ELUA2016OGB UVA LED Datenblatt - Abmessungen 2,04x1,64x0,75mm - Spannung 3,0-4,0V - Leistung 0,2W - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die ELUA2016OGB-Produktserie stellt eine hochzuverlässige, keramikbasierte LED-Lösung dar, die speziell für ultraviolette (UVA) Anwendungen entwickelt wurde. Diese Serie ist für konsistente Leistung in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt und nutzt ein robustes Al₂O₃Keramikgehäuse für überragendes Wärmemanagement und Langlebigkeit. Die primäre Positionierung dieses Produkts liegt im Niedrig- bis Mittelleistungs-UVA-Segment und zielt auf Anwendungen ab, bei denen eine kompakte Bauform, Zuverlässigkeit und eine spezifische spektrale Ausgabe entscheidend sind. Zu den Kernvorteilen zählen ein sehr kleiner Bauraum von 2,04mm x 1,64mm, was sie für platzbeschränkte Designs geeignet macht, integrierter ESD-Schutz für erhöhte Haltbarkeit sowie die Einhaltung wichtiger Umwelt- und Sicherheitsstandards wie RoHS, REACH und halogenfreie Anforderungen. Die Zielmärkte sind vielfältig und umfassen Unterhaltungselektronik, industrielle Härtungssysteme und spezielle Detektionsgeräte.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Photometrische und elektrische Eigenschaften

Die ELUA2016OGB-Serie arbeitet innerhalb eines Durchlassstroms (I_F) Bereichs, mit einem maximalen DC-Nennwert von 100mA und einem typischen Arbeitspunkt von 60mA. Die Durchlassspannung (V_F) wird bei diesem 60mA Treiberstrom zwischen 3,0V und 4,0V spezifiziert, was ein Schlüsselparameter für die Treiberschaltungsauslegung ist. Der Strahlungsfluss, der die optische Ausgangsleistung in Milliwatt (mW) misst, variiert je nach Modell. Beispielsweise hat die 360-370nm Variante einen minimalen Strahlungsfluss von 50mW, typisch 80mW und maximal 110mW. Das 380-390nm Modell beginnt bei 65mW, die 390-400nm und 400-410nm Modelle bei 70mW. Die Peak-Wellenlängen-Bins sind klar definiert: Gruppe U36 (360-370nm), U38 (380-390nm), U39 (390-400nm) und U40 (400-410nm), mit einer Messtoleranz von ±1nm.

2.2 Absolute Maximalwerte und thermische Eigenschaften

Um die Bauteilzuverlässigkeit zu gewährleisten, dürfen die absoluten Maximalwerte nicht überschritten werden. Die maximale Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 105°C. Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich (T_Opr) von -40°C bis +85°C und einen identischen Lagertemperaturbereich (T_Stg) ausgelegt. Der maximale ESD-Widerstand (Human Body Model) beträgt 2000V und bietet einen guten Schutz vor elektrostatischen Entladungen während der Handhabung und Montage. Ein ordnungsgemäßes thermisches Design ist essenziell, um die Sperrschichttemperatur unter ihrem Maximalwert zu halten, da eine Überschreitung den Degradationsprozess beschleunigt und die Betriebslebensdauer verringert.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt nutzt ein umfassendes Binning-System, um LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern zu kategorisieren und so Konsistenz für den Endanwender sicherzustellen.

3.1 Strahlungsfluss-Binning

Der Strahlungsfluss wird gemäß der Peak-Wellenlängengruppe gebinnt. Für die 365nm Gruppe (U36) deckt der Bin-Code R1 50-75mW und R2 75-110mW ab. Für die 385nm Gruppe (U38) deckt R4 65-85mW und R5 85-110mW ab. Für die 395-405nm Gruppen (U39/U40) deckt R5 70-90mW und R6 90-110mW ab. Es gilt eine Messtoleranz von ±10%.

