LTPL-C036UVG385 UV-LED Datenblatt - 3.7V typ. - 4.4W max. - 380-390nm Spitzenwellenlänge - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das Produkt ist eine leistungsstarke, energieeffiziente Ultraviolett(UV)-Lichtquelle, die primär für UV-Härtungsprozesse und andere gängige UV-Anwendungen konzipiert ist. Es stellt einen Fortschritt in der Festkörperbeleuchtung dar, indem es die lange Betriebsdauer und hohe Zuverlässigkeit, die Leuchtdioden (LEDs) innewohnen, mit Intensitätsniveaus vereint, die mit herkömmlichen UV-Lichtquellen konkurrieren können. Diese Technologie bietet erhebliche Designflexibilität und eröffnet neue Möglichkeiten für Festkörper-UV-Lösungen, um konventionelle UV-Technologien wie Quecksilberdampflampen zu ersetzen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptmerkmale dieser UV-LED-Serie unterstreichen ihre Vorteile für die industrielle und fertigungstechnische Integration. Sie ist I.C.-kompatibel (Integrated Circuit), was die elektronische Steuerung und Integration in automatisierte Systeme erleichtert. Das Produkt ist RoHS-konform und bleifrei und erfüllt damit strenge internationale Umwelt- und Sicherheitsstandards. Ein primärer Vorteil ist die Reduzierung der Gesamtbetriebskosten, die durch höhere elektrische Effizienz und geringeren Stromverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Quellen erreicht wird. Darüber hinaus reduzieren die längere Lebensdauer und Robustheit der LED-Technologie die Wartungskosten und Ausfallzeiten im Zusammenhang mit dem Lampentausch erheblich.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden am Bauteil auftreten kann. Der absolute maximale Gleichstrom-Vorwärtsstrom (If) beträgt 1000 mA. Die maximale Verlustleistung (Po) beträgt 4,4 Watt. Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich (Topr) von -40°C bis +85°C und einen Lagertemperaturbereich (Tstg) von -55°C bis +100°C ausgelegt. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 110°C. Es ist äußerst wichtig, den Betrieb der LED über längere Zeit unter Sperrspannungsbedingungen zu vermeiden, da dies zu einem Bauteilausfall führen kann.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter sind unter einer Standardtestbedingung von 25°C Umgebungstemperatur und einem Vorwärtsstrom (If) von 700mA spezifiziert, was dem typischen Arbeitspunkt zu entsprechen scheint. Die Vorwärtsspannung (Vf) liegt zwischen einem Minimum von 2,8V und einem Maximum von 4,4V, mit einem typischen Wert von 3,7V. Der Strahlungsfluss (Φe), also die gesamte optische Ausgangsleistung im UV-Spektrum, liegt zwischen 1050 mW (min) und 1545 mW (max), mit einem typischen Wert von 1230 mW. Die Spitzenwellenlänge (λp) ist zwischen 380 nm und 390 nm spezifiziert, was sie dem UVA-Spektrum zuordnet. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 55 Grad. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rthjs) beträgt typischerweise 5,0 °C/W, was ein Schlüsselparameter für das Wärmemanagement-Design ist.

3. Erklärung des Bin-Code-Systems

Das Produkt wird basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins (Sortierklassen) eingeteilt, um Konsistenz in der Anwendung sicherzustellen. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit eng gruppierten Eigenschaften auszuwählen.

3.1 Vorwärtsspannungs-Binning (Vf)

LEDs werden bei 700mA in vier Spannungs-Bins (V0 bis V3) sortiert. Die Bins sind: V0 (2,8V - 3,2V), V1 (3,2V - 3,6V), V2 (3,6V - 4,0V) und V3 (4,0V - 4,4V). Die Toleranz für diese Klassifizierung beträgt +/- 0,1V.

3.2 Strahlungsfluss-Binning (mW)

Die optische Ausgangsleistung wird bei 700mA in fünf Kategorien (PR bis UV) eingeteilt. Die Bins sind: PR (1050-1135 mW), RS (1135-1225 mW), ST (1225-1325 mW), TU (1325-1430 mW) und UV (1430-1545 mW). Die Toleranz beträgt +/- 10%.

3.3 Spitzenwellenlängen-Binning (Wp)

Das UV-Spektrum ist in zwei Wellenlängen-Bins unterteilt: P3R (380-385 nm) und P3S (385-390 nm), mit einer Toleranz von +/- 3nm. Der Bin-Klassifizierungscode ist auf jedem Produktverpackungsbeutel zur Rückverfolgbarkeit aufgedruckt.

