ELUA2835TG0 UVA LED Datenblatt - 2,8x3,5mm Gehäuse - 3,0-4,0V Durchlassspannung - 60mA Strom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELUA2835TG0-Serie stellt eine kompakte, leistungsstarke Ultraviolett (UVA) Leuchtdioden (LED) Lösung dar. Dieses Produkt ist für Anwendungen konzipiert, die ultraviolettes Licht im Spektrum von 360-410 Nanometer (nm) erfordern. Das zentrale Designkonzept zielt darauf ab, hohe Effizienz und zuverlässige Leistung bei minimaler Baugröße zu liefern, was die Integration in platzbeschränkte moderne Elektronikgeräte ermöglicht.

Der Hauptvorteil dieser Serie liegt in der Kombination aus einem großen Abstrahlwinkel und niedrigem Stromverbrauch. Das Gehäusematerial ist PCT mit einer Silberbeschichtung, was zur thermischen und elektrischen Leistung beiträgt. Es entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsstandards, einschließlich RoHS, REACH und halogenfrei, und ist somit für den weltweiten Markt geeignet.

1.1 Hauptmerkmale

• Ultraviolettes (UVA) Emissionsspektrum.
• Kompakte Oberflächenmontage (SMD) Bauform mit den Abmessungen 2,8mm x 3,5mm.
• Konform mit RoHS, REACH und halogenfreien Richtlinien (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Bleifreie (Pb-freie) Konstruktion.
• Hohe Effizienz und niedriger Stromverbrauch.
• Großer Abstrahlwinkel von 100 Grad.
• Geeignet für automatisierte SMT-Montageprozesse.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der für die ELUA2835TG0-Serie spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Parameter. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und das thermische Management.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine empfohlenen Betriebsbedingungen.

• Maximaler DC-Durchlassstrom (I_F): 70 mA. Das Überschreiten dieses Stroms kann aufgrund von Überhitzung oder Elektromigration zu einem katastrophalen Ausfall führen.
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_J): 90 °C. Der Halbleiterchip darf diese Temperatur nicht überschreiten, um die Langzeitzuverlässigkeit zu gewährleisten und Leistungsverluste zu verhindern.
• Betriebs- & Lagertemperatur (T_Opr, T_Stg): -40 °C bis +85 °C. Dieser Bereich definiert die Umgebungsbedingungen, denen das Bauteil während des Betriebs und der Lagerung standhalten kann.
• Thermischer Widerstand (R_th): 15 °C/W. Dieser Parameter gibt an, wie effektiv Wärme von der Halbleitersperrschicht zur Lötstelle (oder zum Gehäuse) abgeleitet wird. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine bessere Wärmeableitung. Beispiel: Bei einem maximalen Durchlassstrom von 60mA und einer typischen Durchlassspannung von ~3,5V beträgt die Verlustleistung etwa 210mW. Dies würde zu einem Sperrschichttemperaturanstieg von etwa 3,15°C über der Lötstellentemperatur führen (0,21W * 15°C/W).
• Max. ESD-Festigkeit (Human Body Model): 2000V. Dies spezifiziert die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber elektrostatischer Entladung, ein kritischer Faktor für Handhabungs- und Montageverfahren.

2.2 Photometrische und elektrische Kenngrößen

Die Leistung der LED wird unter spezifischen Testbedingungen charakterisiert, typischerweise bei einer Lötstellentemperatur von 25°C und einem Durchlassstrom von 60mA.

Das Datenblatt listet vier primäre Produktcodes innerhalb der Serie auf, die sich durch ihre Peak-Wellenlängen-Bins unterscheiden:

• ELUA2835TG0-P6070R53040060-VA1D: Peak-Wellenlänge 360-370nm.
• ELUA2835TG0-P8090R53040060-VA1D: Peak-Wellenlänge 380-390nm.
• ELUA2835TG0-P9000R53040060-VA1D: Peak-Wellenlänge 390-400nm.
• ELUA2835TG0-P0010R53040060-VA1D: Peak-Wellenlänge 400-410nm.

