ELUA3535OG5 UVA LED Datenblatt - 3,5x3,5x3,5mm - 3,2-4,0V - 500mA - 360-410nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELUA3535OG5-Serie ist eine hochwertige, zuverlässige LED auf Keramikbasis, die speziell für Ultraviolett-(UVA)-Anwendungen entwickelt wurde. Ihre robuste Bauweise und Leistungsmerkmale machen sie für anspruchsvolle Umgebungen geeignet.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Leistungsabgabe:Liefert einen hohen Strahlungsfluss, was sie für Anwendungen mit signifikanter UV-Intensität effektiv macht.
• Keramikgehäuse (Al2O3):Bietet im Vergleich zu Kunststoffgehäusen ein exzellentes Wärmemanagement, mechanische Festigkeit und langfristige Zuverlässigkeit.
• Kompakte Bauform:Das Format von 3,5mm x 3,5mm x 3,5mm ermöglicht hochdichte Leiterplattenlayouts.
• Konformität und Sicherheit:Das Produkt ist RoHS-konform, bleifrei, EU REACH-konform und halogenfrei und erfüllt damit strenge Umwelt- und Sicherheitsstandards.
• ESD-Schutz:Integrierter Schutz vor elektrostatischer Entladung bis zu 2KV (HBM), was die Handhabung und Betriebsrobustheit verbessert.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED-Serie ist für verschiedene professionelle und industrielle UV-Anwendungen konzipiert, darunter:

• UV-Sterilisations- und Desinfektionssysteme.
• UV-Photokatalyse für Luft- und Wasseraufbereitung.
• UV-Sensor- und Detektionsbeleuchtung.
• Härtungsprozesse für Klebstoffe, Druckfarben und Beschichtungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Der Betrieb sollte innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

• Maximaler Durchlassstrom (I_F):1000mA für die Varianten 385nm, 395nm und 405nm; 700mA für die 365nm-Variante. Dieser Unterschied ist wahrscheinlich auf die höhere Photonenenergie und die damit verbundenen thermischen Herausforderungen bei kürzeren Wellenlängen zurückzuführen.
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_J):105°C. Die Einhaltung dieser Sperrschichttemperaturgrenze ist entscheidend für die Lebensdauer.
• Thermischer Widerstand (R_th):4°C/W. Dieser niedrige Wert deutet auf einen effizienten Wärmetransport vom Chip zur thermischen Anschlussfläche hin, was durch das Keramikgehäuse ermöglicht wird.
• Betriebstemperaturbereich (T_Opr):-10°C bis +100°C.

2.2 Photometrische und elektrische Kenngrößen

Die Tabelle enthält wichtige Leistungsdaten für Standardproduktkonfigurationen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 500mA.

• Spitzenwellenlänge:Erhältlich in vier Bereichen: 360-370nm, 380-390nm, 390-400nm und 400-410nm, die das UVA-Spektrum abdecken.
• Strahlungsfluss:Mindestwerte reichen von 900mW (360-370nm) bis 1000mW (andere Wellenlängen). Typische Werte liegen bei etwa 1200-1250mW.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise zwischen 3,2V und 4,0V bei 500mA, mit definierten Bins für eine engere Toleranz.

3. Erläuterung des Produkt-Binning-Systems

Binning gewährleistet eine konsistente Leistung, indem LEDs mit ähnlichen Eigenschaften gruppiert werden. Dies ist für Anwendungen mit gleichmäßiger Ausgangsleistung entscheidend.

3.1 Binning des Strahlungsflusses

LEDs werden basierend auf ihrem minimalen Strahlungsfluss sortiert. Für die 360nm-Gruppe und die 380-410nm-Gruppen werden unterschiedliche Bin-Codes (U1, U2, U3, U4) verwendet, was typische Leistungsunterschiede über die Wellenlängen widerspiegelt.

