LTPL-C16FUVM375 UV-LED Datenblatt - 3,2x1,6x1,9mm - 3,5V - 160mW - 375nm Spitzenwellenlänge - 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. Sie bietet Entwicklern aufgrund ihrer kompakten Bauform und SMD-Bauweise erhebliche Freiheiten in der Produktentwicklung und eröffnet neue Möglichkeiten für UV-basierte Prozesse und Geräte.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

Die Kernvorteile dieser Komponente ergeben sich aus ihrem Design und Herstellungsprozess. Sie ist vollständig mit standardmäßigen automatischen Pick-and-Place-Geräten kompatibel, was eine kostengünstige Serienbestückung auf Leiterplatten (PCBs) erleichtert. Das Gehäuse ist sowohl für Infrarot (IR)- als auch für Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse qualifiziert und entspricht den Standardanforderungen für bleifreie und RoHS-konforme Fertigung. Ihr EIA (Electronic Industries Alliance)-Standard-Footprint gewährleistet Interoperabilität und einfache Integration in bestehende Designbibliotheken und Fertigungsstraßen. Darüber hinaus ist die Baugruppe für den direkten Anschluss an integrierte Schaltkreise (IC) ausgelegt, was die umgebende Steuerelektronik vereinfacht.

1.2 Zielanwendungen

Diese UV-LED ist speziell für industrielle und fertigungstechnische Prozesse ausgelegt, die ultraviolettes Licht nutzen. Zu den Hauptanwendungsgebieten gehören die UV-Aushärtung von Klebstoffen, Harzen und Beschichtungen, wo eine präzise und schnelle Polymerisation erforderlich ist. Sie eignet sich auch für UV-Markierungs- und Codiersysteme. Ein weiterer bedeutender Anwendungsfall ist das Trocknen und Härten von speziellen Druckfarben. Die Wellenlänge von 375nm ist für die Initiierung photochemischer Reaktionen in diesen Bereichen besonders effektiv.

2. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist in einem kompakten SMD-Gehäuse untergebracht. Die Abmessungen sind entscheidend für das PCB-Layout und das Wärmemanagement. Das Gehäuse ist etwa 3,2mm lang, 1,6mm breit und hat eine Höhe von 1,9mm. Alle Maßtoleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern in der detaillierten mechanischen Zeichnung nicht anders angegeben. Die Komponente verfügt über eine klare Linse für eine optimale Lichtauskopplung.

2.1 PCB-Lötflächenlayout

Für zuverlässiges Löten wird ein empfohlenes PCB-Land Pattern (Footprint) bereitgestellt. Dieses Muster ist für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse optimiert. Das Pad-Design gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötnahtbildung, mechanische Stabilität und einen effektiven Wärmetransport vom LED-Chip zur Leiterplatte, was für die Regelung der Sperrschichttemperatur und die langfristige Zuverlässigkeit entscheidend ist.

2.2 Polaritätskennzeichnung

Die Komponente hat eine festgelegte Kathode und Anode. Die Polarität wird typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse angezeigt, wie z.B. eine Kerbe, einen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke. Eine korrekte Polarisierungsausrichtung während der Montage ist zwingend erforderlich, da das Anlegen einer Sperrspannung, die den absoluten Maximalwert überschreitet, zu einer sofortigen Beschädigung des Bauteils führen kann.

3. Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer eine dauerhafte Beschädigung des Bauteils auftreten kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert und sollte für eine zuverlässige Leistung vermieden werden.

• Verlustleistung (Po):160 mW. Dies ist der maximal zulässige Leistungsverlust innerhalb des Bauteils bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.
• DC-Durchlassstrom (If):40 mA. Der maximale kontinuierliche Durchlassstrom, der angelegt werden kann.
• Sperrspannung (Vr):5 V. Die maximale Spannung, die in Sperrrichtung angelegt werden kann.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C bis +100°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj):90°C. Die maximal zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht selbst.

4. Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und einem Durchlassstrom (If) von 20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Strahlungsfluss (Φe):14 mW (Min), 20 mW (Typ), 28 mW (Max). Dies ist die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum, gemessen in Milliwatt.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):135 Grad (Typ). Dies definiert die Winkelverteilung der emittierten Strahlung, bei der die Intensität die Hälfte der Spitzenintensität beträgt.
• Spitzenwellenlänge (λp):370 nm (Min), 375 nm (Typ), 380 nm (Max). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Strahlungsintensität maximal ist.
• Durchlassspannung (Vf):2,8 V (Min), 3,5 V (Typ), 4,0 V (Max). Der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit dem spezifizierten Durchlassstrom.
• Sperrstrom (Ir):10 µA (Max) bei Vr=1,2V. Dieser Parameter wird getestet, um die Zener-Charakteristik zu überprüfen, aber das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung vorgesehen.

5. Bin-Code und Klassifizierungssystem

Um Produktionsschwankungen zu verwalten und eine präzise Auswahl zu ermöglichen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Der Bin-Code ist auf der Verpackung markiert.

5.1 Durchlassspannung (Vf) Binning

Bauteile werden in drei Spannungsklassen kategorisiert: V1 (2,8V-3,2V), V2 (3,2V-3,6V) und V3 (3,6V-4,0V). Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit ähnlichem Spannungsabfall für eine konsistente Leistung in Parallelschaltungen oder zur Anpassung an spezifische Treiberanforderungen auszuwählen.

5.2 Strahlungsfluss (Φe) Binning

Die optische Ausgangsleistung wird über einen weiten Bereich klassifiziert, um eine Intensitätsabgleichung zu gewährleisten. Die Klassen reichen von R3 (14-16 mW) bis R9 (26-28 mW). Die Auswahl von LEDs aus derselben oder benachbarten Strahlungsfluss-Klasse ist für Anwendungen, die eine gleichmäßige Ausleuchtung erfordern, entscheidend.

5.3 Spitzenwellenlänge (λp) Binning

Die UV-Wellenlänge wird in zwei Hauptgruppen eingeteilt: P3P (370-375 nm) und P3Q (375-380 nm). Dies gewährleistet eine spektrale Konsistenz für Prozesse, die auf eine spezifische UV-Aktivierungswellenlänge empfindlich reagieren.

6. Leistungskurvenanalyse

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen.

6.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die optische Ausgangsleistung nicht linear proportional zum Strom ist. Sie steigt mit dem Strom an, kann aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und eines internen Quanteneffizienzabfalls (Droop) eine Sättigung oder verringerte Effizienz aufweisen. Ein Betrieb deutlich über dem typischen 20mA-Testpunkt erfordert ein sorgfältiges Wärmemanagement.

6.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Die I-V-Charakteristik ist exponentiell, typisch für eine Diode. Die Kurve zeigt die Schwellenspannung (ab der der Strom signifikant zu fließen beginnt) und wie die Durchlassspannung mit dem Strom ansteigt. Diese Information ist für die Auslegung von Konstantstromtreibern von entscheidender Bedeutung.

6.3 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Dies ist eine der wichtigsten Kurven für das Design. Sie zeigt den negativen Einfluss der Temperatur auf die Lichtausbeute. Mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj) nimmt der Strahlungsfluss ab. Eine effektive Kühlkörperanbindung und PCB-Wärmeableitung sind unerlässlich, um eine hohe Ausgangsleistung und lange Lebensdauer zu erhalten. Die Kurve quantifiziert den Derating-Faktor.

6.4 Relatives Emissionsspektrum

Das spektrale Verteilungsdiagramm zeigt die Intensität der emittierten Strahlung über die Wellenlängen. Es bestätigt das Maximum bei ~375nm und zeigt die spektrale Bandbreite (Halbwertsbreite - FWHM), die für Anwendungen wichtig ist, bei denen spezifische Photoreaktionen angestrebt werden.

7. Montage- und Handhabungsrichtlinien

7.1 Empfehlungen zum Lötprozess

Das Bauteil ist für bleifreies Reflow-Löten ausgelegt. Ein detailliertes Temperaturprofil wird bereitgestellt, das Vorwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen spezifiziert. Zu den Schlüsselparametern gehört eine maximale Bauteiltemperatur von 260°C und eine Zeit über 240°C von weniger als 10 Sekunden. Schnelle Abkühlraten werden nicht empfohlen. Handlöten mit einem Lötkolben ist möglich, muss jedoch auf 300°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss, und nur einmalig, beschränkt werden.

7.2 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

Diese LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Während der Handhabung und Montage müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen getroffen werden. Dazu gehören geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten sowie ESD-sichere Verpackungen und Geräte. Die Nichtbeachtung von ESD-Vorsichtsmaßnahmen kann zu latenten oder katastrophalen Bauteilausfällen führen.

