LTPL-C034UVD375 UV-LED Datenblatt - 3,7x3,7x1,6mm - Spannung 3,7V - Leistung 2W - 375nm Spitzenwellenlänge - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Produkt ist eine hocheffiziente Ultraviolett (UV)-Leuchtdiode (LED), die hauptsächlich für UV-Härtungsprozesse und andere gängige UV-Anwendungen konzipiert ist. Sie stellt eine Festkörper-Beleuchtungslösung dar, die konventionelle UV-Lichtquellen ersetzen soll, indem sie die für LED-Technologie typische lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit mit wettbewerbsfähigen Helligkeitswerten kombiniert. Dies ermöglicht größere Designflexibilität und eröffnet neue Möglichkeiten in Anwendungen, die UV-Beleuchtung erfordern.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

Die Bauteile bieten mehrere deutliche Vorteile gegenüber traditionellen UV-Quellen:

• Kompatibilität mit integrierten Schaltungen (IC):Die LED ist so ausgelegt, dass sie einfach von Standardelektronikschaltungen angesteuert und gesteuert werden kann.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist RoHS-konform und wird mit bleifreien Prozessen hergestellt.
• Betriebseffizienz:Aufgrund ihrer Energieeffizienz trägt sie zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten bei.
• Reduzierter Wartungsaufwand:Die lange Lebensdauer von LEDs reduziert die Häufigkeit und die Kosten für Lampenersatz und Wartung erheblich.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• DC-Durchlassstrom (If):500 mA (Maximal)
• Leistungsaufnahme (Po):2 W (Maximal)
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):110°C (Maximal)

Wichtiger Hinweis:Längerer Betrieb unter Sperrspannungsbedingungen kann zum Ausfall der Komponente führen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (If) von 350mA, was der empfohlenen Betriebspunkt zu sein scheint.

• Durchlassspannung (Vf):Der typische Wert beträgt 3,7V, mit einem Bereich von 2,8V (Min) bis 4,4V (Max).
• Strahlungsfluss (Φe):Dies ist die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum. Der typische Wert beträgt 470 mW und reicht von 350 mW (Min) bis 590 mW (Max).
• Spitzenwellenlänge (λp):Die Wellenlänge, bei der die LED die meiste Leistung emittiert. Sie reicht von 370 nm bis 380 nm, mit einem Schwerpunkt um 375 nm.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Etwa 130 Grad, was auf ein breites Abstrahlmuster hinweist.
• Wärmewiderstand (Rthjc):Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Gehäuse beträgt typischerweise 14,7 °C/W. Dieser Parameter ist entscheidend für das thermische Management-Design, da er angibt, wie effektiv Wärme vom LED-Chip abgeführt werden kann.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden zur Sicherstellung der Konsistenz in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Der Bin-Code ist auf der Verpackung markiert.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Vf)

LEDs werden basierend auf ihrer Durchlassspannung bei 350mA in vier Spannungsklassen (V0 bis V3) kategorisiert. Zum Beispiel umfasst die Klasse V1 LEDs mit Vf zwischen 3,2V und 3,6V. Die Toleranz beträgt +/- 0,1V.

3.2 Binning des Strahlungsflusses (Φe)

Die optische Ausgangsleistung wird von R2 (350-380 mW) bis zu R9 (560-590 mW) eingeteilt. Die typische Klasse scheint R5 (440-470 mW) zu sein. Die Toleranz beträgt +/- 10%.

3.3 Binning der Spitzenwellenlänge (Wp)

Die UV-Wellenlänge wird in zwei Gruppen eingeteilt: P3P (370-375 nm) und P3Q (375-380 nm). Die Toleranz beträgt +/- 3 nm. Dies ermöglicht die Auswahl für Anwendungen, die auf spezifische UV-Wellenlängen empfindlich reagieren.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Der Strahlungsfluss steigt mit dem Durchlassstrom, jedoch nicht linear. Entwickler müssen die gewünschte optische Ausgangsleistung mit der elektrischen Eingangsleistung und der daraus resultierenden Wärmeentwicklung abwägen. Ein Betrieb deutlich über 350mA kann die Effizienz und Lebensdauer verringern.

4.2 Relative spektrale Verteilung

Diese Kurve zeigt das Emissionsspektrum, bestätigt das Maximum im 375nm-Bereich (UVA) und die spektrale Bandbreite. Sie ist wichtig für Anwendungen, bei denen spektrale Reinheit oder spezifische Photonenenergie entscheidend ist.

4.3 Strahlungscharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht den 130-Grad-Abstrahlwinkel und zeigt die Intensitätsverteilung. Dies ist entscheidend für die Entwicklung von Optiken, um das UV-Licht auf einen Zielbereich zu sammeln, zu kollimieren oder zu fokussieren.

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

Diese grundlegende Kurve zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Der Betriebspunkt (z.B. 350mA, ~3,7V) ist der Punkt, an dem das Bauteil charakterisiert wird. Die Kurve hilft beim Entwurf der geeigneten Stromtreiberschaltung.

