LTPL-C036UVG395 UV-LED Datenblatt - 395nm Spitzenwellenlänge - 3,7V typ. - 4,4W max. - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Diese Produktreihe stellt eine fortschrittliche, energieeffiziente Lichtquelle dar, die speziell für Ultraviolett (UV)-Härtungsprozesse und andere gängige UV-Anwendungen entwickelt wurde. Sie vereint erfolgreich die lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit der Leuchtdioden (LED)-Technologie mit den Intensitätsniveaus, die traditionell mit konventionellen UV-Lichtquellen verbunden sind. Diese Kombination bietet erhebliche Designflexibilität und eröffnet neue Wege für die Festkörper-UV-Beleuchtung, um ältere, weniger effiziente UV-Technologien zu ersetzen.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Integrierte Schaltkreis (I.C.) Kompatibilität:Ermöglicht eine einfache Integration in moderne elektronische Schaltungen und Steuerungssysteme.
• Umweltkonformität:Das Produkt entspricht vollständig der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und wird mit bleifreien (Pb-free) Verfahren hergestellt.
• Senkung der Betriebskosten:Bietet im Vergleich zu traditionellen UV-Quellen aufgrund höherer elektrischer Effizienz und reduziertem Energieverbrauch niedrigere Gesamtbetriebskosten.
• Einsparung von Wartungskosten:Die Festkörperbauweise von LEDs führt über die Produktlebensdauer zu deutlich reduziertem Wartungsaufwand und den damit verbundenen Kosten.
• Designfreiheit:Ermöglicht neue Bauformen und Anwendungsdesigns, die bisher durch konventionelle UV-Lampentechnologie eingeschränkt waren.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzwerte, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert und sollte in zuverlässigen Designs vermieden werden.

• DC-Durchlassstrom (If):1000 mA (Maximal)
• Leistungsaufnahme (Po):4,4 W (Maximal)
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):110°C (Maximal)

Kritischer Hinweis:Ein längerer Betrieb der LED unter Sperrspannungsbedingungen kann zu Bauteilverschlechterung oder katastrophalem Ausfall führen. Ein geeigneter Schaltungsschutz ist unerlässlich.

2.2 Elektro-optische Kenndaten (Ta=25°C)

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (If = 700mA, Ta=25°C) gemessen und definieren die Kernleistung der LED.

• Durchlassspannung (Vf):Der typische Wert beträgt 3,7V, mit einem Bereich von 2,8V (Min.) bis 4,4V (Max.).
• Strahlungsfluss (Φe):Die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum. Der typische Wert beträgt 1240 mW, mit einem Bereich von mindestens 1050 mW bis maximal 1545 mW.
• Spitzenwellenlänge (λp):Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist. Für dieses Bauteil wird sie zwischen 390 nm (Min.) und 400 nm (Max.) spezifiziert, zentriert um 395nm.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der volle Winkel, bei dem die Strahlstärke die Hälfte der maximalen Intensität (typischerweise bei 0°) beträgt. Der typische Wert ist 55°.
• Thermischer Widerstand (Rthjs):Dieser Parameter, typischerweise 5,0 °C/W, quantifiziert den Widerstand gegen den Wärmefluss von der Halbleitersperrschicht zum Lötpunkt. Ein niedrigerer Wert weist auf eine bessere Wärmeableitfähigkeit hin.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Der Bin-Code ist auf jeder Verpackungstüte aufgedruckt.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Vf)

LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei 700mA kategorisiert.
V0: 2,8V - 3,2V
V1: 3,2V - 3,6V
V2: 3,6V - 4,0V
V3: 4,0V - 4,4V
Toleranz: ±0,1V

3.2 Binning des Strahlungsflusses (mW)

LEDs werden nach ihrer optischen Ausgangsleistung bei 700mA sortiert.
PR: 1050 mW - 1135 mW
RS: 1135 mW - 1225 mW
ST: 1225 mW - 1325 mW
TU: 1325 mW - 1430 mW
UV: 1430 mW - 1545 mW
Toleranz: ±10%

3.3 Binning der Spitzenwellenlänge (Wp)

LEDs werden entsprechend ihrer Spitzenemissionswellenlänge gruppiert.
P3T: 390 nm - 395 nm
P3U: 395 nm - 400 nm
Toleranz: ±3nm

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die optische Ausgangsleistung (Strahlungsfluss) mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht linear. Bei höheren Strömen neigt sie zur Sättigung aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur und Effizienzabfall. Entwickler müssen einen Betriebsstrom wählen, der Ausgangsintensität mit Effizienz und Langlebigkeit in Einklang bringt.

