UVC LED LTPL-G35UV275PR 数据手册 - 3.5x3.5x1.2毫米 - 典型电压6.2V - 辐射通量37毫瓦 - 峰值波长275纳米

1. 产品概述

LTPL-G35UV产品系列代表了固态紫外光源领域的重大进步。该产品专为杀菌和医疗应用而设计，为汞灯等传统紫外技术提供了高性能替代方案。通过利用发光二极管（LED）技术，它将卓越的能源效率与半导体器件固有的可靠性和长使用寿命相结合。这为设计人员在消毒、水净化和表面杀菌系统方面创造创新解决方案提供了更大的自由度。

其核心优势在于能够以更低的运行和维护成本提供有效的UVC辐射（波长范围270-280nm）。该器件设计为与集成电路（IC）驱动系统兼容，并符合RoHS标准且无铅，遵循环保标准。其主要目标市场包括医疗设备制造商、水和空气净化系统集成商，以及消费级或工业级杀菌设备的开发商。

1.1 核心优势与目标市场

从传统紫外光源转向UVC LED带来了若干显著优势。首先，即时启动且无需预热时间，提高了系统响应速度。其次，紧凑的外形尺寸使其能够集成到更小、更便携的设备中。LED发射的方向性允许进行更高效的光学设计，将能量集中在最需要的地方。此外，不含汞的特性解决了与处置和破损相关的环境及安全问题。

该目标应用主要是杀菌照射，其中波长约275纳米的UVC光能高效破坏微生物（包括细菌、病毒和霉菌）的DNA和RNA，使其失活。这使得该LED适用于医疗环境中的表面消毒、使用点系统的水处理以及暖通空调（HVAC）单元中的空气净化等应用。

2. 技术参数深度分析

2.1 绝对最大额定值

该器件规定在严苛条件下运行。绝对最大额定值定义了超出此范围可能导致永久性损坏的极限。关键参数包括最大功耗（P_O）为2.1W，最大连续正向电流（I_F）为300mA。工作温度范围（T_opr) 规定为 -40°C 至 +80°C，表明其适用于严苛的工业环境和受控的医疗环境。存储温度范围 (T_stg) 扩展至 -40°C 至 +100°C。一个关键参数是最高结温 (T_j最高结温为115°C。超过此温度将加速器件老化，并显著缩短其使用寿命。数据手册明确警告，禁止在长时间反向偏压条件下操作LED，否则可能导致立即失效。

2.2 电光特性

这些特性是在25°C环境温度（T_a）的标准测试条件下测得的，并提供了正常操作下的预期性能。

• 正向电压 (V_F): 在250mA驱动电流下，典型正向电压为6.2V，最大值为7.0V，最小值为5.0V。测量容差为±0.1V。该参数对于LED驱动电路设计至关重要，因为它决定了所需的电源电压和功耗。
• 辐射通量 (Φ_e): 这是UVC光谱范围内的总光功率输出。在250mA电流下，典型辐射通量为37.0mW（最小29.0mW）。当以最大额定电流300mA驱动时，典型输出增加至43.0mW。测量容差为±10%。辐射通量是确定LED在特定应用中杀菌功效的关键指标。
• 峰值波长 (λ_P): 该LED发射峰值波长介于270nm至280nm之间的UVC光，中心波长约为275nm。此波长处于杀菌效能的最佳范围内。测量容差为±3nm。
• 热阻 (R_{th j-s}): 从半导体结到焊点的典型热阻为12.3 K/W。该值是在特定铝基MCPCB上测得的，对于热管理设计至关重要。较低的热阻可使热量更有效地从结区导出，有助于维持较低的结温_j 并确保长期可靠性。
• 视角 (2θ_1/2): 典型视角为120度。这种宽泛的发射模式有利于需要大面积覆盖的应用，但在聚焦应用中可能需要使用反射器或透镜。
• 静电放电 (ESD): 根据JESD22-A114-B标准（人体模型），该器件满足最低2000V的ESD耐受电压。在组装和安装过程中必须遵循正确的ESD处理程序。

3. Bin Code System Explanation

为确保性能一致，LED会根据生产过程中测量的关键参数进行分档。分档代码会标注在包装上。

3.1 正向电压 (V_F) 分档

在250mA驱动电流下，LED被分为四个电压档位（V1至V4）：

• V1：5.0V – 5.5V
• V2：5.5V – 6.0V
• V3: 6.0V – 6.5V
• V4: 6.5V – 7.0V

每个分档内的容差为±0.1V。这种分档方式允许设计者为串联驱动的应用选择电压匹配更紧密的LED，从而确保电流分布更均匀。

3.2 辐射通量 (Φ_e) 分档

输出功率在250mA下分为四个通量等级（X1至X4）：

• X1：29.0mW – 34.0mW
• X2：34.0mW – 39.0mW
• X3: 39.0毫瓦 – 44.0毫瓦
• X4: 44.0毫瓦及以上

容差为±10%。选择更高的光通量等级可提供更高的光输出，这意味着可以缩短消毒时间，或在阵列中使用更少的LED。

3.3 峰值波长 (λ_P) 分档

对于本产品，所有器件均属于单一波长等级W1，覆盖270nm至280nm，容差为±3nm。由于微生物灭活率高度依赖于波长，这确保了所有产品单元具有一致的杀菌性能。

4. 性能曲线分析

所提供的图表揭示了LED在不同条件下的工作特性。

4.1 相对光谱分布

该曲线显示了在紫外光谱范围内发射的光强度。它证实了以275nm为中心的窄发射带，这非常理想，既能最大化杀菌效果，又能最大限度地减少在效果较差或可能有害的波长上的发射。

