UV-LED-Chip LTPL-C034UVG395 Datenblatt - 395nm Spitzenwellenlänge - 3,6V typ. Durchlassspannung - 4,4W max. Leistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTPL-C034UVG395 ist eine hochleistungsfähige, energieeffiziente Ultraviolett(UV)-Lichtquelle, die für anspruchsvolle Anwendungen wie UV-Aushärtung und andere industrielle Prozesse entwickelt wurde, die UV-Strahlung erfordern. Dieses Produkt stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, indem es die lange Betriebsdauer und inhärente Zuverlässigkeit von Leuchtdioden (LEDs) mit der hohen Strahlungsleistung kombiniert, die traditionell mit konventionellen UV-Lampen wie Quecksilberdampflampen verbunden ist. Diese Kombination bietet Entwicklern mehr Gestaltungsspielraum, ermöglicht die Realisierung kompakterer, effizienterer und langlebigerer Systeme und eröffnet neue Möglichkeiten für den Ersatz älterer, weniger effizienter UV-Technologien durch Festkörperbeleuchtung.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Integrierte Schaltung (IC)-Kompatibilität:Ermöglicht eine einfache Integration in moderne elektronische Steuerungssysteme.
• Umweltkonformität:Vollständige Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und Herstellung mit bleifreien (Pb-freien) Prozessen.
• Betriebseffizienz:Bietet aufgrund des höheren elektrisch-optischen Wirkungsgrads deutlich niedrigere Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen UV-Quellen.
• Reduzierter Wartungsaufwand:Die Festkörperbauweise von LEDs eliminiert Komponenten wie Glühfäden oder Elektroden, die sich mit der Zeit abnutzen, was zu einem drastisch reduzierten Wartungsaufwand und -kosten führt.
• Sofortiges Ein-/Ausschalten:Liefert sofort die volle Ausgangsleistung nach dem Einschalten und kann schnell ein- und ausgeschaltet werden, ohne Schaden zu nehmen – im Gegensatz zu einigen konventionellen Quellen.

2. Technische Spezifikationen und detaillierte Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• DC-Durchlassstrom (If):1000 mA (maximaler Dauerstrom).
• Leistungsaufnahme (Po):4,4 W (maximale Verlustleistung).
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C (Umgebungstemperatur).
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C (maximale Temperatur an der Halbleitersperrschicht).

Kritischer Hinweis:Längerer Betrieb unter Sperrspannungsbedingungen kann zum Bauteilausfall führen. Ein ordnungsgemäßer Schaltungsentwand muss dies verhindern.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen bei Ta=25°C

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (If = 700mA, Ta=25°C) gemessen und stellen die Kernleistungskennzahlen dar.

• Durchlassspannung (Vf):Der typische Wert beträgt 3,6V, mit einem Bereich von 3,2V (Min.) bis 4,4V (Max.). Dieser Parameter ist entscheidend für das Treiberdesign und das Wärmemanagement.
• Strahlungsfluss (Φe):Die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum. Der typische Wert beträgt 1415 mW (1,415 W), im Bereich von 1225 mW bis 1805 mW. Diese hohe Ausgangsleistung ist der Schlüssel für eine effektive Aushärtung.
• Spitzenwellenlänge (Wp):Die Wellenlänge, bei der die LED die meiste Leistung emittiert. Sie liegt bei etwa 395nm, mit einem Sortierbereich von 390nm bis 400nm. Dies platziert sie im nahen UV (UVA)-Spektrum.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Etwa 130 Grad. Dieser breite Strahlungswinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine großflächige Ausleuchtung erfordern.
• Wärmewiderstand (Rthjs):Der typische Wert beträgt 4,1 °C/W (Sperrschicht zu Lötstelle). Dieser niedrige Wert weist auf eine gute Wärmeleitung vom Chip zur Platine hin, was für die Wärmeableitung bei hohen Treiberströmen unerlässlich ist.

3. Sortiercode-Klassifizierungssystem

Um eine gleichbleibende Produktionsqualität zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Der Sortiercode ist auf der Verpackung angegeben.

