UVC LED LTPL-G35UV275PB 規格書 - 3.5x3.5x1.05mm - 典型值 6.0V - 峰值波長 275nm - 典型值 16mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTPL-G35UV 產品系列代表了一種革命性且節能的發光光源，專為殺菌與醫療應用所設計。此技術融合了發光二極體（LED）固有的長壽命與高可靠性，以及足以取代傳統紫外線光源的性能特點。它提供了顯著的設計自由度，為固態 UVC 解決方案在嚴苛環境中開創了新的機會。

本產品的關鍵特色包括其與積體電路（I.C.）的相容性、符合 RoHS 環保標準（無鉛），以及相較於傳統水銀燈等紫外線技術，具有潛在的較低運作與維護成本。

1.1 核心優勢與目標市場

此 UVC LED 的主要優勢在於其固態特性，這意味著具備即時開/關能力、無需暖機時間，且不含水銀等有害物質。目標市場聚焦於需要精確、可靠且安全的紫外線照射之應用。這包括但不限於：醫療器材的表面消毒系統、空氣與水淨化裝置，以及生命科學與醫療保健領域的分析儀器。本產品專為開發新一代殺菌解決方案的工程師與系統整合商所設計，這些解決方案要求緊湊的外型尺寸、數位可控性與更高的安全性。

2. 外型與機械尺寸

此 LED 封裝採用緊湊的表面黏著設計。所有關鍵尺寸均以毫米為單位提供，標準公差為 ±0.2mm，除非另有說明。物理外型對於 PCB 佈局與熱管理設計至關重要，確保從晶片接合點到焊點及印刷電路板的對位、焊接與散熱均能妥善進行。

3. 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應力極限。不保證在或接近這些極限下運作，為確保可靠性能應予以避免。

• 功率消耗（P_O）：1.05 W
• 直流順向電流（I_F）：）：
• 操作溫度範圍（T_opr）：-40°C 至 +80°C
• 儲存溫度範圍（T_stg）：-40°C 至 +100°C
• 接面溫度（T_j):115°C

重要注意事項：在逆向偏壓條件下長時間操作 LED 可能導致元件損壞或失效。在可能出現逆向電壓的應用中，建議採用適當的電路保護（例如串聯二極體或 TVS）。

4. 電光特性

這些參數是在環境溫度（T_a）為 25°C 下量測，定義了元件在指定測試條件下的典型性能。

量測備註：
1. 輻射通量是使用積分球量測的總光功率輸出。
2. 順向電壓量測公差為 ±0.1V。
3. 峰值波長量測公差為 ±3nm。
4. 輻射通量量測公差為 ±10%。
5. 熱阻值是參考使用 2.0cm x 2.0cm x 0.17cm 鋁製金屬核心 PCB（MCPCB）所得。

5. 分級代碼與分類系統

LED 會根據性能進行分級，以確保一致性。分級代碼標示於每個包裝袋上。

5.1 順向電壓（V_F）分級

每個分級的公差為 ±0.1V。

5.2 輻射通量（Φ_e）分級

每個分級的公差為 ±10%。

5.3 峰值波長（λ_P）分級

每個分級的公差為 ±3nm。

6. 典型性能曲線與分析

以下曲線提供了元件在不同電氣與熱條件下（除非註明，否則在 25°C 環境溫度下量測）的行為洞察。

6.1 相對光譜分佈

此曲線顯示了以峰值波長（例如 275nm）為中心的發射光譜。LED 的光譜通常較窄，這有利於針對殺菌中的特定光化學反應，而不會發射不必要或有害的波長。

6.2 輻射圖型（視角）

輻射特性圖說明了光強度的角度分佈。典型的 120° 視角（2θ_1/2）表示為朗伯或寬光束圖型，這對於均勻照射近距離表面非常有用。

6.3 相對輻射通量 vs. 順向電流

此圖表展示了驅動電流與光學輸出之間的關係。輻射通量通常隨電流增加而增加，但在較高電流下會因效率下降和接面溫度升高而呈現次線性增長。此曲線對於確定平衡輸出與壽命的最佳工作點至關重要。

