ELUA3535NU3 UVA LED 数据手册 - 3.75x3.75x3.2mm - 3.6-4.8V - 4W 系列 - 英文技术文档

1. 产品概述

ELUA3535NU3产品系列代表了一种专为紫外线-A（UVA）应用设计的高可靠性、陶瓷基LED解决方案。该4W系列旨在要求苛刻的环境中提供稳定性能，这些环境利用紫外辐射的杀菌或催化特性。

1.1 核心优势与目标市场

The primary advantages of this LED series stem from its robust construction and electrical design. The use of an Aluminum Nitride (AlN) ceramic substrate provides excellent thermal conductivity, which is critical for managing the heat generated by high-power operation and ensuring long-term reliability. The device incorporates built-in Electrostatic Discharge (ESD) protection rated up to 2KV (HBM), enhancing its durability during handling and assembly. Furthermore, the product is fully compliant with major environmental and safety regulations including RoHS, Pb-free, EU REACH, and halogen-free standards (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), making it suitable for global markets with strict compliance requirements.

目标应用主要集中于利用UVA光的工业和商业领域。关键市场包括用于空气和水净化的紫外线杀菌系统、用于分解挥发性有机化合物（VOCs）的紫外线光催化系统，以及专用的紫外线传感器照明。该产品的可靠性和功率输出使其成为需要持续紫外线发射系统的合适组件。

2. 技术参数深度解析

本节对数据手册中列出的关键技术参数提供详细、客观的解读，阐释其对设计工程师的重要意义。

2.1 Absolute Maximum Ratings

Absolute Maximum Ratings 定义了器件的应力极限，超过此极限可能导致永久性损坏。对于 385nm、395nm 和 405nm 型号，最大连续正向电流 (I_F额定电流为1250mA。必须注意，365nm型号的最大额定电流显著较低，为700mA。这种差异通常是由于用于更短波长的不同半导体材料和外延结构所致，这些材料可能具有较低的电流处理能力或更高的热敏感性。持续在或接近这些极限下工作将大幅降低LED的寿命和可靠性。最高结温（T_J额定为105°C。从结到散热焊盘的热阻（R_θth规定为4°C/W。该参数对于热管理设计至关重要；例如，在满额定电流下，可以计算从焊盘到结的温升。适当的散热对于将结温保持在安全范围内至关重要。

2.2 光电特性

所提供的订购代码详细说明了特定的性能分级。辐射通量，即总光功率输出（以瓦或毫瓦为单位）的度量，随波长变化。对于365nm LED（工作电流700mA），最小辐射通量为900mW，典型值为1300mW，最大值为1600mW。对于385nm、395nm和405nm LED（工作电流1000mA），最小值为1350mW，典型值为1475mW，最大值为1850mW。该系列所有型号的正向电压（V_F）在各自工作电流下的规定范围为3.6V至4.8V。设计驱动电路时必须考虑此范围，以确保其能提供足够的电压，同时管理功耗。

3. 分级系统说明

该产品根据三个关键参数进行分类：辐射通量、峰值波长和正向电压。这使得客户能够选择特性高度集中的LED，以确保系统性能的一致性。

3.1 辐射通量分档

针对不同波长组别采用两套独立的分档表。对于365nm LED，分档代码U1至U4对应辐射通量从900-1000mW到1400-1600mW的范围。对于385nm至405nm LED，则使用分档代码U51（1350-1600mW）和U52（1600-1850mW）。设计人员必须确保所选分档的最小值能满足其光学系统的最低辐照度要求。

3.2 峰值波长分档

峰值波长按10nm范围分档：U36（360-370nm）、U38（380-390nm）、U39（390-400nm）和U40（400-410nm）。具体选择取决于应用的光谱灵敏度需求。例如，光催化剂活化通常存在最佳波长范围。

3.3 正向电压分档

正向电压被分为三档：3640（3.6-4.0伏）、4044（4.0-4.4伏）和4448（4.4-4.8伏）。这对于驱动效率和热管理至关重要。来自较低电压档的LED将以热的形式耗散更少的功率（P = V_F * I_F在相同电流下，可能允许使用更简单或更小的散热器。

4. 性能曲线分析

典型特性曲线有助于深入了解LED在各种工作条件下的行为，这对于稳健的系统设计至关重要。

4.1 光谱与相对辐射通量 vs. 电流

光谱图显示了四种主要型号在波长范围内的归一化发射强度。每种型号都有一个独特的峰值，且具有典型的UV LED相对较窄的光谱带宽。相对辐射通量 vs. 正向电流曲线显示出一种亚线性关系。输出并不随电流成比例增加，尤其是在较高电流下，这是由于结温升高和其他半导体物理效应导致的效率下降。这凸显了热管理对于维持输出的重要性。

