Техническая документация на светодиод UVC3535CZ0215 - 3.5x3.5x0.99мм - 5.0-8.0В - 0.7Вт - 270-285нм

1. Обзор продукта

Серия UVC3535CZ0215 представляет собой высоконадежное керамическое решение на основе УФ-С светодиодов, разработанное для требовательных ультрафиолетовых применений. Данный продукт предназначен для обеспечения стабильной работы в условиях, где критически важны долговечность и стабильность оптической мощности.

1.1 Ключевые преимущества

Основные преимущества данной серии светодиодов обусловлены конструкцией материалов и электрической схемой. Керамический корпус обеспечивает превосходное тепловыделение по сравнению с пластиковыми аналогами, что напрямую способствует увеличению срока службы и стабильности выходного излучаемого потока. Встроенный стабилитрон обеспечивает защиту от электростатического разряда (ЭСР) до 2000В (модель человеческого тела), значительно повышая устойчивость компонента к воздействию при монтаже и электрическим переходным процессам в окружающей среде. Кроме того, продукт соответствует основным экологическим и нормам безопасности, включая RoHS, не содержит свинца и соответствует стандартам ЕС REACH и бесгалогенным стандартам (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), что делает его пригодным для мировых рынков со строгими нормативными требованиями.

1.2 Целевые области применения

Основное применение данной серии УФ-С светодиодов — ультрафиолетовая стерилизация и дезинфекция. Диапазон длин волн 270-285нм особенно эффективен для инактивации микроорганизмов, таких как бактерии, вирусы и плесень, путем повреждения их ДНК и РНК. Конкретные варианты использования включают системы очистки воды, установки для обеззараживания воздуха, устройства для стерилизации поверхностей в медицинских учреждениях и потребительские продукты для дезинфекции. Широкий угол обзора 150° упрощает конструкции, требующие покрытия большой площади без сложных вторичных оптических линз.

2. Подробный анализ технических параметров

Для успешной интеграции в конечный продукт необходимо тщательное понимание электрических, оптических и тепловых параметров.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Максимальный постоянный прямой ток (I_F) составляет 150мА. Абсолютная максимальная температура перехода (T_J) — 90°C. Устройство может работать в диапазоне температур окружающей среды от -40°C до +85°C и храниться от -40°C до +100°C. Тепловое сопротивление от перехода к контактной площадке для пайки (R_th) указано как 20°C/Вт, что является ключевым параметром для проектирования радиатора.

2.2 Фотометрические и электрические характеристики

Для конкретного кода заказа UVC3535CZ0215-HUC7085008X80100-1T минимальный излучаемый поток составляет 8мВт, типичный — 10мВт, максимальный — 15мВт, все измерено при прямом токе (I_F) 100мА. Прямое напряжение (V_F) при этом токе находится в диапазоне от 5.0В до 8.0В. Пиковая длина волны излучения составляет от 270нм до 285нм. Конструкторам необходимо учитывать этот диапазон V_F при выборе драйвера постоянного тока.

3. Объяснение системы сортировки

Продукт классифицируется по группам для обеспечения однородности в пределах производственной партии. Сортируются три ключевых параметра.

3.1 Сортировка по излучаемому потоку

Излучаемый поток сортируется на две группы: Q1 (8-10мВт) и Q2 (10-15мВт). Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды в зависимости от требуемой оптической мощности для их применения, с допуском измерения ±10%.

3.2 Сортировка по пиковой длине волны

Пиковая длина волны критически важна для эффективности стерилизации. Группы: U27A (270-275нм), U27B (275-280нм) и U28 (280-285нм), с допуском измерения ±1нм. Приложения, нацеленные на конкретные спектры инактивации патогенов, могут выбрать соответствующую группу.

3.3 Сортировка по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется 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.), с допуском измерения ±2% при 100мА. Такая сортировка помогает проектировать эффективные схемы драйверов и управлять тепловой нагрузкой при последовательном или параллельном соединении нескольких светодиодов.

4. Анализ кривых характеристик

В технической документации представлены несколько характеристических кривых, необходимых для прогнозирования реальной производительности.

4.1 Спектр и относительный поток в зависимости от тока

Спектральная кривая показывает типичный пик в диапазоне УФ-С 270-285нм с минимальным излучением в других диапазонах. Кривая "Относительный излучаемый поток в зависимости от прямого тока" почти линейна до номинального значения 100мА, что указывает на хорошую эффективность преобразования тока в свет в рабочем диапазоне.

4.2 Тепловые и электрические зависимости

Кривая "Пиковая длина волны в зависимости от тока" показывает минимальное смещение (<5нм) в диапазоне рабочих токов, что указывает на стабильность цветности. Кривая "Прямой ток в зависимости от прямого напряжения" (I-V) демонстрирует характерную экспоненциальную зависимость диода, что критически важно для проектирования драйвера. Кривая "Относительный излучаемый поток в зависимости от температуры окружающей среды" показывает снижение выходной мощности при повышении температуры, что является типичным поведением для светодиодов, которое необходимо компенсировать в системе теплового управления.