3.2 Peak-Wellenlängen-Binning

Wie erwähnt, wird die Peak-Wellenlänge in vier Haupt-Bins gruppiert: U36, U38, U39 und U40, entsprechend 10nm-Bereichen ab 360nm. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit der für ihre Anwendung erforderlichen präzisen spektralen Ausgabe auszuwählen, wie z.B. optimale Härtung für spezifische Harze oder maximale Empfindlichkeit für Detektoren.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird in 0,2V-Schritten von 3,0V bis 4,0V gebinnt (z.B. 3032 für 3,0-3,2V, 3234 für 3,2-3,4V, usw.). Dieses Binning ist beim Standardbetriebsstrom von 60mA mit einer Messtoleranz von ±2% definiert. Die Auswahl von LEDs aus einem engen Spannungs-Bin kann helfen, gleichmäßigere Treiberschaltungen zu entwerfen und eine konsistente Leistung über ein LED-Array hinweg zu erreichen.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Spektrale Verteilung

Die bereitgestellten Spektrenkurven zeigen die relative Emissionsintensität über die Wellenlängen für die vier Peak-Wellenlängenvarianten (365nm, 385nm, 395nm, 405nm). Jede Kurve zeigt einen deutlichen Peak innerhalb ihres Bin-Bereichs mit einer typischen Halbwertsbreite (FWHM), charakteristisch für nitridbasierte UVA LEDs. Die 365nm LED zeigt Emission hauptsächlich im 350-380nm Bereich, während die Emission der 405nm LED weiter in den sichtbaren violetten Bereich reicht.

4.2 Strom vs. Strahlungsfluss und Spannung

Die Kurve des relativen Strahlungsflusses gegenüber dem Durchlassstrom zeigt eine sublineare Beziehung. Die Ausgabe steigt mit dem Strom, kann aber bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzabfall und thermischen Effekten Sättigungseffekte zeigen. Die Kurve der Durchlassspannung gegenüber dem Durchlassstrom zeigt die typische Diodencharakteristik, wobei die Spannung logarithmisch mit dem Strom ansteigt. Es ist entscheidend, innerhalb des spezifizierten Strombereichs zu arbeiten, um einen übermäßigen Anstieg der Sperrschichttemperatur zu vermeiden.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die Leistungskurven gegenüber der Umgebungstemperatur sind für reale Designs kritisch. Der relative Strahlungsfluss nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab, ein Phänomen, das allen LEDs gemeinsam ist. Beispielsweise kann bei 60mA die Ausgabe auf etwa 82% ihres Wertes bei 25°C fallen, wenn die Umgebung 85°C erreicht. Die Peak-Wellenlänge zeigt ebenfalls eine leichte Verschiebung mit der Temperatur, typischerweise um einige Nanometer über den Betriebsbereich hinweg zunehmend. Die Durchlassspannung nimmt linear mit steigender Temperatur ab, was in Konstantstrom-Treiberdesigns berücksichtigt werden muss.

4.4 Derating-Kurve

Die Derating-Kurve definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom als Funktion der Umgebungstemperatur. Um die Sperrschichttemperatur unter 105°C zu halten, muss der maximal zulässige Strom bei Betrieb in hohen Umgebungstemperaturen reduziert werden. Diese Kurve ist wesentlich, um langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem kompakten Oberflächenmontagegehäuse (SMD) mit den Abmessungen 2,04mm (Länge) x 1,64mm (Breite) x 0,75mm (Höhe) untergebracht. Das Gehäuse besteht aus Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃), die im Vergleich zu Kunststoffgehäusen eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit bietet und so die Wärmeableitung vom Chip unterstützt. Die Linse bietet einen typischen Abstrahlwinkel von 120 Grad. Die Kathode ist auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Eine detaillierte Maßzeichnung mit Angabe der Pad-Positionen und Toleranzen (typisch ±0,2mm) ist im Datenblatt enthalten. Ein wichtiger Hinweis ist, dass das thermische Pad elektrisch mit der Kathode verbunden ist. Das mechanische Design betont, dass das Bauteil nicht an der Linse gehandhabt werden sollte, da mechanische Belastung zu einem Ausfall führen kann.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die ELUA2016OGB eignet sich für Standard-Oberflächenmontageprozesse (SMT), einschließlich Reflow-Löten. Wichtige Richtlinien sind: Der Reflow-Lötprozess sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden, um thermische Belastung des Gehäuses und der internen Bondverbindungen zu minimieren. Während der Aufheizphase des Lötens muss mechanische Belastung der LEDs vermieden werden. Nach Abschluss des Lötprozesses sollte ein Verbiegen der Leiterplatte (PCB) vermieden werden, um Risse in den Lötstellen oder dem Keramikgehäuse selbst zu verhindern. Das Aushärten von Klebstoffen, falls verwendet, muss Standardprozessabläufen folgen. Diese Vorsichtsmaßnahmen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität und langfristigen Zuverlässigkeit der LED.