4.2 热特性

相对辐射通量随环境温度变化的曲线以及峰值波长随环境温度变化的曲线至关重要。随着环境（或焊盘）温度升高，辐射通量显著下降——这是LED的常见特性。例如，在120°C时，相对通量仅为25°C时值的约40-50%。同时，峰值波长随温度升高向更长波长方向移动（红移），其变化速率可在图中观察到。在波长敏感型应用中必须考虑这种热致偏移。正向电压随温度变化的曲线显示出负温度系数，这意味着V_F 随温度升高而降低，这可能会影响恒流驱动器的工作。

5. 机械与封装信息

5.1 尺寸与公差

该LED封装尺寸紧凑，为3.75mm x 3.75mm，总高度为3.2mm。尺寸图标注了所有关键长度，包括散热焊盘和阳极/阴极焊盘。平面尺寸的一般公差为±0.1mm，而厚度公差为±0.15mm。这些公差对于PCB布局、焊膏钢网设计以及确保贴片机正确贴装至关重要。

5.2 焊盘配置与极性

底部视图清晰展示了焊盘布局。中央的大型矩形焊盘是散热焊盘（阴极），对于将热量传导至PCB至关重要。两个较小的电气焊盘位于同一侧：一个用于阳极，一个用于阴极。极性已在图中标明。阴极通常连接至散热焊盘及其中一个较小焊盘。在组装过程中必须正确识别极性，以防止器件故障。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊接工艺

该LED适用于标准的表面贴装技术（SMT）工艺。数据手册提供了一张回流焊温度曲线图，其中包含关键参数：预热区、快速升温至峰值温度，以及受控的冷却阶段。建议的峰值温度为260°C（+0°C/-5°C），最长持续10秒。手册明确指出，回流焊接不应超过两次，以避免对封装和内部连接造成不当的热应力。必须避免加热期间对LED本体施加机械应力（例如，来自PCB翘曲），并且禁止在焊接后弯曲PCB，因为这可能导致焊点或陶瓷封装本身开裂。

7. 封装与订购信息

7.1 型号命名规则解析

完整的订购代码（例如，ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G）是一个详细的描述符：

• EL：制造商前缀。
• UA：UVA产品类型。
• 3535: 封装尺寸为3.75mm x 3.75mm。
• N: 封装材料为氮化铝 (AlN)。
• U: 镀层为金 (Au)。
• 3视角为30°。
• PXXXX峰值波长代码（例如，6070代表360-370nm）。
• YY：最小辐射通量代码。
• 3648 / 700 / 1K0：正向电压范围（3.6-4.8V）与正向电流（700mA 或 1000mA）。
• V41G: 芯片类型（垂直型），尺寸（43密耳），数量（1），工艺（石英玻璃）。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

UV Sterilization Systems: 对于空气或水消毒，265-280纳米波长范围（UVC）对造成DNA损伤最为有效。然而，UVA LED（如此系列产品）被用于一些高级氧化工艺（AOP），或针对对较长波紫外线敏感的特定病原体的系统，或与光催化剂结合使用。系统设计必须确保足够的紫外线剂量（强度 x 时间）。
UV Photocatalyst: Typically using TiO₂光催化剂通常由紫外线激活，常用的是385纳米或395纳米波长的光。设计必须确保催化剂表面光照均匀并管理热量，因为催化剂的效率可能依赖于温度。
紫外线传感器光源： 用于激发荧光或进行机器视觉检测。稳定的输出和特定波长是关键。恒流驱动器对于维持稳定的光输出至关重要，并且可能需要使用光学滤光片来阻挡LED光谱中不需要的可见光。

8.2 关键设计考量

热管理： 这是影响性能和寿命最关键的因素。请使用在热焊盘下方有足够散热通孔的PCB，并将其连接到大的铜层或外部散热器。4°C/W的热阻值是从结到LED热焊盘的；必须设计系统到环境的热阻，以确保T_J 远低于105°C。
电气驱动： 务必使用恒流驱动器，而非恒压电源。驱动器必须能够提供所需电流（700mA或1000mA）以及一个足以覆盖所选分档全部V_F 范围并留有一定裕度的电压。如需调光，建议采用脉宽调制（PWM）方式，而非模拟电流降低，以避免颜色/波长偏移。
光学设计： 30°视角可提供相对聚焦的光束。可使用透镜或反射器对目标区域的光线进行塑形。确保所有光学材料（透镜、视窗）均能透射紫外线（例如石英、特定紫外级塑料），因为标准玻璃和许多塑料会吸收UVA辐射。

