Техническая документация на UVC светодиод LTPL-G35UVC275GC - 3.5x3.5мм - 5.7В тип. - 275нм - 19мВт тип.

1. Обзор продукта

Серия продуктов LTPL-G35UVC представляет собой передовой, энергоэффективный твердотельный источник света, разработанный для применений в стерилизации и медицине. Эта технология объединяет длительный срок службы и высокую надежность, присущие светоизлучающим диодам (LED), с эффективным бактерицидным излучением, бросая вызов традиционным ультрафиолетовым источникам. Она обеспечивает гибкость проектирования и открывает новые возможности для решений по обеззараживанию UVC.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данный UVC светодиод предназначен для применений, требующих эффективной инактивации микроорганизмов. Его основные преимущества включают значительно более низкие эксплуатационные расходы и затраты на обслуживание по сравнению с традиционными ртутными лампами, что обусловлено более высокой энергоэффективностью и увеличенным сроком службы. Устройство соответствует директиве RoHS и не содержит свинца, что согласуется с мировыми экологическими нормами. Оно также совместимо с интегральными схемами, что облегчает интеграцию в современные системы электронного управления. Целевые рынки включают стерилизацию медицинских инструментов, системы очистки воды и воздуха, а также оборудование для обеззараживания поверхностей.

2. Технические параметры: углубленная объективная интерпретация

2.1 Предельно допустимые параметры

Эксплуатация устройства за пределами этих значений может привести к необратимому повреждению. Максимальная рассеиваемая мощность (Po) составляет 1.1 Вт. Максимальный постоянный прямой ток (IF) — 150 мА. Устройство может работать в диапазоне температур окружающей среды (Topr) от -40°C до +80°C и храниться (Tstg) от -40°C до +100°C. Максимально допустимая температура перехода (Tj) — 105°C. Длительная работа в условиях обратного смещения не рекомендуется, так как может привести к выходу компонента из строя.

2.2 Электрооптические характеристики при Ta=25°C

Ключевые параметры производительности измеряются при стандартном испытательном токе 120мА. Прямое напряжение (Vf) имеет типичное значение 5.7В, минимальное — 5.0В, максимальное — 7.5В. Сила излучения (Φe), представляющая собой общую выходную оптическую мощность, составляет типично 19 мВт, минимально — 14 мВт. Пиковая длина волны (λp) находится в центре спектра UVC, в диапазоне от 265 нм до 280 нм, что соответствует пику поглощения ДНК/РНК для эффективного обеззараживания. Тепловое сопротивление от перехода к точке пайки (Rth j-s) типично равно 24 К/Вт, что указывает на необходимость правильного управления температурным режимом. Угол обзора (2θ1/2) составляет типично 120 градусов. Устройство выдерживает электростатический разряд (ESD) до 2000В (модель человеческого тела).

2.3 Тепловые характеристики

Эффективный теплоотвод критически важен для производительности и долговечности. Указанное тепловое сопротивление (Rth j-s) 24 К/Вт измеряется с использованием алюминиевой печатной платы с металлическим основанием (MCPCB) размером 2.0 x 2.0 x 0.17 см. Превышение максимальной температуры перехода 105°C ускорит деградацию светового потока и может привести к катастрофическому отказу. Конструкторы должны рассчитывать необходимый теплоотвод на основе приложенной мощности и условий окружающей среды, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения единообразия в проектировании применений светодиоды сортируются по группам производительности.

3.1 Сортировка по прямому напряжению (Vf)

Светодиоды классифицируются на пять групп по напряжению (V1 до V5) при 120мА, каждая охватывает диапазон 0.5В от 5.0В до 7.5В. Допуск для каждой группы составляет ±0.1В. Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с близким падением напряжения для стабильной работы в параллельных конфигурациях или точно прогнозировать требования к драйверу.

3.2 Сортировка по силе излучения (Φe)

Оптическая мощность сортируется на четыре группы по потоку (X1 до X4) при 120мА. X1 охватывает 14-17 мВт, X2 — 17-20 мВт, X3 — 20-23 мВт, а X4 включает устройства с 23 мВт и выше. Допуск составляет ±7%. Эта сортировка критически важна для применений, требующих точного контроля дозы, поскольку сила излучения напрямую влияет на эффективность стерилизации.

3.3 Сортировка по пиковой длине волны (Wp)

Все устройства попадают в одну группу по длине волны, W1, которая охватывает диапазон от 265 нм до 280 нм, с допуском измерения ±3 нм. Код группы нанесен на упаковочный пакет для обеспечения прослеживаемости.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Относительная сила излучения в зависимости от прямого тока

Оптическая мощность увеличивается сверхлинейно с ростом тока. Хотя работа при более высоких токах (до абсолютного максимума 150мА) дает большую мощность, она также генерирует значительно больше тепла, которое необходимо отводить, чтобы избежать теплового разгона и ускоренной деградации.

4.2 Относительное спектральное распределение

Кривая спектрального излучения показывает узкую полосу излучения в центре диапазона UVC. Точная пиковая длина волны в пределах группы 265-280 нм влияет на эффективность инактивации микроорганизмов, поскольку у разных патогенов спектры поглощения немного различаются.

