ELUA3535NU3 UVA LED 資料手冊 - 3.75x3.75x3.2mm - 3.6-4.8V - 4W 系列 - 英文技術文件

1. 產品概述

ELUA3535NU3產品系列代表一種專為紫外線A（UVA）應用設計的高可靠性陶瓷基LED解決方案。此4W系列旨在要求嚴苛的環境中提供穩定性能，這些環境利用紫外線輻射的殺菌或催化特性。

1.1 核心優勢與目標市場

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.

目標應用主要集中於利用UVA光的工業與商業領域。關鍵市場包括用於空氣與水淨化的紫外線殺菌系統、用於分解揮發性有機化合物（VOCs）的紫外線光觸媒系統，以及專業的紫外線感測器照明。本產品的可靠性與功率輸出，使其成為需要持續紫外線發射之系統的合適元件。

2. 技術參數深度解析

本節針對數據表中列出的關鍵技術參數提供詳細、客觀的詮釋，並說明其對設計工程師的重要性。

2.1 Absolute Maximum Ratings

Absolute Maximum Ratings 定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。對於 385nm、395nm 及 405nm 型號，其最大連續順向電流 (I_F) 為1250mA。必須注意的是，365nm型號的最大額定電流顯著較低，僅為700mA。這種差異通常是由於用於較短波長的不同半導體材料和磊晶結構所致，這些材料可能具有較低的電流承受能力或較高的熱敏感性。持續在或接近這些極限下運作將大幅降低LED的使用壽命和可靠性。最高接面溫度（T_J) 額定值為105°C。從接面到散熱焊盤的熱阻（R_θth) 規定為4°C/W。此參數對於熱管理設計至關重要；例如，在滿額定電流下，可以計算從焊盤到接面的溫升。適當的散熱對於將接面溫度保持在安全範圍內至關重要。

2.2 光度與電氣特性

所提供的訂單代碼詳細說明了特定的性能分級。輻射通量，即總光功率輸出以瓦特（或毫瓦）為單位的度量，會因波長而異。對於365nm LED（工作電流為700mA），最小輻射通量為900mW，典型值為1300mW，最大值為1600mW。對於385nm、395nm和405nm LED（工作電流為1000mA），最小值為1350mW，典型值為1475mW，最大值為1850mW。該系列所有型號在各自工作電流下的順向電壓（V_F）規定範圍為3.6V至4.8V。設計驅動電路時必須考慮此範圍，以確保其能提供足夠電壓，同時管理功率耗散。

3. 分級系統說明

本產品根據三個關鍵參數：輻射通量、峰值波長和正向電壓進行分級。這使得客戶能夠選擇特性緊密集中的LED，以確保系統性能的一致性。

3.1 輻射通量分級

針對不同波長群組使用兩套獨立的分選表。對於365nm LED，分選代碼U1至U4將輻射通量分類為900-1000mW至1400-1600mW。對於385nm至405nm LED，則使用分選代碼U51（1350-1600mW）和U52（1600-1850mW）。設計師必須確保所選分級的最小值能滿足其光學系統的最低所需輻照度。

3.2 峰值波長分選

峰值波長以10nm範圍分選：U36（360-370nm）、U38（380-390nm）、U39（390-400nm）和U40（400-410nm）。選擇取決於應用的光譜敏感度。例如，光催化劑活化通常有一個最佳波長範圍。

3.3 順向電壓分級

順向電壓分為三個等級：3640 (3.6-4.0伏特)、4044 (4.0-4.4伏特) 和 4448 (4.4-4.8伏特)。這對於驅動器效率和熱管理至關重要。來自較低電壓等級的LED將以熱的形式耗散較少功率 (P = V_F * I_F在相同電流下，這可能允許使用更簡單或更小的散熱器。

4. 性能曲線分析

典型的特性曲線有助於深入了解LED在不同操作條件下的行為，這對於穩健的系統設計至關重要。

4.1 光譜與相對輻射通量 vs. 電流

光譜圖顯示了四種主要型號在各波長下的歸一化發射強度。每種型號都有一個獨特的峰值，且具有紫外線LED典型的相對較窄的光譜帶寬。相對輻射通量 vs. 正向電流曲線顯示出次線性關係。輸出並未與電流成比例增加，特別是在較高電流下，這是由於接面溫度升高和其他半導體物理效應所導致的效率下降。這凸顯了熱管理對於維持輸出功率的重要性。

