LTPL-C16FUVM405 UV-LED Datenblatt - 3,2x1,6x1,9mm - 3,1V - 22mW - 405nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTPL-C16-Serie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Festkörperbeleuchtungstechnologie dar, die speziell für Ultraviolett-(UV)-Anwendungen entwickelt wurde. Dieses Produkt ist eine energieeffiziente und ultra-kompakte Lichtquelle, die die lange Betriebsdauer und hohe Zuverlässigkeit von Leuchtdioden (LEDs) mit Leistungsniveaus vereint, die geeignet sind, konventionelle UV-Beleuchtungssysteme zu ersetzen. Ihre Miniaturbauform bietet Entwicklern erhebliche Freiheit bei der Integration von UV-Lichtquellen in platzbeschränkte Anwendungen und eröffnet neue Möglichkeiten in verschiedenen Branchen.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

Das Bauteil umfasst mehrere Konstruktionsmerkmale, die seine Fertigungsfähigkeit und Leistung verbessern:

• Kompatibilität mit automatischer Bestückung:Das Gehäuse ist vollständig mit Standard-Pick-and-Place-Automaten kompatibel, was eine kostengünstige Serienfertigung ermöglicht.
• Kompatibilität mit Reflow-Lötverfahren:Es ist für das Widerstehen sowohl von Infrarot-(IR)- als auch Dampfphasen-Reflow-Lötprozessen ausgelegt, die in Oberflächenmontage-(SMT)-Fertigungslinien Standard sind.
• Standardisiertes Gehäuse:Das Bauteil entspricht den EIA-Standardgehäuseumrissen (Electronic Industries Alliance) und gewährleistet so eine breite Kompatibilität mit industriellen Designregeln und Montageprozessen.
• Direkte Ansteuerbarkeit:Die LED ist IC-kompatibel (Integrated Circuit), was bedeutet, dass sie direkt vom Ausgang vieler Logikschaltungen oder Treiber angesteuert werden kann, ohne komplexe Schnittstellenkomponenten zu benötigen.
• Umweltkonformität:Das Produkt wird gemäß grünen Produktstandards hergestellt und ist gemäß der RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances) bleifrei (Pb-frei).

1.2 Zielanwendungen

Diese 405nm UV-LED ist speziell für Anwendungen ausgelegt, die eine kompakte, zuverlässige Quelle für nahes Ultraviolettlicht benötigen. Hauptanwendungsbereiche sind:

• UV-Härtung:Sofortige Härtung von Klebstoffen, Beschichtungen und Druckfarben in Fertigungs- und Druckprozessen.
• UV-Markierung und -Codierung:Ermöglicht photochemische Reaktionen zur Markierung oder Codierung auf verschiedenen Materialien.
• UV-Kleben:Aktivierung lichthärtender Klebstoffe für das Verbinden in Elektronik, Medizingeräten und Optik.
• Trocknung von Druckfarben:Beschleunigt das Trocknen und Abbinden von speziellen Druckfarben.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale des Bauteils unter Standardtestbedingungen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb an oder nahe diesen Grenzen wird für längere Zeit nicht empfohlen. Alle Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• Verlustleistung (Po):160 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• DC-Durchlassstrom (If):40 mA. Der maximal anwendbare kontinuierliche Durchlassstrom.
• Sperrspannung (Vr):5 V. Das Bauteil verfügt über eine eingebaute Zener-Schutzdiodenfunktion; das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann Schäden verursachen.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem das Bauteil betrieben werden kann.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C bis +100°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj):100°C. Die maximal zulässige Temperatur des Halbleiterchips selbst.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die typische Leistung der LED unter normalen Betriebsbedingungen (Ta=25°C, If=20mA).

