ELUC3535NUB UVC LED 数据手册 - 3.5x3.5x1.3mm - 5.0-7.5V - 0.13W - 270-285nm - 英文技术文档

1. 产品概述

ELUC3535NUB系列代表了一款专为紫外线C（UVC）应用设计的高可靠性、基于陶瓷的LED解决方案。该产品旨在以杀菌效果为首要要求的严苛环境中提供稳定性能。其核心结构采用陶瓷基板，相比传统塑料封装提供了更优异的热管理能力，这是维持UVC应用中LED寿命和输出稳定性的关键因素。

该元件的主要目标市场是消毒与灭菌领域。这包括水净化系统、空气消毒设备、表面消毒设备以及医疗器械灭菌等应用。产品的设计优先考虑了这些用途所必需的关键因素：杀菌波段的光功率、确保长久使用的坚固结构，以及与标准表面贴装技术（SMT）组装工艺的兼容性。

2. 技术参数深度解析

2.1 绝对最大额定值

该器件的最大直流正向电流 (I_F) 额定值为 100 mA。然而，订购信息中规定的典型工作条件为 20 mA。这种降额对于确保长期可靠性并防止半导体结加速老化至关重要。最高结温 (T_J结温为100°C，结至环境的热阻为65°C/W。该热阻值是散热器设计的关键参数；超过结温可能导致灾难性故障或光通量输出显著降低。_th结至环境的热阻为65 °C/W。该热阻值是散热器设计的关键参数；超过结温可能导致灾难性故障或光通量输出显著降低。

该器件提供高达2 kV的ESD保护，符合大多数制造环境中处理的标准防护等级。其工作温度范围为-30°C至+85°C，存储温度范围为-40°C至+100°C，确保适用于全球各种气候和存储条件。

2.2 光度与电气特性

其主要光度输出以辐射通量（mW）而非光通量（lm）衡量，因为这是一个不可见的紫外发射器。在标称20 mA驱动电流下，典型辐射通量为2 mW，所列订单代码保证最小值为1 mW，最大值为2.5 mW。峰值波长在270 nm至285 nm范围内，属于杀菌作用最有效的波段，可破坏微生物的DNA/RNA。

在电气特性上，其正向电压（V_F）在20 mA电流下范围为5.0 V至7.5 V。这种相对较高的正向电压是深紫外LED的典型特征。典型的视角为120°，该角度定义为光强降至峰值一半时所对应的角度（2θ_1/2）。

3. 分档系统说明

该产品依据详细的分档系统进行分类，以确保满足特定应用的一致性要求。该系统涵盖三个关键参数：辐射通量、峰值波长和正向电压。

3.1 辐射通量分档

辐射通量分为三个等级：Q0A (1.0-1.5 mW)、Q0B (1.5-2.0 mW) 和 Q0C (2.0-2.5 mW)。这使得设计人员能够根据系统所需的光功率输出来选择LED，其公差范围比整体的最小/最大规格更为严格。

3.2 峰值波长分级

峰值波长对UVC效能至关重要。分级区间为：U27A (270-275 nm)、U27B (275-280 nm) 和 U28 (280-285 nm)。不同病原体在UVC光谱内的敏感峰值各不相同，因此这种分级方式有助于实现系统设计的优化。

3.3 正向电压分级

正向电压以0.5V为增量从5.0V到7.5V进行分级（例如，5055代表5.0-5.5V，5560代表5.5-6.0V，依此类推）。一致的V_F 阵列内部简化了驱动器设计，确保多个LED并联时电流分布均匀。

4. 性能曲线分析

4.1 光谱

光谱分布曲线显示，在指定波长（例如~275nm）附近有一个狭窄的发射峰，在UVC波段之外的发射极少。这种光谱纯度是有利的，因为它确保了能量集中在杀菌波段。

4.2 Relative Radiant Flux vs. Forward Current

该曲线呈现亚线性关系。虽然输出随电流增加而增加，但在较高电流下，由于结温升高和其他非理想效应，效率（mW/mA）会下降。这凸显了热管理和在推荐条件下运行的重要性。

4.3 正向电流与正向电压

I-V 曲线显示了典型的二极管指数关系。明确标出了在20mA下的指定 V_F 范围。该曲线对于设计恒流驱动器至关重要，因为电压的微小变化可能导致电流的巨大变化。

4.4 相对辐射通量 vs. 环境温度

该曲线显示了LED输出的负温度系数。随着环境温度（以及随之而来的结温）升高，辐射通量会下降。在系统设计中必须考虑这种热衰减，以确保在整个工作温度范围内保持一致的消毒性能。

4.5 降额曲线

降额曲线是确保可靠运行最为关键的图表。它定义了最大允许正向电流与环境温度的函数关系。为防止超过最高结温，驱动电流必须随环境温度升高而降低。例如，在环境温度为85°C时，最大允许电流显著低于100mA的绝对最大额定值。

5. 机械与封装信息

5.1 机械尺寸

该封装占板面积紧凑，为3.5 mm x 3.5 mm，高度为1.3 mm。尺寸图明确了阳极（焊盘2）、阴极（焊盘1）和中央散热焊盘（焊盘3）的位置。散热焊盘对于有效的散热至关重要；必须将其妥善焊接至PCB上的导热焊盘，该焊盘应连接至内部接地层或外部散热器。

