UV LED 3.7x3.7x3.45mm SMD 規格書 - 順向電壓 4.6-7.6V - 輻射通量最高 20mW - 260-270nm 波長 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高可靠性、表面黏著型紫外線（UV）發光二極體（LED）的規格。此元件專為需要高效紫外線發射的應用而設計，例如消毒、滅菌及空氣淨化系統。其緊湊的 SMD（表面黏著元件）封裝設計，相容於自動化組裝製程，並提供良好的熱性能以確保穩定運作。

1.1 核心優勢與目標市場

此 UV LED 的主要優勢包括其標準化的 SMT 佔位面積，易於整合至現代印刷電路板（PCB）設計，以及其標榜的高可靠性。本產品瞄準日益成長的固態紫外線光源市場，此類光源正逐步取代傳統汞蒸氣燈，應用於以下領域：

• 殺菌照射：透過使微生物失活，用於消毒表面、水及空氣。
• 空氣淨化系統：整合至 HVAC 系統或獨立空氣清淨機中，以中和空氣中的病原體及揮發性有機化合物（VOCs）。
• 醫療與實驗室設備：用於工具與表面的滅菌。
• 一般 UV 固化：雖然未提供具體的固化性能數據，但其波長範圍顯示出在引發光化學反應方面的潛在應用。

2. 深入技術參數分析

此 LED 的性能由一系列在受控條件下（Ts=25°C）量測的電氣、光學及熱參數所定義。

2.1 電氣與光學特性

關鍵性能指標已總結於規格表中。一個關鍵參數是峰值波長（λp），其範圍落在 260-270 奈米（nm）之間。這使其發光明確位於 UVC 波段（100-280 nm），該波段以其高殺菌效能而聞名。必須根據應用需求選擇特定的波長分級（例如，UA33 對應 260-265nm，UA34 對應 265-270nm），因為針對不同病原體的效果會隨波長而異。

在 150 mA 驅動電流下，總輻射通量（Φe）（或光功率輸出）最高可達 20 毫瓦（mW）。設計者須注意此為輻射通量，而非光通量，因為 UVC 光對人眼不可見。順向電壓（V_F)在 150mA 下具有從 4.6V 到 7.6V 的分級結構。此寬範圍是深紫外線 LED 的典型特徵，對驅動電路設計有重大影響，關係到效率與熱管理。

其視角（2θ_1/2)為 60 度，表示具有中等方向性的光輸出。光譜半高寬（Δλ）通常為 10 nm，這描述了發射光的光譜純度。

2.2 絕對最大額定值與熱管理

遵守絕對最大額定值對於元件壽命及防止災難性故障至關重要。關鍵限制包括：

• 最高接面溫度（T_J）：60°C。這是一個關鍵限制。運作期間，接面溫度必須維持在此限值以下，這直接與 PCB 的熱設計及散熱能力相關。
• 最大功率耗散（P_D）：1.2 瓦特。
• 峰值順向電流（I_FP）：200 mA（在脈衝條件下，0.1ms 脈衝寬度，1/10 工作週期）。

從接面到焊點的熱阻（R_θJ-S)）規定為 45°C/W。利用此值，工程師可以計算在給定運作功率（P_D= V_F* I_F）下，預期接面溫度相對於焊點溫度的上升值。例如，在典型的 V_F為 6.0V 且 I_F為 150mA 時，功率為 0.9W。溫升約為 0.9W * 45°C/W = 40.5°C。因此，若 PCB 焊點溫度為 35°C，接面溫度將達到約 75.5°C，超過 60°C 的最高限值。這凸顯了有效熱管理的必要性，可能需要降低驅動電流、改善散熱焊墊設計或採用主動冷卻。