4.2 Relative spektrale Verteilung

Das Spektraldiagramm bestätigt die schmalbandige UV-Emission, die um 395nm zentriert ist. Dies ist charakteristisch für auf InGaN basierende UV-LEDs. Das schmale Spektrum ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine spezifische Wellenlängenaktivierung erfordern, wie z.B. bestimmte Photoinitiatoren in UV-härtbaren Harzen.

4.3 Abstrahlcharakteristik (Abstrahlwinkel)

Die Abstrahlcharakteristik veranschaulicht die räumliche Lichtverteilung. Der typische Abstrahlwinkel von 55° deutet auf einen mäßig breiten Strahl hin, der für Anwendungen geeignet ist, die eine Flächenbeleuchtung und keinen stark fokussierten Punkt erfordern.

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

Diese grundlegende Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom. Die Steigung der Kurve im Betriebsbereich steht im Zusammenhang mit dem dynamischen Widerstand des Bauteils.

4.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Dies ist eine kritische Kurve für das Wärmemanagement. Sie zeigt, dass die optische Ausgangsleistung der LED mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj) abnimmt. Eine effektive Wärmeableitung ist von größter Bedeutung, um eine stabile, hohe Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten und die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil verfügt über ein Oberflächenmontagegehäuse (SMD). Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:
- Alle linearen Abmessungen sind in Millimetern (mm).
- Die allgemeine Maßtoleranz beträgt ±0,2mm.
- Die Linsenhöhe und die Länge/Breite des Keramiksubstrats haben eine engere Toleranz von ±0,1mm.
- Die thermische Anschlussfläche (oft die zentrale Fläche darunter) ist elektrisch isoliert (neutral) von den Anoden- und Kathodenanschlussflächen. Dies ermöglicht es, sie zur Wärmeableitung mit einer Massefläche oder einem Kühlkörper zu verbinden, ohne einen elektrischen Kurzschluss zu verursachen.

5.2 Empfohlene Lötflächenanordnung auf der Leiterplatte

Für das Leiterplattendesign (PCB) wird ein empfohlenes Footprint-Layout bereitgestellt. Dies umfasst die Größe und den Abstand für die Anoden-, Kathoden- und thermische Anschlussfläche. Die Einhaltung dieses Layouts gewährleistet ein korrektes Löten, eine gute elektrische Verbindung und vor allem einen optimalen Wärmetransport von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte.

6. Richtlinien für Löten und Montage

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Temperatur-Zeit-Profil für das Reflow-Löten wird bereitgestellt. Wichtige Parameter umfassen:
- Vorheizrampe.
- Einweich- (Vorheiz-) Temperatur und -zeit.
- Spitzen-Reflow-Temperatur (darf die maximale Nenntemperatur der LED nicht überschreiten).
- Abkühlrate. Ein schneller Abkühlprozess wird nicht empfohlen, da er thermische Spannungen induzieren kann.
Wichtige Hinweise:
1. Alle Temperaturangaben beziehen sich auf die Oberseite des LED-Gehäuses.
2. Das Profil muss möglicherweise basierend auf der verwendeten spezifischen Lotpaste angepasst werden.
3. Die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet, ist stets wünschenswert, um thermische Belastungen der LED zu minimieren.
4. Handlöten sollte, falls notwendig, auf eine maximale Lötkolbentemperatur von 300°C für nicht mehr als 2 Sekunden beschränkt und nur einmal durchgeführt werden.
5. Reflow-Löten sollte nicht mehr als dreimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

6.2 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) verwendet werden. Nicht spezifizierte oder aggressive chemische Reiniger können das Gehäusematerial, die Linse oder interne Komponenten der LED beschädigen.

6.3 Ansteuerungsmethode

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, wenn mehrere LEDs innerhalb einer Schaltung parallel geschaltet sind, wird dringend empfohlen, für jede LED einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe zu verwenden. Dies kompensiert geringfügige Schwankungen der Durchlassspannung (Vf) zwischen einzelnen Bauteilen, verhindert ungleiche Stromverteilung und gewährleistet eine konsistente Leistung und Langlebigkeit über das gesamte Array.