7. Bestellinformationen und Modellnomenklatur

Der Produktbestellcode folgt einer detaillierten Struktur: ELUA2016OGB-PXXXXYY3040060-V21M. Jedes Segment hat eine spezifische Bedeutung: \"EL\" steht für den Hersteller, \"UA\" kennzeichnet den UVA-Typ, \"2016\" bezeichnet die 2,0x1,6mm Gehäusegröße, \"O\" spezifiziert Al₂O₃Keramikmaterial, \"G\" kennzeichnet eine Silberbeschichtung und \"B\" bezeichnet einen 120-Grad Abstrahlwinkel. Der \"PXXXX\" Abschnitt definiert den Peak-Wellenlängenbereich (z.B. 6070 für 360-370nm). Der \"YY\" Abschnitt spezifiziert das minimale Strahlungsfluss-Bin (z.B. R1 für 50mW). \"3040\" kennzeichnet den Durchlassspannungsbereich von 3,0-4,0V und \"060\" spezifiziert den Durchlassstrom von 60mA. Das Suffix \"V21M\" kennzeichnet einen vertikalen Chip-Typ, 20mil Chip-Größe, Einzelchip und Spritzguss-Prozesstyp.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Das Datenblatt listet mehrere Schlüsselanwendungen auf: UV-Nagelhärtung, UV-Fälschungserkennung und UV-Mückenfalle. Bei der UV-Härtung werden typischerweise die 365nm oder 385nm Varianten verwendet, um die Photopolymerisation in Gelen und Klebstoffen zu initiieren. Für die Fälschungserkennung werden spezifische Wellenlängen (oft 365nm oder 395nm) verwendet, um Sicherheitstinten oder Materialien anzuregen, die unter UV-Licht fluoreszieren. In Insektenfallen sind kürzere UVA-Wellenlängen um 365nm für viele fliegende Insekten sehr attraktiv.

8.2 Designüberlegungen

Beim Entwurf mit dieser LED sind mehrere Faktoren von größter Bedeutung. Das Wärmemanagement ist kritisch; stellen Sie ausreichend Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Kühlkörper zur Wärmeableitung sicher, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe dem Maximalstrom. Verwenden Sie eine Konstantstrom-Treiberschaltung, um eine stabile Lichtausgabe zu gewährleisten und die LED vor Stromspitzen zu schützen. Berücksichtigen Sie das Durchlassspannungs-Binning beim Entwurf von Treiberschaltungen für Multi-LED-Arrays, um eine gleichmäßige Stromverteilung sicherzustellen. Berücksichtigen Sie die Temperaturabhängigkeit von Ausgabe und Wellenlänge in der endgültigen Anwendungsumgebung. Halten Sie sich stets an die absoluten Maximalwerte, um die Zuverlässigkeit zu garantieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-UVA-LEDs in Kunststoffgehäusen bietet das Keramikgehäuse der ELUA2016OGB deutlich bessere thermische Leistung, was zu höheren maximalen Treiberströmen, besserem Lichtstromerhalt und längerer Lebensdauer in Hochtemperatur- oder Hochleistungsdichteanwendungen führt. Der integrierte 2kV ESD-Schutz ist ein bemerkenswerter Vorteil für erhöhte Robustheit in Fertigung und Feldeinsatz. Das präzise Binning über Wellenlänge, Fluss und Spannung ermöglicht im Vergleich zu nicht gebinnten oder grob gebinnten Produkten eine höhere Konsistenz in der Anwendungsleistung. Der kleine 2016 Bauraum ermöglicht Miniaturisierung, die mit größeren Gehäusetypen nicht möglich ist.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen den verschiedenen Wellenlängenmodellen (z.B. 365nm vs 405nm)?

A: Der Hauptunterschied ist die Peak-Emissionswellenlänge. 365nm emittiert im kürzeren UVA-Bereich, oft verwendet zum Härten spezifischer Chemikalien und zur Insektenanlockung. 405nm liegt an der Grenze von UVA und sichtbarem Violett, nützlich für Anwendungen, die einen sichtbaren Hinweis erfordern oder bei denen spezifische Materialien besser auf längere Wellenlängen reagieren.

