UVC3535CZ0115 LED Datenblatt - 3,5x3,5x1,0mm Keramikgehäuse - 5,0-8,0V Durchlassspannung - 0,13W Leistung - 270-285nm Wellenlänge - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die UVC3535CZ0115 Serie stellt eine hochzuverlässige, keramikbasierte LED-Lösung dar, die speziell für Ultraviolett-C (UVC) Anwendungen entwickelt wurde. Dieses Produkt ist für einen konsistenten Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen konzipiert, in denen die Desinfektionswirksamkeit von größter Bedeutung ist. Der Kernaufbau nutzt ein Keramiksubstrat, das im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffgehäusen eine überlegene Wärmeableitung bietet, was zu einer erhöhten Lebensdauer und stabiler optischer Leistung führt. Die Serie ist für Anwendungen positioniert, die eine kompakte und dennoch leistungsstarke UVC-Quelle erfordern, und kombiniert einen kleinen Bauraum von 3,5mm x 3,5mm mit robusten elektrischen und optischen Eigenschaften.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die prägenden Merkmale dieser LED-Serie tragen direkt zu ihrer Eignung für professionelle UV-Systeme bei. Die hochleistungsfähige UVC-Ausgangsleistung ist das Hauptmerkmal, das eine effektive keimtötende Wirkung ermöglicht. Das Keramikgehäuse ist ein entscheidender Vorteil, da es eine ausgezeichnete Wärmeableitung bietet, die hilft, die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten und so einen vorzeitigen Lichtstromrückgang verhindert. Integrierter ESD-Schutz bis zu 2KV (HBM) schützt das Bauteil vor elektrostatischen Entladungen, die bei der Handhabung und Montage häufig auftreten. Ein weiter Abstrahlwinkel von 150° gewährleistet eine breite und gleichmäßige Bestrahlungsabdeckung. Darüber hinaus macht die Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards dieses Produkt für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet.

1.2 Zielanwendungen

Die primäre Anwendung für die UVC3535CZ0115 Serie ist die UV-Sterilisation und -Desinfektion. Dazu gehören, sind aber nicht beschränkt auf, Wasseraufbereitungssysteme, Luftdesinfektionsgeräte, Oberflächendesinfektionsgeräte für medizinische und private Anwendungen sowie Sterilisationskammern für kleine Werkzeuge oder persönliche Gegenstände. Der Wellenlängenbereich von 270-285nm ist besonders effektiv bei der Inaktivierung von Mikroorganismen, indem deren DNA und RNA geschädigt werden.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt angegebenen technischen Hauptparameter und erläutert deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Max. Gleichstrom-Durchlassstrom (I_F):100 mA. Dies ist der absolute Höchststrom, den die LED kurzzeitig aushalten kann. Der Dauerbetrieb sollte deutlich unter diesem Wert liegen, typischerweise bei den empfohlenen 20mA.
• Max. ESD-Festigkeit (V_B):2000 V (Human Body Model). Dies zeigt ein gutes Maß an integriertem Schutz gegen elektrostatische Entladung, was für die Bauteilhandhabung während der Fertigung entscheidend ist.
• Max. Sperrschichttemperatur (T_J):100 °C. Die Temperatur des Halbleiterchips selbst darf diesen Grenzwert nicht überschreiten. Eine Überschreitung von T_Jmax wird die Lebensdauer drastisch reduzieren und kann zu sofortigem Ausfall führen.
• Thermischer Widerstand (R_th):20 °C/W. Dieser Parameter quantifiziert, wie effektiv Wärme vom Chip (Sperrschicht) zum Lötpad oder Gehäuse abgeleitet wird. Ein niedrigerer Wert ist besser. Bei 20°C/W steigt die Sperrschichttemperatur pro Watt abgegebener Leistung um 20°C über der Pad-Temperatur.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +100°C (Lagerung). Diese Bereiche stellen sicher, dass das Bauteil in einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen funktionieren und gelagert werden kann.

2.2 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die Bestellcode-Tabelle liefert die wichtigsten Leistungskennwerte unter typischen Testbedingungen.