Für alle Varianten ist der Durchlassstrom mit 60mA spezifiziert, mit einem Durchlassspannungsbereich von 3,0V bis 4,0V. Der Strahlungsfluss (optische Leistungsabgabe) ist gebinnt, mit einem Minimum von 70mW, einem typischen Wert von 90mW und einem Maximum von 150mW. Wichtig: Der Strahlungsfluss ist ein Maß für die gesamte optische Leistung (in Watt), nicht für die wahrgenommene Helligkeit, was eher für sichtbares Licht relevant ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz zu gewährleisten und eine Auswahl basierend auf Anwendungsanforderungen zu ermöglichen, werden die LEDs nach der Herstellung in Leistungs-Bins sortiert.

3.1 Strahlungsfluss-Bins

LEDs werden basierend auf ihrem gemessenen Strahlungsfluss bei 60mA kategorisiert. Die Bin-Codes (R5, R6, R9, S2) definieren minimale und maximale Ausgangsbereiche, von 70-90mW (R5) bis zu 130-150mW (S2). Entwickler können ein Bin auswählen, um eine minimale optische Ausgangsleistung für ihre Anwendung zu garantieren.

3.2 Peak-Wellenlängen-Bins

Die Peak-Wellenlänge des emittierten ultravioletten Lichts ist in 10nm-Bereiche gebinnt: U36 (360-370nm), U38 (380-390nm), U39 (390-400nm) und U40 (400-410nm). Die Auswahl hängt von den spezifischen photochemischen oder Fluoreszenzanregungsanforderungen der Zielanwendung ab. Für die Messung wird eine Toleranz von ±1nm angegeben.

3.3 Durchlassspannungs-Bins

Die Durchlassspannung (V_f) bei 60mA ist in 0,2V-Schritten gebinnt, von 3,0-3,2V (Bin 3032) bis 3,8-4,0V (Bin 3840). Die Kenntnis des V_f-Bins ist wichtig für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung und die Vorhersage von Stromverbrauch und thermischer Belastung. Für diese Messungen gilt eine Toleranz von ±2%.

4. Analyse der Leistungskurven

Die bereitgestellten Diagramme bieten wichtige Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Betriebsbedingungen.

4.1 Relative spektrale Verteilung

Das Diagramm zeigt die Emissionsintensität über das Wellenlängenspektrum für die vier Hauptwellenlängenvarianten (365nm, 385nm, 395nm, 405nm). Jede Kurve hat einen deutlichen Peak, was das Binning bestätigt. Die spektrale Breite (Halbwertsbreite) kann aus dem Diagramm abgeleitet werden, was für Anwendungen mit spezifischer spektraler Reinheit wichtig ist.

4.2 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kurve)

Dieses Diagramm veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Spannung und Strom. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, und leichte Variationen zwischen verschiedenen Wellenlängen-Chips sind erkennbar. Diese Kurve ist grundlegend für die Auswahl einer geeigneten Treibertopologie (z.B. Konstantstrom vs. Konstantspannung).

4.3 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Die optische Ausgangsleistung steigt mit dem Treiberstrom, jedoch nicht linear. Das Diagramm zeigt, wie der relative Strahlungsfluss (normalisiert auf den Wert bei einem spezifischen Strom, wahrscheinlich 60mA) mit dem Strom ansteigt, bevor er bei höheren Strömen möglicherweise sättigt. Dies hilft bei Entscheidungen, die LED unterhalb ihres Maximalwerts zu betreiben, um die Effizienz (Lichtausbeute pro elektrischer Watt) oder Lebensdauer zu optimieren.