6.4 順向電壓 vs. 順向電流

I-V 曲線顯示了二極體典型的指數關係。順向電壓隨電流增加而增加。理解此曲線對於設計適當的恆流驅動器以確保穩定運作至關重要。

6.5 相對輻射通量 vs. 接面溫度

這是熱管理的關鍵曲線。UVC LED 的效率會隨著接面溫度上升而降低。此圖量化了這種降額，強調了有效散熱對於維持高輸出和長元件壽命的重要性。

6.6 順向電壓 vs. 接面溫度

順向電壓通常具有負溫度係數（隨溫度升高而降低）。此特性有時可用於間接溫度監測。

6.7 順向電流降額曲線

此曲線定義了最大允許順向電流與環境或外殼溫度的函數關係。為防止超過最大接面溫度（115°C），在較高環境溫度下運作時必須降低驅動電流。遵循此曲線是確保可靠運作的必要條件。

7. 可靠性測試與標準

全面的可靠性測試計畫驗證了 LED 的長期性能與穩健性。

7.1 測試條件

備註：操作壽命測試是將 LED 安裝在 90x70x4mm 鋁製散熱片上進行。

7.2 失效標準

測試後，元件將根據以下標準進行判斷：
- 順向電壓（V_F）：在 I_F= 100mA 下量測時，變化不得超過初始值的 +10%。
- 輻射通量（Φ_e）：在 I_F= 100mA 下量測時，輸出不得低於初始值的 50%。

8. 組裝與操作指南

8.1 建議迴焊溫度曲線

對於無鉛組裝，建議採用以下溫度曲線以防止 LED 封裝受到熱損傷：

• 平均升溫速率（T_L至 T_P）：最大 3°C/秒
• 預熱：150°C 至 200°C，持續 60-120 秒（t_S)
• 液相線以上時間（T_L=217°C）：60-150 秒（t_L)
• 峰值溫度（T_P）：最高 260°C（建議 245°C）
• 峰值溫度 ±5°C 內時間（t_P）：10-30 秒
• 降溫速率：最大 6°C/秒
• 總時間（25°C 至峰值）：最大 8 分鐘

8.2 PCB 焊墊佈局建議

提供了表面黏著焊墊的建議佈局，以確保形成適當的焊點和機械穩定性。此焊墊規格的公差為 ±0.1mm。

8.3 包裝：載帶與捲盤規格

LED 以壓紋載帶和捲盤包裝供應，適用於自動化組裝。
- 捲盤尺寸：7 英寸。
- 每捲最大數量：500 顆（剩餘最小包裝量為 100 顆）。
- 包裝符合 EIA-481-1-B 規範。
- 空位以蓋帶密封。
- 最多允許連續兩個缺失元件。

9. 重要注意事項與應用備註

9.1 清潔

若焊接後需要清潔，僅可使用酒精類溶劑，如異丙醇。未指定的化學清潔劑可能會損壞 LED 封裝材料（例如透鏡或封裝膠），並降低性能或可靠性。

9.2 驅動方法與一般注意事項

LED 是電流驅動元件。必須使用恆流源而非恆壓源來操作，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動電路應設計為限制突波電流並提供對電氣暫態（ESD、突波）的保護。

額外焊接備註：
1. 可進行手工焊接，烙鐵頭最高溫度 300°C，每個焊墊最多持續 2 秒，且僅限一次。
2. 迴焊最多可執行三次。
3. 所有溫度規格均指封裝頂部。
4. 不建議從峰值溫度進行快速冷卻過程。
5. 始終建議使用能形成可靠焊點的最低可能焊接溫度。
6. 浸焊不是此元件的建議或保證組裝方法。

10. 技術深入探討與設計考量

10.1 熱管理的重要性

從接面到焊點的熱阻（R_{th j-s}）典型值為 30 K/W。對於 UVC LED 而言，有效的散熱是不可妥協的。產生 UVC 的高光子能量會在半導體接面處產生大量熱量。若沒有適當的散熱，接面溫度將會升高，導致光通量加速衰減、波長偏移，最終導致災難性故障。設計人員必須使用適當的 MCPCB 或其他熱管理策略，將 T_j保持在遠低於 115°C 的最大值，理想情況下為 80°C 或更低，以獲得最長壽命。