4.2 熱特性

「相對輻射通量 vs. 環境溫度」與「峰值波長 vs. 環境溫度」的曲線至關重要。隨著環境（或焊盤）溫度升高，輻射通量會顯著下降——這是LED的常見特性。例如，在120°C時，相對通量僅約為其在25°C時值的40-50%。同時，峰值波長會隨著溫度升高而向更長波長移動（紅移），其變化速率可在圖表中觀察到。在對波長敏感的應用中，必須考慮此熱偏移。順向電壓 vs. 溫度的曲線顯示出負溫度係數，意味著V_F 會隨著溫度上升而降低，這可能影響恆流驅動器的運作。

5. 機械與封裝資訊

5.1 尺寸與公差

此LED具有緊湊的3.75mm x 3.75mm佔位面積，整體高度為3.2mm。尺寸圖標示了所有關鍵長度，包括散熱焊盤與陽極/陰極焊盤。平面尺寸的一般公差為±0.1mm，而厚度公差為±0.15mm。這些公差對於PCB佈局、錫膏鋼網設計以及確保貼片機正確置放至關重要。

5.2 焊盤配置與極性

底部視圖清晰顯示了焊盤佈局。中央的大型矩形焊盤是散熱焊盤（陰極），對於將熱量傳導至PCB至關重要。兩個較小的電氣焊盤位於一側：一個用於陽極，一個用於陰極。圖中標示了極性。陰極通常連接到散熱焊盤和其中一個較小的焊盤。組裝時必須正確識別極性，以防止元件故障。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊接製程

此LED適用於標準表面黏著技術(SMT)製程。資料手冊提供了一份迴流溫度曲線圖，其中包含關鍵參數：預熱區、快速升溫至峰值溫度，以及受控的冷卻階段。建議的峰值溫度為260°C (+0°C/-5°C)，最長持續時間10秒。文件明確指出，迴流焊接不應執行超過兩次，以避免對封裝和內部接合造成過度的熱應力。必須避免加熱期間LED本體受到機械應力（例如來自PCB翹曲），且焊接後禁止彎折PCB，因為這可能導致焊點或陶瓷封裝本身破裂。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 型號命名規則解碼

完整訂購代碼（例如：ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G）是一個詳細的描述符：

• EL：製造商前綴。
• UA：UVA產品類型。
• 3535: 3.75mm x 3.75mm 封裝尺寸。
• N: 封裝材料為氮化鋁 (AlN)。
• U: 鍍層為金 (Au)。
• 3視角為30°。
• PXXXX峰值波長代碼（例如，6070代表360-370nm）。
• YY：最小輻射通量代碼。
• 3648 / 700 / 1K0：順向電壓範圍（3.6-4.8V）與順向電流（700mA 或 1000mA）。
• V41G: 晶片類型（垂直）、尺寸（43密耳）、數量（1）、製程（石英玻璃）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

UV Sterilization Systems: 對於空氣或水體消毒，265-280奈米波長範圍（UVC）對破壞DNA最為有效。然而，UVA LED（如此系列產品）則用於某些高級氧化程序（AOP），或針對對較長波長紫外線敏感之特定病原體的系統中，亦可與光催化劑結合使用。系統設計必須確保足夠的紫外線劑量（強度 × 時間）。
UV Photocatalyst: Typically using TiO₂光催化劑通常由紫外光激活，其中385奈米或395奈米波長為常用選項。設計時必須確保催化劑表面照射均勻並管理熱量，因為催化劑效率可能與溫度相關。
UV Sensor Light: 用於激發螢光或進行機器視覺檢測。穩定的輸出和特定波長是關鍵。恆流驅動器對於維持穩定的光學輸出至關重要，並且可能需要使用光學濾波器來阻擋LED光譜中不需要的可見光。

8.2 Critical Design Considerations

熱管理： 這是影響效能與使用壽命最關鍵的單一因素。請使用在熱墊下方具有足夠散熱孔的PCB，並將其連接到大面積銅層或外部散熱器。4°C/W的熱阻值是從接面到LED熱墊的數值；系統到環境的整體熱阻設計必須確保T_J 遠低於105°C。
電氣驅動： 務必使用恆流驅動器，而非恆壓源。驅動器必須能夠提供所需電流（700mA或1000mA）以及足以涵蓋所選分檔完整V_F 範圍的電壓，並保留一定餘裕。如需調光，建議採用脈衝寬度調變（PWM）而非類比降流方式，以避免色彩/波長偏移。
光學設計： 30度的視角提供了相對集中的光束。可以使用透鏡或反射器來為目標區域塑形光線。確保任何光學材料（透鏡、視窗）是紫外光可穿透的（例如石英、特定的紫外光級塑膠），因為標準玻璃和許多塑膠會吸收UVA輻射。