7. Verpackung und Handhabung

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden in industrieüblichen geprägten Trägerbändern und Rollen für die automatisierte Bestückung geliefert.
- Die Bandabmessungen (Taschengröße, Teilung) sind spezifiziert.
- Die Rollenabmessungen (7-Zoll Durchmesser) werden angegeben, mit einer maximalen Kapazität von 500 Stück pro Rolle.
- Leere Taschen im Band sind mit einem Deckband versiegelt.
- Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B Spezifikationen.
- Gemäß Verpackungsstandard sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile (leere Taschen) zulässig.

8. Zuverlässigkeitsdaten

Ein umfassender Zuverlässigkeitstestplan wurde durchgeführt, der die Robustheit des Produkts demonstriert. Alle Tests zeigten null Ausfälle bei zehn Proben, was auf eine hohe Zuverlässigkeit unter verschiedenen Belastungsbedingungen hinweist.

• Niedertemperatur-Betriebslebensdauer (LTOL):-10°C Gehäusetemperatur, 700mA für 1000 Stunden.
• Raumtemperatur-Betriebslebensdauer (RTOL):25°C Umgebungstemperatur, 1000mA für 1000 Stunden.
• Hochtemperatur-Betriebslebensdauer (HTOL):85°C Gehäusetemperatur, 60mA für 1000 Stunden.
• Feuchte-Hochtemperatur-Betriebslebensdauer (WHTOL):60°C / 90% relative Luftfeuchtigkeit, 350mA für 500 Stunden.
• Thermoschock (TMSK):-40°C bis +125°C, 100 Zyklen.
• Hochtemperaturlagerung:100°C Umgebungstemperatur für 1000 Stunden.

Ausfallkriterien:Ein Bauteil gilt als ausgefallen, wenn sich nach dem Test seine Durchlassspannung (Vf) um mehr als ±10% oder sein Strahlungsfluss (Φe) um mehr als ±15% von den anfänglichen typischen Werten verschlechtert hat.

9. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

9.1 Hauptanwendung: UV-Härtung

Diese LED ist ideal für UV-Härtungsanwendungen geeignet, darunter:
- Klebstoffhärtung (z.B. in der Elektronikmontage, Medizingeräten).
- Tinten- und Beschichtungshärtung (z.B. Druck, Konformalbeschichtungen).
- Harzhärtung für den 3D-Druck (Vat-Polymerisation).
Die 395nm Wellenlänge ist effektiv für die Initiierung einer breiten Palette gängiger Photoinitiatoren, die in industriellen Formulierungen verwendet werden.

9.2 Weitere UV-Anwendungen

- Geldschein- und Dokumentenprüfung.
- Zerstörungsfreie Prüfung (Fluoreszenz-Eindringprüfung).
- Medizinische und kosmetische Phototherapie (unter entsprechender medizinischer Anleitung und Gerätezertifizierung).
- Luft- und Wasseraufbereitung (in Kombination mit geeigneten Katalysatoren).

9.3 Kritische Designüberlegungen

1. Wärmemanagement:Dies ist der wichtigste Faktor für Leistung und Lebensdauer. Der niedrige thermische Widerstand (5°C/W) ist nur wirksam, wenn die LED ordnungsgemäß auf einen ausreichenden Kühlkörper montiert ist. Die Sperrschichttemperatur (Tj) muss so niedrig wie möglich gehalten werden, idealerweise deutlich unter dem Maximalwert von 110°C.
2. Konstantstrom-Ansteuerung:Immer einen Konstantstrom-LED-Treiber verwenden, keine Konstantspannungsquelle. Dies gewährleistet eine stabile Lichtausgabe und schützt die LED vor thermischem Durchgehen.
3. ESD-Schutz:Obwohl für diese Leistungs-LED nicht explizit angegeben, ist der Umgang mit angemessenen elektrostatischen Entladungs (ESD)-Vorsichtsmaßnahmen für alle Halbleiterbauteile als gute Praxis anzusehen.
4. Optisches Design:Sekundäroptik (Linsen, Reflektoren) in Betracht ziehen, wenn ein spezifisches Strahlprofil erforderlich ist, da der native Abstrahlwinkel 55° beträgt.