4.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая)

Эта кривая демонстрирует экспоненциальную зависимость между напряжением и током для диода. Она необходима для проектирования драйверов постоянного тока, поскольку небольшое изменение напряжения может вызвать большое изменение тока, влияя как на световой выход, так и на температуру устройства.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от температуры перехода

Эффективность UVC светодиода сильно зависит от температуры. Сила излучения уменьшается с ростом температуры перехода. Этот график количественно определяет снижение мощности, подчеркивая критическую важность поддержания низкой температуры перехода для стабильной оптической производительности в течение всего срока службы устройства.

4.5 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма иллюстрирует типичный угол обзора 120 градусов, показывая пространственное распределение излучаемого UVC излучения. Это важно для проектирования оптики или отражателей, чтобы эффективно направлять бактерицидный свет на целевую поверхность или объем.

4.6 Кривая снижения прямого тока

Эта кривая определяет максимально допустимый прямой ток как функцию температуры окружающей среды. С ростом температуры окружающей среды максимальный безопасный рабочий ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение температуры перехода 105°C.

4.7 Прямое напряжение в зависимости от температуры перехода

Прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент; оно уменьшается с ростом температуры перехода. Это свойство иногда может использоваться для косвенного мониторинга температуры в системах управления тепловым режимом с обратной связью.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Корпус имеет размеры приблизительно 3.5мм x 3.5мм. Все размеры имеют допуск ±0.2мм, если не указано иное. Для проектирования посадочного места на печатной плате следует обращаться к точному механическому чертежу.

5.2 Идентификация полярности и дизайн контактных площадок

Предоставлена рекомендуемая компоновка контактных площадок на печатной плате для обеспечения надежной пайки и теплового контакта. Анодная и катодная площадки четко обозначены. Соблюдение этой контактной площадки критически важно для правильного позиционирования, электрического соединения и передачи тепла от перехода светодиода к печатной плате.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль пайки оплавлением

Рекомендуется бессвинцовый профиль оплавления. Ключевые параметры включают: максимальную температуру пика (Tp) 260°C (рекомендуется 245°C), время выше 217°C (tL) от 60 до 150 секунд. Температура предварительного нагрева должна быть между 150-200°C в течение 60-120 секунд. Скорость нагрева не должна превышать 3°C/сек, а скорость охлаждения — 6°C/сек. Общее время от 25°C до пиковой температуры должно быть менее 8 минут. Процесс быстрого охлаждения не рекомендуется.

6.2 Ручная пайка и общие замечания

Если необходима ручная пайка, температура жала паяльника не должна превышать 300°C, а время контакта должно быть ограничено максимум 2 секундами, и только для одной операции. Пайка оплавлением не должна выполняться более трех раз. Все температурные ссылки относятся к верхней стороне корпуса. Использование волновой пайки не гарантируется. Профиль пайки может потребовать корректировки в зависимости от используемого конкретного припоя.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Неуказанные химические очистители могут повредить материал корпуса светодиода и его оптические свойства.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации ленты и катушки

Светодиоды поставляются на рельефной несущей ленте, запечатанной покровной лентой, намотанной на 7-дюймовые катушки. Стандартная катушка содержит максимум 500 штук, минимальное количество упаковки для остатков — 100 штук. Упаковка соответствует спецификациям EIA-481-1-B. Допускается максимум два последовательно отсутствующих компонента на ленте.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Данный UVC светодиод подходит для различных бактерицидных применений, включая: обеззараживание поверхностей в медицинском и лабораторном оборудовании, стерилизацию инструментов, системы очистки воды для точек использования или маломасштабных применений, а также очистку воздуха в системах HVAC или портативных устройствах. Его твердотельная природа делает его идеальным для портативных или компактных конструкций, где ртутные лампы непрактичны.

8.2 Соображения по проектированию

Способ управления:Светодиоды — это устройства, управляемые током. Для обеспечения стабильного светового потока и предотвращения теплового разгона обязателен драйвер постоянного тока. При подключении нескольких светодиодов предпочтительнее последовательное соединение для равномерности тока. Если параллельное соединение неизбежно, настоятельно рекомендуется использовать индивидуальные токоограничивающие резисторы или отдельные драйверы для каждой ветви, чтобы компенсировать небольшие различия в Vf между устройствами.
Управление тепловым режимом:Это самый критический фактор проектирования. Используйте подходящую MCPCB или другой эффективный метод теплоотвода, чтобы поддерживать температуру перехода как можно ниже, в идеале ниже 85°C для максимального срока службы и стабильности выходной мощности. Тепловой путь от точки пайки к окружающей среде должен быть тщательно спроектирован.
Оптическое проектирование:Учитывайте угол обзора 120 градусов. Для фокусирующих применений могут потребоваться вторичные оптические элементы (линзы или отражатели), изготовленные из материалов, прозрачных для UVC, таких как кварц или специальные пластмассы. Убедитесь, что все материалы в оптическом тракте устойчивы к деградации под воздействием UVC.
Безопасность:UVC излучение вредно для кожи и глаз человека. Корпус должен предотвращать любую утечку UVC света во время работы. При необходимости включайте блокировки безопасности и предупреждающие этикетки.

