Техническая документация на светодиод ELUC3535NUB UVC - 3.5x3.5x1.3мм - 5.0-7.5В - 0.13Вт - 270-285нм

1. Обзор продукта

Серия ELUC3535NUB представляет собой высоконадежное светодиодное решение на керамической основе, специально разработанное для применения в диапазоне ультрафиолета C (UVC). Данный продукт предназначен для обеспечения стабильной работы в сложных условиях, где критически важна бактерицидная эффективность. Его конструкция основана на керамической подложке, которая обеспечивает превосходное тепловыделение по сравнению с традиционными пластиковыми корпусами, что является ключевым фактором для поддержания срока службы светодиода и стабильности его выходной мощности в UVC-приложениях.

Основным целевым рынком для данного компонента является сектор дезинфекции и стерилизации. Это включает такие области применения, как системы очистки воды, устройства для обеззараживания воздуха, оборудование для поверхностной дезинфекции и стерилизации медицинских инструментов. Конструкция продукта уделяет первостепенное внимание факторам, важным для этих применений: оптическая мощность в бактерицидном диапазоне, надежная конструкция для долговечности и совместимость со стандартными процессами поверхностного монтажа (SMT).

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры

Максимальный постоянный прямой ток (I_F) для устройства составляет 100 мА. Однако, типичный рабочий режим, указанный в информации для заказа, равен 20 мА. Это снижение номинала критически важно для обеспечения долгосрочной надежности и предотвращения ускоренной деградации полупроводникового перехода. Максимальная температура перехода (T_J) составляет 100°C, при тепловом сопротивлении (R_th) от перехода к окружающей среде 65 °C/Вт. Это значение теплового сопротивления является ключевым параметром для проектирования радиатора; превышение температуры перехода может привести к катастрофическому отказу или значительному снижению выходного излучаемого потока.

Устройство обеспечивает защиту от электростатического разряда (ЭСР) до 2 кВ (модель человеческого тела), что является стандартным уровнем защиты для большинства производственных сред. Диапазон рабочих температур составляет от -30°C до +85°C, а диапазон температур хранения — от -40°C до +100°C, что обеспечивает пригодность для самых разных климатических условий и условий хранения по всему миру.

2.2 Фотометрические и электрические характеристики

Основной фотометрический выход измеряется в излучаемом потоке (мВт), а не в световом потоке (лм), так как это источник невидимого УФ-излучения. Типичный излучаемый поток при номинальном токе накачки 20 мА составляет 2 мВт, с гарантированным минимальным значением 1 мВт и максимальным 2,5 мВт для указанного кода заказа. Пиковая длина волны находится в диапазоне от 270 нм до 285 нм, что соответствует наиболее эффективному диапазону для бактерицидного действия, повреждающего ДНК/РНК микроорганизмов.

Электрически, прямое напряжение (V_F) при 20 мА варьируется от 5,0 В до 7,5 В. Это относительно высокое прямое напряжение характерно для светодиодов глубокого ультрафиолетового диапазона. Типичный угол обзора составляет 120°, определяемый как угол, при котором интенсивность составляет половину пикового значения (2θ_1/2).

3. Объяснение системы бинирования

Продукт классифицируется в соответствии с подробной системой бинирования для обеспечения согласованности под конкретное применение. Эта система охватывает три ключевых параметра: Излучаемый поток, Пиковая длина волны и Прямое напряжение.

3.1 Бины излучаемого потока

Излучаемый поток разделен на три категории: Q0A (1.0-1.5 мВт), Q0B (1.5-2.0 мВт) и Q0C (2.0-2.5 мВт). Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды на основе требуемой оптической мощности для их системы, с более жесткими допусками, чем общие минимальные/максимальные характеристики.

3.2 Бины пиковой длины волны

Пиковая длина волны критически важна для эффективности UVC. Бины: U27A (270-275 нм), U27B (275-280 нм) и U28 (280-285 нм). Различные патогены имеют разные пики чувствительности в пределах UVC-спектра, поэтому такое бинирование позволяет оптимизировать конструкцию системы.

3.3 Бины прямого напряжения

Прямое напряжение разделено на бины с шагом 0.5В от 5.0В до 7.5В (например, 5055 для 5.0-5.5В, 5560 для 5.5-6.0В и т.д.). Единообразие V_Fвнутри массива упрощает проектирование драйвера, обеспечивая равномерное распределение тока при параллельном подключении нескольких светодиодов.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Спектр

Кривая спектрального распределения показывает узкий пик излучения, центрированный вокруг указанной длины волны (например, ~275нм), с минимальным излучением вне UVC-диапазона. Такая спектральная чистота является преимуществом, так как гарантирует концентрацию энергии в бактерицидном диапазоне.