4.4 Thermische Eigenschaften

Mehrere Diagramme zeigen den Temperatureinfluss im Detail:

• Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur: Zeigt, dass die optische Ausgangsleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies ist ein wichtiger thermischer Derating-Faktor.
• Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur: Zeigt, dass V_fmit steigender Temperatur abnimmt, was ein charakteristisches Merkmal von Halbleiterdioden ist. Dies kann zur indirekten Temperaturüberwachung genutzt werden.
• Peak-Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur: Zeigt an, dass sich die Peak-Emissionswellenlänge leicht mit der Temperatur verschiebt, was bei Präzisionsanwendungen berücksichtigt werden sollte.
• Derating-Kurve: Das kritischste Diagramm für die Zuverlässigkeit. Es definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom als Funktion der Umgebungstemperatur. Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal sichere Strom reduziert werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Grenzwert von 90°C überschreitet. Beispiel: Bei einer Umgebungstemperatur von 85°C beträgt der maximale Strom 0mA, was bedeutet, dass das Bauteil bei dieser Temperatur nicht betrieben werden kann.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des 2,8mm x 3,5mm Gehäuses. Wichtige Merkmale sind die Anoden- und Kathodenkontaktpads sowie ein zentrales thermisches Pad. Das thermische Pad ist elektrisch mit der Kathode verbunden. Kritische Toleranzen betragen typischerweise ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben. Ein wichtiger Handhabungshinweis warnt davor, Kraft auf die Linse auszuüben, da dies die interne Struktur beschädigen könnte.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Bauteilzeichnung kennzeichnet die Anoden- und Kathodenpads eindeutig. Die korrekte Polarität ist während des PCB-Layouts und der Montage entscheidend für einen ordnungsgemäßen Betrieb.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Der ELUA2835TG0 ist für Standard-Oberflächenmontage (SMT) Prozesse ausgelegt.

• Reflow-Löten: Das Bauteil ist für Reflow-Löten geeignet. Der Prozess muss Standard-SMT-Profilen folgen, die mit dem Gehäuse und den PCB-Materialien kompatibel sind.
• Reflow-Limit: Es wird empfohlen, die LED nicht mehr als zwei Reflow-Lötzyklen auszusetzen, um die thermische Belastung der internen Komponenten zu minimieren.
• Vermeidung von mechanischer Belastung: Mechanische Belastung des LED-Körpers während der Erwärmungsphase des Lötens sollte vermieden werden.
• Nach dem Löten: Das Biegen der Leiterplatte nach dem Löten ist verboten, da dies die Lötstellen oder das LED-Gehäuse selbst beschädigen kann.

7. Verpackung & Bestellinformationen

7.1 Modellnummern-Nomenklatur

Der Produktcode folgt einer detaillierten Struktur: ELUA2835TG0-PXXXXYY3040060-VA1D.

• EL: Herstellerkennung.
• UA: UVA-Produkttyp.
• 2835: Gehäuseabmessungen (2,8x3,5mm).
• T: Gehäusematerial (PCT).
• G: Beschichtung (Ag - Silber).
• 0: Abstrahlwinkel (100°).
• PXXXX: Peak-Wellenlängencode (z.B. P6070 für 360-370nm).
• YY: Code für minimalen Strahlungsfluss-Bin (z.B. R5).
• 3040: Durchlassspannungsbereich (3,0-4,0V).
• 060: Nenn-Durchlassstrom (60mA).
• V: Chip-Typ (Vertikal).
• A: Chip-Größe (15mil).
• 1: Anzahl der Chips (1).
• D: Prozess-Typ (Dispensing).

Diese Namenskonvention ermöglicht eine präzise Auswahl der gewünschten Leistungsmerkmale.

7.2 Tape-and-Reel-Verpackung

Das Bauteil wird auf einer embossierten Trägerbahn für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Das Datenblatt enthält die Abmessungen der Trägerbahn, die für die Konfiguration des SMT-Bestückungsautomaten entscheidend sind.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Das Datenblatt listet mehrere Anwendungen auf:

• UV-Nagelhärtung: Verwendung in Geräten zum Aushärten von Gellack, typischerweise mit 365nm oder 395nm Wellenlänge.
• UV-Fälschungserkennung: Anregung von Sicherheitsmerkmalen auf Banknoten, Dokumenten oder Produkten, die unter spezifischen UV-Wellenlängen fluoreszieren.
• UV-Mückenfalle: Anlocken von Insekten, da viele von ultraviolettem Licht im Bereich 365-400nm angezogen werden.

