что он может работать с 12 светодиодами в конфигурации 4 последовательно / 3 параллельно, учитывая максимальное V_F4.8В на каждый светодиод.Шаг 3 - Оптическая интеграция:Над матрицей устанавливается кварцевое стекло для защиты светодиодов. Расстояние до целевой поверхности отверждения рассчитывается на основе желаемой облученности, с использованием минимального значения силы излучения из группы (1350мВт) и угла луча 30° для оценки размера освещаемого пятна и интенсивности.

12. Введение в принцип работы

Светодиоды UVA работают по принципу электролюминесценции в полупроводниковых материалах. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу светодиодного кристалла, электроны и дырки инжектируются в активную область. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов. Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в активной области. Для излучения UVA (приблизительно 315-400нм) используются такие материалы, как нитрид индия-галлия (InGaN) с определенным составом или нитрид алюминия-галлия (AlGaN). Керамический корпус служит в основном механической опорой, электрическим изолятором и, что наиболее важно, высокоэффективным тепловым каналом для отвода тепла от полупроводникового перехода, что критически важно для поддержания производительности и долговечности.

13. Тенденции развития

Область УФ-светодиодов, особенно UVA и UVB, демонстрирует устойчивый прогресс. Ключевые тенденции, наблюдаемые в таких продуктах, как эта спецификация, включают:Увеличение мощности и эффективности:Постоянные исследования материалов направлены на снижение падения эффективности и улучшение вывода света, что приводит к более высокой силе излучения при тех же или меньших размерах корпуса.Улучшенное тепловое управление:Использование передовых керамических подложек, таких как AlN, как показано здесь, становится более стандартным для мощных устройств для управления растущими тепловыми нагрузками.Стандартизация и сортировка:По мере созревания рынка более детальные и стандартизированные коды сортировки (как продемонстрировано) помогают интегрировать светодиоды в предсказуемые и воспроизводимые системы.Расширение и контроль длины волны:Исследования продолжают продвижение в сторону более коротких и эффективных длин волн (глубже в UVB и UVC) и обеспечение более жесткого контроля над пиковой длиной волны и спектральной шириной для специализированных применений.Системная интеграция:Наблюдается тенденция к созданию более готовых к применению модулей, которые включают светодиод, драйвер, оптику и иногда датчики, упрощая проектирование для конечных пользователей.