• Strahlungsfluss:Minimum 1mW, Typisch 2mW, Maximum 2,5mW. Dies ist die gesamte optische Ausgangsleistung im UVC-Spektrum, gemessen in Milliwatt. Es ist der kritische Parameter zur Beurteilung der Desinfektionswirksamkeit, nicht der visuellen Helligkeit.
• Spitzenwellenlänge:270-285 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die keimtötende Wirksamkeit erreicht ihr Maximum bei etwa 265nm, daher ist dieser Bereich hocheffektiv.
• Durchlassspannung (V_F):5,0-8,0V bei I_F=20mA. Dies ist für eine LED relativ hoch, was charakteristisch für UVC-Halbleitertechnologie ist. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diesen Spannungsbereich bereitstellen kann.
• Durchlassstrom (I_F):20mA. Dies ist der empfohlene Betriebsstrom, um den spezifizierten Strahlungsfluss und die Lebensdauer zu erreichen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Die UVC3535CZ0115 verwendet drei unabhängige Binning-Kriterien.

3.1 Binning nach Strahlungsfluss

LEDs werden basierend auf ihrem minimalen Strahlungsfluss in die Klassen Q0A (1-1,5mW), Q0B (1,5-2mW) und Q0C (2-2,5mW) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, eine Klasse zu wählen, die ihre Mindestanforderungen an optische Leistung erfüllt, und potenziell Kosten zu optimieren.

3.2 Binning nach Spitzenwellenlänge

Die Wellenlänge wird in drei Bereiche eingeteilt: U27A (270-275nm), U27B (275-280nm) und U28 (280-285nm). Für Anwendungen, die auf eine bestimmte Wellenlänge für maximale keimtötende Effizienz optimiert sind, ist die Angabe der entsprechenden Klasse wichtig.

3.3 Binning nach Durchlassspannung

Die Spannung wird in 0,5V-Schritten von 5,0V bis 8,0V klassifiziert (z.B. 5055 für 5,0-5,5V, 7580 für 7,5-8,0V). Dies ist entscheidend für den Entwurf von Konstantstrom-Treibern, da die Kenntnis des V_F-Bereichs hilft, die erforderliche Ausgangsspannung des Treibers zu spezifizieren, was Effizienz und Bauteilauswahl beeinflusst.

4. Analyse der Kennlinien

Die typischen Kennlinien geben Aufschluss darüber, wie sich die LED unter verschiedenen Bedingungen verhält.

4.1 Spektrum und optische Leistung

Die Spektralkurve zeigt ein Maximum im Bereich von 270-285nm mit einer typischen Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 10-15nm, was für UVC-LEDs Standard ist. Die Kurve des relativen Strahlungsflusses über dem Durchlassstrom ist sublinear; die Ausgangsleistung steigt mit dem Strom, ist aber möglicherweise nicht perfekt proportional. Ein Betrieb über dem empfohlenen Strom führt zu abnehmenden Erträgen und übermäßiger Wärmeentwicklung.

4.2 Elektrisches und thermisches Verhalten

Die Kennlinie Durchlassstrom über Durchlassspannung (I-V) zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom. Die Spitzenwellenlänge zeigt eine minimale Verschiebung mit steigendem Strom, was auf eine gute spektrale Stabilität hinweist. Die Derating-Kurve ist entscheidend: Sie zeigt, dass der maximal zulässige Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur steigt, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur 100°C überschreitet. Bei einer Umgebungstemperatur von 85°C ist der maximale Strom beispielsweise deutlich niedriger als bei 25°C.

4.3 Thermische Leistung

Die Kurve des relativen Strahlungsflusses über der Umgebungstemperatur zeigt den negativen Einfluss von Wärme auf die Ausgangsleistung. Mit steigender Temperatur nimmt der Strahlungsfluss ab. Dieser thermische Quenching-Effekt unterstreicht die Bedeutung eines effektiven thermischen Leiterplattendesigns und einer Kühlung, um eine optimale Leistung aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Die LED hat einen kompakten Bauraum von 3,5mm x 3,5mm bei einer Höhe von 1,0mm (Toleranz ±0,2mm). Die technische Zeichnung gibt das genaue Pad-Layout und die Abmessungen an. Pad 1 ist die Anode (+), Pad 2 die Kathode (-) und Pad 3 ist ein dediziertes thermisches Pad. Das thermische Pad ist entscheidend für die Wärmeübertragung vom Keramikkörper zur Leiterplatte. Das empfohlene Lötflächenmuster auf der Leiterplatte sollte dieser Pad-Konfiguration eng entsprechen, um eine ordnungsgemäße Lötung und Wärmeleitung zu gewährleisten.