Weitere potenzielle Anwendungen umfassen Harzaushärtung, Fluoreszenzmikroskopie, Luft-/Wasseraufbereitung (mit geeigneter Wellenlänge) und medizinische Therapiegeräte.

8.2 Design-Überlegungen

• Treiber-Schaltung: Ein Konstantstrom-Treiber wird dringend empfohlen, um eine stabile optische Ausgangsleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern, da die Durchlassspannung einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
• Thermisches Managementist von größter Bedeutung. Die Derating-Kurve muss strikt eingehalten werden. Eine ausreichende PCB-Kupferfläche (thermische Pads) und mögliche Kühlkörper sind erforderlich, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte oder in erhöhten Umgebungstemperaturen.
• Optisches Design: Der große 100-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Ausleuchtung. Für fokussierte Strahlen wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.
• ESD-Schutz: Obwohl für 2000V HBM ausgelegt, sollten während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
• Wellenlängenauswahl: Wählen Sie den Wellenlängen-Bin (U36, U38, etc.) basierend auf dem Absorptionsspektrum des Zielmaterials (z.B. Photoinitiator im Harz) oder der benötigten Anregungswellenlänge für Fluoreszenz.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Obwohl das Datenblatt keinen direkten Vergleich mit anderen Produkten bietet, lassen sich die Hauptunterscheidungsmerkmale der ELUA2835TG0-Serie ableiten:

• Gehäusegröße: Das 2835-Format ist ein gängiger Industriestandard und bietet einen Kompromiss zwischen Lichtausbeute und Leiterplattenfläche, was einen einfachen Austausch oder ein Upgrade von anderen 2835-LEDs ermöglichen kann.
• Großer Abstrahlwinkel: Der 100-Grad-Abstrahlwinkel ist für eine UVA-LED bemerkenswert groß und vorteilhaft für Flächenbeleuchtungsanwendungen.
• Umfassendes Binning: Detailliertes Binning für Fluss, Wellenlänge und Spannung ermöglicht präzises Design und konsistente Leistung in der Serienfertigung.
• Umweltkonformität: Volle Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards ist ein bedeutender Vorteil für Produkte, die auf internationale Märkte mit strengen Vorschriften abzielen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsfluss (mW) und Lichtstrom (lm)?
A: Strahlungsfluss misst die gesamte optische Leistung in Watt. Lichtstrom misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit, gewichtet mit der photopischen Sehkurve. Da UVA für Menschen unsichtbar ist, wird seine Leistung korrekterweise in Strahlungsfluss (mW) angegeben.

F2: Kann ich diese LED mit einer 3,3V Konstantspannungsquelle betreiben?
A: Es wird nicht empfohlen. Die Durchlassspannung variiert von 3,0V bis 4,0V (und mit der Temperatur). Eine Konstantspannung nahe 3,3V könnte in einem Bauteil mit niedriger Vf zu übermäßigem Strom oder in einem mit hoher Vf zu unzureichendem Strom führen. Ein auf 60mA (oder niedriger gemäß Derating) eingestellter Konstantstrom-Treiber ist die korrekte Methode.

F3: Warum beträgt die maximale Betriebsumgebungstemperatur 85°C, wenn die Sperrschicht bis 90°C gehen kann?
A: Das 85°C-Umgebungslimit stellt sicher, dass unter realen Betriebsbedingungen – bei denen die LED Leistung abführt (was zu einem Temperaturanstieg von der Lötstelle zur Sperrschicht führt) – die Sperrschichttemperatur ihr Maximum von 90°C nicht überschreitet. Die Derating-Kurve definiert grafisch den sicheren Betriebsbereich.

