ELUA3535NU6 4W Serie UVA LED Datenblatt - 3,75x3,75x2,6mm - 3,6-4,8V - 4W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELUA3535NU6-Produktserie stellt eine hochzuverlässige, keramikbasierte LED-Lösung dar, die speziell für anspruchsvolle Ultraviolett-A (UVA)-Anwendungen entwickelt wurde. Diese Serie ist für einen konsistenten Leistungsausgang in Umgebungen konzipiert, in denen Langlebigkeit und Stabilität der optischen Ausgangsleistung kritisch sind.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Serie ergeben sich aus ihrer robusten Konstruktion und elektrischen Auslegung. Die Verwendung eines Aluminiumnitrid (AlN)-Keramiksubstrats bietet eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, die für das Management der bei Hochleistungs-UV-Betrieb entstehenden Wärme und für die langfristige Zuverlässigkeit entscheidend ist. Das Bauteil verfügt über einen integrierten Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD) bis zu 2KV (Human Body Model), was die Handhabungsrobustheit während der Montage erheblich verbessert. Darüber hinaus ist das Produkt vollständig konform mit RoHS, EU REACH und halogenfreien Vorschriften (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), was es für globale Märkte mit strengen Umweltstandards geeignet macht. Die Zielanwendungen liegen hauptsächlich in industriellen und kommerziellen Bereichen, die UVA-Bestrahlung erfordern, einschließlich, aber nicht beschränkt auf UV-Sterilisationssysteme für Luft- und Wasseraufbereitung, UV-Photokatalysator-Aktivierung für die Oberflächenbehandlung und spezielle UV-Sensorbeleuchtung.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt spezifizierten Schlüsselparameter.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Für die Varianten 385nm, 395nm und 405nm beträgt der maximale Dauer-Vorwärtsstrom (I_F) 1250mA. Bemerkenswert ist, dass die 365nm-Variante eine niedrigere maximale Strombelastbarkeit von 700mA aufweist, was eine kritische Designüberlegung darstellt. Die maximale Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 105°C. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur thermischen Anschlussfläche (R_th) ist mit 4°C/W spezifiziert. Dieser Parameter ist für das Wärmemanagement-Design von entscheidender Bedeutung; beispielsweise kann der Temperaturanstieg von der Anschlussfläche zur Sperrschicht beim maximalen Nennstrom berechnet werden. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -10°C bis +100°C betrieben werden.

2.2 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die Bestellcode-Tabelle liefert die wichtigsten Leistungskennzahlen für verschiedene Wellenlängen-Bins. Der Strahlungsfluss, ein Maß für die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum, variiert je nach Modell. Für die 365nm-Version (ELUA3535NU6-P6070U23648700-V41G) beträgt der typische Strahlungsfluss 1300mW bei 700mA. Für die 385nm-, 395nm- und 405nm-Versionen beträgt der typische Strahlungsfluss 1475mW bei 1000mA. Die Vorwärtsspannung (V_F) für alle Modelle ist in einem Bereich von 3,6V bis 4,8V spezifiziert, gemessen bei ihren jeweiligen Testströmen. Dieser Bereich muss beim Design der Treiberschaltung berücksichtigt werden, um eine ordnungsgemäße Stromregelung sicherzustellen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt wird basierend auf drei Schlüsselparametern in Bins eingeteilt, um Konsistenz für den Endanwender sicherzustellen.

3.1 Peak-Wellenlängen-Binning

Das emittierte UV-Licht wird in vier verschiedene Wellenlängen-Bins kategorisiert: U36 (360-370nm), U38 (380-390nm), U39 (390-400nm) und U40 (400-410nm). Die Messung der Peak-Wellenlänge hat eine Toleranz von ±1nm. Dieses präzise Binning ermöglicht es Designern, den exakt für ihre Anwendung benötigten spektralen Ausgang zu wählen, beispielsweise um das Aktivierungsspektrum eines spezifischen Photokatalysators abzustimmen.

