UVC LED LTPL-G35UV275PR 數據手冊 - 3.5x3.5x1.2mm - 典型值6.2V - 37mW輻射通量 - 275nm峰值波長

1. 產品概述

LTPL-G35UV產品系列代表固態紫外線光源嘅重大進步。呢款產品專為消毒同醫療應用而設計，提供咗一種高性能嘅替代方案，取代傳統嘅紫外線技術，例如水銀燈。透過採用發光二極管（LED）技術，佢結合咗卓越嘅能源效率，以及半導體器件固有嘅可靠性同長使用壽命。呢樣嘢為設計師提供更大自由度，去創造創新嘅消毒、水淨化同表面殺菌系統解決方案。

其核心優勢在於能夠以更低嘅運作同維護成本，提供有效嘅UVC輻射（喺270-280nm範圍內）。呢款器件設計成兼容集成電路（IC）驅動系統，並且符合環保標準，達到RoHS要求同無鉛。其主要目標市場包括醫療設備製造商、水同空氣淨化系統集成商，以及消費或工業消毒設備嘅開發商。

1.1 核心優勢與目標市場

從傳統紫外光源轉向UVC LED帶來多項明顯優勢。首先，即開即用且無需預熱時間，提升系統反應速度。其次，其緊湊外形便於整合到更細小、更便攜嘅裝置中。LED嘅定向發光特性允許更高效嘅光學設計，將能量集中喺最需要嘅位置。此外，不含汞嘅特點解決咗因棄置或破損而引致嘅環境與安全問題。

目標應用主要係殺菌照射，波長約275nm嘅UVC光對於破壞微生物（包括細菌、病毒同霉菌）嘅DNA同RNA非常有效，令佢哋失去活性。呢種LED適合用於醫療場所嘅表面消毒、使用點系統嘅水處理，以及HVAC設備嘅空氣淨化等應用。

2. 技術參數深入分析

2.1 Absolute Maximum Ratings

本器件規格適用於嚴苛條件下操作。絕對最大額定值定義了可能導致永久損壞的極限。關鍵參數包括最大功耗（P_O）為2.1W，以及最大連續正向電流（I_F）為300mA。其工作溫度範圍（T_opr) 指定為 -40°C 至 +80°C，表明其適用於嚴苛的工業環境及受控的醫療環境。儲存溫度範圍 (T_stg) 則擴展至 -40°C 至 +100°C。一個關鍵參數是最高接面溫度 (T_j溫度為115°C。超過此溫度會加速降解，並顯著縮短裝置壽命。數據表明確警告，避免在反向偏壓條件下長時間操作LED，否則可能導致即時故障。

2.2 電光特性

這些特性是在25°C環境溫度（T_a）的標準測試條件下量度，並提供正常操作下的預期性能。

• 正向電壓 (V_F): 在驅動電流為250mA時，典型正向電壓為6.2V，最高為7.0V，最低為5.0V。測量公差為±0.1V。此參數對設計LED驅動電路至關重要，因為它決定了所需的供電電壓和功耗。
• 輻射通量 (Φ_e): 此為UVC光譜中的總光功率輸出。在250mA下，典型輻射通量為37.0mW（最低29.0mW）。當以最大額定電流300mA驅動時，典型輸出會增加至43.0mW。測量公差為±10%。輻射通量是決定LED在特定應用中殺菌功效的關鍵指標。
• 峰值波長 (λ_P): 該LED發射出峰值波長介乎270nm至280nm之間、中心約為275nm的UVC光。此波長處於殺菌效能的最佳範圍內。量測容差為±3nm。
• 熱阻 (R_{th j-s}): 典型嘅半導體結點到焊點熱阻係12.3 K/W。呢個數值喺特定鋁基MCPCB上量度得出，對散熱管理設計至關重要。較低嘅熱阻可以更有效將熱量從結點傳導出去，有助維持較低嘅T_j 並確保長期可靠性。
• 視角 (2θ_1/2): 典型視角為120度。此寬廣發光模式有利於需要廣泛覆蓋範圍嘅應用，但若用於聚焦應用，則可能需要反射器或透鏡。
• 靜電放電 (ESD): 根據JESD22-A114-B標準（人體模型），該器件符合最低2000V嘅靜電放電耐受電壓。組裝同安裝期間必須遵循正確嘅靜電放電處理程序。

