LTPL-C034UVD385 UV-LED Datenblatt - 3,8V 600mW 385nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTPL-C034UVD385 ist eine Hochleistungs-Ultraviolett(UV)-Leuchtdiode (LED), die für professionelle UV-Härtungsanwendungen und andere gängige UV-Prozesse konzipiert ist. Sie stellt eine Festkörper-Beleuchtungslösung dar, die die Energieeffizienz, lange Betriebslebensdauer und Zuverlässigkeit der LED-Technologie mit einer hohen Strahlungsleistung kombiniert, die geeignet ist, konventionelle UV-Lichtquellen wie Quecksilberdampflampen zu ersetzen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese UV-LED-Serie wurde entwickelt, um signifikante Vorteile gegenüber traditionellen UV-Technologien zu bieten. Zu den Hauptmerkmalen gehören volle RoHS-Konformität und Bleifreiheit, was die Umwelt- und regulatorische Kompatibilität sicherstellt. Sie bietet aufgrund ihrer Festkörperbauweise niedrigere Betriebs- und Wartungskosten, wodurch häufige Lampenwechsel entfallen und der Energieverbrauch reduziert wird. Das Bauteil ist zudem I.C.-kompatibel, was die Integration in moderne elektronische Steuerungssysteme erleichtert. Der primäre Zielmarkt umfasst industrielle UV-Härtungssysteme für Druckfarben, Beschichtungen und Klebstoffe sowie wissenschaftliche, medizinische und Desinfektionsgeräte, die eine stabile 385nm UV-A-Lichtquelle benötigen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der für die UV-LED LTPL-C034UVD385 spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Hauptparameter.

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen maximalen Dauer-Durchlassstrom (If) von 500 mA und einen maximalen Leistungsverbrauch (Po) von 2 Watt ausgelegt. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) liegt zwischen -40°C und +85°C, mit einem weiteren Lagertemperaturbereich (Tstg) von -55°C bis +100°C. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 110°C. Es ist entscheidend, innerhalb dieser Grenzen zu arbeiten, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten und dauerhafte Schäden zu verhindern. Das Datenblatt warnt ausdrücklich vor einem längeren Betrieb unter Sperrspannungsbedingungen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom von 350mA werden die Hauptparameter definiert. Die Durchlassspannung (Vf) hat einen typischen Wert von 3,8V, mit einem Bereich von 2,8V (Min) bis 4,4V (Max). Der Strahlungsfluss (Φe), also die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum, hat einen typischen Wert von 600 Milliwatt (mW), im Bereich von 460mW (Min) bis 700mW (Max). Die Spitzenwellenlänge (Wp) liegt im 385nm-Bereich, mit einem Sortierbereich von 380nm bis 390nm. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 130 Grad und definiert das Abstrahlungsdiagramm. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Gehäuse (Rthjc) beträgt typischerweise 13,2 °C/W, ein entscheidender Parameter für das Wärmemanagement-Design.

2.3 Analyse der thermischen Eigenschaften

Der thermische Widerstandswert von 13,2 °C/W gibt den Temperaturanstieg pro Watt Verlustleistung zwischen der Halbleitersperrschicht und dem Gehäuse an. Beispielsweise würde am typischen Arbeitspunkt von 350mA und 3,8V (1,33W Eingangsleistung, wobei ~600mW optische Ausgangsleistung ~730mW Wärme bedeuten) die Temperaturdifferenz zwischen Sperrschicht und Gehäuse etwa 9,6°C betragen. Eine effektive Kühlkörpermontage ist unerlässlich, um die Sperrschichttemperatur unter ihrem Maximum von 110°C zu halten, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Dauerbetrieb.

3. Erklärung des Sortiersystems

Die LTPL-C034UVD385 verwendet ein Sortiersystem, um Einheiten basierend auf Leistungsvariationen zu kategorisieren, was es Konstrukteuren ermöglicht, LEDs auszuwählen, die spezifischen Anwendungsanforderungen entsprechen.

3.1 Sortierung der Durchlassspannung (Vf)

LEDs werden in vier Spannungsgruppen (V0 bis V3) sortiert. V0-Gruppen haben die niedrigste Durchlassspannung (2,8V - 3,2V), während V3-Gruppen die höchste haben (4,0V - 4,4V). Die Toleranz innerhalb einer Gruppe beträgt +/- 0,1V. Dies ermöglicht eine bessere Stromanpassung, wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet werden, da LEDs aus derselben Vf-Gruppe gleichmäßigere Spannungsabfälle aufweisen.

