ELUC3535NUB UVC LED 資料手冊 - 3.5x3.5x1.3mm - 5.0-7.5V - 0.13W - 270-285nm - 英文技術文件

1. 產品概述

ELUC3535NUB系列代表了一款專為紫外線C（UVC）應用設計的高可靠性、陶瓷基LED解決方案。此產品旨在於以殺菌效能為關鍵要求的嚴苛環境中提供穩定性能。其核心結構採用陶瓷基板，相較於傳統塑料封裝，能提供更優異的熱管理能力，這對於維持UVC應用中LED的使用壽命和輸出穩定性至關重要。

此元件的主要目標市場是消毒與滅菌領域。這包括諸如淨水系統、空氣淨化裝置、表面消毒設備以及醫療器械滅菌等應用。產品的設計優先考慮了對這些用途至關重要的因素：殺菌波段的光功率、確保長使用壽命的堅固結構，以及與標準表面貼裝技術（SMT）組裝製程的相容性。

2. Technical Parameter Deep Dive

2.1 絕對最大額定值

此元件額定最大直流順向電流 (I_F) 為 100 mA。然而，訂購資訊中指定的典型工作條件為 20 mA。此降額使用對於確保長期可靠性及防止半導體接面加速劣化至關重要。最高接面溫度 (T_J) 為 100°C，其熱阻 (R_th) 從接面到環境為 65 °C/W。此熱阻值是散熱器設計的關鍵參數；超過接面溫度可能導致災難性故障或顯著降低輻射通量輸出。

該元件提供高達 2 kV（人體放電模型）的 ESD 防護，這是大多數製造環境中處理的標準防護等級。其工作溫度範圍為 -30°C 至 +85°C，儲存溫度範圍為 -40°C 至 +100°C，確保適用於全球各種氣候與儲存條件。

2.2 光度與電氣特性

主要光度輸出以輻射通量（mW）而非光通量（lm）量測，因為此為不可見的紫外線發射器。在標稱20 mA驅動電流下，典型輻射通量為2 mW，所列訂購代碼保證最小值為1 mW，最大值為2.5 mW。峰值波長落在270 nm至285 nm範圍內，此波段為最有效的殺菌作用波段，能破壞微生物的DNA/RNA。

在電氣特性上，於20 mA電流下的順向電壓（V_F）範圍為5.0 V至7.5 V。此相對較高的順向電壓是深紫外線LED的典型特徵。其標準視角為120°，定義為光強度降至峰值一半時的角度（2θ_1/2）。

3. Binning System Explanation

本產品依據詳細的分級系統進行分類，以確保符合特定應用的一致性。此系統涵蓋三個關鍵參數：輻射通量、峰值波長與順向電壓。

3.1 Radiant Flux Bins

輻射通量分為三個等級：Q0A (1.0-1.5 mW)、Q0B (1.5-2.0 mW) 和 Q0C (2.0-2.5 mW)。這讓設計師能根據系統所需的光功率輸出選擇LED，其公差範圍比整體的最小/最大規格更為嚴格。

3.2 峰值波長分級

峰值波長對於UVC效能至關重要。分箱標準為：U27A (270-275 nm)、U27B (275-280 nm) 和 U28 (280-285 nm)。不同病原體在UVC光譜內的敏感度峰值各異，因此此分箱方式有助於實現系統設計的優化。

3.3 順向電壓分箱

順向電壓以0.5V為增量進行分箱，範圍從5.0V至7.5V（例如，5055代表5.0-5.5V，5560代表5.5-6.0V，依此類推）。一致的V_F 在陣列內部簡化了驅動器設計，確保多個LED並聯連接時電流分佈均勻。

4. 性能曲線分析

4.1 光譜

光譜分佈曲線顯示出一個以指定波長（例如，約275nm）為中心的窄發射峰，在UVC波段外的發射極少。這種光譜純度具有優勢，因為它能確保能量集中在殺菌範圍內。

4.2 Relative Radiant Flux vs. Forward Current

該曲線呈現出次線性關係。雖然輸出隨電流增加而增加，但在較高電流下，由於接面溫度升高和其他非理想效應，效率（mW/mA）會下降。這凸顯了熱管理以及在建議條件下運作的重要性。

4.3 順向電流對順向電壓

I-V 曲線顯示了二極體典型的指數關係。在 20mA 下的指定 V_F 範圍已明確標示。此曲線對於設計恆流驅動器至關重要，因為電壓的微小變化可能導致電流大幅改變。

4.4 相對輻射通量 vs. 環境溫度

此曲線顯示了LED輸出的負溫度係數。隨著環境（以及接面）溫度升高，輻射通量會下降。在系統設計中必須考量此熱衰減效應，以確保在整個工作溫度範圍內都能維持一致的消毒效能。

4.5 降額曲線

降額曲線是確保可靠運作最關鍵的圖表。它定義了最大允許順向電流與環境溫度的函數關係。為防止超過最高接面溫度，驅動電流必須隨著環境溫度升高而降低。例如，在環境溫度85°C時，最大允許電流顯著低於100mA的絕對最大額定值。

5. 機械與封裝資訊

5.1 機械尺寸

該封裝佔板面積緊湊，僅為 3.5 mm x 3.5 mm，高度為 1.3 mm。尺寸圖標明了陽極（焊盤 2）、陰極（焊盤 1）以及中央散熱焊盤（焊盤 3）的位置。散熱焊盤對於有效的散熱至關重要；必須將其妥善焊接至 PCB 上的導熱焊盤，該焊盤應連接到內部接地層或外部散熱器。