10. Technischer Vergleich und Marktkontext

Diese LED repräsentiert die Weiterentwicklung von UV-Lichtquellen. Im Vergleich zu traditionellen Technologien wie Quecksilberdampflampen bietet sie deutliche Vorteile:
- Sofortiges Ein-/Ausschalten:Keine Aufwärm- oder Abkühlzeit.
- Lange Lebensdauer:Zehntausende Stunden im Vergleich zu Tausenden bei Lampen.
- Effizienz:Höhere elektrisch-optische Wandlungseffizienz, reduziert Energiekosten.
- Kompakte Größe & Designflexibilität:Ermöglicht kleinere, innovativere Produktdesigns.
- Umweltfreundlich:Enthält kein Quecksilber, ist RoHS-konform und reduziert gefährlichen Abfall.
- Spektrale Reinheit:Emittiert einen schmalen Peak bei ~395nm ohne das breite Spektrum und die Infrarot- (Wärme-) Strahlung von Lampen, was für empfindliche Substrate vorteilhaft sein kann.

11. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F1: Was ist der typische Betriebsstrom für diese LED?
A1: Obwohl sie bis zu 1000mA verkraften kann, sind die elektro-optischen Kenndaten und das Binning bei 700mA spezifiziert, was ein üblicher empfohlener Betriebspunkt ist, der Ausgangsleistung und Effizienz in Einklang bringt.

F2: Warum ist die thermische Anschlussfläche elektrisch neutral?
A2: Dies ermöglicht es Entwicklern, die Fläche direkt mit einer großen Kupferfläche (thermische Masse) auf der Leiterplatte zu verbinden, um maximale Wärmeableitung zu erreichen, ohne sich um einen elektrischen Kurzschluss mit Anode oder Kathode sorgen zu müssen.

F3: Kann ich mehrere LEDs parallel von einer Stromquelle ansteuern?
A3: Es wird ohne individuelle Reihenwiderstände für jede LED nicht empfohlen. Aufgrund natürlicher Schwankungen in Vf teilen parallel geschaltete LEDs den Strom nicht gleichmäßig, was zu Helligkeitsunterschieden und potenzieller Überlastung einiger Bauteile führt.

F4: Wie interpretiere ich den Bin-Code?
A4: Der Code auf der Tüte (z.B. V1/ST/P3U) gibt Ihnen die spezifische Leistungsklasse für diese LED an: ihre Durchlassspannungs-Bin (V1), ihre Strahlungsfluss-Bin (ST) und ihre Spitzenwellenlängen-Bin (P3U). Dies ermöglicht eine präzise Auswahl in Anwendungen, die eine enge Parameterabstimmung erfordern.

12. Funktionsprinzip und Technologie

Dies ist eine halbleiterbasierte Lichtquelle. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Chips und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge von 395nm wird durch die gezielte Einstellung der Bandlücke der verwendeten Halbleitermaterialien erreicht, typischerweise Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) oder Indiumgalliumnitrid (InGaN) mit spezifischen Zusammensetzungen. Das UV-Licht wird durch ein transparentes Gehäuse emittiert, das eine Linse zur Formung des Ausgangsstrahls enthält.

13. Branchentrends und Zukunftsperspektiven

Der Markt für UV-LEDs verzeichnet ein signifikantes Wachstum, angetrieben durch:
1. Ausphasung von Quecksilberlampen:Globale Vorschriften wie die Minamata-Konvention beschleunigen die Einführung quecksilberfreier Alternativen.
2. Fortschritte bei Effizienz und Leistung:Kontinuierliche Forschung und Entwicklung verbessern die Gesamteffizienz (WPE) und die maximale Ausgangsleistung von UV-C-, UV-B- und UV-A-LEDs und machen sie für anspruchsvollere Anwendungen geeignet.
3. Miniaturisierung und Integration:UV-LEDs ermöglichen tragbare, batteriebetriebene Geräte für Desinfektion, Härtung und Sensorik und erschließen neue Verbraucher- und Profimärkte.
4. Intelligente und vernetzte Systeme:Die Integration mit Sensoren und IoT-Plattformen ermöglicht eine präzise Dosiskontrolle und Fernüberwachung in Härtungs- und Reinigungssystemen. Das hier dokumentierte Produkt ist Teil dieses breiteren Trends hin zu effizienten, zuverlässigen und steuerbaren Festkörper-UV-Lösungen.