3.2 Strahlungsfluss-Binning

Auch der Strahlungsfluss wird gebinnt. Für die 365nm-Wellenlänge reichen die Bins von U1 (900-1000mW) bis U4 (1400-1600mW). Für die 385-405nm-Wellenlängen sind die Bins U51 (1350-1600mW) und U52 (1600-1850mW). Die Messtoleranz beträgt ±10%. Dieses System ermöglicht eine Auswahl basierend auf der erforderlichen optischen Leistungsdichte.

3.3 Vorwärtsspannungs-Binning

Die Vorwärtsspannung ist in drei Bins gruppiert: 3640 (3,6-4,0V), 4044 (4,0-4,4V) und 4448 (4,4-4,8V), gemessen beim spezifizierten Teststrom (700mA für 365nm, 1000mA für andere) mit einer Toleranz von ±2%. Die Kenntnis des V_F-Bins kann helfen, die Effizienz der Stromversorgung zu optimieren und die thermische Belastung vorherzusagen.

4. Analyse der Leistungskurven

Die typischen Kennlinien geben Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

4.1 Spektrum und relativer Strahlungsfluss vs. Strom

Die Spektraldiagramme zeigen deutliche Peaks für die verschiedenen Wellenlängenmodelle (365nm, 385nm, 395nm, 405nm) mit relativ schmalen spektralen Bandbreiten, wie sie für LED-Quellen typisch sind. Die Kurve für den relativen Strahlungsfluss in Abhängigkeit vom Vorwärtsstrom zeigt eine nahezu lineare Beziehung zwischen Treiberstrom und optischem Ausgang bis zum Nennstrom, was auf eine gute Effizienz im Betriebsbereich hinweist. Die 365nm-Kurve endet bei 700mA, was ihre niedrigere maximale Strombelastbarkeit widerspiegelt.

4.2 Thermische Eigenschaften

Das Diagramm für den relativen Strahlungsfluss in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ist entscheidend. Es zeigt, dass der Strahlungsfluss abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur (gemessen an der thermischen Anschlussfläche) steigt. Dieser thermische Droop-Effekt ist eine grundlegende Eigenschaft von LEDs. Die Abnahmerate variiert leicht zwischen den Wellenlängen, ist aber signifikant, was die Notwendigkeit einer effektiven Wärmeableitung zur Aufrechterhaltung der Ausgangsleistung unterstreicht. Die Kurve für die Vorwärtsspannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigt einen negativen Temperaturkoeffizienten, bei dem V_Fmit steigender Temperatur abnimmt, was für die Stabilität von Konstantstrom-Treibern wichtig ist.

4.3 Vorwärtsspannung und Peak-Wellenlängenverschiebung

Die Kurve für die Vorwärtsspannung in Abhängigkeit vom Vorwärtsstrom zeigt die standardmäßige exponentielle Form einer Diode. Die Kurven für die Peak-Wellenlänge in Abhängigkeit vom Vorwärtsstrom und von der Umgebungstemperatur zeigen, dass sich die Peak-Emissionswellenlänge leicht mit Änderungen des Treiberstroms und der Temperatur verschiebt. Diese Verschiebung liegt typischerweise in der Größenordnung weniger Nanometer und ist ein wichtiger Faktor in Anwendungen, die eine präzise spektrale Positionierung erfordern.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen

Die LED ist in einem Oberflächenmontagegehäuse (SMD) mit den Abmessungen 3,75mm (L) x 3,75mm (B) x 2,6mm (H) untergebracht. Die Maßzeichnung spezifiziert alle kritischen Längen, einschließlich der Linsenkuppelhöhe und der Anschlussflächenpositionen. Die allgemeine Toleranz beträgt ±0,1mm, und die Dickentoleranz beträgt ±0,15mm.