5.2 發射體帶狀與捲盤包裝

LED以凸紋載帶供應，捲繞於每捲1000顆的捲盤上。提供載帶尺寸與捲盤規格（例如：180mm捲盤直徑）以確保與自動貼片機相容。元件進一步包裝於含乾燥劑的防潮鋁袋中，以防止儲存期間吸濕，這對於陶瓷封裝避免迴焊時產生「爆米花」現象至關重要。

6. 焊接與組裝指南

ELUC3535NUB適用於標準SMT迴流焊接製程。關鍵建議包括：使用符合元件耐熱限制的無鉛迴焊溫度曲線、避免LED在加熱與冷卻過程中承受機械應力，並將迴焊次數限制至最多兩次。焊接完成後，不可彎折PCB，否則可能使焊點與陶瓷基體承受機械應力，進而導致裂損或故障。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用場景

• 靜態空氣消毒： 用於HVAC系統或空氣淨化器，UVC光照射空氣流經的腔室。
• 表面消毒： 整合於裝置中，用於消毒手機、工具或檯面。
• 水體滅菌： 應用於使用點淨水器，水流經內含LED的UVC透明石英套管。

7.2 關鍵設計考量

• 熱管理： 這是最重要的單一因素。使用在散熱焊盤下方佈有熱導孔的PCB，並將其連接到大面積銅箔或外部散熱器。監測接面溫度。
• 驅動電流： 為確保使用壽命，請在建議的20mA或更低電流下操作。請使用恆流驅動器，而非恆壓源。
• 光學材料： 輸出視窗為石英玻璃。確保任何二次光學元件或保護罩均採用可透射UVC的材料（例如熔融石英、某些特殊塑料）。標準玻璃和大多數塑料會吸收UVC輻射。
• 安全： UVC輻射對眼睛和皮膚有害。設備外殼必須在運行時防止任何紫外光洩漏。若使用期間外殼可能被打開，應包含連鎖開關。

8. Technical Comparison and Differentiation

ELUC3535NUB的主要差異化特點在於其陶瓷封裝（AIN - 氮化鋁）和石英玻璃透鏡。陶瓷封裝的導熱性顯著優於塑料（例如PPA、PCT），這使得在相同驅動電流下工作接面溫度更低，直接轉化為更長的使用壽命和更穩定的輸出。與矽膠或環氧樹脂透鏡相比，石英玻璃透鏡提供更優異的紫外光透射率和抗變黑（日光化）能力，後者在長時間UVC照射下可能會劣化。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q: 我能否以100mA驅動此LED以獲得更高輸出？
A: 不行。100mA額定值是絕對最大額定值，而非工作條件。超過典型的20mA驅動電流將急遽增加接面溫度，導致輸出快速衰減並可能造成元件故障。請務必遵循降額曲線。

Q: 為何正向電壓如此高且變化範圍大（5.0-7.5V）？
A> The high bandgap energy required to emit UVC photons results in a higher forward voltage. The variation is inherent to semiconductor manufacturing processes, which is why the binning system is provided. Design your driver circuit to accommodate the full voltage range of your selected bin.

Q: 我該如何解讀「最小輻射通量」為1mW？
A> This is the guaranteed lower limit for the specific order code. The typical value is 2mW, and most devices will perform near this. The binning system (Q0A/B/C) allows you to purchase parts with a tighter, guaranteed minimum within that overall range.

10. Practical Design Case Study

情境： 設計一款緊湊的USB供電表面消毒棒。
設計步驟：
1. 功率預算： USB port provides 5V, ~500mA max. The LED V_F (5-7.5V)高於電源電壓，需要升壓型恆流驅動器。
2. 散熱設計： 魔杖外殼體積小，需選用高導熱係數的金屬基板（MCPCB）。將LED的散熱焊盤直接焊接在MCPCB上。MCPCB的金屬基底將作為主要散熱器，同時也是魔杖本體的一部分。
3. 光學設計： 使用淺反射器將120°光束導向目標表面。確保反射器材料具有UVC穩定性（例如，帶有保護塗層的鋁材）。
4. 安全： 設計一個僅在魔杖按壓於表面時才會開啟的快門，以阻擋UVC洩漏。包含一個計時器電路，以限制每次啟動的照射時間。
5. 元件選擇： 若使用多顆LED，請從單一順向電壓分檔（例如5055）中選擇LED，以簡化驅動器設計。根據所需的劑量和治療時間，選擇適當的輻射通量分檔。

11. 工作原理

UVC LED是一種透過電致發光在紫外線光譜（UVC特指200-280nm）中發射光子的半導體元件。當順向電壓施加於p-n接面時，電子和電洞被注入主動區。它們的復合以光子的形式釋放能量。這些光子的波長由主動區所用半導體材料（通常是氮化鋁鎵 - AlGaN）的能隙能量決定。較窄的能隙會產生較長的波長（可見光/紅外線），而UVC發射所需的極寬能隙，則是透過AlGaN層中的高鋁含量來實現。

12. 技術趨勢

UVC LED市場的成長，主要受惠於對無汞、即時啟動、結構緊湊且穩健的消毒解決方案之需求。關鍵趨勢包括：
提升電光轉換效率： 研究重點在於提升內部量子效率（IQE）與光提取效率（LEE），以將更多電能輸入轉化為UVC光輸出，從而降低功耗與熱量產生。
更高輸出功率： 多晶片封裝的發展與改進的外延製程正穩步提升單一裝置的輻射通量，從而能夠處理更大體積或縮短照射時間。
更長使用壽命： 封裝材料（如本文使用的陶瓷與石英）、晶片黏著技術以及半導體可靠性的改進，正不斷延長UVC LED的操作壽命（L70/B50），使其更適用於需連續運作的應用場景。
成本降低： 隨著製造規模擴大與製程趨於成熟，UVC輸出每毫瓦的成本正持續下降，這使得其應用範圍得以從利基市場擴展至更廣泛的領域。