7.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse und das Gehäuse beschädigen, was zu einer verringerten Lichtausbeute oder einem vorzeitigen Ausfall führen kann.

7.4 Feuchtigkeitssensitivität und Lagerung

Das Gehäuse ist gemäß JEDEC-Standard J-STD-020 mit der Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) 3 bewertet. Wenn die feuchtigkeitsdichte Verpackung versiegelt ist, haben die Bauteile bei Lagerung bei ≤ 30°C und ≤ 90% relativer Luftfeuchtigkeit eine Haltbarkeit von einem Jahr. Sobald die Verpackung geöffnet ist, müssen die Komponenten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden, wenn sie bei ≤ 30°C und ≤ 60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Wenn die Feuchtigkeitsindikatorkarte rosa wird oder die Zeitgrenze überschritten wird, ist vor dem Reflow-Löten ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 48 Stunden erforderlich, um \"Popcorning\"-Schäden während des Lötens zu verhindern.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Komponenten werden auf einer geprägten Trägerfolie für die automatisierte Handhabung geliefert. Die Folienabmessungen sind spezifiziert, um mit Standardzuführern kompatibel zu sein. Die Folie ist auf 7-Zoll (178mm) Spulen aufgewickelt. Eine typische Spule enthält 1500 Stück. Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B-Spezifikationen. Die Deckfolie versiegelt die Komponententaschen. Die Qualitätsspezifikationen erlauben maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Komponenten auf einer Spule.

9. Anwendungsdesign-Überlegungen

9.1 Treiberschaltungsdesign

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Für einen stabilen und konsistenten Betrieb muss sie von einer Konstantstromquelle und nicht von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden. Beim Anschluss mehrerer LEDs ist eine Reihenschaltung vorzuziehen, da sie einen identischen Strom durch jedes Bauteil gewährleistet. Wenn eine Parallelschaltung unvermeidbar ist, sollten für jeden LED-Zweig individuelle strombegrenzende Widerstände verwendet werden, um Unterschiede in der Durchlassspannung (Vf) auszugleichen und eine ungleichmäßige Stromaufteilung (Current Hogging) zu verhindern, die zu ungleichmäßiger Helligkeit und einer möglichen Überlastung eines Bauteils führen kann.

9.2 Wärmemanagement

Die Regelung der Sperrschichttemperatur ist für Leistung und Lebensdauer von größter Bedeutung. Die maximale Sperrschichttemperatur beträgt 90°C. Der Entwickler muss den Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Umgebung (Rth j-a) basierend auf dem PCB-Layout, der Kupferfläche und der möglichen Verwendung von Wärmeleitungen (Thermal Vias) berechnen. Die Verlustleistung (Pd = Vf * If) muss so gesteuert werden, dass Tj innerhalb der Grenzwerte bleibt, insbesondere unter Berücksichtigung der mit der Temperatur abnehmenden Lichtausbeute, die in den Leistungskurven gezeigt wird. Ein gut gestaltetes Wärmeableitpad auf der Leiterplatte ist unerlässlich.

9.3 Optisches Design

Der Abstrahlwinkel von 135 Grad bietet ein breites Abstrahlmuster. Für Anwendungen, die fokussiertes oder kollimiertes UV-Licht erfordern, können sekundäre Optiken wie Linsen oder Reflektoren notwendig sein. Das Material dieser Optiken muss für UV-Strahlung durchlässig sein (z.B. spezielle Gläser oder UV-stabile Kunststoffe wie PMMA).

10. Zuverlässigkeit und Anwendungshinweise

Das Produkt ist für den Einsatz in Standard-Geschäfts- und Industrie-Elektronikgeräten ausgelegt. Für Anwendungen, die eine außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme), ist eine spezielle Beratung und ein potenzieller Qualifizierungsprozess erforderlich, da die Standardproduktdaten solche extremen Anwendungsfälle möglicherweise nicht abdecken. Die Lebensdauer der LED wird stark von den Betriebsbedingungen beeinflusst, hauptsächlich von der Sperrschichttemperatur und dem Treiberstrom. Ein Betrieb unterhalb der absoluten Maximalwerte und die Implementierung eines robusten thermischen Designs maximieren die Betriebslebensdauer.