Техническая спецификация UVC LED UVC3535CZ0315 - 3.5x3.5x0.99мм - 5.0-8.0В - серия 2.4Вт - 270-285нм

1. Обзор продукта

Серия UVC3535CZ0315 представляет собой высоконадежное керамическое светодиодное решение, специально разработанное для требовательных применений в ультрафиолетовом (УФ-С) диапазоне. Данный продукт предназначен для обеспечения стабильной работы в условиях, где критически важна бактерицидная эффективность. Его ключевое преимущество заключается в прочном керамическом корпусе, который обеспечивает превосходный тепловой менеджмент по сравнению с традиционными пластиковыми корпусами, что напрямую способствует увеличению срока службы и стабильности выходных параметров. Основной целевой рынок включает производителей профессиональных и бытовых устройств для дезинфекции, систем очистки воды и установок для стерилизации воздуха, где надежное УФ-С излучение является критически важным.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и электрические характеристики

Светодиод работает при прямом токе (I_F) 300мА. Прямое напряжение (V_F) имеет заданный диапазон от 5.0В до 8.0В, что является критическим параметром для проектирования драйвера, обеспечивающего правильную стабилизацию тока. Излучаемый поток, мера общей выходной оптической мощности, задан с минимальным значением 20мВт, типичным 25мВт и максимальным 30мВт в стандартных условиях испытаний. Пиковая длина волны находится в диапазоне от 270нм до 285нм, что соответствует наиболее эффективному спектру для разрушения ДНК/РНК микроорганизмов.

2.2 Предельные рабочие параметры и тепловые свойства

Соблюдение предельных рабочих параметров (Absolute Maximum Ratings) крайне важно для долговечности устройства. Максимально допустимый постоянный прямой ток составляет 300мА. Устройство выдерживает электростатический разряд (ESD) до 2000В (модель человеческого тела), что является важной характеристикой надежности при обращении и монтаже. Максимальная температура перехода (T_J) составляет 90°C. Тепловое сопротивление от перехода к точке пайки (R_th) равно 20°C/Вт. Это значение критически важно для проектирования радиатора; например, при полном токе накачки 300мА рассеиваемая мощность может достигать 2.4Вт (8.0В * 0.3А), что потенциально может повысить температуру перехода на 48°C выше температуры точки пайки. Следовательно, поддержание низкой температуры точки пайки жизненно важно для удержания T_Jв безопасных пределах.

Диапазон рабочих температур составляет от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения — от -40°C до +100°C, что указывает на пригодность для широкого спектра условий окружающей среды.

3. Объяснение системы бинирования

Продукт классифицируется по бинам для обеспечения единообразия в применении. Понимание этих бинов является ключевым для проектирования и закупок.

3.1 Бинирование по излучаемому потоку

Излучаемый поток разделен на две категории: Q4 (20-25мВт) и Q5 (25-30мВт). Конструкторы должны выбирать соответствующий бин на основе требуемой дозы облучения для своего применения.

3.2 Бинирование по пиковой длине волны

Пиковая длина волны строго контролируется и разделена на следующие бины: U27A (270-275нм), U27B (275-280нм) и U28 (280-285нм). Бактерицидная эффективность может незначительно варьироваться в этом диапазоне, поэтому выбор бина может быть важен для оптимизации производительности системы.

3.3 Бинирование по прямому напряжению

Прямое напряжение разделено на бины с шагом 0.5В от 5.0В до 8.0В (например, 5055 для 5.0-5.5В, 5560 для 5.5-6.0В и т.д.). Это в первую очередь связано с соображениями эффективности драйвера и для группировки светодиодов со схожими электрическими характеристиками при использовании в массивах.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Спектр и зависимость относительного излучаемого потока от тока

Спектральная кривая показывает узкий пик излучения вблизи заданной длины волны (например, 270-285нм) с минимальным побочным излучением, подтверждая его чистоту как источника УФ-С. Кривая зависимости относительного излучаемого потока от прямого тока почти линейна вплоть до номинальных 300мА, что указывает на хорошую эффективность и предсказуемое масштабирование выходной мощности с током.

4.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения и пиковой длины волны от тока

Вольт-амперная характеристика демонстрирует типичную экспоненциальную зависимость диода. Прямое напряжение увеличивается с ростом тока, что необходимо учитывать при проектировании драйвера постоянного тока. Кривая зависимости пиковой длины волны от тока показывает минимальный сдвиг (обычно всего несколько нанометров) в рабочем диапазоне токов, что указывает на стабильные спектральные характеристики.