9. 技術比較與差異化

雖然資料表中未提供與其他品牌的直接並排比較，但可以推斷出此系列的關鍵差異化特點。與低功率LED常用的塑膠封裝相比，使用陶瓷AlN封裝提供了更優異的熱性能，從而實現更高的驅動電流和更好的可靠性。包含2KV ESD保護是一項重要的穩健性特點，在競爭產品中並不總是具備。針對三個參數（光通量、波長、電壓）的詳細分檔允許進行高精度的系統設計並確保量產的一致性，這相對於公差較寬鬆或分檔選項較少的產品可能是一項優勢。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q: 為什麼365nm LED的最大電流只有700mA，而其他波長的是1250mA？
A: 這主要是因為用於實現較短365nm波長的半導體材料特性不同。該材料體系（例如AlGaN中較高的鋁含量）通常具有較低的導電性和較高的缺陷密度，導致最大電流密度降低和熱阻增加。在較低電流下工作可確保可靠性並防止加速老化。

Q: 我可以用3.3V電源驅動這個LED嗎？
A: 不行。其順向電壓範圍為3.6V至4.8V。3.3V的電源不足以點亮LED或產生任何有意義的光輸出。需要一個能提供至少4.8V（加上驅動器壓降）的驅動電路。

Q: 我該如何解讀「Typical Radiant Flux」值？
A: 「典型」值是生產單位的統計平均值或中位數。為了確保設計中的性能得到保證，您必須使用分級表中的「最小值」。若以典型值進行設計，可能導致系統中的某些單位性能不佳。

Q: 散熱片是否絕對必要？
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 為4.2V的情況下，功耗為4.2W。從焊盤到接面的溫升約為4.2W * 4°C/W = 16.8°C。如果PCB焊盤溫度達到85°C，接面溫度已約為102°C，非常接近105°C的最高限值。為了可靠運作，有效的散熱是必不可少的。

11. 實務設計與應用案例

案例：為表面固化之多LED紫外光陣列設計PCB。
一位工程師正在為一款低功率紫外線黏合劑固化站，設計一個由十二顆395nm LED組成的陣列。每顆LED將以1000mA驅動。 步驟 1 - PCB 佈局： PCB 採用 2oz 銅箔設計。創建了一個與 LED 封裝匹配的專用散熱焊盤，其中佈滿了連接到大型內部接地層和底部銅箔的散熱過孔網格（例如，直徑 0.3mm，間距 1mm），該底部銅箔將透過熱介面材料貼附到鋁製散熱器上。 步驟 2 - 電氣設計： 選擇一款能夠提供總計12A恆定電流的LED驅動IC（或多個較小的驅動器）。檢查驅動器的輸出電壓能力，以確保其能夠處理以4串聯/3並聯配置連接的12顆LED，並考量每顆LED最高4.8V的電壓。_F 每顆LED為4.8V。 步驟三 - 光學整合： 在陣列上方放置一片石英玻璃蓋以保護LED。根據目標固化表面所需的輻照度計算距離，使用分檔中的最小輻射通量值（1350mW）及30°光束角來估算照射光斑尺寸與強度。

12. 原理介紹

UVA LED 的運作基於半導體材料中的電致發光原理。當在 LED 晶片的 p-n 接面施加正向電壓時，電子和電洞會被注入主動區。它們的復合會以光子的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由主動區所用半導體材料的能隙能量決定。為了產生 UVA 光（約 315-400nm），會使用具有特定組成的氮化銦鎵（InGaN）或氮化鋁鎵（AlGaN）等材料。陶瓷封裝主要作為機械支撐、電絕緣體，最重要的是，它作為高效的熱傳導路徑，將熱量從半導體接面導出，這對於維持效能和使用壽命至關重要。

13. 發展趨勢

UV LED領域，特別是UVA和UVB，正穩步發展。從此類數據手冊的產品中可觀察到的主要趨勢包括： 功率與效率提升： 持續的材料研究旨在降低效率衰減並提升光提取效率，從而在相同或更小的封裝尺寸下實現更高的輻射通量。 改善的熱管理： 如圖所示，使用如AlN等先進陶瓷基板來管理日益增加的熱負載，對於高功率元件而言正變得更加標準化。 標準化與分級： 隨著市場趨於成熟，更精細且標準化的分檔代碼（如示例所示）有助於將LED整合至可預測且具重現性的系統中。 波長擴展與控制： 研究持續朝更短、更高效的波長（深入UVB與UVC波段）推進，並為特殊應用提供對峰值波長與頻譜寬度的更精準控制。 系統整合： 目前趨勢朝向更多即用型模組，這些模組包含LED、驅動器、光學元件，有時還包含感測器，從而簡化終端使用者的設計流程。