4.3 Кривая снижения номинальных параметров

Возможно, наиболее критичная для надежности, кривая снижения номинальных параметров показывает максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды. При повышении температуры окружающей среды максимально допустимый ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение температуры перехода выше 90°C. Например, при температуре окружающей среды 85°C максимальный ток значительно снижается по сравнению с абсолютным максимумом в 150мА.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Физические размеры

Размеры корпуса составляют 3.5мм (Д) x 3.5мм (Ш) x 0.99мм (В), с допуском ±0.2мм, если не указано иное. Этот форм-фактор 3535 является общепринятым отраслевым стандартом, что облегчает разводку печатной платы и сборку методом поверхностного монтажа.

5.2 Конфигурация контактных площадок и полярность

Устройство имеет три контактные площадки: Площадка 1 — Анод (+), Площадка 2 — Катод (-), а Площадка 3 — специальная Тепловая площадка. Тепловая площадка необходима для эффективного отвода тепла от перехода светодиода к печатной плате и должна быть правильно припаяна к соответствующей медной области на плате для достижения заявленных тепловых характеристик (R_th20°C/Вт). Неправильное подключение полярности не позволит светодиоду светиться и может повредить внутренний защитный стабилитрон.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Процесс пайки оплавлением

UVC3535CZ0215 подходит для стандартных процессов поверхностного монтажа (SMT). В технической документации подчеркивается, что пайку оплавлением не следует выполнять более двух раз, чтобы избежать чрезмерного термического напряжения на керамическом корпусе и внутренних материалах крепления кристалла. Во время нагрева необходимо избегать механического напряжения на корпус светодиода. После пайки печатную плату не следует изгибать, так как это может привести к растрескиванию керамического корпуса или разрушению паяных соединений.

6.2 Условия хранения

Хотя уровни влажности при хранении не указаны явно, продукт поставляется в влагозащитной упаковке (см. раздел "Упаковка"), что указывает на его чувствительность к поглощению влаги. Рекомендуется следовать стандартным процедурам обработки по уровню чувствительности к влаге (MSL) JEDEC для керамических корпусов, если пакет был вскрыт, что обычно включает предварительный прогрев перед пайкой оплавлением, если воздействие превышает определенный лимит времени.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Упаковка в ленту и на катушку

Светодиоды поставляются на тисненой несущей ленте, намотанной на катушки. Стандартное количество упаковки — 1000 штук на катушку. Размеры несущей ленты указаны для обеспечения совместимости с питателями автоматического сборочного оборудования.

7.2 Влагозащищенная транспортировка

Катушки герметично упакованы в алюминиевый влагозащитный пакет вместе с осушителем для контроля влажности во время хранения и транспортировки. На пакете указана соответствующая информация о продукте.

7.3 Расшифровка номенклатуры продукта

Полный код заказаUVC3535CZ0215-HUC7085008X80100-1Tструктурирован следующим образом:

• UVC3535CZ0215: Базовый номер детали, обозначающий УФ-С, керамический корпус 3.5x3.5мм со стабилитроном, 2 кристалла, угол 150°.
• H: Тип кристалла (Горизонтальный).
• UC: Индекс цветопередачи (специфичный код для УФ-С).
• 7085: Диапазон длин волн 270-285нм.
• 008: Минимальный излучаемый поток 8мВт.
• X80: Диапазон прямого напряжения 5.0-8.0В.
• 100: Прямой ток 100мА.
• 1: Код количества упаковки (1К штук).
• T: Упаковка в ленту.

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Проектирование схемы драйвера

Для стабильной работы и долговечности обязателен драйвер постоянного тока. Драйвер должен быть способен выдавать до 100мА (или выбранную рабочую точку) и выдерживать максимальное прямое напряжение до 8.0В на один светодиод. При последовательном соединении нескольких светодиодов напряжение драйвера должно превышать сумму максимальных V_F всех светодиодов плюс запас. Параллельное соединение, как правило, не рекомендуется без индивидуальной балансировки тока из-за вариаций V_F при сортировке.

8.2 Тепловое управление

Эффективный теплоотвод обязателен. Используя тепловое сопротивление (R_th) 20°C/Вт и рассеиваемую мощность (P_D= V_F* I_F), можно рассчитать повышение температуры от площадки до перехода: ΔT = R_th* P_D. Печатная плата должна иметь достаточно большую и хорошо соединенную тепловую площадку (Площадка 3), припаянную к медному слою, возможно, с тепловыми переходами, соединяющимися с внутренними или нижними слоями. Необходимо обращаться к кривой снижения номинальных параметров, чтобы убедиться, что температура перехода остается ниже 90°C при заданном рабочем токе и максимальной температуре окружающей среды.

