LTPL-C034UVD375 UV LED 規格書 - 3.7x3.7x1.6mm - 電壓 3.7V - 功率 2W - 峰值波長 375nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本產品是一款高效能紫外線 (UV) 發光二極體 (LED)，主要設計用於 UV 固化製程及其他常見的 UV 應用。它代表了一種固態照明解決方案，旨在結合 LED 技術固有的長壽命與高可靠性，以及具競爭力的亮度水平，以取代傳統的 UV 光源。這為需要 UV 照明的應用帶來了更大的設計彈性與新的機會。

1.1 主要特性與優勢

相較於傳統 UV 光源，本元件提供多項顯著優勢：

• 積體電路 (IC) 相容性：此 LED 設計易於由標準電子電路驅動與控制。
• 環保合規性：本產品符合 RoHS 規範，並採用無鉛製程製造。
• 運作效率：其節能特性有助於降低整體營運成本。
• 減少維護：LED 的長壽命顯著降低了燈具更換與維護的頻率及成本。

2. 技術參數：深入客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。其規格是在環境溫度 (Ta) 25°C 下定義的。

• 直流順向電流 (If)：500 mA (最大值)
• 功耗 (Po)：2 W (最大值)
• 工作溫度範圍 (Topr)：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度範圍 (Tstg)：-55°C 至 +100°C
• 接面溫度 (Tj)：110°C (最大值)

重要注意事項：長時間在逆向偏壓條件下運作可能導致元件故障。

2.2 電光特性

這些是在 Ta=25°C 及順向電流 (If) 350mA（似乎是建議的工作點）下測得的典型性能參數。

• 順向電壓 (Vf)：典型值為 3.7V，範圍從 2.8V (最小值) 到 4.4V (最大值)。
• 輻射通量 (Φe)：這是 UV 光譜中的總光功率輸出。典型值為 470 mW，範圍從 350 mW (最小值) 到 590 mW (最大值)。
• 峰值波長 (λp)：LED 發射功率最強的波長。範圍從 370 nm 到 380 nm，中心約為 375 nm。
• 視角 (2θ1/2)：約 130 度，表示具有寬廣的輻射圖型。
• 熱阻 (Rthjc)：接面至外殼的熱阻典型值為 14.7 °C/W。此參數對於熱管理設計至關重要，因為它表示熱量從 LED 晶片導出的效率。

3. 分級系統說明

LED 會根據性能進行分級以確保一致性。分級代碼標示在包裝上。

3.1 順向電壓 (Vf) 分級

LED 根據其在 350mA 下的順向電壓分為四個電壓等級 (V0 至 V3)。例如，V1 等級包含 Vf 介於 3.2V 至 3.6V 之間的 LED。容差為 +/- 0.1V。

3.2 輻射通量 (Φe) 分級

光輸出功率從 R2 (350-380 mW) 到 R9 (560-590 mW) 進行分級。典型等級似乎是 R5 (440-470 mW)。容差為 +/- 10%。

3.3 峰值波長 (Wp) 分級

UV 波長分為兩組：P3P (370-375 nm) 和 P3Q (375-380 nm)。容差為 +/- 3 nm。這允許針對對特定 UV 波長敏感的應用進行選擇。

4. 性能曲線分析

4.1 相對輻射通量 vs. 順向電流

輻射通量隨順向電流增加而增加，但並非線性關係。設計者必須在期望的光輸出、電輸入功率以及產生的熱量之間取得平衡。在遠高於 350mA 的條件下運作可能會降低效率並縮短使用壽命。

4.2 相對光譜分佈

此曲線顯示了發射光譜，確認了在 375nm 區域 (UVA) 的峰值以及光譜頻寬。對於光譜純度或特定光子能量至關重要的應用來說，這點非常重要。

4.3 輻射圖型

極座標圖說明了 130 度的視角，顯示了強度分佈。這對於設計光學元件以收集、準直或將 UV 光聚焦到目標區域至關重要。

4.4 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

這條基本曲線顯示了二極體典型的指數關係。工作點（例如 350mA，~3.7V）是元件的特性點。此曲線有助於設計適當的電流驅動電路。

4.5 相對輻射通量 vs. 接面溫度

此圖表展示了接面溫度升高對光輸出的負面影響。隨著溫度升高，輻射通量會下降。因此，有效的散熱對於維持穩定且高效的光學性能至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

封裝的佔位面積約為 3.7mm x 3.7mm。關鍵尺寸包括透鏡高度和陶瓷基板尺寸，與其他特徵 (±0.2mm) 相比，這些尺寸的公差更嚴格 (±0.1mm)。散熱墊與陽極和陰極電氣隔離，可將其連接到散熱器進行熱管理，而不會造成電氣短路。

5.2 建議 PCB 焊接墊

提供了印刷電路板 (PCB) 的焊墊圖案設計。這包括兩個電氣接點（陽極和陰極）的焊墊以及較大的中央散熱墊。正確的焊墊設計對於可靠的焊接以及從 LED 封裝到 PCB 的有效熱傳導至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了詳細的迴焊溫度-時間曲線。關鍵參數包括在封裝體上測得的峰值溫度為 260°C，高於 240°C 的時間不超過 30 秒。建議採用受控的冷卻速率。可以進行手工焊接，但溫度應限制在 300°C，最多 2 秒，且僅限一次。