4.2 Relative Radiant Flux vs. Forward Current

此图说明了驱动电流与光输出之间的亚线性关系。虽然增加电流会提升输出，但由于热效应增强和效率下降，在较高电流下，效率（每单位电功率的辐射通量）通常会降低。这凸显了优化驱动电流以实现输出、效率和寿命之间理想平衡的重要性。

4.3 正向电压 vs. Forward Current & Junction Temperature

正向电压具有负温度系数，这意味着它会随着结温升高而降低。这一特性必须在恒流驱动器设计中予以考虑，因为高温下较低的V_F 可能会略微降低电功率耗散。

4.4 相对辐射通量 vs. 结温

这是最关键的曲线之一。UVC LED的输出对结温高度敏感。该图显示，随着T_j 升高，辐射通量显著下降。有效的热管理以尽可能保持结温低温，对于维持高输出和达到额定寿命至关重要。

4.5 正向电流降额曲线

该曲线定义了最大允许正向电流与环境温度的函数关系。随着环境温度升高，必须降低最大允许电流，以防止结温超过其115°C的限制。此图对于设计在指定温度范围内可靠运行的系统至关重要。

5. 机械与封装信息

5.1 外形尺寸

该LED封装尺寸紧凑，占地面积约为3.5mm x 3.5mm，高度约为1.2mm。除非另有说明，所有尺寸公差均为±0.2mm。机械图纸详细规定了LED芯片、焊盘以及任何光学透镜结构的确切位置。

5.2 推荐PCB贴装焊盘

针对表面贴装焊盘提供了详细的焊盘图形设计。遵循此推荐封装对于实现可靠的焊点、向PCB的适当热传导以及正确对位至关重要。焊盘尺寸的规格公差为±0.1mm。设计通常在散热焊盘下方包含导热过孔，以将热量传导至PCB的接地层或专用的散热层。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊接温度曲线

为防止在表面贴装技术组装过程中造成损伤，规定了一个详细的无铅回流焊接温度曲线。关键参数包括：

• 预热：150-200°C，持续60-120秒。
• 液相线以上时间（217°C）：60-150秒。
• 峰值温度：推荐245°C，最高260°C。
• 峰值温度±5°C内时间：10-30秒。
• 最大升温速率：3°C/秒。
• 最大降温速率：6°C/秒。

所述温度指封装体顶部温度。不建议采用快速冷却工艺。LED最多可承受三次回流焊循环。

6.2 手工焊接与清洗

如必须进行手工焊接，烙铁头温度不应超过300°C，每个焊盘的接触时间应限制在最多2秒，且仅可操作一次。清洗时，仅可使用异丙醇等醇类溶剂。未指定的化学清洁剂可能会损坏硅胶透镜或封装材料。

7. 封装与订购信息

7.1 载带与卷盘规格

LED以压纹载带和卷盘形式提供，适用于自动化贴片组装。载带尺寸（凹槽尺寸、间距）和卷盘尺寸（轴心直径、凸缘直径）符合EIA-481-1-B标准。7英寸卷盘最多可容纳500件。尾数批次的最小包装数量为100件。载带使用盖带密封以保护元件。

8. 应用建议与设计考量

8.1 热管理

这是最关键的设计因素。输出对结温的高度敏感性要求采取有效的散热策略。使用金属基板（MCPCB）或带有大面积覆铜和连接至外部散热器的导热通孔的标准FR4 PCB。其目标是最大限度地降低从LED结到环境的热阻（R_{th j-a}）。在设计高环境温度应用时，务必参考正向电流降额曲线。

8.2 Electrical Drive

为确保稳定运行，必须使用恒流驱动器。所选驱动器应能提供所需电流（例如250mA或300mA），同时适应所选分档的正向电压范围。可考虑采用脉宽调制（PWM）进行调光或占空比操作，以帮助管理热负荷。确保驱动器具备防反接和电压瞬态保护功能。

8.3 光学与材料考量

275nm波长的UVC辐射能量极高，可能降解多种常见材料，包括某些塑料、环氧树脂和粘合剂。需确保光路中及LED附近的所有材料（透镜、反射器、垫圈、电线绝缘层）均具有长期耐受UVC辐射的等级认证。石英玻璃通常用作防护窗口。避免皮肤和眼睛直接暴露于UVC辐射输出。

