LTPL-C034UVG405 UV-LED Datenblatt - 405nm Spitzenwellenlänge - 3,6V typ. Durchlassspannung - 4,4W max. Leistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTPL-C034UVG405 ist eine Hochleistungs-Ultraviolett(UV)-Leuchtdiode (LED), die für anspruchsvolle Anwendungen wie UV-Härtung und andere gängige UV-Prozesse konzipiert ist. Dieses Produkt stellt eine energieeffiziente Alternative zu konventionellen UV-Lichtquellen dar und vereint die lange Betriebslebensdauer und Zuverlässigkeit der Festkörperbeleuchtung mit einer hohen Strahlungsleistung. Es ermöglicht größere Designflexibilität und eröffnet neue Möglichkeiten für die Festkörper-UV-Technologie, traditionelle UV-Systeme zu ersetzen.

1.1 Hauptmerkmale

• Integrierte Schaltung (IC)-kompatible Ansteuerung.
• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und bleifrei.
• Geringere Betriebskosten im Vergleich zu konventionellen UV-Quellen.
• Reduzierter Wartungsaufwand aufgrund der Festkörper-Zuverlässigkeit.

2. Absolute Grenzwerte

Die folgenden Grenzwerte definieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Alle Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• DC-Durchlassstrom (If):1000 mA
• Verlustleistung (Po):4,4 W
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C

Wichtiger Hinweis:Der Betrieb der LED über längere Zeit unter Sperrspannungsbedingungen kann zu Bauteilschäden oder Ausfall führen.

3. Elektro-optische Kenngrößen

Die folgenden Kenngrößen werden bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (If) von 700mA gemessen, was einem typischen Betriebspunkt entspricht.

• Durchlassspannung (Vf):Minimum 3,2V, Typisch 3,6V, Maximum 4,4V.
• Strahlungsfluss (Φe):Minimum 1225 mW, Typisch 1415 mW, Maximum 1805 mW. Dies ist die gesamte abgegebene Strahlungsleistung, gemessen mit einer Ulbricht-Kugel.
• Spitzenwellenlänge (λp):Minimum 400 nm, Maximum 410 nm.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Typisch 130 Grad.
• Thermischer Widerstand, Sperrschicht zu Lötpunkt (Rthjs):Typisch 4,1 °C/W. Messtoleranz ±10%.

4. Bin-Code-System

Die LEDs werden basierend auf Schlüsselparametern in Bins eingeteilt, um Konsistenz in der Anwendung zu gewährleisten. Der Bin-Code ist auf jedem Verpackungsbeutel aufgedruckt.

4.1 Durchlassspannung (Vf) Binning

• V1:3,2V bis 3,6V
• V2:3,6V bis 4,0V
• V3:4,0V bis 4,4V
• Toleranz: ±0,1V

4.2 Strahlungsfluss (mW) Binning

• ST:1225 mW bis 1325 mW
• TU:1325 mW bis 1430 mW
• UV:1430 mW bis 1545 mW
• VW:1545 mW bis 1670 mW
• WX:1670 mW bis 1805 mW
• Toleranz: ±10%

4.3 Spitzenwellenlänge (Wp) Binning

• P4A:400 nm bis 405 nm
• P4B:405 nm bis 410 nm
• Toleranz: ±3 nm

5. Analyse der Kennlinien

Die folgenden typischen Kurven geben Aufschluss über das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen (25°C Umgebung, sofern nicht anders angegeben).

5.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Strahlungsleistung mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop ein nichtlineares Verhalten aufweisen kann.

5.2 Relative spektrale Verteilung

Das Spektrum bestätigt das schmale Emissionsband um die Spitzenwellenlänge von 405nm, was charakteristisch für UV-LEDs ist und für das Härten spezifischer Photoinitiatoren geeignet ist.

5.3 Abstrahlcharakteristik (Abstrahlwinkel)

Die Abstrahlcharakteristik veranschaulicht den typischen Abstrahlwinkel von 130 Grad und zeigt die Intensitätsverteilung in Abhängigkeit vom Winkel zur optischen Achse.

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

Die I-V-Kennlinie zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung der Diode, der für die Auslegung geeigneter Konstantstromtreiber entscheidend ist.

5.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Dieses Diagramm verdeutlicht den negativen Einfluss einer steigenden Sperrschichttemperatur auf die Lichtleistung. Der Strahlungsfluss nimmt mit steigender Temperatur ab, was die Notwendigkeit eines effektiven Wärmemanagements unterstreicht.

5.6 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Diese Kurve gibt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Gehäusetemperatur (Tc) an. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten und eine Überschreitung der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern, muss der Treiberstrom bei Betrieb in höheren Umgebungstemperaturen reduziert werden.