5.2 Anschlussflächenkonfiguration und Polarität

Die Draufsicht zeigt das Layout der Anschlussflächen deutlich. Das Gehäuse verfügt über mehrere thermische/elektrische Anschlussflächen. Die zentrale Fläche dient primär dem effizienten Wärmetransfer zur Kupferebene der Leiterplatte. Die umgebenden Flächen sind für die elektrische Verbindung vorgesehen. Die Polarität ist angegeben, wobei die Anoden- und Kathodenanschlussflächen deutlich markiert sind, um eine falsche Montage während der Bestückung zu verhindern.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprozess

Das Bauteil ist für Standard-Oberflächenmontagetechnik (SMT)-Prozesse geeignet. Das Datenblatt enthält ein Reflow-Lötprofil-Diagramm, das die empfohlenen Temperaturrampen, Haltezeiten, Spitzentemperaturen und Abkühlraten angibt. Wichtige Anweisungen umfassen: Der Reflow-Prozess sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden, um unangemessene thermische Belastung des internen Chips und der Bondverbindungen zu vermeiden. Mechanische Belastung des LED-Gehäuses während der Erwärmung sollte vermieden werden. Nach dem Löten sollte das Biegen der Leiterplatte vermieden werden, um Risse in den Lötstellen oder dem Keramikgehäuse zu verhindern.

6.2 Lagerung und Handhabung

Obwohl im bereitgestellten Auszug nicht explizit detailliert, sollten die Bauteile basierend auf den Betriebs- und Lagertemperaturgrenzwerten (T_Stg: -40°C bis +100°C) in einer trockenen, temperaturkontrollierten Umgebung gelagert werden. Trotz des integrierten 2KV-ESD-Schutzes sollten während der Handhabung Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Im Design ist ein Konstantstromtreiber für einen stabilen Betrieb zwingend erforderlich. Der Treiber muss so ausgewählt werden, dass er den erforderlichen Strom liefert (700mA für 365nm, bis zu 1000mA oder mehr für andere, innerhalb der absoluten Maximalgrenze) und muss den Vorwärtsspannungsbereich des ausgewählten Bins berücksichtigen. Eine ausreichende Wärmeableitung ist nicht verhandelbar. Die Leiterplatte sollte ein thermisch optimiertes Layout mit einer großen Kupferfläche aufweisen, die über mehrere Durchkontaktierungen mit der zentralen thermischen Anschlussfläche verbunden ist, um Wärme auf andere Lagen oder einen externen Kühlkörper abzuleiten.

7.2 Designüberlegungen

Thermisches Management:Berechnen Sie die erwartete Sperrschichttemperatur mit der Formel T_J= T_PCB+ (R_th* P_diss), wobei P_diss≈ V_F* I_F. Stellen Sie sicher, dass T_Junter 105°C bleibt.

Optisches Design:Der 60°-Abstrahlwinkel bietet einen relativ breiten Strahl. Für fokussierte Anwendungen werden Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) aus UV-durchlässigen Materialien (z.B. Quarz, spezielle Kunststoffe) benötigt.

Sicherheit:UVA-Strahlung kann für Augen und Haut schädlich sein. Angemessene Gehäuse, Warnhinweise und Sicherheitsverriegelungen müssen in das endgültige Produktdesign integriert werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Kunststoff- oder Niedrigleistungs-UV-LEDs differenziert sich die ELUA3535NU6-Serie durch ihr Keramikgehäuse, das unter Hochstrombedingungen eine überlegene thermische Leistung und Langlebigkeit bietet. Das explizite Binning über drei Parameter (Wellenlänge, Fluss, Spannung) bietet ein Maß an Konsistenz und Selektivität, das für industrielle Anwendungen, bei denen Prozesswiederholbarkeit entscheidend ist, unerlässlich ist. Der hohe Strahlungsfluss in einem kompakten Gehäuse ermöglicht kompaktere und leistungsstärkere Systemdesigns.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum hat die 365nm-Version einen niedrigeren Maximalstrom (700mA) als die anderen (1250mA)?