3.2 Binning der Spitzenwellenlänge

LEDs werden in Gruppen (U36, U38, U39, U40) entsprechend ihres Spitzenwellenlängenbereichs (z.B. 360-370nm, 380-390nm) kategorisiert. Eine enge Toleranz von ±1nm ist spezifiziert.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Spannung wird in 0,2V-Schritten gebinnt (z.B. 3,2-3,4V, 3,4-3,6V). Dies hilft beim Entwurf von Treiberschaltungen und beim Management der Verlustleistung über mehrere in Reihe geschaltete LEDs.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Spektrum und relative Emission

Die Spektrenkurven zeigen die für LEDs charakteristischen schmalen Emissionspeaks. Die 365nm-LED hat ein im Vergleich zu den längeren Wellenlängenvarianten (385nm, 395nm, 405nm) etwas breiteres Spektrum.

4.2 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Der Strahlungsfluss steigt unterlinear mit dem Strom. Die 405nm-LED zeigt die höchste relative Ausgangsleistung, während die 365nm-LED bei hohen Strömen die niedrigste zeigt, was mit ihrer niedrigeren maximalen Strombelastbarkeit übereinstimmt.

4.3 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Die V_F-Kurven zeigen ein typisches Diodenverhalten. Die 365nm-LED weist bei gleichem Strom im Allgemeinen eine höhere Durchlassspannung auf als die anderen, was für Halbleiter mit kürzerer Wellenlänge zu erwarten ist.

4.4 Temperaturabhängigkeit

• Strahlungsfluss vs. Temperatur:Die Ausgangsleistung nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab, wobei die 365nm-LED am empfindlichsten ist. Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend, um die Leistung aufrechtzuerhalten.
• Spitzenwellenlänge vs. Temperatur:Die Spitzenwellenlänge verschiebt sich mit steigender Temperatur leicht zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung).
• Durchlassspannung vs. Temperatur: V_Fnimmt linear mit steigender Temperatur ab, ein typisches Verhalten für Halbleiter.

4.5 Derating-Kurve

Die Derating-Kurve ist entscheidend für das thermische Design. Sie zeigt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Beispielsweise ist bei einer Umgebungstemperatur von 85°C der maximale Strom deutlich reduziert, um ein Überschreiten der 105°C Sperrschichttemperatur zu verhindern.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Die LED hat eine quadratische Grundfläche von 3,5mm x 3,5mm bei einer Höhe von 3,5mm. Die Maßzeichnung spezifiziert alle kritischen Längen, einschließlich der Linsenwölbung und der Positionierung der thermischen und elektrischen Anschlussflächen. Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm.

5.2 Anschlussflächenkonfiguration und Polarität

Die Untersicht zeigt das Anschlussflächenlayout: zwei größere Flächen für Anode und Kathode sowie eine zentrale, größere thermische Anschlussfläche. Die thermische Anschlussfläche ist elektrisch isoliert und muss zur optimalen Wärmeableitung mit einer Kupferfläche auf der Leiterplatte verbunden werden. Die Polarität ist auf dem Gehäuse selbst klar markiert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist für Standard-SMT-Prozesse (Surface Mount Technology) geeignet. Das empfohlene Reflow-Profil sollte sorgfältig eingehalten werden. Wichtige Aspekte sind:

• Überschreiten Sie nicht zwei Reflow-Zyklen, um thermische Belastungen für Gehäuse und interne Bondverbindungen zu minimieren.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung der LED während der Aufheiz- und Abkühlphasen des Lötvorgangs.
• Biegen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht, da dies das Keramikgehäuse oder die Lötstellen beschädigen kann.

6.2 Lagerung und Handhabung

Lagern Sie die Bauteile in einer trockenen Umgebung innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-40°C bis +100°C). Verwenden Sie aufgrund des integrierten, aber begrenzten ESD-Schutzes ESD-sichere Verfahren bei der Handhabung.

7. Bestellinformationen und Modellnomenklatur

Die Artikelnummer folgt einer detaillierten Struktur:ELUA3535OG5-PXXXXYY3240500-VD1M

• EL:Herstellercode.
• UA:Kennzeichnet UVA-Produkt.
• 3535:Gehäusegröße (3,5mm x 3,5mm).
• O:Gehäusematerial (Al₂O₃Keramik).
• G:Beschichtung (Ag).
• 5:Abstrahlwinkel (50°).
• PXXXX:Spitzenwellenlängencode (z.B. 6070 für 360-370nm).
• YY:Bin für minimalen Strahlungsfluss (z.B. U1 für 900mW).
• 3240:Spezifikationsbereich der Durchlassspannung (3,2-4,0V).
• 500:Nenndurchlassstrom (500mA).
• V:Chip-Typ (Vertikal).
• D:Chip-Größe (45mil).
• 1:Anzahl der Chips (1).
• M:Verfahrenstyp (Spritzgießen).