8.3 Оптические и соображения безопасности

УФ-С излучение вредно для кожи и глаз человека. Конструкция конечного продукта должна включать функции безопасности, такие как блокировочные выключатели, экранирование и предупреждающие этикетки, чтобы предотвратить воздействие. Угол обзора 150° обеспечивает широкое покрытие, но может потребовать отражателей или корпусов для эффективного направления света на целевую поверхность. Материалы, подвергающиеся воздействию УФ-С, должны быть устойчивы к деградации от длительного УФ-облучения (например, некоторые пластики могут желтеть или становиться хрупкими).

9. Техническое сравнение и дифференциация

UVC3535CZ0215 отличается своим керамическим корпусом и встроенным стабилитроном. По сравнению с УФ-С светодиодами в пластиковых корпусах, керамический корпус обеспечивает превосходную теплопроводность, что приводит к потенциально более низкой температуре перехода при том же токе возбуждения, что, в свою очередь, означает больший срок службы (L70/B50) и более стабильную выходную мощность. Защита от ЭСР 2кВ является значительным преимуществом в надежности, снижая процент отказов во время сборки и обращения. Явная сортировка по длине волны, потоку и напряжению предоставляет разработчикам предсказуемые параметры производительности, позволяя достичь более жестких допусков системы.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 Каков типичный срок службы этого светодиода?

Хотя в технической документации не представлен график срока службы L70/B50, срок службы УФ-С светодиодов сильно зависит от рабочей температуры перехода. Поддержание температуры перехода значительно ниже максимального значения 90°C, в идеале ниже 60-70°C, с помощью эффективного теплового проектирования является основным фактором для достижения тысяч часов работы.

10.2 Можно ли питать этот светодиод от источника постоянного напряжения?

Нет. Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Источник постоянного напряжения не будет регулировать ток, что приведет к тепловому разгону и быстрому выходу из строя из-за отрицательного температурного коэффициента прямого напряжения светодиода. Всегда используйте драйвер постоянного тока или схему, активно регулирующую ток.

10.3 Как интерпретировать спецификацию Излучаемого потока (мВт) для моего применения в стерилизации?

Излучаемый поток (в милливаттах) — это общая оптическая мощность, излучаемая в УФ-С диапазоне. Необходимый поток зависит от требуемой УФ-дозы для целевого патогена (измеряется в мДж/см²), расстояния до цели, времени воздействия и эффективности оптической системы. Необходимо рассчитать требуемую облученность (мкВт/см²) на цели и, исходя из оптической эффективности вашей системы, определить необходимый поток светодиода.

11. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование портативной палочки для дезинфекции поверхностей.Конструкция требует компактного форм-фактора, работы от батареи и эффективной дезинфекции за 5-10 секунд за один проход. UVC3535CZ0215 выбран из-за его малого форм-фактора 3535 и угла 150°, что позволяет простому массиву из 3-5 светодиодов покрыть площадь головки палочки. Литий-ионная батарея с повышающим драйвером постоянного тока спроектирована для обеспечения 80мА на светодиод (слегка снижено для теплового запаса в портативном устройстве). Печатная плата использует медный слой весом 2 унции с большой тепловой площадкой под массивом светодиодов, соединенной с алюминиевым корпусом устройства через термопасту. Корпус служит радиатором. Акселерометрный предохранительный выключатель гарантирует, что светодиоды активируются только тогда, когда палочка направлена вниз на поверхность, предотвращая случайное воздействие. Выбрана группа длин волн U27B (275-280нм) из-за баланса эффективности против распространенных патогенов и совместимости с материалами.

12. Принцип работы

УФ-С светодиоды работают по принципу электролюминесценции в полупроводниковых материалах, в частности, на основе структур из нитрида алюминия-галлия (AlGaN). При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводникового кристалла, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретная длина волны 270-285нм достигается путем тщательного контроля ширины запрещенной зоны слоев AlGaN через их состав алюминия. Этот коротковолновый, высокоэнергетический УФ-С свет поглощается ДНК и РНК микроорганизмов, вызывая образование тиминовых димеров, которые ингибируют репликацию и приводят к инактивации или гибели клетки.

13. Технологические тренды

Рынок УФ-С светодиодов сосредоточен на увеличении эффективности преобразования электроэнергии в свет (оптическая выходная мощность на единицу электрической входной мощности), которая исторически была низкой по сравнению с видимыми светодиодами. Улучшения в эпитаксиальном росте, конструкции кристалла и эффективности извлечения из корпуса способствуют повышению эффективности. Другой тренд — разработка светодиодов на еще более коротких длинах волн (например, 220-230нм, известных как Дальний УФ-С), которые могут обеспечить повышенную безопасность для человека при сохранении бактерицидных свойств. Кроме того, появляются более мощные однокристальные излучатели и многокристальные корпуса для увеличения облученности и сокращения количества компонентов в системе. Постоянное стремление к снижению стоимости делает решения на основе УФ-С светодиодов все более конкурентоспособными по сравнению с традиционными ртутными лампами в большем количестве сегментов применения.