6. Zusammenfassung der Zuverlässigkeitstests

Das Bauteil hat eine umfassende Reihe von Zuverlässigkeitstests durchlaufen, wobei bei den Stichprobengrößen keine Ausfälle gemeldet wurden. Die Tests umfassen:

• Low Temperature Operating Life (LTOL):-10°C Gehäusetemperatur, 700mA, 1000 Stunden.
• Room Temperature Operating Life (RTOL):25°C, 1000mA, 1000 Stunden.
• High Temperature Operating Life (HTOL):85°C Gehäusetemperatur, 700mA, 1000 Stunden.
• Wet High Temperature Operating Life (WHTOL):60°C/90% rel. Luftfeuchte, 700mA, 500 Stunden.
• Thermal Shock (TMSK):-40°C bis 125°C, 100 Zyklen.
• Beständigkeit gegen Reflow-Lötwärme:260°C Spitzentemperatur, 10 Sekunden, 2 Zyklen.
• Lötbarkeitstest:245°C, 5 Sekunden, bleifreies Lot.

Schadenskriterien:Ein Bauteil gilt als ausgefallen, wenn sich nach dem Test die Durchlassspannung um mehr als ±10% verschoben hat oder der Strahlungsfluss um mehr als -30% von den bei typischem Strom gemessenen Anfangswerten abgenommen hat.

7. Mechanische und Montageinformationen

7.1 Abmessungen und Lötflächenlayout auf der Leiterplatte

Das Datenblatt enthält detaillierte mechanische Zeichnungen mit Abmessungen in Millimetern. Wichtige Hinweise umfassen:

• Allgemeine Maßtoleranz: ±0,2mm.
• Linsenhöhe und Keramiksubstrat-Länge/-Breite Toleranz: ±0,1mm.
• Die thermische Lötfläche ist elektrisch isoliert (neutral) von der Anoden- und Kathodenlötfläche.
• Ein empfohlenes Lötflächenlayout für die Leiterplatte (PCB) wird bereitgestellt, um ein korrektes Löten und Wärmeleitung zu gewährleisten.

7.2 Lötrichtlinien

Reflow-Lötprofil:Ein empfohlenes Temperaturprofil wird bereitgestellt, wobei die maximale Bauteiltemperatur 260°C nicht überschreiten sollte. Eine schnelle Abkühlrate von der Spitzentemperatur wird nicht empfohlen.

Handlöten:Maximal 300°C für maximal 2 Sekunden, nur einmal.

Allgemeine Hinweise:

• Alle Temperaturangaben beziehen sich auf die Oberseite des Bauteilgehäuses.
• Die niedrigstmögliche Löttemperatur ist anzustreben.
• Reflow-Löten sollte maximal dreimal durchgeführt werden.
• Tauchlötverfahren werden nicht empfohlen oder garantiert.

7.3 Verpackung

Die LEDs werden auf Band und Rolle für die automatisierte Montage geliefert, konform mit den EIA-481-1-B Spezifikationen.

• Bandabmessungen:Detaillierte Zeichnungen spezifizieren die Taschengröße und den Bandaufbau.
• Rollenabmessungen:Bereitgestellt für 7-Zoll-Rollen.
• Verpackung:Maximal 500 Stück pro 7-Zoll-Rolle. Leere Taschen sind mit Deckband versiegelt. Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile sind zulässig.

8. Anwendungsrichtlinien und Vorsichtsmaßnahmen

8.1 Ansteuerungsmethode

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um einen stabilen Betrieb und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, müssen sie von einer Konstantstromquelle und nicht von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden. Eine geeignete strombegrenzende Schaltung oder ein dedizierter LED-Treiber-IC ist unerlässlich.

8.2 Wärmemanagement

Angesichts der maximalen Verlustleistung von 4,4W und der Empfindlichkeit von Ausgangsleistung und Lebensdauer gegenüber der Sperrschichttemperatur ist eine effektive Kühlung entscheidend. Der niedrige thermische Widerstand (typ. 4,1 °C/W) von der Sperrschicht zum Lötpunkt erleichtert die Wärmeabfuhr, aber der gesamte thermische Pfad vom PCB zur Umgebung muss sorgfältig ausgelegt werden, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in warmer Umgebung.

8.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, verwenden Sie ausschließlich alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol. Die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Reiniger kann das LED-Gehäusematerial beschädigen.