4.2 Относительный излучаемый поток в зависимости от прямого тока

Кривая демонстрирует сублинейную зависимость. Хотя выходная мощность увеличивается с ростом тока, эффективность (мВт/мА) снижается при более высоких токах из-за повышения температуры перехода и других неидеальных эффектов. Это подчеркивает важность теплового менеджмента и работы в рекомендуемых условиях.

4.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Вольт-амперная характеристика показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Указанный диапазон V_Fпри 20мА четко обозначен. Эта кривая необходима для проектирования драйвера постоянного тока, так как небольшое изменение напряжения может привести к значительному изменению тока.

4.4 Относительный излучаемый поток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает отрицательный температурный коэффициент выходной мощности светодиода. При повышении температуры окружающей среды (и, как следствие, температуры перехода) излучаемый поток уменьшается. Этот тепловой спад необходимо учитывать при проектировании системы, чтобы обеспечить стабильную дезинфекционную производительность во всем рабочем диапазоне температур.

4.5 Кривая снижения номинала

Кривая снижения номинала является наиболее важным графиком для надежной работы. Она определяет максимально допустимый прямой ток как функцию температуры окружающей среды. Чтобы не превысить максимальную температуру перехода, ток накачки должен быть уменьшен при повышении температуры окружающей среды. Например, при температуре окружающей среды 85°C максимально допустимый ток значительно ниже абсолютного максимального значения в 100мА.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Механические размеры

Корпус имеет компактные размеры 3.5 мм x 3.5 мм и высоту 1.3 мм. Чертеж размеров указывает расположение анода (контактная площадка 2), катода (контактная площадка 1) и центральной тепловой площадки (контактная площадка 3). Тепловая площадка необходима для эффективного отвода тепла; она должна быть правильно припаяна к теплопроводящей площадке на печатной плате, которая должна быть соединена с внутренними заземляющими слоями или внешним радиатором.

5.2 Упаковка в ленту и на катушку

Светодиоды поставляются на тисненой несущей ленте, намотанной на катушки по 1000 штук. Указаны размеры ленты и спецификации катушки (например, диаметр катушки 180мм) для обеспечения совместимости с автоматическими установочными машинами. Компоненты дополнительно упакованы в влагозащитный алюминиевый пакет с осушителем для предотвращения поглощения влаги во время хранения, что критически важно для керамических корпусов во избежание эффекта \"попкорна\" во время пайки оплавлением.

6. Рекомендации по пайке и сборке

ELUC3535NUB подходит для стандартных процессов поверхностного монтажа пайкой оплавлением. Ключевые рекомендации включают: использование бессвинцового профиля оплавления, совместимого с тепловыми ограничениями компонента, избегание механических напряжений на светодиоде во время нагрева и охлаждения, а также ограничение количества циклов оплавления максимум двумя. После пайки печатную плату не следует изгибать, так как это может вызвать механическое напряжение в паяных соединениях и керамическом корпусе, что потенциально приведет к растрескиванию или отказу.

7. Рекомендации по применению и соображения по проектированию

7.1 Типичные сценарии применения

• Статическая дезинфекция воздуха:Используется в системах вентиляции и кондиционирования или воздухоочистителях, где UVC-свет облучает камеру, через которую проходит воздух.
• Поверхностная дезинфекция:Интегрируется в устройства для обеззараживания мобильных телефонов, инструментов или рабочих поверхностей.
• Стерилизация воды:Применяется в проточных водоочистителях, где вода проходит мимо кварцевой гильзы, прозрачной для UVC, внутри которой расположен светодиод.

7.2 Критические соображения по проектированию

• Тепловой менеджмент:Это самый важный фактор. Используйте печатную плату с тепловыми переходами под тепловой площадкой, соединенными с большими медными полигонами или внешним радиатором. Контролируйте температуру перехода.
• Ток накачки:Работайте на рекомендованном токе 20мА или ниже для увеличения срока службы. Используйте драйвер постоянного тока, а не источник постоянного напряжения.
• Оптические материалы:Выходное окно выполнено из кварцевого стекла. Убедитесь, что любые вторичная оптика или защитные крышки изготовлены из материалов, пропускающих UVC (например, плавленый кварц, некоторые специальные пластики). Обычное стекло и большинство пластиков поглощают UVC-излучение.
• Безопасность:UVC-излучение вредно для глаз и кожи. Корпус должен предотвращать любую утечку УФ-света во время работы. Включайте блокировочные выключатели, если корпус можно открыть во время использования.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Основными отличительными особенностями ELUC3535NUB являются его керамический корпус (AIN — нитрид алюминия) и линза из кварцевого стекла. Керамический корпус обеспечивает значительно лучшую теплопроводность по сравнению с пластиковым (например, PPA, PCT), что приводит к более низкой рабочей температуре перехода при том же токе накачки, что напрямую означает более длительный срок службы и более стабильную выходную мощность. Линза из кварцевого стекла обеспечивает превосходное пропускание УФ-излучения и устойчивость к потемнению (соляризации) по сравнению с силиконовыми или эпоксидными линзами, которые могут деградировать при длительном воздействии UVC.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я накачивать этот светодиод током 100мА для большей мощности?