5.2 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm zeigt ein typisches, lambertstrahlerähnliches Abstrahlmuster mit einem Abstrahlwinkel von 150° (2θ_1/2). Die Intensität ist bei 0° (senkrecht zur Emissionsfläche) am höchsten und nimmt zu den Rändern hin ab. Dieser weite Winkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine Flächenabdeckung und keinen fokussierten Strahl erfordern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprozess

Die UVC3535CZ0115 ist für Standard-Oberflächenmontageprozesse (SMT) ausgelegt. Das Datenblatt empfiehlt, dass das Reflow-Löten nicht öfter als zweimal durchgeführt werden sollte, um übermäßige thermische Belastung des Keramikgehäuses und der internen Verbindungen zu vermeiden. Standard bleifreie Reflow-Profile mit einer Spitzentemperatur typischerweise unter 260°C sind anwendbar, aber das spezifische Profil sollte verifiziert werden. Belastungen der LED während des Erhitzens (z.B. durch Leiterplattenverbiegung) müssen vermieden werden. Nach dem Löten sollte das Biegen der Leiterplatte minimiert werden, um mechanische Belastungen der Lötstellen zu verhindern.

6.2 Lagerung und Handhabung

Die Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" führen kann. Sobald die versiegelte Tüte geöffnet ist, sollten die Bauteile innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens (typischerweise 168 Stunden unter Werksbedingungen) verwendet oder gemäß den Standard-IPC/JEDEC-Richtlinien vor dem Reflow getrocknet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Die LEDs werden auf geprägter Trägerfolie geliefert, die auf 7-Zoll- oder 13-Zoll-Spulen aufgewickelt ist. Die Standardpackungsmenge beträgt 1000 Stück pro Spule. Die Folienabmessungen (Taschengröße, Teilung) sind spezifiziert, um mit Standard-SMT-Bestückungsgeräten kompatibel zu sein.

7.2 Produktnomenklatur (Bestellcode)

Der vollständige Bestellcode, z.B. UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T, ist eine strukturierte Zeichenkette, die alle wichtigen Spezifikationen kodiert:

UVC: Produkttyp.

3535: Gehäusegröße.

C: Keramikmaterial.

Z: Enthält Zenerdiode für ESD-Schutz.

01: 1 LED-Chip.

15: 150° Abstrahlwinkel.

H: Horizontale Chipstruktur.

UC: UVC-Farbe.

7085: Wellenlängen-Bin-Code (270-285nm).

001: Strahlungsfluss-Bin-Code (1mW min).

X80: Durchlassspannungs-Bin-Code (5,0-8,0V).

020: Durchlassstrom (20mA).

1: Packungsmengencode (1K Stück).

T: Tape-Verpackung.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Treiberschaltungsdesign

Ein Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich, um diese LED anzusteuern. Angesichts der hohen Durchlassspannung (5-8V) und des niedrigen Stroms (20mA) muss der Treiber sorgfältig ausgewählt werden. Lineare Konstantstromregler oder Schalt-LED-Treiber können verwendet werden, wobei sichergestellt werden muss, dass die Ausgangsspannung die maximale V_Fder ausgewählten Klasse übersteigt. Das thermische Management auf der Leiterplatte ist nicht verhandelbar. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichender Kupferdicke und -fläche, verbinden Sie das thermische Pad über mehrere Wärmedurchkontaktierungen mit einer großen Massefläche und berücksichtigen Sie die gesamte Systemluftströmung oder Kühlkörper.

8.2 Sicherheits- und Lebensdauerüberlegungen

UVC-Strahlung ist schädlich für Augen und Haut. Das Endproduktdesign muss Sicherheitsmerkmale wie Verriegelungsschalter, Abschirmungen und Warnhinweise enthalten, um eine Benutzerexposition zu verhindern. Die Lebensdauer von UVC-LEDs wird typischerweise als die Zeit definiert, bis der Strahlungsfluss auf einen bestimmten Prozentsatz (z.B. 70% oder 50%) seines Anfangswerts abfällt. Der Betrieb bei oder unter dem empfohlenen Strom und die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur durch gutes thermisches Design sind die Hauptfaktoren für die Maximierung der Betriebslebensdauer.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die UVC3535CZ0115 unterscheidet sich durch ihr Keramikgehäuse, das im Vergleich zu den für sichtbare LEDs üblichen Kunststoff-SMD-Gehäusen eine überlegene thermische Leistung und Zuverlässigkeit bietet. Die integrierte Zenerdiode für den ESD-Schutz erhöht die Robustheit. Der Abstrahlwinkel von 150° ist breiter als bei einigen konkurrierenden UVC-LEDs, die möglicherweise stärker fokussierte Strahlen haben. Das detaillierte dreidimensionale Binning (Fluss, Wellenlänge, Spannung) gibt Entwicklern eine präzise Kontrolle über die Leistungsparameter ihres Endprodukts.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?