F4: Wie interpretiere ich das Diagramm \"Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur\"?
A: Das Diagramm zeigt, dass die Ausgangsleistung mit steigender Temperatur abfällt. Beispiel: Wenn der relative Fluss bei 100°C Sperrschichttemperatur 0,8 beträgt, bedeutet dies, dass die Ausgangsleistung nur 80% des Wertes bei der Referenztemperatur (wahrscheinlich 25°C) beträgt. Dies muss in Designs berücksichtigt werden, in denen hohe Umgebungstemperaturen oder schlechte Wärmeableitung erwartet werden.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines kompakten UV-Nagelhärtungsgeräts.
1. Wellenlängenauswahl: Wählen Sie die 395nm (U39-Bin) oder 365nm (U36-Bin) Variante, da dies gängige Wellenlängen für die Aktivierung von Photoinitiatoren in Gellacken sind.
2. Optische Leistungsanforderung: Bestimmen Sie die erforderliche Härteintensität und -fläche. Möglicherweise sind mehrere LEDs erforderlich. Wählen Sie den Strahlungsfluss-Bin (z.B. S2 für höchste Ausgangsleistung), um die Leistungsdichteanforderung zu erfüllen.
3. Treiber-Design: Entwerfen Sie eine Konstantstrom-Treiberschaltung für z.B. 50mA pro LED (von 60mA heruntergeregelt für längere Lebensdauer und geringere thermische Belastung). Berechnen Sie den Gesamtstrombedarf für das Array.
4. Thermisches Design: Das Gerät wird handgehalten sein und möglicherweise eine begrenzte Luftzirkulation haben. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit großen thermischen Entlastungspads, die mit einem internen Metallkern oder einem dedizierten Kühlkörper verbunden sind. Überprüfen Sie durch Berechnung oder Simulation, dass die Sperrschichttemperatur unter den erwarteten Worst-Case-Umgebungstemperaturen (z.B. 40°C) unter 90°C bleibt.
5. Layout: Platzieren Sie die LEDs auf der Leiterplatte mit korrekter Polarität. Stellen Sie sicher, dass das thermische Pad ordnungsgemäß an eine Kupferfläche zum Wärmespreizen gelötet ist.

12. Funktionsprinzip

Ultraviolette LEDs arbeiten nach demselben Grundprinzip wie sichtbare LEDs: Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in die aktive Region injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen ab. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie der in der aktiven Region verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. Für UVA-LEDs werden Materialien wie Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) oder Indiumgalliumnitrid (InGaN) mit spezifischen Zusammensetzungen entwickelt, um Photonen im Bereich von 360-410nm zu erzeugen. Das Gehäuse umfasst einen phosphorfreien Halbleiterchip, einen Reflektor zur Lichtführung und eine verkapselnde Linse, die auch Umweltschutz bietet.

13. Technologietrends

Das Gebiet der UV-LEDs entwickelt sich rasant. Wichtige Trends sind:

• Erhöhte Effizienz: Laufende Forschung zielt darauf ab, die Gesamteffizienz (elektrisch-optische Leistungsumwandlung) von UVA- und kürzerwelligeren UVB/UVC-LEDs zu verbessern, um Energieverbrauch und thermische Belastung zu reduzieren.
• Höhere Leistungsdichte: Entwicklung von Chips und Gehäusen, die höhere Treiberströme verarbeiten und mehr Wärme abführen können, was zu einer größeren optischen Ausgangsleistung von einem einzelnen Bauteil führt.
• Wellenlängenausweitung & -präzision: Strengere Kontrolle über Emissionswellenlängen und die Entwicklung von LEDs, die in spezifischen, schmalen Bändern emittieren, für spezialisierte Anwendungen in der Sensorik, medizinischen Therapie und Aufbereitung.
• Kostenreduzierung: Mit steigenden Produktionsmengen und ausgereiften Prozessen sinken die Kosten pro Milliwatt UV-Leistung kontinuierlich, was UV-LED-Lösungen für mehr Verbraucher- und Industrieanwendungen rentabel macht, die zuvor von Quecksilberdampflampen dominiert wurden.
• Verbesserte Zuverlässigkeit & Lebensdauer: Verbesserungen bei Materialien, Gehäusen und thermischem Management verlängern die Betriebslebensdauer von UV-LEDs, ein kritischer Faktor für die kommerzielle und industrielle Einführung.