3.2 Sortierung des Strahlungsflusses (Φe)

Die optische Ausgangsleistung wird in sechs Gruppen kategorisiert, bezeichnet als R1 bis R6. R1 repräsentiert den niedrigsten Ausgangsbereich (460mW - 500mW) und R6 den höchsten (660mW - 700mW). Die Toleranz beträgt +/- 10%. Diese Sortierung ist entscheidend für Anwendungen, die eine konsistente UV-Intensität erfordern, wie z.B. in Härtungsprozessen, bei denen die Belichtungsdosis ein Schlüsselparameter ist.

3.3 Sortierung der Spitzenwellenlänge (Wp)

Die UV-Wellenlänge wird in zwei Kategorien sortiert: P3R (380nm - 385nm) und P3S (385nm - 390nm), mit einer Toleranz von +/- 3nm. Die spezifische Spitzenwellenlänge kann für Anwendungen wichtig sein, bei denen bestimmte Photoinitiatoren in Harzen oder Beschichtungen optimale Aktivierungsspektren aufweisen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen geben.

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die optische Ausgangsleistung (Strahlungsfluss) mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen, wo der Wirkungsgrad aufgrund erhöhter thermischer Effekte sinken kann. Sie hilft Konstrukteuren, einen Arbeitsstrom zu wählen, der Ausgangsleistung mit Effizienz und Lebensdauer in Einklang bringt.

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

Die I-V-Kurve veranschaulicht die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Sie ist für den Entwurf der korrekten Treiberschaltung unerlässlich. Die Kurve verschiebt sich mit der Temperatur; die Durchlassspannung sinkt bei steigender Sperrschichttemperatur für einen gegebenen Strom.

4.3 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Dies ist eine der kritischsten Kurven für das Wärmemanagement. Sie zeigt, wie die optische Ausgangsleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Eine niedrige Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten ist von größter Bedeutung, um eine konsistente, hohe Ausgangsleistung zu erreichen und die Betriebslebensdauer der LED zu maximieren.

4.4 Relative spektrale Verteilung

Dieses Diagramm zeigt die Intensität des emittierten Lichts über das UV-Spektrum. Es bestätigt die schmalbandige Natur der LED-Ausgangsleistung, zentriert um 385nm, mit einer typischen Halbwertsbreite (FWHM), die für die LED-Technologie charakteristisch ist. Dies steht im Gegensatz zum breiten Spektrum traditioneller Quecksilberlampen.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Dieses Polardiagramm visualisiert die räumliche Verteilung des Lichts (Abstrahlwinkel). Der typische Abstrahlwinkel von 130 Grad zeigt ein breites, lambertstrahlerähnliches Abstrahlungsmuster, das für eine gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche nützlich ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das LED-Gehäuse hat spezifische mechanische Abmessungen, die in den Zeichnungen des Datenblatts angegeben sind. Kritische Toleranzen sind vermerkt: Die meisten Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,2mm, während die Linsenhöhe und die Länge/Breite des Keramiksubstrats eine engere Toleranz von ±0,1mm aufweisen. Die thermische Kontaktfläche auf der Unterseite des Gehäuses ist als elektrisch isoliert (neutral) von den Anoden- und Kathodenkontakten vermerkt, was das PCB-Layout für Wärmeleitungen vereinfacht.

5.2 Empfohlene PCB-Lötfläche

Ein Land Pattern (Footprint) wird für das PCB-Design bereitgestellt. Dies umfasst die Größe und den Abstand für die Anoden-, Kathoden- und thermischen Kontaktverbindungen. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts ist entscheidend, um eine korrekte Lötstellenbildung, elektrische Verbindung und vor allem einen effizienten Wärmetransfer von der thermischen Kontaktfläche zur PCB-Kupferfläche und eventuellen darunterliegenden Kühlkörpern zu gewährleisten.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das Datenblattdiagramm zeigt die Anoden- und Kathodenkontakte deutlich an. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um eine Sperrspannungsanwendung zu verhindern, die das Bauteil beschädigen kann.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Lötprofil wird bereitgestellt, das kritische Parameter wie Vorwärmung, Haltezeit, Reflow-Spitzentemperatur (nicht über 260°C für 10 Sekunden gemäß Reflow-Testbedingung) und Abkühlraten spezifiziert. Die Hinweise betonen, dass sich alle Temperaturen auf die Gehäuseoberfläche beziehen. Ein schneller Abkühlprozess wird nicht empfohlen. Die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet, ist stets wünschenswert, um die thermische Belastung der LED zu minimieren.

6.2 Handlötanleitung

Falls Handlöten notwendig ist, beträgt die maximal empfohlene Bedingung 300°C für maximal 2 Sekunden, und dies sollte nur einmal pro LED durchgeführt werden. Die Gesamtzahl der Lötvorgänge (Reflow oder Hand) sollte dreimal nicht überschreiten.