4. Leistungskurvenanalyse

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Vorwärtsstrom

Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen der optischen Ausgangsleistung der LED und dem Treiberstrom. Typischerweise steigt der Strahlungsfluss mit dem Strom, kann aber bei höheren Strömen aufgrund zunehmender thermischer Effekte und des Efficiency Droop ein unterlineares Wachstum zeigen. Konstrukteure nutzen dies, um den optimalen Treiberstrom für einen Ausgleich zwischen Ausgangsleistung und Lebensdauer zu bestimmen.

4.2 Relative spektrale Verteilung

Dieses Diagramm zeigt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge (380-390nm). Es zeigt die spektrale Bandbreite, die für Anwendungen wichtig ist, bei denen bestimmte Photoinitiatoren durch bestimmte Wellenlängen aktiviert werden.

4.3 Abstrahlcharakteristik / Abstrahlwinkel

Die Abstrahlcharakteristik-Kurve veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Der typische Abstrahlwinkel von 55 Grad (volle Breite bei halbem Maximum) deutet auf einen mäßig breiten Strahl hin, der sich für eine gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche in Härtungsanwendungen eignet.

4.4 Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I-V-Kurve)

Diese grundlegende elektrische Kennlinie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Spannung und Strom in einer Diode. Sie ist entscheidend für den Entwurf der geeigneten Treiberschaltung, da eine kleine Änderung der Spannung eine große Änderung des Stroms verursachen kann.

4.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Diese Kurve zeigt die thermische Abhängigkeit der optischen Ausgangsleistung. Die Ausgangsleistung einer UV-LED nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Eine effektive Kühlkörpermontage ist unerlässlich, um eine hohe und stabile Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten, was dies zu einer kritischen Designüberlegung macht.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Datenblatt enthält detaillierte mechanische Zeichnungen mit allen Abmessungen in Millimetern. Die allgemeinen Maßtoleranzen betragen ±0,2mm, während die Toleranzen für die Linsenhöhe und die Länge/Breite des Keramiksubstrats enger bei ±0,1mm liegen. Ein wichtiger Hinweis spezifiziert, dass die thermische Kontaktfläche auf der Unterseite des Bauteils elektrisch neutral (isoliert) von den Anoden- und Kathodenkontaktflächen ist.

5.2 Empfohlene Lötflächenanordnung auf der Leiterplatte

Ein detailliertes Lötflächenmuster (Land Pattern) wird für den Leiterplatten(PCB)-Entwurf bereitgestellt. Dies umfasst die Größe und den Abstand für die Anoden-, Kathoden- und thermischen Kontaktflächen. Die Einhaltung dieses Layouts gewährleistet ein korrektes Löten, die elektrische Verbindung und vor allem einen optimalen Wärmetransport von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte und zum Kühlkörper.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Temperatur-Zeit-Diagramm definiert den empfohlenen Reflow-Lötprozess. Zu den Schlüsselparametern gehören Vorwärmen, Halten (Soak), Reflow-Spitzentemperatur und Abkühlraten. Die Hinweise betonen, dass sich alle Temperaturen auf die Oberseite des Gehäusekörpers beziehen. Ein schneller Abkühlprozess wird nicht empfohlen. Die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet, ist stets anzustreben, 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 durchgeführt werden. Reflow-Löten sollte maximal nicht öfter als dreimal durchgeführt werden.

6.3 Reinigungsanleitung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Flüssigkeiten ist verboten, da sie das LED-Gehäusematerial beschädigen können.

7. Verpackungs- und Handhabungsinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägter Trägerfolie und Spulen für die automatisierte Bestückung geliefert. Detaillierte Abmessungen sowohl für die Taschen der Folie als auch für die standardmäßigen 7-Zoll-Spulen werden angegeben. Die Folie ist mit einer Deckfolie versiegelt. Pro 7-Zoll-Spule können maximal 500 Stück geladen werden. Die Spezifikationen folgen dem EIA-481-1-B-Standard.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Hauptanwendung ist die UV-Härtung, die in Branchen wie Druck, Beschichtungen, Klebstoffen und Zahnmedizin eingesetzt wird. Weitere gängige UV-Anwendungen sind Fluoreszenzanregung, Fälschungserkennung und Sterilisation von medizinischen Geräten (innerhalb ihres Wellenlängenbereichs).