• Strahlungsfluss (Φe):22 mW (typisch), mit einem Bereich von 16 mW (min) bis 28 mW (max). Dies ist die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum, gemessen nach dem CAS140B-Standard mit einer Messunsicherheit von ±10%. Es ist die Schlüsselmetrik für die Wirksamkeit der UV-Härtung.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):135° (typisch). Dieser weite Abstrahlwinkel zeigt ein lambertisches Abstrahlverhalten an, das für die Beleuchtung größerer Flächen oder Ziele aus kurzer Entfernung geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (λp):405 nm (typisch), im Bereich von 400 nm bis 410 nm. Dies platziert die Emission im nahen UV-(UVA)-Spektrum. Die Messunsicherheit beträgt ±3 nm.
• Durchlassspannung (Vf):3,1 V (typisch), im Bereich von 2,8 V bis 4,0 V bei 20mA. Die Messunsicherheit beträgt ±0,1V. Dieser Parameter wird für die Produktionskonsistenz gebinnt.
• Sperrspannung (Vr):1,2 V (max) bei einem Sperrstrom (Ir) von 10µA.Kritischer Hinweis:Dieser Test dient ausschließlich der Überprüfung der Zener-Schutzfunktion. Die LED istnichtfür den Betrieb unter Sperrvorspannung ausgelegt. Anhaltender Sperrstrom kann zum Ausfall des Bauteils führen.

2.3 Handhabung und ESD-Vorsichtsmaßnahmen

Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD) und elektrischen Überspannungen. Richtige Handhabungsverfahren sind zwingend erforderlich: Verwendung geerdeter Handgelenkbänder oder antistatischer Handschuhe und Sicherstellung, dass alle Geräte und Arbeitsplätze ordnungsgemäß geerdet sind.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Leistung in der Anwendung zu gewährleisten, werden LEDs nach der Fertigung basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Der Bin-Code ist auf der Verpackung markiert.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Vf)

LEDs werden bei einem Prüfstrom von 20mA in drei Spannungsbins kategorisiert:
V1: 2,8V - 3,2V
V2: 3,2V - 3,6V
V3: 3,6V - 4,0V

3.2 Binning des Strahlungsflusses (Φe)

Die optische Ausgangsleistung wird bei 20mA in sechs Bins sortiert:
R4: 16 mW - 18 mW
R5: 18 mW - 20 mW
R6: 20 mW - 22 mW
R7: 22 mW - 24 mW
R8: 24 mW - 26 mW
R9: 26 mW - 28 mW

3.3 Binning der Spitzenwellenlänge (λp)

Die Emissionswellenlänge wird in zwei Hauptbins sortiert:
P4A: 400 nm - 405 nm
P4B: 405 nm - 410 nm

Dieses Binning ermöglicht es Entwicklern, LEDs auszuwählen, die auf spezifische Spannungsanforderungen, optische Leistungsbedürfnisse und präzise spektrale Ausgabe abgestimmt sind, was für Anwendungen mit engen photochemischen Reaktionsschwellen entscheidend ist.

4. Analyse der Leistungskennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die optische Ausgangsleistung (Φe) innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs annähernd linear mit dem Durchlassstrom (If) ansteigt. Das Betreiben der LED über den typischen 20mA hinaus erhöht die Ausgangsleistung, aber auch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur, was durch thermisches Design beherrscht werden muss.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Die IV-Kennlinie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass Vf bei Konstantstrombetrieb leicht abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt.

4.3 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Dies ist eine der kritischsten Kurven für das Design. Sie zeigt die Reduzierung der optischen Ausgangsleistung mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj). UV-LEDs sind besonders temperaturabhängig. Die Aufrechterhaltung einer niedrigen Tj durch effektives PCB-Layout, Wärmeleitungen und gegebenenfalls Kühlkörper ist von größter Bedeutung, um eine stabile, langfristige optische Ausgangsleistung und Bauteilzuverlässigkeit zu gewährleisten.