2.3 分級系統說明

本產品採用分級系統，根據關鍵參數對元件進行分類，確保生產批次內的一致性。設計者在訂購時必須指定所需的分級。

• 順向電壓（V_F）分級：編碼 B19 至 B33，涵蓋 4.6V 至 7.6V，在 150mA 下以約 0.2V 為間隔。
• 峰值波長（λp）分級：編碼 UA33（260-265nm）及 UA34（265-270nm）。
• 輻射通量（Φe）分級：編碼 1J03（6-10mW）、1J04（10-15mW，典型值 14mW）及另一個 1J04 分級（15-20mW）。請注意不同通量範圍重複使用相同編碼，需仔細參照相關數值表。

3. 性能曲線分析

所提供的特性曲線提供了在非標準條件下元件行為的寶貴見解。

3.1 順向電壓 vs. 順向電流（IV 曲線）

此曲線顯示電壓與電流之間的非線性關係。對於決定工作點及設計 LED 必需的恆流驅動器至關重要。此曲線會隨溫度變化；通常，順向電壓會隨著接面溫度升高而降低。

3.2 順向電流 vs. 相對輻射功率

此曲線說明光輸出對驅動電流的依賴性。通常呈次線性關係；由於效率下降（LED 中的常見現象，特別是在較高電流與溫度下），電流加倍並不會使光輸出加倍。建議在建議的測試電流（150mA）或以下操作 LED，以獲得最佳效率與壽命。

4. 機械與封裝資訊

4.1 尺寸與公差

封裝佔位面積為 3.7mm x 3.7mm，高度為 3.45mm。除非另有說明，所有尺寸公差均為 ±0.2mm。圖紙提供了頂視、側視及底視圖，這些對於 PCB 佔位面積設計與間隙檢查是必要的。

4.2 焊墊設計與極性識別

提供了建議的焊墊佈局（圖 1-5）。散熱/電氣焊墊尺寸為 3.20mm x 2.20mm，次要電氣焊墊尺寸為 1.20mm x 1.20mm。極性在元件的底視圖上有明確標示。正確的方向至關重要，因為施加超過最大額定值（10V）的反向電壓可能會損壞元件。

5. 焊接與組裝指南

5.1 SMT 迴焊焊接

此元件適用於所有標準 SMT 組裝製程。意指採用峰值溫度通常不超過 260°C 的標準無鉛迴焊曲線。濕度敏感等級（MSL）為 Level 3。這表示元件在必須焊接之前，可暴露於工廠環境條件（≤30°C/60% RH）下長達 168 小時（7 天）。若超過此時間，必須根據 IPC/JEDEC 標準對零件進行烘烤，以去除吸收的濕氣並防止迴焊過程中發生爆米花現象（封裝破裂）。

5.2 操作與儲存注意事項

• 靜電防護：此元件的人體模型（HBM）靜電放電額定值為 1000V，良率超過 90%。這是一個相對普通的 ESD 等級。必須在靜電防護區域內，使用接地腕帶與導電墊進行操作。
• 儲存條件：儲存溫度範圍為 -20°C 至 +65°C。應避免在此範圍外長期儲存。
• 防潮袋：根據 MSL-3，元件以帶有濕度指示卡的防潮袋包裝出貨。防潮袋應僅在受控環境中開啟，並應追蹤開袋後的暴露時間。

6. 包裝與訂購資訊

產品以捲帶包裝供應，適用於自動取放機。規格書包含載帶與捲盤的尺寸。亦提供了捲盤的標籤規格以確保可追溯性。提供的型號（例如 RF-C37P6-UPH-AR）可能編碼了封裝尺寸、晶片技術及可能的性能分級資訊，儘管摘錄中未詳細說明確切的命名規則。

7. 應用設計考量

7.1 驅動電路設計

必須使用恆流驅動器。驅動器必須能夠在整個順向電壓分級範圍（4.6V-7.6V）內提供所需電流（例如 150mA）。此寬範圍顯著影響驅動器的效率與電壓餘裕要求。對於電池供電設備，可能需要升壓轉換器，以確保為較高 V_F bins.