5.2 发射极卷带包装

LED以压纹载带形式提供，卷绕在容纳1000件的卷盘上。提供载带尺寸和卷盘规格（例如，180mm卷盘直径）以确保与自动贴片机的兼容性。元件进一步封装在含干燥剂的防潮铝袋内，以防止储存期间吸湿，这对于陶瓷封装器件至关重要，可避免回流焊过程中出现“爆米花”现象。

6. 焊接与组装指南

ELUC3535NUB适用于标准SMT回流焊接工艺。关键建议包括：使用符合元件热限值的无铅回流温度曲线，在加热和冷却过程中避免对LED施加机械应力，并将回流焊接次数限制在最多两次。焊接后，不应弯曲PCB，因为这会对焊点和陶瓷基体产生机械应力，可能导致开裂或失效。

7. 应用建议与设计考量

7.1 典型应用场景

• 静态空气消毒： 用于HVAC系统或空气净化器，UVC光照射空气流经的腔室。
• 表面消毒： 集成于设备中，用于对手机、工具或台面进行消毒。
• 水体杀菌： 应用于即用型净水器中，水流经装有UVC LED的透明石英套管。

7.2 关键设计考量

• 热管理： 这是最重要的因素。使用在散热焊盘下方带有热过孔的PCB，并将其连接到大的铜箔区域或外部散热器。需监控结温。
• 驱动电流： 为延长使用寿命，请在建议的20mA或更低电流下工作。请使用恒流驱动器，而非恒压电源。
• 光学材料： 输出窗口为石英玻璃。确保任何二次光学元件或保护罩均采用透紫外材料（例如熔融石英、某些特种塑料）制成。标准玻璃和大多数塑料会吸收UVC辐射。
• 安全： UVC辐射对眼睛和皮肤有害。设备外壳必须在运行时防止任何紫外线泄漏。如果外壳在使用过程中可被打开，应包含联锁开关。

8. Technical Comparison and Differentiation

ELUC3535NUB的主要差异化优势在于其陶瓷封装（AIN - 氮化铝）和石英玻璃透镜。陶瓷封装相比塑料材质（如PPA、PCT）具有显著更优的导热性，可在相同驱动电流下实现更低的工作结温，这直接转化为更长的使用寿命和更稳定的光输出。石英玻璃透镜相比硅胶或环氧树脂透镜，具有更优异的紫外光透过率和抗黑化（劣化）能力，后者在长期UVC照射下性能会衰退。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以用100mA驱动这个LED以获得更高输出吗？
答：不可以。100mA额定值是绝对最大额定值，而非工作条件。超过典型的20mA驱动电流将急剧增加结温，导致输出快速衰减并可能造成器件损坏。请务必遵循降额曲线。

问：为什么正向电压如此之高且变化范围大（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: 如何理解1mW的“最小辐射通量”？
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. 实用设计案例研究

场景： 设计一款紧凑型USB供电表面消毒棒。
设计步骤：
1. 功率预算： USB端口提供5V，最大电流约500mA。LED V_F (5-7.5V)高于电源电压，需要使用升压转换器恒流驱动器。
2. 热设计： 手柄外壳尺寸较小。需选用高导热金属基板（MCPCB）。将LED的散热焊盘直接焊接在MCPCB上。MCPCB的金属基底将作为主要散热器，并构成手柄本体的一部分。
3. 光学设计： 使用浅反射器将120°光束导向目标表面。确保反射器材料具有UVC稳定性（例如，带保护涂层的铝材）。
4. 安全： 设计一个仅在魔杖按压表面时才会打开的遮光板，以阻挡UVC泄漏。包含一个定时器电路，用于限制每次启动的照射时长。
5. 组件选择： 若使用多个LED，请从单一正向电压分档（例如5055）中选择LED，以简化驱动器设计。根据所需的辐照剂量和治疗时间选择合适的辐射通量分档。

11. 工作原理

UVC LED是一种通过电致发光在紫外光谱（UVC特指200-280nm）中发射光子的半导体器件。当在p-n结上施加正向电压时，电子和空穴被注入有源区。它们的复合以光子的形式释放能量。这些光子的波长由有源区所用半导体材料（通常是氮化铝镓 - AlGaN）的带隙能量决定。较窄的带隙导致较长的波长（可见光/红外光），而UVC发射所需的极宽带隙是通过AlGaN层中的高铝含量实现的。

12. 技术趋势

UVC LED市场的发展受到对无汞、即时启动、紧凑且坚固的消毒解决方案的需求所驱动。主要趋势包括：
提升电光转换效率： 研究重点在于提升内量子效率（IQE）和光提取效率（LEE），以将更多电输入转化为UVC光输出，从而降低功耗与发热。
更高输出功率： 多芯片封装技术的开发与外延工艺的改进，正稳步提升单器件的辐射通量，从而能够处理更大体积或缩短照射时间。
更长使用寿命： 封装材料（如本文所用的陶瓷和石英）、芯片贴装技术和半导体可靠性的改进，正在延长UVC LED的工作寿命（L70/B50），使其更适合连续运行的应用场景。
成本降低： 随着生产规模的扩大和工艺的成熟，UVC输出每毫瓦的成本正在下降，从而拓宽了其应用范围，使其不再局限于小众市场。