6.3 Reinigungs- und Handhabungshinweise

Zur Reinigung sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können das LED-Gehäuse beschädigen. Das Bauteil muss sorgfältig behandelt werden, um elektrostatische Entladungen (ESD) und mechanische Beschädigungen der Linse zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Die LEDs werden auf geprägter Trägerfolie und Rolle für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Das Datenblatt bietet detaillierte Abmessungen sowohl für die Taschen der Folie als auch für die Standard-7-Zoll-Rolle. Zu den Hauptspezifikationen gehören: Leere Taschen sind mit Deckfolie versiegelt, maximal 500 Stück pro Rolle und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile auf der Folie sind gemäß EIA-481-1-B-Standards zulässig.

7.2 Kennzeichnung der Sortiercodes

Der Sortierklassifizierungscode (für Vf, Φe und Wp) ist auf jedem Verpackungsbeutel aufgedruckt, was die Rückverfolgbarkeit und Auswahl spezifischer Leistungsklassen ermöglicht.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Hauptanwendung ist die UV-Härtung für industrielle Prozesse, einschließlich der Härtung von Druckfarben auf Druckgeräten, Beschichtungen auf verschiedenen Substraten und Klebstoffen in der Elektronikmontage. Weitere potenzielle Anwendungen sind Fluoreszenzanalyse, Fälschungserkennung und medizinische Therapiegeräte, die spezifische UV-A-Wellenlängen benötigen. Ihre Festkörperbauweise macht sie für tragbare oder sofort einsatzbereite Geräte geeignet.

8.2 Designüberlegungen und Treiberanforderungen

Eine LED ist ein strombetriebenes Bauteil. Um eine gleichmäßige Intensität und stabilen Betrieb zu gewährleisten, insbesondere beim Betrieb mehrerer LEDs, ist ein Konstantstromtreiber zwingend erforderlich, keine Konstantspannungsquelle. Der Treiber muss so ausgelegt sein, dass er den erforderlichen Strom (z.B. 350mA) liefert und dabei den Durchlassspannungsbereich der LED(s) berücksichtigt. Bei Reihenschaltung muss die Treiberspannung höher sein als die Summe der maximalen Vf aller LEDs in der Kette. Die Parallelschaltung von LEDs wird ohne individuelle Stromausgleichsmaßnahmen generell nicht empfohlen. Das Wärmemanagement ist der kritischste Aspekt des mechanischen Designs. Eine hochwertige thermische Schnittstelle und ein ausreichender Kühlkörper sind erforderlich, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten und so Ausgangsstabilität und lange Lebensdauer zu gewährleisten.

9. Zuverlässigkeit und Tests

Das Datenblatt skizziert einen umfassenden Zuverlässigkeitstestplan, der die Robustheit des Produkts demonstriert. Die Tests umfassen Betriebslebensdauertests bei niedriger, Raum- und hoher Temperatur (LTOL, RTOL, HTOL), Betriebslebensdauertest unter feuchter Hitze (WHTOL), Temperaturschock (TMSK), Widerstand gegen Lötungshitze (Reflow) und Lötbarkeit. Alle Tests zeigten 0 Ausfälle bei 10 Proben unter den spezifizierten Bedingungen. Die Kriterien für die Beurteilung eines Bauteils als ausgefallen nach dem Test sind eine Änderung der Durchlassspannung (Vf) um mehr als ±10% oder eine Änderung des Strahlungsflusses (Φe) um mehr als ±30% des anfänglichen typischen Wertes.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen UV-Lichtquellen wie Quecksilberbogenlampen bietet diese UV-LED deutliche Vorteile: Sofortiges Ein-/Ausschalten, keine Aufwärmzeit, längere Lebensdauer (typischerweise Zehntausende von Stunden), höhere Energieeffizienz, kein gefährliches Quecksilber und kompakte Größe, die neue Bauformen ermöglicht. Im Vergleich zu anderen UV-LEDs bildet die spezifische Kombination aus 385nm Wellenlänge, hohem typischem Strahlungsfluss (600mW), breitem 130-Grad-Abstrahlwinkel und einem robusten Gehäuse mit isolierter thermischer Kontaktfläche für effiziente Kühlung ihren Hauptunterscheidungsmerkmal. Das detaillierte Sortiersystem ermöglicht zudem eine höhere Präzision im Systemdesign im Vergleich zu nicht sortierten oder grob sortierten Alternativen.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Treiberstrom sollte ich verwenden?