4.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Dieses Diagramm zeigt den negativen Einfluss einer steigenden Sperrschichttemperatur auf die Lichtausbeute. Mit steigender Temperatur nimmt der Strahlungsfluss ab. Eine effektive Wärmeableitung ist daher unerlässlich, um eine stabile und hohe optische Leistung aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Gehäuse hat eine Grundfläche von etwa 3,7mm x 3,7mm. Wichtige Abmessungen sind die Linsenhöhe und die Größe des Keramiksubstrats, die engere Toleranzen (±0,1mm) aufweisen als andere Merkmale (±0,2mm). Das thermische Pad ist elektrisch von Anode und Kathode isoliert, sodass es zur Wärmeableitung mit einem Kühlkörper verbunden werden kann, ohne einen elektrischen Kurzschluss zu verursachen.

5.2 Empfohlene Lötpads auf der Leiterplatte

Ein Landmusterdesign für die Leiterplatte (PCB) wird bereitgestellt. Dies umfasst die Pads für die beiden elektrischen Kontakte (Anode und Kathode) und das größere zentrale thermische Pad. Ein korrektes Pad-Design ist entscheidend für zuverlässiges Löten und effektive Wärmeübertragung vom LED-Gehäuse auf die Leiterplatte.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Temperatur-Zeit-Profil für das Reflow-Löten wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind eine Spitzentemperatur von 260°C, gemessen am Gehäuse, wobei die Zeit über 240°C 30 Sekunden nicht überschreiten sollte. Eine kontrollierte Abkühlrate wird empfohlen. Handlöten ist möglich, sollte aber auf 300°C für maximal 2 Sekunden, und nur einmal, beschränkt werden.

6.2 Wichtige Montagehinweise

• Reflow-Löten sollte maximal dreimal durchgeführt werden.
• Die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet, ist wünschenswert.
• Tauchlöten ist keine empfohlene oder garantierte Montagemethode für diese Komponente.
• Die Reinigung sollte nur mit alkoholbasierten Lösungsmitteln wie Isopropanol (IPA) erfolgen. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäuse beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Komponenten werden auf geprägter Trägerbahn geliefert, die mit Deckband versiegelt ist. Das Band wird auf 7-Zoll-Rollen gewickelt, mit maximal 500 Stück pro Rolle. Für kleinere Mengen ist eine Mindestpackung von 100 Stück erhältlich. Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B-Standards.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• UV-Härtung:Aushärten von Klebstoffen, Trocknen von Tinten, Polymerisation von Harzen in Fertigungsprozessen.
• Medizin & Wissenschaft:Fluoreszenzanalyse, Sterilisation (wo die Wellenlänge geeignet ist), Phototherapie.
• Industrie:Inspektion, Fälschungserkennung, optische Sensoren.

8.2 Designüberlegungen

• Ansteuerungsmethode:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantstromquelle wird dringend empfohlen, um eine stabile optische Ausgangsleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern, da die Durchlassspannung einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
• Thermisches Management:Angesichts des typischen Strahlungsflusses von 470mW und einer Gesamtleistung von ~1,3W (350mA * 3,7V) werden über 0,8W als Wärme abgeführt. Bei einem Wärmewiderstand von 14,7°C/W steigt die Sperrschichttemperatur etwa 11,8°C über der Gehäusetemperatur. Eine ausreichende Kühlung ist zwingend erforderlich, um die Sperrschichttemperatur für die Zuverlässigkeit unter 110°C zu halten.
• Optik:Der breite 130-Grad-Strahl erfordert möglicherweise Sekundäroptik (Linsen, Reflektoren), um das gewünschte Beleuchtungsmuster auf dem Ziel zu erreichen.
• Sicherheit:UV-Strahlung, insbesondere im UVA-Bereich, kann für Augen und Haut schädlich sein. Angemessene Schutzgehäuse und Sicherheitshinweise sind im endgültigen Produktdesign erforderlich.

9. Zuverlässigkeit und Prüfung

Ein umfassender Zuverlässigkeitstestplan ist dokumentiert, einschließlich:

• Betriebslebensdauertests bei niedriger, Raum- und hoher Temperatur.
• Betriebslebensdauertest unter feuchter Hochtemperaturbedingung.
• Thermoschocktests.
• Lötbarkeits- und Widerstandstests gegen Löt Hitze.

Alle Tests meldeten null Ausfälle bei den Stichprobengrößen, was auf eine robuste Produktkonstruktion und Zuverlässigkeit hinweist. Die Kriterien für die Beurteilung eines Bauteils als ausgefallen sind eine Änderung der Durchlassspannung um mehr als ±10% oder eine Änderung des Strahlungsflusses um mehr als ±30% gegenüber den Ausgangswerten.