4.3 Тепловая деградация и зависимость относительного излучаемого потока от температуры

Кривая зависимости относительного излучаемого потока от температуры окружающей среды демонстрирует отрицательный температурный коэффициент выходной мощности светодиода. Излучаемый поток уменьшается при повышении температуры окружающей среды (и, следовательно, перехода). Кривая деградации графически определяет максимально допустимый прямой ток как функцию температуры окружающей среды. Чтобы не превысить T_J(max), ток накачки должен быть снижен при работе в условиях высокой температуры окружающей среды. Например, при температуре окружающей среды 85°C максимально допустимый ток значительно ниже 300мА.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габариты и конфигурация контактных площадок

Габариты корпуса составляют 3.5мм (Д) x 3.5мм (Ш) x 0.99мм (В) с допуском ±0.2мм. Конфигурация контактных площадок четко определена: Площадка 1 — Анод (+), Площадка 2 — Катод (-), а Площадка 3 — специальная Тепловая площадка. Тепловая площадка необходима для эффективного отвода тепла от кристалла светодиода к печатной плате (ПП). Разводка ПП должна иметь соответствующую теплопроводящую площадку, соединенную с земляной полигонной или радиатором, для максимизации рассеивания тепла.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Устройство подходит для процессов поверхностного монтажа (SMT). Пайка оплавлением не должна выполняться более двух раз, чтобы избежать термических напряжений на керамическом корпусе и внутренних соединениях. Во время процесса оплавления необходимо избегать механических нагрузок на корпус светодиода. После пайки ПП не должна изгибаться, так как это может привести к растрескиванию керамического корпуса или паяных соединений. Применимы стандартные бессвинцовые профили оплавления, но пиковая температура и время выше температуры ликвидуса должны контролироваться в соответствии со спецификациями керамического корпуса (при отсутствии конкретного профиля следует обращаться к общим рекомендациям IPC/JEDEC для керамических компонентов).

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Лента и катушка для излучателей

Светодиоды поставляются на тисненой несущей ленте, намотанной на катушки. Стандартное количество упаковки — 1000 штук на катушку. Размеры катушки и ленты предоставляются для настройки автоматических установщиков компонентов.

7.2 Чувствительность к влаге и маркировка

Катушки герметично упакованы в алюминиевые влагозащитные пакеты с осушителем для поддержания сухости, так как керамический корпус может быть чувствителен к влаге. Этикетка продукта на катушке содержит критически важную информацию, включая номер детали (P/N), количество (QTY) и конкретные коды бинов для излучаемого потока (CAT), длины волны (HUE) и прямого напряжения (REF).

7.3 Расшифровка номенклатуры продукта

Полный код заказа, например, UVC3535CZ0315-HUC7085020X80300-1T, является детальным описателем:UVC(тип UVC),3535(корпус 3.5x3.5мм),C(керамический материал),Z(интегрированный стабилитрон для защиты от ESD),03(3 кристалла),15(угол обзора 150°),H(горизонтальный кристалл),UC(цвет UVC),7085(длина волны 270-285нм),020(мин. излучаемый поток 20мВт),X80(прямое напряжение 5.0-8.0В),300(прямой ток 300мА),1(упаковка 1К шт.),T(ленточная упаковка).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Основное применение — УФ-стерилизация и дезинфекция. Это включает в себя: стационарные очистители воздуха, обработка теплообменников в системах вентиляции, установки для обеззараживания воды для точек использования или малогабаритных систем, устройства для обеззараживания поверхностей бытовой электроники или медицинского оборудования, а также бактерицидные светильники. Широкий угол обзора 150° делает его подходящим для применений, требующих покрытия площади, а не сфокусированного луча.