О: Нет. Параметр 100мА является предельно допустимым, а не рабочим условием. Превышение типичного тока накачки 20мА резко повысит температуру перехода, что приведет к быстрой деградации выходной мощности и возможному отказу устройства. Всегда следуйте кривой снижения номинала.

В: Почему прямое напряжение такое высокое и переменное (5.0-7.5В)?

О: Высокая ширина запрещенной зоны, необходимая для излучения UVC-фотонов, приводит к более высокому прямому напряжению. Вариативность присуща процессам производства полупроводников, поэтому и предоставляется система бинирования. Проектируйте схему драйвера так, чтобы она охватывала весь диапазон напряжений выбранного вами бина.

В: Как интерпретировать \"Минимальный излучаемый поток\" в 1мВт?

О: Это гарантированный нижний предел для конкретного кода заказа. Типичное значение составляет 2мВт, и большинство устройств будут работать близко к нему. Система бинирования (Q0A/B/C) позволяет приобретать компоненты с более узким, гарантированным минимумом в пределах этого общего диапазона.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование компактной USB-палочки для поверхностной дезинфекции.

Этапы проектирования:

1. Бюджет мощности:USB-порт обеспечивает 5В, ~500мА макс. Прямое напряжение светодиода V_F(5-7.5В) выше, чем у источника. Требуется повышающий преобразователь с драйвером постоянного тока.

2. Тепловая конструкция:Корпус палочки мал. Выберите печатную плату на металлической основе (MCPCB) с высокой теплопроводностью. Припаяйте тепловую площадку светодиода непосредственно к MCPCB. Металлическое основание MCPCB служит основным радиатором и частью корпуса палочки.

3. Оптическая конструкция:Используйте неглубокий отражатель для направления луча с углом 120° на целевую поверхность. Убедитесь, что материал отражателя устойчив к UVC (например, алюминий с защитным покрытием).

4. Безопасность:Спроектируйте затвор, который открывается только при нажатии палочки на поверхность, блокируя утечку UVC. Включите таймер для ограничения продолжительности воздействия за одно включение.

5. Выбор компонентов:Выбирайте светодиоды из одного бина прямого напряжения (например, 5055), чтобы упростить проектирование драйвера при использовании нескольких светодиодов. Выберите подходящий бин излучаемого потока на основе желаемой дозы и времени обработки.

11. Принцип работы

UVC светодиоды — это полупроводниковые устройства, излучающие фотоны в ультрафиолетовом спектре (конкретно 200-280нм для UVC) посредством электролюминесценции. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны и дырки инжектируются в активную область. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов. Длина волны этих фотонов определяется шириной запрещенной зоны полупроводниковых материалов, используемых в активной области (обычно нитрид алюминия-галлия — AlGaN). Более узкая запрещенная зона приводит к более длинным волнам (видимый/инфракрасный диапазон), в то время как очень широкая запрещенная зона, необходимая для UVC-излучения, достигается за счет высокого содержания алюминия в слоях AlGaN.

12. Технологические тренды

Рынок UVC светодиодов движим спросом на безртутные, мгновенно включающиеся, компактные и надежные решения для дезинфекции. Ключевые тенденции включают:

Увеличение эффективности (WPE):Исследования сосредоточены на улучшении внутренней квантовой эффективности (IQE) и эффективности извлечения света (LEE) для преобразования большего количества электрической энергии в UVC-оптическую мощность, снижая энергопотребление и тепловыделение.

Более высокая выходная мощность:Разработка многокристальных корпусов и улучшенных эпитаксиальных процессов неуклонно увеличивает излучаемый поток на одно устройство, позволяя обрабатывать большие объемы или сокращать время воздействия.

Увеличение срока службы:Улучшения в материалах корпусов (таких как керамика и кварц, используемые здесь), методах крепления кристаллов и надежности полупроводников увеличивают рабочий срок службы (L70/B50) UVC светодиодов, делая их более жизнеспособными для приложений с непрерывной работой.

Снижение стоимости:По мере роста объемов производства и совершенствования процессов стоимость за милливатт UVC-излучения снижается, расширяя диапазон возможных применений за пределы нишевых рынков.