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Thermomanagement

Dies ist der kritischste Aspekt des Designs. Der niedrige thermische Widerstand (4°C/W) ist nur wirksam, wenn die Wärme von der thermischen Anschlussfläche abgeführt wird. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmeleitungen, die mit internen Masseebenen oder einem externen Kühlkörper verbunden sind. Überwachen Sie die Sperrschichttemperatur mithilfe der Derating-Kurve.

8.2 Elektrische Ansteuerung

Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der für die Anforderungen an Durchlassspannung und -strom geeignet ist. Berücksichtigen Sie das Spannungs-Binning beim Entwurf für mehrere in Reihe geschaltete LEDs, um eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten. Überschreiten Sie nicht die absoluten Maximalstromwerte.

8.3 Optisches Design

Der 50° Abstrahlwinkel bietet einen relativ breiten Strahl. Für fokussierte Anwendungen können Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) erforderlich sein. Stellen Sie sicher, dass alle verwendeten Materialien (Linsen, Vergussmassen) UV-stabil sind, um Vergilbung und Degradation über die Zeit zu verhindern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der ELUA3535OG5-Serie sind ihrKeramikgehäuseund diehochleistungsfähige UVA-Ausgangsleistungin einem kompakten 3535-Format.

• Im Vergleich zu UVA-LEDs mit Kunststoffgehäuse:Keramik bietet eine überlegene thermische Leistung, eine höhere maximale Sperrschichttemperatur und eine bessere langfristige Zuverlässigkeit unter Hochleistungs-UV-Betrieb, der Kunststoffe schädigen kann.
• Im Vergleich zu größeren Keramikgehäusen:Die 3535-Größe ermöglicht kompaktere Designs, ohne die Vorteile der Keramikbauweise zu opfern.
• Im Vergleich zu UVA-LEDs mit geringerer Leistung:Der hohe Strahlungsfluss (bis zu 1500mW) macht sie für Anwendungen mit hoher Bestrahlungsstärke geeignet und reduziert die Anzahl der für eine bestimmte Ausgangsleistung benötigten LEDs.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Warum ist der maximale Strom für die 365nm-Version niedriger?

LEDs mit kürzerer Wellenlänge (wie 365nm) haben im Allgemeinen einen niedrigeren Wandsteckdosenwirkungsgrad, was bedeutet, dass ein höherer Prozentsatz der elektrischen Leistung in Wärme und nicht in Licht umgewandelt wird. Um die Zuverlässigkeit zu erhalten und eine Überhitzung der Sperrschicht zu verhindern, wird der maximale Strom reduziert (derated).

10.2 Wie wichtig ist der Anschluss der thermischen Anschlussfläche?

Er ist für einen zuverlässigen Betrieb bei hohen Strömen absolut unerlässlich. Die thermische Anschlussfläche ist der primäre Weg für den Wärmeabtransport. Ein nicht ordnungsgemäßer Anschluss führt zu einer schnellen Überhitzung der LED, was zu vorzeitigem Ausfall (Lichtstromrückgang) oder sofortiger Beschädigung führt.

10.3 Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

Es wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Bauteil zu Bauteil (wie im Binning zu sehen). Eine Konstantspannungsquelle kann zu einem thermischen Durchgehen führen, bei dem ein steigender Strom mehr Wärme erzeugt, was V_Fsenkt und noch mehr Strom verursacht, was letztendlich die LED zerstört. Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber.

10.4 Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?