9. Надежность и срок службы

9.1 План испытаний на надежность

Продукт проходит комплексную программу испытаний на надежность, включая: Испытание на срок службы при комнатной температуре (RTOL) при 120мА в течение 3000 часов и при 150мА в течение 1000 часов; Испытание на срок хранения при высокой и низкой температуре (HTSL/LTSL) при 100°C и -40°C по 1000 часов каждое; Хранение при высокой температуре и влажности (WHTSL) при 60°C/90% относительной влажности в течение 1000 часов; и Термоудар в нерабочем состоянии (TS) от -30°C до 85°C в течение 100 циклов. Испытания на срок службы проводятся со светодиодом, установленным на металлический радиатор размером 90x70x4мм.

9.2 Критерии отказа

Устройство считается вышедшим из строя, если после испытаний прямое напряжение (Vf) при 120мА изменилось более чем на ±10% от исходного значения, или если сила излучения (Φe) при 120мА упала ниже 50% от исходного значения.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова типичная выходная оптическая мощность?
О: При токе управления 120мА и температуре 25°C типичная сила излучения составляет 19 мВт, устройства сортируются от 14 мВт (мин.) до 23 мВт и выше.

В: Как управлять этим светодиодом?
О: Вы должны использовать драйвер постоянного тока. Абсолютный максимальный ток — 150мА. Типичная рабочая точка — 120мА, при этом типичное прямое напряжение составляет 5.7В. Никогда не подключайте его напрямую к источнику напряжения без ограничения тока.

В: Почему управление тепловым режимом так важно?
О: Эффективность UVC светодиода сильно падает с ростом температуры (см. кривую "Относительная сила излучения в зависимости от температуры перехода"). Высокие температуры перехода также резко сокращают срок службы устройства. Правильный теплоотвод является обязательным условием для надежной работы.

В: Можно ли использовать его для стерилизации воды?
О: Да, он подходит для очистки воды. Длина волны 265-280 нм эффективна против бактерий, вирусов и простейших. Конструкция должна обеспечивать эффективное проникновение UVC света в воду, а корпус светодиода должен быть должным образом защищен от окружающей среды.

В: Сколько раз можно паять этот компонент оплавлением?
О: Рекомендуемый максимум — три цикла оплавления. Ручная пайка должна выполняться только один раз, со строгими ограничениями по времени и температуре.

11. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование портативной палочки для обеззараживания поверхностей.
1. Электрическая часть:Используйте литий-ионный аккумулятор (номинальное напряжение 3.7В) с повышающей схемой драйвера постоянного тока, настроенной на 120мА. Драйвер должен эффективно преобразовывать напряжение аккумулятора в ~5.7В, требуемые светодиодом. 2.Тепловая часть:Установите светодиод на небольшой алюминиевый радиатор с ребрами. Необходимо рассчитать тепловое сопротивление всего пути (переход-пайка, пайка-радиатор, радиатор-окружающая среда), чтобы обеспечить поддержание Tj ниже 85°C в течение типичного рабочего цикла 30-60 секунд. Рассмотрите возможность активного охлаждения (небольшой вентилятор), если палочка предназначена для длительного использования. 3.Механическая/оптическая часть:Поместите светодиод и радиатор в головку палочки. Используйте кварцевую линзу для фокусировки луча с углом 120 градусов в меньшее пятно для более высокой облученности на целевой поверхности. Корпус должен полностью блокировать любую утечку UVC к пользователю. 4.Функции безопасности:Включите датчик приближения или физический защитный кожух, который должен контактировать с поверхностью перед включением светодиода. Установите таймер для ограничения продолжительности воздействия за одно включение.

12. Введение в технологию и тренды

12.1 Принцип работы

UVC светодиоды — это полупроводниковые устройства, излучающие свет в диапазоне 200-280 нанометров при прохождении через них электрического тока. Это излучение происходит при рекомбинации электронов с дырками в активной области устройства, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретная длина волны определяется шириной запрещенной зоны используемых полупроводниковых материалов, обычно на основе соединений нитрида алюминия-галлия (AlGaN) для UVC. Излучаемое UVC излучение инактивирует микроорганизмы, повреждая их ДНК и РНК, предотвращая репликацию.

12.2 Тенденции развития

Рынок UVC светодиодов сосредоточен на увеличении эффективности (выходной оптической мощности на входную электрическую мощность), которая исторически была ниже, чем у видимых светодиодов. Улучшения в эпитаксиальном росте, дизайне кристалла и эффективности вывода излучения из корпуса неуклонно повышают эффективность. Другая ключевая тенденция — увеличение выходной мощности на кристалл и на корпус, что позволяет создавать более компактные и мощные системы обеззараживания. Также продолжаются исследования по улучшению срока службы и надежности устройств в условиях работы с высоким током и температурой. Снижение затрат за счет масштабирования производства и повышения выхода годных кристаллов остается критическим драйвером для более широкого внедрения на рынке по сравнению с традиционной технологией ртутных ламп.