9. Technischer Vergleich und Designüberlegungen

9.1 Vorteile gegenüber konventionellen UV-Quellen

Im Vergleich zu Quecksilberdampflampen oder anderen konventionellen UV-Technologien bietet diese UV-LED:

• Sofortiges Ein-/Ausschalten:Keine Aufwärm- oder Abkühlzeit, ermöglicht schnellere Prozesszyklen.
• Lange Lebensdauer:Deutlich längere Betriebslebensdauer, reduziert Austauschhäufigkeit und Wartungskosten.
• Energieeffizienz:Höhere elektrisch-optische Wandlungseffizienz, senkt die Betriebsstromkosten.
• Kompakte Bauweise & Designfreiheit:Die kleine Bauform ermöglicht die Integration in beengte Räume und eröffnet neue Bauformen für Härtungssysteme.
• Kühlere Betriebsweise:Emittiert sehr wenig Infrarotstrahlung, reduziert die Wärmebelastung des Zielsubstrats.
• Umweltsicherheit:Enthält kein Quecksilber, entspricht RoHS und anderen Umweltvorschriften.

9.2 Designüberlegungen für UV-Härtungssysteme

• Optisches Design:Linsen oder Reflektoren können erforderlich sein, um den 130-Grad-Strahl auf einen konzentrierteren Punkt oder eine Linie zu fokussieren, um eine effiziente Härtung zu erreichen.
• Treiberauswahl:Ein Konstantstromtreiber, der bis zu 1000mA liefern kann und über geeignete Dimm-/Pulsfunktionen verfügt, ist erforderlich. Der Treiber muss die Streuung der Durchlassspannungs-Bins (3,2V bis 4,4V) berücksichtigen.
• Kühlkörperdesign:Die Leiterplatte sollte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen und Kupferfläche ausgelegt sein. Für Hochleistungs-Arrays ist oft ein externer Aluminiumkühlkörper notwendig.
• Wellenlängenabgleich:Sicherstellen, dass die Spitzenwellenlänge von 405nm optimal für den im Härtungskleber, -druck oder -lack verwendeten Photoinitiator ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der typische Betriebsstrom für diese LED?

Die elektro-optischen Kenngrößen und Bin-Codes sind bei einem Durchlassstrom (If) von 700mA spezifiziert, was als typischer Betriebspunkt angesehen wird, der Ausgangsleistung und Langlebigkeit ausbalanciert. Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 1000mA, aber der Betrieb auf diesem Niveau erfordert ein exzellentes Wärmemanagement.

10.2 Wie wird der Strahlungsfluss gemessen?

Der Strahlungsfluss (in Milliwatt) ist die gesamte von der LED emittierte optische Leistung, gemessen mit einer Ulbricht-Kugel, die das Licht aus allen Winkeln einfängt. Dies unterscheidet sich vom Lichtstrom (Lumen), der durch die Empfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet wird und für UV-Quellen nicht anwendbar ist.

10.3 Können mehrere LEDs in Reihe oder parallel geschaltet werden?

Die Reihenschaltung ist bei Verwendung eines Konstantstromtreibers generell zu bevorzugen, da sie einen identischen Strom durch jede LED gewährleistet. Die Parallelschaltung wird ohne individuelle strombegrenzende Widerstände für jeden LED-Strang nicht empfohlen, da Unterschiede in der Durchlassspannung (Vf) zwischen den Bauteilen zu ungleichmäßiger Stromaufteilung und potenzieller Überlastung führen können.

10.4 Welchen Einfluss hat die Sperrschichttemperatur auf die Leistung?

Wie in den Kennlinien gezeigt, führt eine steigende Sperrschichttemperatur zu einer Abnahme der Strahlungsflussleistung (Efficiency Droop) und kann den langfristigen Degradationsprozess beschleunigen, was die Lebensdauer des Bauteils verringert. Die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur durch geeignete Kühlung ist für eine konstante Leistung und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung.

11. Funktionsprinzip und Technologietrends

11.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Diese UV-LED ist ein Halbleiterbauteil. Wird eine Durchlassspannung angelegt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifischen Materialien (z.B. Galliumnitrid-basierte Verbindungen) und die Quantentopfstruktur sind darauf ausgelegt, Photonen im ultravioletten Spektrum, speziell um 405nm, zu erzeugen.

11.2 Branchentrends

Der UV-LED-Markt wird durch den Ersatz von Quecksilberlampen in Branchen wie Druck, Klebstoffe, Beschichtungen und Desinfektion vorangetrieben. Wichtige Trends sind die Steigerung der Ausgangsleistung (Strahlungsfluss) von Einzelemittern, Verbesserungen der Wall-Plug-Efficiency (WPE), die Entwicklung von kürzerwelligen UVC-LEDs zur Sterilisation und die Senkung der Kosten pro Milliwatt. Die LTPL-C034UVG405 passt in den Trend, robuste Hochleistungslösungen für industrielle Härtungsanwendungen bereitzustellen.