3.1 Durchlassspannung (Vf)-Sortierung

• V1:3,2V – 3,6V
• V2:3,6V – 4,0V
• V3:4,0V – 4,4V

3.2 Strahlungsfluss (Φe)-Sortierung

• ST:1225 – 1325 mW
• TU:1325 – 1430 mW
• UV:1430 – 1545 mW
• VW:1545 – 1670 mW
• WX:1670 – 1805 mW

3.3 Spitzenwellenlänge (Wp)-Sortierung

• P3T:390 – 395 nm
• P3U:395 – 400 nm

4. Leistungskurvenanalyse

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Die Strahlungsleistung steigt überlinear mit dem Strom. Während der Betrieb bei höheren Strömen (bis zum Maximalwert) eine höhere UV-Leistung liefert, erzeugt er auch deutlich mehr Wärme. Der optimale Treiberstrom ist ein Kompromiss zwischen der gewünschten Ausgangsleistung und den Grenzen des Wärmemanagements.

4.2 Relative spektrale Verteilung

Das Emissionsspektrum ist auf 395nm zentriert mit einer typischen Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 15-20nm. Diese schmale Bandbreite ist vorteilhaft für Prozesse, die auf bestimmte Wellenlängen empfindlich reagieren.

4.3 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm bestätigt den breiten 130-Grad-Abstrahlwinkel und zeigt ein nahezu lambertisches Abstrahlverhalten, das für die Flächenausleuchtung geeignet ist.

4.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Kurve zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom und ist auch temperaturabhängig. Ein präzises Treiberdesign muss diese Eigenschaft berücksichtigen.

4.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Die Ausgangsleistung von UV-LEDs ist sehr empfindlich gegenüber der Sperrschichttemperatur. Die Kurve zeigt typischerweise einen negativen Koeffizienten, was bedeutet, dass der Strahlungsfluss mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend, um eine stabile, hohe Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten.

4.6 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungs- oder Gehäusetemperatur. Um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur unter 125°C bleibt, muss der Treiberstrom bei Betrieb in höheren Umgebungstemperaturen reduziert werden.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil verfügt über ein Oberflächenmontagegehäuse (SMD). Kritische Abmessungen umfassen die Gehäusegröße, die Linsenhöhe sowie die Lage/Größe der Anode, Kathode und der thermischen Kontaktfläche. Die thermische Kontaktfläche ist elektrisch von den elektrischen Kontakten isoliert (neutral), sodass sie direkt mit einer Massefläche der Leiterplatte verbunden werden kann, um eine optimale Wärmeableitung zu erreichen. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,2mm, außer der Linsenhöhe und den Abmessungen des Keramiksubstrats, die mit einer engeren Toleranz von ±0,1mm gehalten werden.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie auf der Leiterplatte

Ein detailliertes Lötflächenlayout wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötung und thermische Leistung zu gewährleisten. Das Design umfasst separate Lötflächen für Anode, Kathode und eine große zentrale thermische Kontaktfläche. Die Einhaltung dieses empfohlenen Footprints ist für die mechanische Stabilität, die elektrische Verbindung und vor allem für die Wärmeübertragung von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte unerlässlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Vorgeschlagenes Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Temperatur-Zeit-Diagramm für bleifreies (Pb-freies) Reflow-Löten wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:Allmählicher Anstieg zur Aktivierung des Flussmittels.
• Haltezone:Ermöglicht die Temperaturstabilisierung auf der gesamten Leiterplatte.
• Reflow (Liquidus):Die Spitzentemperatur, gemessen auf der Gehäuseoberfläche, sollte 260°C nicht überschreiten, wobei die Zeit über 240°C auf ein empfohlenes Maximum begrenzt sein sollte.
• Abkühlung:Eine kontrollierte, nicht zu schnelle Abkühlrate wird empfohlen, um thermische Schocks zu vermeiden.

6.2 Wichtige Montagehinweise

• Reflow-Löten ist die bevorzugte Methode. Handlöten sollte, falls notwendig, auf maximal 300°C für maximal 2 Sekunden, und nur einmalig, beschränkt werden.
• Der Reflow-Prozess sollte nicht mehr als dreimal am selben Bauteil durchgeführt werden.
• Wellenlöten wird nicht empfohlen und ist nicht garantiert.
• Verwenden Sie stets die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet.