Obwohl in diesem Datenblatt keine spezifische L70/L50-Lebensdauer (Stunden bis 70% oder 50% der Anfangsleistung) angegeben ist, deuten die hochwertige Keramikbauweise und die Spezifikation einer maximalen Sperrschichttemperatur von 105°C auf eine gute langfristige Zuverlässigkeit hin. Die tatsächliche Lebensdauer hängt stark von den Betriebsbedingungen ab, insbesondere von der Sperrschichttemperatur. Ein Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Stroms und mit exzellentem Thermomanagement maximiert die Lebensdauer.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

11.1 UV-Härtungsstation für Klebstoffe

Szenario:Entwurf einer Tisch-UV-Härtungsstation für schnellhärtende Klebstoffe. Die Station benötigt eine Anordnung von LEDs, um gleichmäßiges, hochintensives UVA-Licht über eine Fläche von 10cm x 10cm zu liefern.

Designschritte:

1. LED-Auswahl:Wählen Sie die ELUA3535OG5-P0010U2... (400-410nm) Variante, da viele Klebstoffe für eine effiziente Härtung in diesem Wellenlängenbereich formuliert sind.
2. Anordnungs-Layout:Berechnen Sie die benötigte Anzahl an LEDs basierend auf der erforderlichen Bestrahlungsstärke (mW/cm²) im Arbeitsabstand. Die Verwendung von Optiken zum Fokussieren oder Streuen des 50°-Strahls kann für Gleichmäßigkeit notwendig sein.
3. Thermisches Design:Montieren Sie die LEDs auf einer Leiterplatte mit Aluminiumkern (MCPCB) mit einer dielektrischen Schicht hoher Wärmeleitfähigkeit. Die gesamte MCPCB wird dann an einen extrudierten Aluminiumkühlkörper mit Lüfter angebracht.
4. Elektrisches Design:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der den Gesamtstrom für alle LEDs in Serien-/Parallelschaltung liefern kann. Integrieren Sie entsprechende Sicherungen und Stromüberwachung.
5. Steuerung:Implementieren Sie einen Timer und gegebenenfalls einen Temperatursensor am Kühlkörper, um Überhitzung bei längerem Betrieb zu verhindern.

Ergebnis:Eine zuverlässige, leistungsstarke Härtungsstation mit konsistenter Ausgangsleistung und langer Lebensdauer, ermöglicht durch die robuste thermische und optische Leistung der Keramik-UVA-LEDs.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

UVA-LEDs arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip wie sichtbare LEDs: Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Für UVA-Licht (315-400nm) werden Materialien wie Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) oder Indiumgalliumnitrid (InGaN) mit spezifischen Zusammensetzungen verwendet, um die erforderliche große Bandlücke zu erreichen. Das Keramikgehäuse dient als robustes Substrat, das Wärme effektiv vom Halbleiterchip ableitet, was für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer entscheidend ist, insbesondere bei den für UVA-Anwendungen verwendeten hohen Treiberströmen.

13. Technologietrends und Ausblick

Der Markt für UVA-LEDs wird durch Anwendungen in der Sterilisation, Aufbereitung und industriellen Härtung angetrieben. Wichtige Trends sind:

• Erhöhter Wirkungsgrad (WPE):Laufende Forschung zielt darauf ab, den Wandsteckdosenwirkungsgrad von UVA-LEDs zu verbessern, um den Energieverbrauch und die thermische Belastung bei gleicher optischer Ausgangsleistung zu reduzieren.
• Höhere Leistungsdichte:Die Entwicklung geht hin zu mehr optischer Leistung in denselben oder kleineren Gehäusegrößen wie 3535, was kompaktere und leistungsstärkere Systeme ermöglicht.
• Verbesserte Zuverlässigkeit bei kürzeren Wellenlängen:Die Verbesserung der Lebensdauer und Leistung von LEDs, die am unteren Ende des UVA-Spektrums (z.B. 365nm) und im UVB/UVC-Bereich emittieren, bleibt ein bedeutender Fokus für keimtötende Anwendungen.
• Fortschrittliche Gehäusetechnik:Innovationen bei Gehäusematerialien (z.B. andere Keramiken, Verbundwerkstoffe) und Wärmeübergangstechnologien, um den thermischen Widerstand weiter zu senken und Wärme in Hochleistungsarrays zu managen.
• Intelligente Integration:Potenzielle Integration von Sensoren (z.B. zur Temperatur- oder Bestrahlungsstärkeüberwachung) in LED-Module für eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis in fortschrittlichen Systemen.