9. 技术对比与差异化

虽然数据手册未提供与其他品牌的直接并列对比，但可推断出该系列的关键差异化特性。与低功率LED常用的塑料封装相比，采用陶瓷AlN封装提供了更优异的热性能，从而支持更高的驱动电流和更好的可靠性。内置2KV ESD保护是一项重要的鲁棒性特性，在竞品中并不常见。对三个参数（光通量、波长、电压）的详细分档允许进行高精度的系统设计并确保大规模生产的一致性，这可能比公差较宽松或分档选项较少的产品更具优势。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：为什么365nm LED的最大电流仅为700mA，而其他波长的LED为1250mA？
答：这主要是由于为实现更短的365nm波长所使用的半导体材料特性不同。该材料体系（例如，AlGaN中更高的铝含量）通常具有较低的电导率和较高的缺陷密度，导致最大电流密度降低和热阻升高。在较低电流下工作可确保可靠性并防止加速老化。

问：我可以用3.3V电源驱动这个LED吗？
答：不可以。其正向电压范围为3.6V至4.8V。3.3V电源不足以点亮LED或产生任何有意义的光输出。需要一个能够提供至少4.8V（加上驱动器的压降）的驱动电路。

问：如何理解“典型辐射通量”值？
A: “典型值”是生产单元的统计平均值或中位数。为保证设计性能，必须使用分档表中的“最小值”。依据典型值进行设计可能导致系统中部分单元性能不达标。

Q: 散热片是否绝对必要？
A> For any sustained operation at the rated current, yes. Even with the low 4°C/W thermal resistance, at 1000mA and a typical V_F 为4.2V时，功耗为4.2W。从焊盘到结温的温升约为4.2W * 4°C/W = 16.8°C。如果PCB焊盘温度达到85°C，结温就已达到约102°C，非常接近105°C的最高限值。要实现可靠运行，有效的散热措施是必不可少的。

11. 实用设计与应用案例

案例：为表面固化设计多LED紫外阵列的PCB。
一位工程师正在为低功率粘合剂紫外固化站设计一个由十二个395nm LED组成的阵列。每个LED将以1000mA的电流驱动。 步骤一 - PCB布局： PCB采用2盎司铜厚设计。创建了与LED封装匹配的专用散热焊盘，其中填充了网格状散热过孔（例如，直径0.3毫米，间距1毫米），这些过孔连接到内部大型接地层以及底部的铜箔覆铜区，该覆铜区将通过导热界面材料连接到铝制散热器。 步骤二 - 电气设计： 选择一款能够提供总计12A电流的恒流LED驱动IC（或多个较小电流的驱动器）。检查驱动器的输出电压能力，确保其能够支持12颗LED以4串3并的配置工作，并考虑到每颗LED最高4.8V的VF值。_F 每颗LED的VF值为4.8V。 步骤三 - 光学集成： 在阵列上方放置一块石英玻璃盖板以保护LED。根据目标辐照度要求计算到目标固化表面的距离，使用分档中的最小辐射通量值（1350mW）和30°光束角来估算光斑尺寸和强度。

12. 原理介绍

UVA LED基于半导体材料的电致发光原理工作。当在LED芯片的p-n结上施加正向电压时，电子和空穴被注入有源区。它们的复合以光子的形式释放能量。发射光的波长（颜色）由有源区所用半导体材料的带隙能量决定。为了产生UVA辐射（约315-400nm），需要使用具有特定组分的氮化铟镓（InGaN）或氮化铝镓（AlGaN）等材料。陶瓷封装主要起机械支撑、电绝缘作用，最重要的是，它作为高效的导热路径将热量从半导体结传导出去，这对于维持器件性能和寿命至关重要。

13. 发展趋势

紫外LED领域，特别是UVA和UVB波段，正稳步发展。从本数据手册等产品中可见的关键趋势包括： 更高的功率与效率： 持续的材料研究旨在降低效率衰减并提高光提取效率，从而在相同或更小的封装尺寸下实现更高的辐射通量。 改进的热管理： 如图所示，使用如AlN这类先进陶瓷基板来应对日益增长的热负荷，正成为高功率器件更标准化的做法。 标准化与分级： 随着市场日趋成熟，更精细、标准化的分档代码（如示例所示）有助于将LED集成到可预测且可复现的系统中。 波长扩展与控制： 研究持续朝着更短、更高效的波长（进一步深入UVB和UVC波段）推进，并为特定应用提供对峰值波长和光谱宽度的更严格控制。 系统集成： 当前趋势是提供更多即用型模块，这些模块集成了LED、驱动器、光学元件，有时还包括传感器，从而简化了终端用户的设计流程。