6.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie ausschließlich alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können das LED-Gehäusematerial (z.B. die Linse oder das Vergussmaterial) beschädigen.

7. Zuverlässigkeit und Qualitätssicherung

Eine umfangreiche Reihe von Zuverlässigkeitstests wurde durchgeführt, wobei in den Testchargen keine Ausfälle gemeldet wurden, was die hohe Produktrobustheit demonstriert.

• Betriebslebensdauertests (LTOL, RTOL, HTOL):1000 Stunden Dauerbetrieb unter verschiedenen Temperatur- und Strombelastungsbedingungen.
• Umweltbelastungstests:Umfasst "Wet High Temperature Operating Life" (WHTOL), Temperaturschock (TMSK), Widerstand gegen Lötbarkeit (simuliert Reflow) und Lötbarkeitstests.
• Ausfallkriterien:Nach dem Test werden die Bauteile anhand der Durchlassspannungsänderung (muss innerhalb von ±10% des Anfangswerts bleiben) und der Strahlungsflussdegradation (muss innerhalb von -30% des Anfangswerts bleiben) beurteilt.

8. Verpackung und Handhabung

8.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, gemäß EIA-481-1-B-Standards. Die Bandabmessungen, Taschengröße und Spulennabendetails werden angegeben. Jede Spule kann maximal 500 Stück enthalten. Die Verpackung gewährleistet den Schutz der Bauteile während des Transports und ist mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel.

9. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

9.1 Ansteuerungsmethode

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine konsistente und gleichmäßige Strahlungsleistung zu gewährleisten und einen thermischen Durchbruch zu verhindern, müssen sie von einer Konstantstromquelle und nicht von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden. Die Treiberschaltung sollte so ausgelegt sein, dass sie den erforderlichen Strom (z.B. 700mA für die typischen Spezifikationen) liefert und gleichzeitig die in den Sortiertabellen angegebenen Durchlassspannungsschwankungen ausgleicht.

9.2 Wärmemanagement

Dies ist der mit Abstand kritischste Aspekt beim Entwurf mit Hochleistungs-UV-LEDs. Der niedrige Wärmewiderstand (4,1 °C/W) ist nur dann wirksam, wenn die Wärme effizient von der Lötstelle abgeführt wird. Dies erfordert:

• Eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen unter der thermischen Kontaktfläche.
• Ein Leiterplattenmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z.B. Metallkern- oder isolierte Metallsubstrate) für Hochleistungsanwendungen.
• Gegebenenfalls einen zusätzlichen externen Kühlkörper.
• Einhaltung der Strom-Derating-Kurve basierend auf der tatsächlichen Betriebsumgebungstemperatur.

9.3 Typische Anwendungsszenarien

• UV-Aushärtung:Klebstoffe, Druckfarben, Beschichtungen und Harze in Fertigungsprozessen.
• Medizinische und wissenschaftliche Geräte:Sterilisation, Fluoreszenzanalyse, Phototherapie.
• Forensik und Authentifizierung:Geldscheinprüfung, Dokumentenanalyse.
• Industrielle Inspektion:Erkennung von Fehlern oder Verunreinigungen.

10. Technischer Vergleich und Vorteile

Im Vergleich zu herkömmlichen Mitteldruck-Quecksilber-UV-Lampen bietet diese UV-LED-Lösung:

• Deutlich längere Lebensdauer:Zehntausende Stunden im Vergleich zu einigen tausend Stunden.
• Sofortiger Betrieb:Keine Aufwärmzeit erforderlich.
• Höhere Effizienz:Mehr UV-Leistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung, was die Energiekosten senkt.
• Umweltfreundlich:Enthält kein Quecksilber, ist RoHS-konform und reduziert gefährlichen Abfall.
• Kompakte Bauweise und Designflexibilität:Ermöglicht kleinere, innovativere Systemdesigns.
• Präzise Wellenlängenkontrolle:Die schmale spektrale Ausgangsleistung kann auf spezifische Photoinitiatoren in Aushärtungsanwendungen abgestimmt werden, was die Prozesseffizienz verbessert.