4.4 Relatives Emissionsspektrum

Die spektrale Verteilungskurve bestätigt die Spitzenemission bei ~405nm mit einer typischen spektralen Breite (Full Width at Half Maximum). Diese schmalbandige Emission ist ideal, um spezifische Photoinitiatoren in Härtungsanwendungen anzusprechen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Abmessungen

Das Gehäuse ist ein ultra-kompaktes Oberflächenmontagebauteil. Die Hauptabmessungen (in Millimetern, ±0,1mm Toleranz) betragen etwa 3,2mm Länge, 1,6mm Breite und 1,9mm Höhe. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die die Lage der Lötpads, die Linsenform und den Polarisationsindikator (typischerweise eine Kathodenmarkierung) zeigt.

5.2 Empfohlenes PCB-Lötpad-Layout

Ein Land Pattern Design wird für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung bereitgestellt. Dieses Muster ist entscheidend für das Erreichen einer zuverlässigen Lötstelle, die korrekte Selbstausrichtung während des Reflow-Prozesses und die Wärmeableitung vom LED-Chip in die Leiterplatte.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Profil ist für bleifreie (Pb-frei) Lötprozesse spezifiziert. Wichtige Parameter sind:
- Vorwärmen:150-200°C für bis zu 120 Sekunden.
- Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
- Zeit oberhalb der Liquidustemperatur:Empfohlen maximal 10 Sekunden, und der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.
Das Profil betont einen allmählichen Anstieg und Abfall, um thermischen Schock zu minimieren. Die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet, wird immer empfohlen.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, sollte eine Lötspitzentemperatur von maximal 300°C verwendet werden, mit einer Kontaktzeit von maximal 3 Sekunden pro Lötstelle. Dies sollte nur einmal durchgeführt werden.

6.3 Reinigung

Falls eine Reinigung nach der Montage erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Chemikalien verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Silikonlinse oder das Gehäusematerial beschädigen.

6.4 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Das Produkt ist gemäß JEDEC-Standard J-STD-020 als Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 3 klassifiziert.
- Verschweißter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤90% rF. Innerhalb eines Jahres nach dem Versiegelungsdatum verwenden.
- Geöffneter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤60% rF. Die Bauteile müssen innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach der Exposition gegenüber der Werksumgebung gelötet werden. Wenn die Feuchtigkeitsindikatorkarte rosa wird (zeigt >10% rF an) oder die Expositionszeit überschritten wird, ist vor der Verwendung ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 48 Stunden erforderlich. Nicht verwendete Teile mit frischem Trockenmittel wieder versiegeln.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden auf geprägter Trägerbandfolie für die automatische Bestückung geliefert.
- Bandabmessungen:Detaillierte Zeichnungen spezifizieren Taschenabstand, Breite und Deckbandabmessungen.
- Spule:Standard 7-Zoll (178mm) Spule.
- Menge:Typischerweise 1500 Stück pro Spule.
- Qualität:Entspricht den EIA-481-1-B Spezifikationen, mit maximal zwei aufeinanderfolgenden fehlenden Bauteilen.

8. Anwendungsdesign und Überlegungen

8.1 Treiberschaltungsdesign

Kritisches Prinzip:Eine LED ist ein strombetriebenes Bauteil, kein spannungsbetriebenes. Um gleichmäßige Helligkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten, muss sie von einer geregelten Stromquelle angesteuert werden.
- Konstantstrom-Ansteuerung:Die empfohlene Methode ist die Verwendung eines speziellen LED-Treiber-ICs oder einer Schaltung, die einen stabilen Konstantstrom liefert.
- Strombegrenzungswiderstand:Für einfache Anwendungen mit stabiler Versorgungsspannung (Vcc) ist ein Reihenwiderstand (R = (Vcc - Vf) / If) die Mindestanforderung. Dies ist wesentlich, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet werden, um zu verhindern, dass die LED mit der niedrigsten Vf den gesamten Strom aufnimmt. Jeder parallele Zweig sollte idealerweise seinen eigenen strombegrenzenden Widerstand haben.