8.2 Ansteuerungsmethode und Schaltungsentwurf

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Intensität zu gewährleisten, wenn mehrere LEDs in einer Anwendung parallel geschaltet sind, wird dringend empfohlen, einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder einzelnen LED zu verwenden. Dies kompensiert geringfügige Unterschiede in der Vorwärtsspannung (Vf) zwischen verschiedenen Einheiten, verhindert Stromasymmetrien (Current Hogging) und gewährleistet eine gleichmäßige Lichtausgabe und Lebensdauer über das gesamte Array.

8.3 Wärmemanagement

Angesichts des typischen thermischen Widerstands von 5,0 °C/W und der Empfindlichkeit der Ausgangsleistung gegenüber der Sperrschichttemperatur (wie in den Leistungskurven gezeigt) ist eine effektive Kühlkörpermontage für einen zuverlässigen Hochleistungsbetrieb unabdingbar. Die Leiterplatte sollte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen (Thermal Vias) entworfen werden und möglicherweise mit einem externen Kühlkörper verbunden sein. Die maximale Sperrschichttemperatur von 110°C darf nicht überschritten werden.

9. Zuverlässigkeit und Qualitätssicherung

9.1 Zuverlässigkeitstestplan

Das Datenblatt skizziert einen umfassenden Zuverlässigkeitstestplan, der für das Produkt durchgeführt wird. Die Tests umfassen Betriebslebensdauer bei niedriger Temperatur (LTOL bei -10°C), Betriebslebensdauer bei Raumtemperatur (RTOL), Betriebslebensdauer bei hoher Temperatur (HTOL bei 85°C), Betriebslebensdauer bei feuchter Hitze (WHTOL bei 60°C/90% rel. Luftfeuchte), Temperaturschock (TMSK) und Lagerung bei hoher Temperatur. Alle aufgeführten Tests zeigten 0 Ausfälle bei 10 Proben für die angegebenen Zeiträume (500 oder 1000 Stunden).

9.2 Ausfallkriterien

Die Kriterien für die Beurteilung eines Bauteilausfalls nach Zuverlässigkeitstests sind klar definiert. Eine Änderung der Vorwärtsspannung (Vf) um mehr als ±10% ihres Anfangswerts beim typischen Betriebsstrom stellt einen Ausfall dar. Ebenso gilt eine Änderung des Strahlungsflusses (Φe) um mehr als ±15% seines Anfangswerts als Ausfall.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der empfohlene Betriebsstrom?

Während der absolute Maximalstrom 1000 mA beträgt, sind alle elektro-optischen Eigenschaften und Bin-Codes bei 700 mA spezifiziert, was darauf hindeutet, dass dies der vorgesehene typische Arbeitspunkt für optimale Leistung und Lebensdauer ist.

10.2 Wie interpretiere ich die Bin-Codes für mein Design?

Wählen Sie Bins basierend auf den Anforderungen Ihres Systems. Für stromgesteuerte Schaltungen ist das Vf-Bin weniger kritisch, wenn individuelle strombegrenzende Widerstände verwendet werden. Das Strahlungsfluss(mW)-Bin beeinflusst direkt die Härtungsgeschwindigkeit oder Lichtintensität. Das Wellenlängen(Wp)-Bin muss mit dem Aktivierungsspektrum Ihres Photoinitiators oder Ihrer Anwendung übereinstimmen.

10.3 Kann ich mehrere LEDs parallel ohne Widerstände betreiben?

Es wird nicht empfohlen. Aufgrund natürlicher Schwankungen in Vf teilen sich direkt parallel geschaltete LEDs den Strom nicht gleichmäßig. Die LED mit der niedrigsten Vf zieht mehr Strom, überhitzt möglicherweise und fällt aus, was eine Kettenreaktion auslösen kann. Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand für jeden parallelen Zweig oder, noch besser, einen Konstantstromtreiber, der für mehrere Kanäle ausgelegt ist.

11. Technische Einführung und Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine halbleiterbasierte Ultraviolett-Leuchtdiode. Es arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem speziell entwickelten Halbleitermaterial (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumnitrid - AlGaN). Wenn eine Vorwärtsspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie des AlGaN-Materialsystems bestimmt, dass die emittierten Photonen im ultravioletten Bereich liegen (380-390 nm UVA). Das Gehäuse ist darauf ausgelegt, dieses Licht effizient auszukoppeln und gleichzeitig einen robusten Wärmepfad zur Bewältigung der an der Halbleitersperrschicht erzeugten Wärme bereitzustellen.