3. Bin Code System Explanation

為確保性能一致，LED會根據生產過程中量度嘅關鍵參數進行分檔。分檔代碼會標示喺包裝上。

3.1 Forward Voltage (V_F) Binning

當LED以250mA驅動時，會分為四個電壓等級（V1至V4）：

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

每個分檔內嘅公差為±0.1V。此分檔方式容許設計師為串聯驅動嘅應用揀選電壓匹配更緊密嘅LED，確保電流分佈更為均勻。

3.2 輻射通量 (Φ_e) Binning

輸出功率在250mA下分為四個通量等級 (X1至X4)：

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

公差為±10%。選擇較高光通量等級可提供更大光學輸出，這意味著可縮短消毒時間，或在陣列中使用更少LED。

3.3 峰值波長 (λ_P) Binning

本產品所有器件均屬單一波長等級W1，範圍涵蓋270nm至280nm，公差為±3nm。由於微生物滅活率高度依賴波長，此設定確保所有產品具備一致的殺菌效能。

4. 性能曲線分析

所提供嘅圖表有助了解LED喺唔同條件下嘅表現。

4.1 相對光譜分佈

此曲線顯示咗喺紫外光譜範圍內發出嘅光強度。佢證實咗以275nm為中心嘅窄發射帶，呢個特性對於最大化殺菌效果同時減少喺效果較差或可能有害波長嘅發射係非常理想嘅。

4.2 Relative Radiant Flux vs. Forward Current

呢幅圖說明咗驅動電流同光輸出之間嘅次線性關係。雖然增加電流會提升輸出，但由於熱效應增加同效率下降，喺較高電流下，每單位電功率嘅輻射通量（即效率）通常會降低。呢點突顯咗為咗喺輸出、效率同使用壽命之間取得理想平衡，優化驅動電流嘅重要性。

4.3 正向電壓 vs. Forward Current & Junction Temperature

順向電壓具有負溫度係數，即係話佢會隨住接面溫度上升而下降。呢個特性必須喺恆流驅動器設計中考慮到，因為較低嘅V_F 喺高溫下可能會輕微降低電功率損耗。

4.4 相對輻射通量與接面溫度關係

這是最關鍵的曲線之一。UVC LED的輸出對接面溫度極為敏感。圖表顯示，隨著T_j 升高，輻射通量會顯著下降。有效的熱管理以盡可能保持接面低溫，對於維持高輸出及達到額定壽命至關重要。

4.5 順向電流降額曲線

此曲線定義了最大允許正向電流與環境溫度的函數關係。隨著環境溫度升高，必須降低最大允許電流，以防止結溫超過其115°C的限值。此圖表對於設計在指定溫度範圍內可靠運作的系統至關重要。

5. 機械與封裝資料

5.1 外形尺寸

此LED封裝體積小巧，佔位面積約為3.5mm x 3.5mm，高度約為1.2mm。除非另有註明，所有尺寸公差均為±0.2mm。機械圖則標明了LED晶片、焊盤及任何光學透鏡結構的準確位置。

5.2 建議PCB焊接焊盤

針對表面貼裝焊盤提供了詳細的焊盤圖形設計。遵循此建議的焊盤佈局對於實現可靠的焊接點、適當的PCB熱傳導以及正確對位至關重要。焊盤尺寸的規格公差為±0.1mm。設計通常會在散熱焊盤下方設置散熱通孔，以將熱量傳導至PCB的接地層或專用散熱層。

6. 焊接與組裝指引

6.1 回流焊接温度曲线

為防止在表面貼裝技術（SMT）組裝過程中造成損壞，已指定詳細的無鉛回流焊接温度曲线。關鍵參數包括：

• 預熱：150-200°C，持續60-120秒。
• 高於液相線（217°C）嘅時間：60-150秒。
• 峰值溫度：建議245°C，最高260°C。
• 喺峰值溫度±5°C內嘅時間：10-30秒。
• 最大升溫速率：3°C/秒。
• 最大降溫速率：6°C/秒。

所標示溫度係指封裝頂部溫度，不建議進行快速冷卻過程。LED最多可承受三次回流焊接循環。

6.2 手動焊接及清潔

如需進行手動焊接，烙鐵頭溫度不應超過300°C，每個焊盤接觸時間應限制在最多2秒，且僅可操作一次。清潔時僅可使用異丙醇等酒精類溶劑，未指明的化學清潔劑可能損壞矽膠透鏡或封裝物料。

7. 包裝及訂購資料

7.1 載帶及捲盤規格

LED以壓紋載帶及捲盤形式供應，適用於自動化取放組裝。載帶尺寸（凹穴大小、間距）及捲盤尺寸（軸心直徑、凸緣直徑）均符合EIA-481-1-B標準。7吋捲盤最多可容納500件。尾數批次的最低包裝數量為100件。載帶以封蓋膠帶密封以保護元件。

8. 應用建議與設計考量

8.1 散熱管理

呢個係至關重要嘅設計因素。輸出對結溫嘅高靈敏度，必須要有有效嘅散熱策略。使用金屬基板（MCPCB），或者採用標準FR4 PCB並配合大面積銅箔鋪設同連接至外部散熱器嘅導熱孔。目標係要將LED結點至周圍環境嘅熱阻（R_{th j-a}）降至最低。設計用於高環境溫度時，務必參考正向電流遞減曲線。

8.2 Electrical Drive

為確保穩定運行，必須使用恆流驅動器。選擇驅動器時，應確保其能提供所需電流（例如250mA或300mA），同時適應所選分檔之正向電壓範圍。可考慮採用脈衝寬度調製（PWM）進行調光或佔空比操作，以助於管理熱負載。務必確保驅動器具備防反接及電壓瞬變保護。