8.2 Thermomanagement

Effektive Wärmeableitung ist für Leistung und Zuverlässigkeit unverzichtbar. Designüberlegungen umfassen:
- Verwendung einer Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche (Wärmepads), die mit dem Wärmepad der LED verbunden ist.
- Implementierung von Wärmeleitungen unter dem LED-Fußabdruck, um Wärme zu inneren oder unteren Kupferschichten zu leiten.
- Sicherstellen, dass das Gesamtsystemdesign eine Wärmeableitung ermöglicht, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Maximalwert überschreitet, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen oder in erhöhter Umgebungstemperatur.

8.3 Anwendungsbereich und Sicherheit

Das Bauteil ist für Standard-Handels- und Industrie-Elektronikgeräte vorgesehen. Es ist nicht für sicherheitskritische Anwendungen ausgelegt oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Flugsteuerung, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Transportsicherheitssysteme). Für solche Anwendungen ist eine Konsultation mit dem Hersteller für spezialisierte Produkte erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTPL-C16FUVM405 unterscheidet sich auf dem UV-LED-Markt durch ihre Kombination von Eigenschaften:
- Ultra-kompakte Größe:Ihr Miniatur-Fußabdruck von 3,2x1,6mm ermöglicht die Integration in sehr kleine Produkte oder dichte Arrays.
- Hohe Effizienz:Die Bereitstellung von bis zu 28mW optischer Leistung aus einem niedrigen Treiberstrom von 20mA stellt eine gute elektrisch-optische Wandlungseffizienz für ihre Klasse dar.
- Weiter Abstrahlwinkel:Der 135° Abstrahlwinkel bietet eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung, ideal für das Härten oder Belichten größerer Flächen ohne komplexe Optik.
- Robustes Gehäuse:Die Kompatibilität mit Standard-SMT-Reflow-Prozessen und die MSL3-Einstufung machen es für die Mainstream-Serienfertigung von Elektronik geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A:Nein. Eine 5V-Versorgung mit einer einfachen Reihenwiderstandsberechnung (R = (5V - 3,1V) / 0,02A = 95Ω) mag machbar erscheinen, wird aber nicht empfohlen. Der Mikrocontroller-Pin hat eine Stromquellenbegrenzung (oft 20-40mA max. für den Chip) und ist keine stabile Spannungsquelle unter Last. Verwenden Sie eine spezielle Treiberschaltung oder einen Transistor.

F2: Warum ist die Sperrspannungsangabe wichtig, wenn ich sie nicht in Sperrrichtung betreiben sollte?
A:Die Angabe zeigt den Grad des eingebauten Schutzes gegen versehentliche Verpolung während der Montage oder des Tests. Sie definiert die Schwelle, bevor die interne Zenerdiode stark leitet, und schützt möglicherweise den LED-Chip vor sofortigem Ausfall aufgrund eines Verdrahtungsfehlers, aber anhaltende Sperrvorspannung ist schädlich.

F3: Mein Härtungsprozess scheint langsam. Kann ich den Treiberstrom über 20mA erhöhen?
A:Sie können, aber Sie müssen innerhalb der absoluten Maximalwerte von 40mA bleiben. Eine Erhöhung des Stroms erhöht die optische Ausgangsleistung, aber auch die Wärmeentwicklung exponentiell (Leistung = Vf * If). Siemüsseneine gründliche thermische Analyse und ein Design durchführen, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur (Tj) unter 100°C bleibt. Das Betreiben mit höheren Strömen ohne Thermomanagement verringert die Ausgangsleistung (aufgrund thermischer Derating), verkürzt die Lebensdauer und kann zu vorzeitigem Ausfall führen.

F4: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsfluss (mW) und Lichtstrom (lm)?
A:Der Strahlungsfluss misst die gesamte optischeLeistungüber alle Wellenlängen (Watt). Der Lichtstrom misst die wahrgenommeneHelligkeitdurch das menschliche Auge (Lumen), gewichtet durch die photopische Empfindlichkeitskurve. Da dies eine UV-LED ist, die für Menschen unsichtbares Licht emittiert, wird ihre Leistung korrekt in Strahlungsfluss (mW) angegeben, was direkt mit ihrer Wirksamkeit in photochemischen Prozessen wie der Härtung korreliert.