A: Die Lebensdauer hängt stark vom Betriebsstrom und der Betriebstemperatur ab. Bei Betrieb mit den empfohlenen 20mA und einer niedrig gehaltenen Sperrschichttemperatur (z.B. unter 85°C) können Lebensdauern von 10.000 Stunden oder mehr bis L70 (70% des Anfangsflusses) erwartet werden. Siehe Derating-Kurve und Richtlinien zum thermischen Management.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantspannungsquelle regelt den Strom nicht, was zu thermischem Durchgehen und schnellem Ausfall führt. Verwenden Sie immer einen geeigneten Konstantstromtreiber.

F: Wie wähle ich die richtige Klasse für meine Anwendung?

A: Wählen Sie die Strahlungsfluss-Klasse (Q0A/B/C) basierend auf Ihrer mindestens erforderlichen optischen Leistung. Wählen Sie die Wellenlängen-Klasse (U27A/B, U28), wenn Ihre Anwendung für einen bestimmten Teilbereich optimiert ist. Die Spannungsklasse (5055...7580) ist wichtig für das Treiberdesign; Sie können für den ungünstigsten (höchsten) Spannungswert in Ihrer ausgewählten Klasse entwerfen.

F: Wird eine Linse benötigt?

A: Für die meisten Sterilisationsanwendungen, bei denen eine Flächenabdeckung benötigt wird, ist das eingebaute 150°-Muster ausreichend. Für Anwendungen mit fokussiertem Strahl kann eine externe Quarzlinse oder spezielle UVC-durchlässige Linse verwendet werden. Standard-Acryl- oder Polycarbonatlinsen blockieren UVC-Licht.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines tragbaren Wassersterilisators

Ein Entwickler entwirft eine batteriebetriebene UV-Wasserflasche. Er wählt die UVC3535CZ0115 aufgrund ihrer kompakten Größe und Leistung. Er wählt die Q0C-Flussklasse (2-2,5mW), um eine ausreichende Dosis für ein kleines Wasservolumen sicherzustellen. Er entwirft eine Leiterplatte mit einer großen Kupferfläche, die mit dem thermischen Pad verbunden ist. Ein Aufwärtswandler-Konstantstromtreiber wird ausgewählt, um 20mA aus einer 3,7V Li-Ionen-Batterie bereitzustellen, mit einer Ausgangsspannungsfähigkeit von über 8V. Die LED wird in einer Quarzschutzhülle im Wasserfluss platziert. Sicherheitsverriegelungen stellen sicher, dass die LED nur arbeitet, wenn die Flasche verschlossen ist.

12. Funktionsprinzip

UVC-LEDs arbeiten nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien, speziell Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Legierungen. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge dieser Photonen wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Für UVC-Emission um 270nm ist ein hoher Aluminiumanteil in der AlGaN-Schicht erforderlich. Das Keramikgehäuse dient als robustes, wärmeleitendes und hermetisches Gehäuse, das den empfindlichen Halbleiterchip vor Umwelteinflüssen schützt und Wärme effizient abführt.

13. Entwicklungstrends

Der UVC-LED-Markt wird durch die globale Nachfrage nach chemiefreier Desinfektion angetrieben. Wichtige Trends sind die Steigerung der Wandsteckdosen-Effizienz (optische Ausgangsleistung pro elektrische Eingangsleistung), was den Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Es wird kontinuierlich daran gearbeitet, die Kosten pro Milliwatt optischer Leistung zu senken. Die Forschung konzentriert sich auch auf die Verbesserung der Bauteillebensdauer und Zuverlässigkeit. Darüber hinaus ist die Entwicklung von LEDs mit noch kürzeren Wellenlängen (z.B. 222nm Far-UVC) ein aktives Forschungsgebiet, das eine potenziell sicherere Desinfektion in belegten Räumen verspricht. Systemlevel-Integration, wie z.B. Treiber-on-Board-Module, wird ebenfalls immer häufiger, um das Endproduktdesign zu vereinfachen.