6.2 重要組裝注意事項

• 迴焊最多應執行三次。
• 應使用能達成可靠焊點的最低可能焊接溫度。
• 浸焊並非此元件的建議或保證組裝方法。
• 清潔應僅使用酒精類溶劑，如異丙醇 (IPA)。未指定的化學品可能會損壞封裝。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以壓紋載帶供應，並用蓋帶密封。載帶纏繞在 7 英吋的捲盤上，每捲最多 500 個。對於較小數量，可提供最少 100 個的包裝。包裝符合 EIA-481-1-B 標準。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• UV 固化：製造過程中的接著劑固化、油墨乾燥、樹脂聚合。
• 醫療與科學：螢光分析、滅菌（在波長合適的情況下）、光療。
• 工業：檢測、防偽辨識、光學感測器。

8.2 設計考量

• 驅動方式：LED 是電流驅動元件。強烈建議使用恆流源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控，因為順向電壓具有負溫度係數。
• 熱管理：考慮到典型的 470mW 輻射通量以及總功率約 1.3W (350mA * 3.7V)，超過 0.8W 的功率會以熱的形式散發。在熱阻為 14.7°C/W 的情況下，接面溫度將比外殼溫度高出約 11.8°C。必須提供足夠的散熱，以將接面溫度保持在 110°C 以下，以確保可靠性。
• 光學：寬達 130 度的光束可能需要二次光學元件（透鏡、反射器）才能在目標區域實現所需的照明圖案。
• 安全性：UV 輻射，特別是 UVA 範圍，可能對眼睛和皮膚有害。在最終產品設計中，需要適當的防護外殼和安全警告。

9. 可靠性與測試

記錄了全面的可靠性測試計畫，包括：

• 低溫、室溫及高溫工作壽命測試。
• 濕度高溫工作壽命測試。
• 熱衝擊測試。
• 可焊性與耐焊接熱測試。

所有測試報告均顯示樣本數量中零失效，表明產品結構堅固且可靠性高。判定元件失效的標準是順向電壓偏移超過初始值的 ±10% 或輻射通量偏移超過初始值的 ±30%。

10. 技術比較與定位

此 UV LED 定位為傳統 UV 光源（如汞蒸氣燈）的節能替代方案。主要差異點包括：

• 即時開關：與需要預熱/冷卻的燈具不同，LED 可立即達到全輸出。
• 長壽命：LED 的使用壽命通常遠超過弧光燈。
• 小巧尺寸與設計自由度：小型化外形使其能夠整合到更小的設備中，並允許採用陣列配置以獲得更高的強度或更大的覆蓋面積。
• 窄光譜：約 375nm 處相對較窄的發射峰值，對於針對該波長調校的製程可能更有效率，與寬頻光源相比減少了能量浪費。

11. 常見問題 (基於技術參數)

11.1 建議的工作電流是多少？

規格書以 350mA 來描述元件特性，這很可能是建議的典型工作電流（低於絕對最大值 500mA）。在此電流下運作可確保最佳性能和可靠性，如同壽命測試所驗證。

11.2 如何為我的應用選擇合適的分級？

根據您的系統需求進行選擇： -Vf 分級：影響驅動器設計和電源供應電壓。更嚴格的分級可確保並聯陣列中的電流分配更均勻。 -Φe 分級：決定光功率。選擇較高的分級（例如 R6、R7）以獲得更高的強度。 -Wp 分級：對於具有特定光譜敏感度的製程至關重要。根據需要選擇 P3P 或 P3Q。

11.3 為什麼熱管理如此重要？

高接面溫度會直接降低光輸出（如性能曲線所示），並加速 LED 的劣化，縮短其使用壽命。熱阻值 (14.7°C/W) 量化了這一挑戰；從接面到周圍環境的較低熱阻路徑至關重要。

12. 實務設計與使用案例

案例：設計 UV 固化點光源燈具

1. 規格：目標是將 >400mW 的 375nm UV 光傳遞到直徑 10mm 的點上，用於固化接著劑。
2. LED 選擇：選擇 R5 (440-470mW) 或更高輻射通量分級的 LED，以確保在光學損耗後仍有足夠的功率。
3. 驅動電路：設計一個設定為 350mA 的恆流驅動器，並提供適當的電壓餘裕（例如，為 ~3.7V 的 LED 提供 5V 電源）。
4. 熱設計：將 LED 安裝在金屬核心 PCB (MCPCB) 或專用散熱器上。計算所需的散熱器熱阻，以將接面溫度保持在例如環境溫度 40°C 時低於 85°C。
5. 光學：在 LED 前方使用準直或聚焦透鏡，將寬廣的 130 度光束集中到所需的小點上。
6. 整合：將組件置於機械堅固且導熱良好的外殼中，並配備安全連鎖裝置以防止暴露於 UV 光下。

13. 原理介紹

此元件是一種半導體光源。當施加順向電壓時，電子和電洞在半導體晶片的主動區域內復合，以光子的形式釋放能量。特定的半導體材料（通常涉及氮化鋁鎵 - AlGaN）經過設計，使其能隙對應於紫外光譜（約 375nm 或 3.31 eV）中的光子能量。產生的光通過封裝透鏡提取出來。

14. 發展趨勢

UV LED 領域正在積極發展。趨勢包括：

• 效率提升：持續的研究旨在提高 UV LED 的電光轉換效率，特別是在用於殺菌應用的較短波長 UVC 波段。
• 更高功率密度：開發能夠處理更高驅動電流並散發更多熱量的晶片和封裝，從而從單一發射器獲得更大的輻射通量。
• 可靠性改善：材料和封裝技術的進步持續延長了操作壽命和穩定性。
• 成本降低：隨著製造量的增加和製程的成熟，每毫瓦 UV 輸出的成本預計將下降，進一步加速 UV LED 對傳統技術的取代。