11. Praktisches Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer kompakten UV-Härtungsstation für einen Resin-Tank eines Desktop-3D-Druckers.
1. Array-Design:Mehrere LTPL-C16FUVM405 LEDs würden in einem Raster auf einer Leiterplatte angeordnet, um den Tankbereich gleichmäßig auszuleuchten. Ihr weiter Abstrahlwinkel von 135° reduziert die Anzahl der benötigten LEDs im Vergleich zu Bauteilen mit engerem Winkel.
2. Treiberschaltung:Ein Konstantstrom-LED-Treiber-IC würde ausgewählt, um das Array zu versorgen, der in der Lage ist, einen stabilen Strom von 20mA pro LED-String zu liefern. Die LEDs würden in einer geeigneten Serien-Parallel-Konfiguration entsprechend den Spannungs- und Stromgrenzen des Treibers geschaltet.
3. Thermisches Design:Die Leiterplatte würde auf einem 1,6mm FR4-Träger mit 2oz Kupfer gefertigt. Eine große, durchgehende Kupferfläche auf der Ober- und Unterseite, verbunden durch eine Reihe von Wärmeleitungen unter jedem LED-Fußabdruck, würde als primärer Kühlkörper dienen. Die Leiterplatte könnte zur zusätzlichen Kühlung an einem Aluminiumgehäuse befestigt werden.
4. Optik:Obwohl der weite Winkel vorteilhaft ist, könnte ein einfacher Diffusor über dem Array platziert werden, um eine perfekt gleichmäßige Ausleuchtung der Härtungsoberfläche zu gewährleisten.
5. Steuerung:Der Treiber-IC würde vom System-Mikrocontroller gesteuert, um das UV-Array gemäß dem Härtungsrezept zu pulsieren oder zu dimmen und so die Belichtungsdosis zu steuern.

12. Funktionsprinzip und Technologietrends

12.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In diesem spezifischen Bauteil ist das Halbleitermaterial (wahrscheinlich basierend auf Indiumgalliumnitrid - InGaN) so ausgelegt, dass diese Energie als Photonen im nahen Ultraviolettspektrum mit einer Spitzenwellenlänge von etwa 405 Nanometern freigesetzt wird. Die eingebaute Zenerdiode bietet einen kontrollierten Durchbruchspfad für Sperrspannungen und bietet einen grundlegenden Schutz für den empfindlichen LED-Übergang.

12.2 Branchentrends

Die Festkörperbeleuchtungsindustrie, einschließlich UV-LEDs, entwickelt sich weiterhin entlang mehrerer Schlüsselrichtungen:
- Erhöhte Effizienz (WPE - Wall-Plug Efficiency):Laufende Forschung zielt darauf ab, mehr optische Leistung (mW) aus derselben elektrischen Eingangsleistung (mW) zu extrahieren, um Wärmeentwicklung und Energieverbrauch zu reduzieren.
- Höhere Leistungsdichte:Entwicklung von Gehäusen und Chip-Technologien, die höhere Treiberströme handhaben und mehr Wärme abführen können, wodurch kleinere LEDs mehr UV-Leistung liefern können.
- Kürzere Wellenlängen:Während dieses Produkt im UVA-Band (405nm) liegt, konzentriert sich erheblicher F&E-Aufwand auf die Herstellung zuverlässiger und effizienter LEDs weiter im UV-Spektrum (UVB und UVC) für Sterilisation, Reinigung und fortschrittliche medizinische Anwendungen.
- Verbesserte thermische Verpackung:Fortschritte bei Gehäusematerialien (z.B. Keramiksubstrate) und Wärmeübergangstechnologien, um den thermischen Widerstand von der Sperrschicht zur Umgebung zu verringern, was für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer entscheidend ist.
- Intelligente Integration:Trends zur Kombination von UV-LEDs mit Onboard-Sensoren (für Dosismonitoring) oder Treibern für intelligentere, besser steuerbare Lichtquellen.