7.2 熱設計

如從熱阻計算所示，管理接面溫度至關重要。PCB 應在 LED 中央焊墊下方使用散熱焊盤圖案，並連接到大面積銅箔或外部散熱器。焊墊下方的散熱孔有助於將熱量傳遞到內層或底層。在高環境溫度或氣流不良的應用中，可能需要降低最大驅動電流。

7.3 光學與安全設計

UVC 輻射對人體皮膚與眼睛有害。終端產品設計必須納入安全功能，例如連鎖開關、屏蔽及警告標籤，以防止使用者暴露。在設計反射器或透鏡以有效將紫外線導向目標區域時，應考慮 60 度的視角。光路中使用的材料（透鏡、視窗）必須對 UVC 波長透明；許多常見塑膠（如聚碳酸酯）並不適用。

8. 技術比較與差異化

與汞燈等舊式紫外線光源相比，此 LED 具有即時開/關能力、更長的使用壽命（在適當散熱下）、不含汞等有害物質、尺寸緊湊及設計靈活性等優點。在 UV LED 市場中，此特定元件的關鍵差異化因素包括其封裝尺寸（3.7x3.7mm 是常見佔位面積）、其在 10-20mW 範圍內的輻射通量輸出，以及其在 260-270nm 殺菌範圍內的特定波長分級。設計者會比較這些參數與替代方案，以找到其應用在光功率、效率、成本與尺寸之間的最佳平衡。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

9.1 為什麼順向電壓範圍如此寬（4.6V-7.6V）？

這是基於氮化鋁鎵（AlGaN）的深紫外線 LED 的特性。磊晶生長與晶片製程的差異導致半導體電阻及主動層精確組成的不同，從而產生順向電壓的分佈。分級確保您在訂單中獲得電氣行為一致的 LED。

9.2 我可以用恆壓源驅動此 LED 嗎？

No.LED 亮度由電流控制。恆壓源會導致電流不受控制，由於二極體的指數型 IV 特性及負溫度係數，可能超過最大額定值並損壞 LED。恆流驅動器是必需的。

9.3 接面溫度額定值僅為 60°C。這對 UV LED 來說正常嗎？

是的，相較於可見光 LED，UVC LED 具有較低的最高接面溫度是常見的。高能量光子及深紫外線發射器中使用的材料使其對熱劣化更為敏感。精密的熱管理對於性能與可靠性是不可妥協的。

10. 實務設計案例研究

情境：設計一款緊湊、電池供電的表面消毒棒。

設計步驟：

1. 參數選擇：為確保效果，選擇高輻射通量分級（例如 15-20mW）。選擇中範圍的 V_F分級（例如 B25，5.8-6.0V）以簡化驅動器設計。
2. 驅動器設計：使用升壓轉換器恆流驅動器 IC，該 IC 可接受 3.7V 鋰離子電池輸入，並提供穩定的 150mA 輸出，電壓至少達 6.5V，以涵蓋所選的 V_F bin.
3. 熱設計：設計一個小型金屬核心 PCB（MCPCB），或使用帶有大型散熱焊盤及多個散熱孔的標準 FR4 板作為散熱器。根據熱模型或實測限制連續開啟時間，以保持 T_J <低於 60°C。
4. 光學/安全設計：將 LED 封裝在帶有 UVC 透明石英視窗的外殼中。包含一個接近感測器或物理防護裝置，必須與表面接觸才能開啟 LED，防止意外暴露。

11. 工作原理

這是一種半導體光源。當在 p-n 接面上施加順向電壓時，電子與電洞被注入主動區。它們的復合以光子的形式釋放能量。這些光子的特定波長（在 UVC 範圍內）由所用半導體材料的能隙能量決定，通常為高鋁含量的氮化鋁鎵（AlGaN），以實現較短的波長。

12. 技術趨勢

UV LED 市場，特別是 UVC 應用領域，正專注於提高電光轉換效率（光功率輸出 / 電功率輸入），其歷史效率一直低於可見光 LED。磊晶生長、光提取技術及封裝方面的改進，正穩步推動更高的輸出功率與更長的使用壽命，同時降低每毫瓦的成本。這使得 UV LED 技術得以從利基應用擴展到更廣泛的消費與工業市場，用於消毒與感測。