8.2 Соображения по проектированию

Проектирование драйвера:Драйвер постоянного тока обязателен. Драйвер должен быть способен выдавать до 300мА и учитывать диапазон V_Fот 5.0 до 8.0В. Превышение тока или скачки напряжения серьезно сократят срок службы светодиода.
Тепловой менеджмент:Это наиболее критический аспект проектирования. Используйте ПП с толстым медным слоем (например, 2oz) и тепловыми переходами под тепловой площадкой, соединенными с большим земляным полигоном или внешним радиатором. Активно контролируйте температуру точки пайки и при необходимости используйте кривую деградации для корректировки тока накачки.
Оптическое проектирование:УФ-С излучение вредно для глаз и кожи человека. Конечный продукт должен иметь надлежащую защиту для предотвращения прямого воздействия. Материал корпуса должен быть прозрачным для УФ-С (например, плавленый кварц, специальное УФ-С стекло), так как обычное стекло и многие пластики блокируют УФ-С излучение.
Соответствие стандартам безопасности:Продукты, использующие данный светодиод, должны соответствовать соответствующим стандартам безопасности для лазерной продукции и излучения.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с традиционными маломощными УФ-С светодиодами или ртутными лампами, серия UVC3535CZ0315 предлагает твердотельное, мгновенно включаемое и не содержащее ртути решение. Керамический корпус обеспечивает ключевое отличие от пластиковых светодиодов 3535, позволяя достичь более высокой плотности мощности и лучшей долгосрочной надежности при работе в условиях высоких температур. Интегрированный стабилитрон для защиты от ESD до 2КВ добавляет надежности, не всегда встречающейся у продуктов конкурентов, упрощая обращение в цепочке поставок и монтаж.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Каков типичный срок службы этого светодиода?
О: Срок службы светодиода обычно определяется как количество рабочих часов, пока излучаемый поток не деградирует до 70% от начального значения (L70). Для УФ-С светодиодов это сильно зависит от тока накачки и температуры перехода. Работа в рекомендуемых условиях или ниже при отличном тепловом менеджменте может обеспечить срок службы в тысячи часов.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника постоянного напряжения?
О: Нет. Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Источник постоянного напряжения приведет к тепловому разгону и быстрому выходу из строя из-за отрицательного температурного коэффициента V_F. Всегда используйте драйвер постоянного тока или схему, активно регулирующую ток.

В: Как интерпретировать коды бинов на этикетке?
О: На этикетке указаны конкретные бины для светодиодов на этой катушке. Например, CAT:Q5, HUE:U27B, REF:6570 означает, что светодиоды имеют излучаемый поток в бине 25-30мВт (Q5), пиковую длину волны 275-280нм (U27B) и прямое напряжение 6.5-7.0В (6570).

11. Практический пример проектирования

Рассмотрим проектирование компактного модуля для обеззараживания воды. Цель — достичь 3-логарифмического (99.9%) снижения количества E. coli в проточной камере. Требуемая доза УФ-С рассчитывается на основе скорости потока воды, пропускания УФ-излучения водой и чувствительности патогена. На основе дозы определяется количество светодиодов и их ток накачки. Например, использование 4 светодиодов из бина Q5 (мин. 25мВт каждый), работающих при 250мА (слегка сниженный ток для надежности), может обеспечить необходимую облученность. Используется 4-слойная ПП с внутренним медным слоем 2oz, предназначенным для распределения тепла. Светодиоды расположены вокруг кварцевой гильзы, через которую протекает вода. Выбирается драйвер постоянного тока, выдающий 1А (4 светодиода по 250мА, включенные параллельно, каждый со своим токоограничивающим резистором для балансировки), с входным напряжением, учитывающим сумму максимального напряжения V_Fбина плюс запас драйвера. Датчик температуры на ПП рядом со светодиодами предоставляет обратную связь микроконтроллеру, который может снизить ток накачки при обнаружении высокой температуры, обеспечивая долгосрочную надежность.

12. Введение в принцип работы

УФ-С свет, особенно в диапазоне 260-280нм, поглощается нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК) микроорганизмов. Это поглощение вызывает образование тиминовых димеров в ДНК, что нарушает способность микроорганизма к репликации и синтезу жизненно важных белков, эффективно инактивируя (убивая) его. Данный светодиод генерирует это УФ-С излучение посредством электролюминесценции в полупроводниковом материале (обычно нитрид алюминия-галлия — AlGaN). При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводникового кристалла, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретная длина волны определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала.

13. Тенденции развития

Рынок УФ-С светодиодов движется глобальным спросом на безртутные, компактные и мгновенные решения для дезинфекции. Ключевые тенденции включают:Увеличение эффективности (WPE):Текущие исследования направлены на снижение потерь при преобразовании электрической мощности в оптическую, что приводит к снижению энергопотребления и тепловыделения при той же оптической мощности.Более высокая выходная мощность:Постоянное совершенствование конструкции кристалла и технологии корпусирования позволяет создавать однокристальные светодиоды с более высоким излучаемым потоком, сокращая количество светодиодов, необходимых в системе.Увеличение срока службы:Достижения в области материалов и корпусирования постоянно повышают надежность и долговечность устройств, особенно при работе в условиях высоких температур.Снижение стоимости:По мере роста объемов производства и совершенствования процессов стоимость за милливатт УФ-С излучения снижается, делая технологию доступной для большего числа потребительских применений.Улучшение стабильности длины волны:Исследования сосредоточены на минимизации сдвига длины волны в зависимости от температуры и срока службы для более предсказуемой бактерицидной эффективности.