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 100mA betreiben?

A: Nein. Der maximale DC-Durchlassstrom ist ein absoluter Maximalwert. Der typische Betriebszustand ist 60mA. Dauerbetrieb bei 100mA würde die Sperrschichttemperaturbewertung überschreiten, sofern nicht außergewöhnliche Kühlung bereitgestellt wird, wie die Derating-Kurve zeigt. Dies würde die Lebensdauer erheblich verringern und könnte zu sofortigem Ausfall führen.

F: Wie interpretiere ich die Strahlungsfluss-Werte (Min/Typ/Max)?

A: Der Minimalwert ist die garantierte Untergrenze für das Bin. Der typische Wert ist die durchschnittliche oder erwartete Leistung. Der Maximalwert ist die Obergrenze. Konstrukteure sollten den Minimalwert für Worst-Case-Szenario-Berechnungen verwenden, um sicherzustellen, dass ihre Anwendung ausreichende UV-Intensität erhält.

F: Ist das thermische Pad elektrisch isoliert?

A: Nein. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das thermische Pad elektrisch mit der Kathode verbunden ist. Dies muss beim Leiterplattenlayout berücksichtigt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Tragbarer UV-Härtungsstift:Ein Designer entwickelt ein Handgerät zum Härten von Zahnfüllungen oder Nagelgel. Er wählt die ELUA2016OGB-P8090R43040060-V21M (385nm, 65mW min) für ihre ausgewogene Ausgabe und Wellenlängeneignung. Er entwirft eine kleine Leiterplatte mit einer Kupferfläche unter der LED als Kühlkörper, angetrieben von einem Aufwärtswandler aus einem 3,7V Li-Ionen-Akku, der einen konstanten 60mA-Strom liefert. Die kompakte Größe der LED ermöglicht ein elegantes Stiftdesign.

Beispiel 2: Banknotenprüfmodul:Für ein Fälschungserkennungssystem benötigt ein Ingenieur eine stabile UV-Quelle. Er wählt die ELUA2016OGB-P6070R13040060-V21M (365nm) für ihre Wirksamkeit auf Sicherheitsmerkmalen. Er entwirft ein Array von 4 LEDs auf einem kleinen Modul. Durch die Auswahl von LEDs aus demselben Durchlassspannungs-Bin (z.B. 3234) schaltet er sie in Reihe mit einem einzelnen Konstantstromtreiber, der auf 60mA eingestellt ist, was gleichmäßige Helligkeit über das Array hinweg sicherstellt und das Treiberdesign vereinfacht.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

UVA LEDs, wie die ELUA2016OGB, sind Halbleiterbauelemente basierend auf Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) Materialsystemen. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Wellenlänge dieser Photonen (im UVA-Bereich, 315-400nm) wird durch die Bandlückenenergie der Halbleitermaterialien im aktiven Bereich bestimmt, die während des epitaktischen Wachstumsprozesses entwickelt wird. Das Keramikgehäuse dient dazu, das Licht auszukoppeln, mechanischen Schutz zu bieten und, am wichtigsten, Wärme vom Halbleiterchip an die Umgebung abzuleiten, was für die Aufrechterhaltung von Effizienz und Lebensdauer entscheidend ist.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der UVA-LED-Markt wird von Trends zu höherer Effizienz (mehr Strahlungsfluss pro elektrischem Watt), längerer Bauteillebensdauer und reduzierten Kosten pro Milliwatt angetrieben. Es laufen Forschungen zur Verbesserung der internen Quanteneffizienz (IQE) von AlGaN-Materialien und zur Steigerung der Lichtauskopplung aus dem Chip. Verpackungstrends umfassen die Entwicklung noch wärmeeffizienterer Substrate und neuartiger Linsendesigns für spezifische Strahlprofile. Darüber hinaus gibt es Bestrebungen zu engerer Wellenlängenkontrolle und schmalerer spektraler Emission für Anwendungen, die sehr spezifische Photonenenergien erfordern, wie fortschrittliche medizinische und industrielle Härtungsprozesse. Der Miniaturisierungstrend, verkörpert durch Gehäuse wie das 2016, ermöglicht weiterhin neue Anwendungen in Wearables und ultra-kompakten Geräten.