10. Technischer Vergleich und Positionierung

Diese UV-LED positioniert sich als energieeffiziente Alternative zu konventionellen UV-Quellen wie Quecksilberdampflampen. Wichtige Unterscheidungsmerkmale sind:

• Sofortiges Ein-/Ausschalten:Im Gegensatz zu Lampen, die Aufwärm-/Abkühlzeiten benötigen, erreichen LEDs sofort volle Leistung.
• Langlebigkeit:Die Lebensdauer von LEDs übertrifft typischerweise die von Bogenlampen bei weitem.
• Kompakte Größe & Designfreiheit:Die kleine Bauform ermöglicht die Integration in kleinere Geräte und erlaubt Array-Konfigurationen für höhere Intensität oder größere Abdeckungsbereiche.
• Schmales Spektrum:Das relativ schmale Emissionsmaximum um 375nm kann für Prozesse, die auf diese Wellenlänge abgestimmt sind, effizienter sein und im Vergleich zu Breitbandquellen Energieverschwendung reduzieren.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

11.1 Was ist der empfohlene Betriebsstrom?

Das Datenblatt charakterisiert das Bauteil bei 350mA, was wahrscheinlich der empfohlene typische Betriebsstrom ist (er liegt unter dem absoluten Maximum von 500mA). Der Betrieb bei diesem Strom gewährleistet eine optimale Leistung und Zuverlässigkeit, wie durch die Lebensdauertests validiert.

11.2 Wie wähle ich die richtige Binning-Klasse für meine Anwendung?

Wählen Sie basierend auf den Anforderungen Ihres Systems aus: -Vf-Bin:Beeinflusst das Treiberdesign und die Versorgungsspannung. Engere Klassen gewährleisten eine gleichmäßigere Stromaufteilung in parallelen Arrays. -Φe-Bin:Bestimmt die optische Leistung. Wählen Sie eine höhere Klasse (z.B. R6, R7) für mehr Intensität. -Wp-Bin:Kritisch für Prozesse mit spezifischer spektraler Empfindlichkeit. Wählen Sie je nach Bedarf P3P oder P3Q.

11.3 Warum ist das thermische Management so wichtig?

Eine hohe Sperrschichttemperatur reduziert direkt die Lichtausbeute (wie in den Leistungskurven gezeigt) und beschleunigt den Abbau der LED, was ihre Lebensdauer verkürzt. Der Wärmewiderstandswert (14,7°C/W) quantifiziert diese Herausforderung; ein Pfad mit niedrigerem Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Umgebung ist entscheidend.

12. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer UV-Härtungspunktlampe

1. Spezifikation:Ziel ist es, >400mW 375nm UV-Licht auf einen 10mm großen Punkt für das Härten von Klebstoffen zu liefern.
2. LED-Auswahl:Wählen Sie eine LED aus der R5 (440-470mW) oder einer höheren Strahlungsfluss-Klasse, um nach optischen Verlusten ausreichend Leistung sicherzustellen.
3. Treiberschaltung:Entwerfen Sie einen Konstantstromtreiber, der auf 350mA eingestellt ist, mit angemessener Spannungsreserve (z.B. 5V Versorgung für eine ~3,7V LED).
4. Thermisches Design:Montieren Sie die LED auf einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) oder einem dedizierten Kühlkörper. Berechnen Sie den erforderlichen Wärmewiderstand des Kühlkörpers, um die Sperrschichttemperatur beispielsweise in einer 40°C-Umgebung unter 85°C zu halten.
5. Optik:Verwenden Sie eine kollimierende oder fokussierende Linse vor der LED, um den breiten 130-Grad-Strahl in den gewünschten kleinen Punkt zu konzentrieren.
6. Integration:Bauen Sie die Baugruppe in ein mechanisch robustes und wärmeleitfähiges Gehäuse ein, mit Sicherheitsverriegelungen, um eine Exposition gegenüber UV-Licht zu verhindern.

13. Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Halbleiterlichtquelle. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifischen Halbleitermaterialien (typischerweise Aluminiumgalliumnitrid - AlGaN) sind so ausgelegt, dass die Energiebandlücke Photonenenergien im ultravioletten Spektrum (um 375nm oder 3,31 eV) entspricht. Das erzeugte Licht wird durch die Gehäuselinse extrahiert.

14. Entwicklungstrends

Das Gebiet der UV-LEDs entwickelt sich aktiv. Trends umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Forschung zielt darauf ab, die Wandlereffizienz (elektrisch-optische Leistungsumwandlung) von UV-LEDs zu verbessern, insbesondere im kürzerwelligen UVC-Band für keimtötende Anwendungen.
• Höhere Leistungsdichte:Entwicklung von Chips und Gehäusen, die höhere Treiberströme verarbeiten und mehr Wärme abführen können, was zu einem größeren Strahlungsfluss von einem einzelnen Emitter führt.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Fortschritte in Materialien und Verpackungstechnologien verlängern weiterhin die Betriebslebensdauer und Stabilität.
• Kostenreduzierung:Mit steigenden Fertigungsvolumina und ausgereiften Prozessen wird erwartet, dass die Kosten pro Milliwatt UV-Ausgangsleistung sinken, was die Einführung von UV-LEDs gegenüber traditionellen Technologien weiter beschleunigt.