A: Dies liegt typischerweise an den unterschiedlichen Halbleitermaterialeigenschaften und Effizienzcharakteristiken bei kürzeren Wellenlängen. Der 365nm-Chip kann höhere Betriebsspannungen oder andere thermische Eigenschaften aufweisen, die den sicheren Betriebsstrom begrenzen, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten und einen beschleunigten Degradationsprozess zu verhindern.

F: Wie interpretiere ich den \"Typischen Strahlungsfluss\"-Wert?

A: Der \"Typische\" Wert ist ein repräsentativer oder durchschnittlicher Wert aus der Produktion. Für garantierte Mindestleistung sollten Designer den \"Minimalen Strahlungsfluss\"-Wert aus der Bestellcode-Tabelle oder die Untergrenze des ausgewählten Strahlungsfluss-Bins für ihre Schaltungsberechnungen und Systemleistungsgarantien verwenden.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Dies wird dringend abgeraten. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Vorwärtsspannung hat eine Toleranz und einen negativen Temperaturkoeffizienten. Eine Konstantspannungsquelle könnte zu einem thermischen Durchgehen führen, bei dem ein steigender Strom Erwärmung verursacht, was V_Fsenkt, was wiederum mehr Strom fließen lässt und die LED möglicherweise zerstört. Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Design einer UV-Härtungsstation für Klebstoffe.

Ein Hersteller muss einen UV-empfindlichen Klebstoff härten, der bei 395nm aktiviert wird. Er wählt die ELUA3535NU6-P9000U5136481K0-V41G (390-400nm Bin, U51 Fluss-Bin). Er entwirft ein Array von 10 LEDs auf einer Aluminiumkern-Leiterplatte (MCPCB) für optimale Wärmeableitung. Jede LED wird von einem dedizierten Konstantstrom-Treibermodul mit 1000mA betrieben. Das thermische Design stellt sicher, dass die Leiterplattentemperatur unter der LED unter 85°C bleibt, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten und eine hohe Strahlungsleistung aufrechtzuerhalten. Der breite 60°-Winkel bietet eine gute Abdeckung des Härtungsbereichs. Die konsistente Wellenlänge aus dem Binning gewährleistet eine gleichmäßige Härtungsleistung über alle produzierten Einheiten hinweg.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

UVA-LEDs arbeiten nach demselben Grundprinzip wie sichtbare LEDs, basierend auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Wellenlänge dieser Photonen (im UVA-Bereich, 315-400nm) wird durch die Bandlückenenergie der im Chipaufbau verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt, wie z.B. Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) oder ähnliche Verbindungshalbleiter. Das Keramikgehäuse dient als robustes mechanisches Gehäuse, elektrischer Isolator und hocheffizienter Wärmeleitweg, um Wärme vom Halbleiterchip abzuführen.

12. Branchentrends und Entwicklungen

Der UVA-LED-Markt wird durch den Ersatz traditioneller Quecksilberdampflampen in Anwendungen wie Sterilisation und Härtung angetrieben, wobei Vorteile wie sofortiges Ein-/Ausschalten, längere Lebensdauer, kleinere Größe und keine gefährlichen Materialien geboten werden. Trends umfassen die kontinuierliche Verbesserung der Wandsteckdosen-Effizienz (WPE), die elektrische Leistung effektiver in optische Leistung umwandelt und damit die Systemwärmelast reduziert. Es gibt auch laufende Entwicklungen, um die Ausgangsleistungsdichte aus einem einzelnen Gehäuse zu erhöhen und die Zuverlässigkeit bei höheren Betriebstemperaturen zu verbessern. Darüber hinaus ist die spektrale Abstimmung, um spezifische photoinitiierte chemische Prozesse abzustimmen, ein aktives Forschungsgebiet, das effizientere und gezieltere industrielle Prozesse ermöglicht.