10.2 殺菌效能的光學設計

275nm 的峰值波長位於殺菌有效範圍內（約 260nm-280nm），此範圍內 DNA/RNA 的吸收率高。相關指標是輻射通量（mW），而非光通量（lm）。系統設計必須確保目標表面接收到所需的紫外線劑量（以 J/m² 或 mJ/cm² 為單位），這是輻照度（W/m²）與照射時間的乘積。寬廣的 120° 視角有助於均勻覆蓋，但會降低特定距離下的峰值輻照度。對於聚焦應用，可能需要二次光學元件。

10.3 電氣介面與驅動器選擇

在 100mA 下典型順向電壓為 6.0V，此 LED 需要一個能夠提供高達 150mA 穩定恆流且順從電壓高於 7.0V 的驅動器。考慮到 V_F的負溫度係數，簡單的電阻限流是不夠且危險的，因為它可能導致熱失控。專用的 LED 驅動器 IC 或設計得當的線性/開關模式恆流電路至關重要。驅動器還應包含軟啟動和過壓保護功能。

10.4 材料相容性與安全性

275nm 的 UVC 輻射能量極高，會降解許多有機材料，包括組裝中使用的塑膠、黏合劑和電線絕緣層。光路中及 LED 附近的所有材料都必須能承受 UVC 照射。此外，UVC 對人體皮膚和眼睛有害。任何終端產品都必須包含足夠的屏蔽、連鎖系統和警告標籤，以確保使用者安全，並符合相關的雷射產品或光安全標準（例如 IEC 62471）。

11. 與傳統紫外線技術的比較

LTPL-G35UV275PB 相較於傳統紫外線光源（如低壓水銀燈）具有明顯優勢：
優勢：
- 即時開/關：無需暖機或冷卻時間，可實現脈衝操作。
- 緊湊且堅固：固態，無易碎的玻璃管或燈絲。
- 無水銀：環保，避免有害物質處理問題。
- 波長特異性：窄發射光譜針對殺菌效能，不含多餘的 UV-A/UV-B。
- 數位控制：易於調光並可與智慧控制系統整合。
考量點：
- 每 mW 初始成本較高：儘管總持有成本可能較低。
- 熱管理：相較於某些傳統燈具，需要更主動的熱設計。
- 光學系統：由於發光面積較小且輻射圖型不同，可能需要不同的光學設計。

12. 應用情境與使用案例

• 表面消毒：整合到用於消毒醫療工具、智慧手機螢幕或醫院和公共場所中頻繁接觸表面的裝置中。
• 水淨化：用於免化學藥劑的即時或管線式水淨化器，以滅活細菌和病毒。
• 空氣殺菌：嵌入 HVAC 系統或便攜式空氣淨化器中，以處理循環空氣。
• 生命科學設備：在 PCR 工作站、生物安全櫃或交聯儀中提供紫外線照明。
• 消費性產品：用於牙刷、奶瓶或口罩等個人物品的緊湊型消毒器（需配備適當的安全外殼）。

13. 常見問題（FAQ）

問：此 UVC LED 的預期壽命是多少？
答：壽命通常定義為輻射通量衰減至 50%（L50）前的操作小時數。這在很大程度上取決於驅動電流和接面溫度。在典型的 100mA 下運作並配合良好的熱管理（低 T_j），可實現超過 10,000 小時的壽命，遠超過許多傳統紫外線光源。

問：我可以用 5V 電源驅動此 LED 嗎？
答：不行。典型順向電壓為 6.0V，最大可達 7.0V。5V 電源無法充分點亮 LED。需要升壓轉換器或具有更高輸出順從電壓的驅動器。

問：訂購時應如何解讀分級代碼？
答：根據您應用對電壓一致性、輸出功率和精確波長的需求，指定所需的 V_F分級（V1-V4）、Φ_e分級（X1-X3）和 λ_P分級（W1）。這可確保您收到特性緊密分組的 LED。

問：光輸出是可見的嗎？
答：不可見。275nm 的 UVC 輻射在可見光譜（400-700nm）之外。由於次要發射，LED 可能會有非常微弱的藍色/紫色光暈，但主要的殺菌輸出是不可見的。這種不可見性使得安全連鎖裝置更加關鍵。