9. 可靠性与寿命

数据手册概述了全面的可靠性测试计划，包括室温工作寿命（RTOL）、高/低温存储寿命（HTSL/LTSL）、湿热测试和热冲击测试。这些测试模拟了器件在各种应力条件下多年的运行状态。失效标准定义为正向电压偏移超过10%或辐射通量下降至初始值的50%以下。要实现预期的现场使用寿命，必须在规定限值内进行恰当的热设计和电气操作。

10. 技术对比与差异化

与传统的低压汞灯（发射254nm波长）相比，这款UVC LED具有多项优势：即时开关、尺寸紧凑、定向发射、坚固耐用（无易碎玻璃、无汞），并具备波长调谐潜力。与其他UVC LED相比，此特定型号的关键差异化在于其结合了275nm波长、在250mA电流下典型输出37mW以及3.5x3.5mm封装形式。其120度的宽视角根据应用的光学设计要求，可能是一个优势，也可能是一个劣势。

11. 常见问题解答（基于技术参数）

问：辐射通量（mW）与杀菌效力有何区别？
答：辐射通量是指总的UVC光功率。杀菌效力取决于该功率、发射光谱（峰值波长）、与目标的距离、照射时间以及特定微生物的敏感性。275nm波长对多种病原体非常有效。

问：我可以用恒压源驱动这个LED吗？
答：不可以。LED是电流驱动器件。恒压源无法调节电流，会导致热失控并迅速损坏。务必使用恒流驱动器。

问：如何计算所需的散热器？
A: 您需要确定总热阻路径。从结到焊点的热阻（R_{th j-s} = 12.3 K/W）开始。加上您的热界面材料、PCB和外部散热器的热阻。使用公式 T_j = T_a + (P_贬低 * R_{th j-a}), 确保 T_j 在您的最高环境温度和驱动功率 (P 下保持低于115°C_贬低 ≈ I_F * V_F).

Q: 为什么输出对温度如此敏感？
A> This is a fundamental characteristic of semiconductor light sources, particularly in the ultraviolet range. Increased temperature increases non-radiative recombination within the semiconductor material, reducing the internal quantum efficiency and thus the light output.

12. 实际设计与使用案例

案例：设计一款便携式表面消毒棒。
一位设计师希望打造一款用于消毒台面、键盘和手机等表面的手持式魔杖。他们选择了LTPL-G35UV275PR LED，因其尺寸紧凑且输出波长为275nm。计划使用4颗LED组成的阵列以增大覆盖面积。每颗LED将在250mA电流下驱动（典型电压Vf=6.2V，功率P=1.55W）。系统总功率约为6.2W。魔杖机身集成了一款带鳍片的轻质铝制散热器，用以散发约6W的热量。设计采用由可充电锂离子电池供电的恒流驱动器。安全互锁装置确保仅当魔杖与表面保持正确距离时LED才会激活。光学设计利用LED原生120度光束角形成宽广的灭菌光斑。设计师选择X2光通量分级（34-39mW）的LED以保证性能一致，并采用PWM控制照射时间（例如10秒周期）。_F=6.2V, P_贬低=1.55W)。系统总功率约为6.2W。魔杖机身集成了一款带鳍片的轻质铝制散热器，用以散发约6W的热量。设计采用由可充电锂离子电池供电的恒流驱动器。安全互锁装置确保仅当魔杖与表面保持正确距离时LED才会激活。光学设计利用LED原生120度光束角形成宽广的灭菌光斑。设计师选择X2光通量分级（34-39mW）的LED以保证性能一致，并采用PWM控制照射时间（例如10秒周期）。

13. 原理介绍

UVC LED基于半导体材料，通常为氮化铝镓（AlGaN）。当施加正向电压时，电子和空穴在半导体有源区内复合，以光子形式释放能量。这些光子的波长由半导体材料的带隙能量决定。通过精确控制AlGaN层中的铝含量，可调控带隙以发射UVC波段（200-280nm）的光。275nm波长的实现依赖于精密的外延生长工艺。产生的UVC光子能量极高，能够破坏分子键，尤其是微生物的DNA/RNA，从而阻止其复制。

14. 发展趋势

UVC LED领域正在快速发展，主要趋势包括：

• 提升的壁插效率（WPE）： 持续的研究旨在提高电光功率转换效率，这直接减少了热量产生和系统功耗需求。
• 更高的输出功率： 开发具有更高单颗辐射通量的LED或采用更小封装，使得消毒系统更紧凑、更高效。
• 更长寿命（L70/B50）： 材料、封装和热管理方面的改进正在延长LED的工作寿命，使其在高占空比应用中与传统灯具相比更具竞争力。
• 成本降低： 随着生产规模的扩大和工艺的成熟，每毫瓦UVC输出的成本持续下降，从而拓宽了其可行应用范围。
• 波长优化： 针对特定病原体和应用的最佳波长的研究仍在继续，这可能催生出专为医疗、水处理和空气净化领域定制的LED。

向固态UVC光源的过渡是一个明确的长期趋势，这由其在外形尺寸、安全性和可控性方面的固有优势所驱动。