8.3 光學與物料考量

275nm波長嘅UVC輻射能量極高，會令好多常見材料降解，包括某啲塑膠、環氧樹脂同黏合劑。必須確保光路同LED附近嘅所有材料（鏡片、反射器、墊圈、電線絕緣層）均符合長期UVC暴露嘅耐受等級。保護視窗通常採用石英玻璃。避免皮膚同眼睛直接暴露於UVC輸出。

9. 可靠性與使用壽命

數據手冊概述咗全面嘅可靠性測試計劃，包括室溫操作壽命 (RTOL)、高/低溫儲存壽命 (HTSL/LTSL)、濕熱測試同熱衝擊測試。呢啲測試模擬咗各種壓力條件下多年嘅操作情況。失效標準定義為正向電壓偏移超過10%或輻射通量下降至低於初始值嘅50%。要達到預期嘅現場使用壽命，必須喺規定範圍內進行恰當嘅熱設計同電氣操作。

10. 技術比較與差異化

與傳統的低壓汞燈（發射波長為254nm）相比，此UVC LED具有多項優勢：即時開/關、體積小巧、定向發射、堅固耐用（無易碎玻璃、無汞），以及波長可調的潛力。與其他UVC LED相比，此特定型號的關鍵區別在於其結合了275nm波長、在250mA電流下典型輸出為37mW，以及3.5x3.5mm的封裝形式。其120度的寬視角可能是一個優勢或劣勢，取決於應用的光學設計要求。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：輻射通量（mW）與殺菌效能有何區別？
答：輻射通量是指總UVC光功率。殺菌效能取決於此功率、發射光譜（峰值波長）、與目標物的距離、照射時間以及特定微生物的敏感性。275nm波長對多種病原體非常有效。

Q: 我可以用恆壓電源驅動呢個LED嗎？
A: 唔可以。LED係電流驅動裝置。恆壓電源無法調節電流，會導致熱失控同迅速損壞。請務必使用恆流驅動器。

Q: 我點樣計算所需嘅散熱器？
A: 你需要確定整體熱阻路徑。首先從晶片至焊點熱阻（R_{th j-s} = 12.3 K/W）開始，加上你的熱界面材料、PCB及外部散熱器的熱阻。使用公式 T_j = T_a + (P_diss * R_{th j-a}), ensure T_j remains below 115°C at your maximum ambient temperature and drive power (P_diss ≈ I_F * V_F).

Q: 點解輸出對溫度咁敏感？
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. 實際設計與應用案例

案例：設計一款便攜式表面消毒棒。
一位設計師希望製作一支手持式消毒棒，用於清潔枱面、鍵盤和電話等表面。考慮到其小巧尺寸及275nm輸出波長，設計師選用了LTPL-G35UV275PR LED。計劃使用4顆LED組成陣列以擴大照射範圍。每顆LED將以250mA驅動（典型V_F=6.2V, P_diss=1.55W）。系統總功耗約為6.2W。消毒棒機身內集成了一個帶散熱鰭片的輕質鋁製散熱器，以消散約6W熱量。設計採用由可充電鋰離子電池供電的恆流驅動器。安全互鎖裝置確保僅當消毒棒與表面保持正確距離時，LED才會啟動。光學設計利用LED本身120度光束角來形成寬廣的殺菌光斑。設計師選用X2光通量分檔（34-39mW）的LED以確保性能一致，並使用PWM控制照射時間（例如10秒週期）。

13. Principle Introduction

UVC LED係基於半導體材料，通常係氮化鋁鎵（AlGaN）。當施加正向電壓時，電子同電洞會喺半導體嘅有源區內復合，以光子形式釋放能量。呢啲光子嘅波長取決於半導體材料嘅帶隙能量。通過精確控制AlGaN層中嘅鋁含量，可以設計帶隙以發出UVC波段（200-280nm）嘅光。275nm嘅發射係通過精確嘅外延生長工藝實現嘅。產生嘅UVC光子能量極高，能夠破壞分子鍵，最關鍵係微生物嘅DNA/RNA，阻止其複製。

14. 發展趨勢

UVC LED領域發展迅速。主要趨勢包括：

• 提升牆插效率 (WPE)： 目前嘅研究旨在提高電光功率轉換效率，直接減少熱量產生同系統功耗需求。
• 更高輸出功率： 發展出具有更高輻射通量的單一發光體或更細小封裝的LED，使消毒系統更為緊湊及強效。
• 更長使用壽命 (L70/B50)： 材料、封裝及熱管理方面的改進正延長LED的操作壽命，使其在高負載週期應用中較傳統燈具更具競爭力。
• 成本降低： 隨著生產規模擴大及製程成熟，每毫瓦UVC輸出嘅成本持續下降，令可行應用範圍更廣。
• 波長優化： 研究持續針對特定病原體同應用探索最佳波長，有望為醫療、水同空氣淨化領域帶來定制化LED。

轉向固態UVC光源係一個明確嘅長期趨勢，主要係因為佢哋喺外形尺寸、安全性同可控性方面具有固有優勢。