A: Das Bauteil ist bei 350mA charakterisiert, was ein typischer Arbeitspunkt ist, der einen guten Kompromiss zwischen Ausgangsleistung und Effizienz bietet. Es kann bis zum absoluten Maximalwert von 500mA betrieben werden, aber dies erhöht die Sperrschichttemperatur und kann die Lebensdauer verringern; ein robustes Wärmemanagement ist unerlässlich.

F: Wie interpretiere ich den Strahlungsfluss-Wert?

A: Der Strahlungsfluss (Φe) ist die gesamte emittierte optische Leistung in Watt (oder Milliwatt), gemessen über alle Wellenlängen. Für diese UV-LED repräsentiert er die nutzbare UV-Leistung, kein sichtbares Licht. Es ist eine Schlüsselmetrik zur Berechnung der Belichtungsdosis (Energie = Leistung × Zeit) in Härtungsanwendungen.

F: Warum ist das Wärmemanagement so wichtig?

A: Wie in der Kurve \"Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur\" gezeigt, nimmt die Ausgangsleistung mit steigender Temperatur ab. Übermäßige Temperatur beschleunigt auch die Degradationsmechanismen innerhalb der LED und verkürzt drastisch ihre Lebensdauer. Der thermische Widerstand von 13,2 °C/W definiert, wie effektiv Wärme abgeführt werden kann.

F: Kann ich ein Konstantspannungsnetzteil verwenden?

A: Nein. Die Durchlassspannung einer LED variiert mit der Temperatur und zwischen einzelnen Einheiten. Eine Konstantspannungsquelle kann zu thermischem Durchgehen führen, bei dem ein erhöhter Strom mehr Wärme erzeugt, was Vf senkt und noch mehr Strom verursacht, was die LED möglicherweise zerstört. Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber.

12. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer Tisch-UV-Härtungsstation für PCB-Lötstopplack.

Ein Konstrukteur benötigt eine gleichmäßige UV-Belichtung über eine Fläche von 10cm x 10cm. Unter Verwendung der LTPL-C034UVD385 mit ihrem 130°-Abstrahlwinkel kann er die notwendige Höhe und Anordnung der LEDs berechnen, um eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke zu erreichen. Er wählt LEDs aus dem R5- oder R6-Strahlungsfluss-Sortierbereich für höhere Intensität und aus demselben Vf-Sortierbereich (z.B. V1) für einen konsistenten Stromverbrauch bei Reihenschaltung. Ein Konstantstromtreiber, der den gesamten erforderlichen Strom für die Reihenschaltung liefern kann, wird ausgewählt. Die Aluminium-Leiterplatte ist mit dem empfohlenen Pad-Layout entworfen, einschließlich einer großen Kupferfläche und Wärmeleitungen, die mit einem externen Kühlkörper mit Lüfter verbunden sind. Das Reflow-Profil aus dem Datenblatt wird in die Pick-and-Place-Maschine programmiert. Nach der Montage bietet die Station sofortige, konsistente Härtung ohne die mit Quecksilberlampen verbundene Hitze und Ozon.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-p-n-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, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke der im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. Für die LTPL-C034UVD385 sind spezifische Halbleiterverbindungen (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumnitrid - AlGaN) so ausgelegt, dass sie eine Bandlücke haben, die Photonen im 385nm-Ultraviolett(UV-A)-Bereich entspricht. Das Gehäuse umfasst eine Primäroptik (Linse), um den Lichtaustritt zu formen und den Halbleiterchip zu schützen.

14. Technologietrends und Ausblick

Der UV-LED-Markt wird durch den weltweiten Ausstieg aus quecksilberhaltigen Lampen (Minamata-Übereinkommen) und die Nachfrage nach effizienteren, kompakteren und steuerbaren Lichtquellen angetrieben. Zu den Haupttrends gehören die kontinuierliche Verbesserung der Wall-Plug-Efficiency (WPE), also des Verhältnisses von optischer Ausgangsleistung zu elektrischer Eingangsleistung. Höhere Effizienz bedeutet weniger Abwärme bei gleicher UV-Leistung. Es gibt auch laufende Entwicklungen, um die maximale optische Leistung pro einzelnes LED-Gehäuse zu erhöhen und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer bei höheren Betriebstemperaturen und -strömen zu verbessern. Darüber hinaus konzentriert sich die Forschung auf die Erweiterung der verfügbaren Wellenlängenbereiche, insbesondere in das tiefere UV-C-Spektrum für keimtötende Anwendungen, wobei jedoch andere Materialien wie Aluminiumnitrid (AlN) erforderlich sind. Der Trend zur Systemintegration, bei der LEDs, Treiber und Sensoren zu intelligenten Modulen kombiniert werden, ist ebenfalls deutlich erkennbar.