LTPL-C034UVD405 UV-LED Datenblatt - 3,5x3,5x1,6mm - 3,5V typ. - 460-700mW - 405nm Spitzenwellenlänge - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die C03 UV-Produktserie stellt eine fortschrittliche, energieeffiziente Lichtquelle dar, die für die UV-Aushärtung und allgemeine Ultraviolettanwendungen entwickelt wurde. Diese Technologie vereint die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit von Leuchtdioden mit den hohen Helligkeitswerten, die traditionell mit konventionellen UV-Quellen verbunden sind. Diese Fusion bietet erhebliche Designflexibilität und eröffnet neue Wege für die Festkörper-UV-Beleuchtung, um ältere, weniger effiziente UV-Technologien zu ersetzen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Dieses Produkt ist für Anwendungen konzipiert, die eine präzise, zuverlässige und effiziente Ultraviolettemission erfordern. Seine Hauptvorteile umfassen volle Kompatibilität mit integrierten Schaltkreis (I.C.)-Ansteuersystemen, Einhaltung der RoHS-Konformität und bleifreier (Pb-freier) Fertigungsstandards, was zu geringeren Betriebs- und Wartungskosten über den Lebenszyklus des Produkts beiträgt. Der Zielmarkt umfasst industrielle Aushärteprozesse, medizinische und wissenschaftliche Instrumentierung, Fälschungserkennung und alle Anwendungen, bei denen eine kontrollierte UV-Bestrahlung entscheidend ist.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Der folgende Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten technischen Parameter des Bauteils, wie unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C) definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen wird für längere Zeit nicht empfohlen. Der maximale DC-Durchlassstrom (If) beträgt 500 mA. Die maximale Verlustleistung (Po) beträgt 2 Watt. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich (Topr) von -40°C bis +85°C betrieben und zwischen -55°C und +100°C gelagert (Tstg) werden. 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 zum Bauteilversagen führen kann.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Kenngrößen definieren die Leistung des Bauteils unter typischen Betriebsbedingungen (If = 350mA). Die Durchlassspannung (Vf) liegt zwischen einem Minimum von 2,8V und einem Maximum von 4,4V, mit einem typischen Wert von 3,5V. Der gesamte Strahlungsfluss (Φe), gemessen mit einer Ulbricht-Kugel, liegt zwischen 460mW und 700mW, mit einem typischen Wert von 620mW. Die Spitzenwellenlänge (Wp) ist zwischen 400nm und 410nm spezifiziert, was sie eindeutig im nahen Ultraviolettspektrum verortet. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 130 Grad, was auf ein breites Abstrahlmuster hinweist. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Gehäuse (Rth jc) beträgt typischerweise 14,7 °C/W, mit einer Messtoleranz von ±10%.

2.3 Thermische Kenngrößen

Ein effektives thermisches Management ist für die LED-Leistung und -Lebensdauer von größter Bedeutung. Der spezifizierte thermische Widerstand (Rth jc) von 14,7 °C/W gibt den Temperaturanstieg pro Watt Verlustleistung zwischen der Halbleitersperrschicht und dem Gehäuse an. Ein niedrigerer Wert ist vorzuziehen. Dieser Parameter, kombiniert mit der maximalen Sperrschichttemperatur von 110°C, bestimmt die notwendigen Kühlanforderungen für jede gegebene Anwendung, um sicherzustellen, dass die LED innerhalb ihres sicheren Betriebsbereichs arbeitet und ihre spezifizierte Ausgangsleistung und Lebensdauer beibehält.

3. Erklärung des Bin-Code-Systems

Das Produkt wird basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins eingeteilt, um Konsistenz für den Endanwender zu gewährleisten. Der Bin-Code ist auf jedem Verpackungsbeutel aufgedruckt.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Vf)

LEDs werden bei einem Prüfstrom von 350mA in vier Spannungsbins (V0, V1, V2, V3) sortiert. V0-Bins haben Spannungen zwischen 2,8V und 3,2V, V1 zwischen 3,2V und 3,6V, V2 zwischen 3,6V und 4,0V und V3 zwischen 4,0V und 4,4V. Die Toleranz für diese Klassifizierung beträgt ±0,1V. Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit eng übereinstimmenden Durchlassspannungen für Parallelschaltungen oder präzise Stromregelung auszuwählen.

3.2 Binning des Strahlungsflusses (Φe)

Die optische Ausgangsleistung wird in sechs Bins (R1 bis R6) kategorisiert. R1 repräsentiert den niedrigsten Ausgangsbereich (460-500 mW) und R6 den höchsten (660-700 mW), alle gemessen bei 350mA. Die Toleranz für den Strahlungsfluss beträgt ±10%. Dieses Binning ermöglicht eine Auswahl basierend auf der für die Anwendung erforderlichen Lichtintensität.

3.3 Binning der Spitzenwellenlänge (Wp)

Die emittierte Wellenlänge wird in zwei Hauptbins sortiert: P4A (400-405 nm) und P4B (405-410 nm), mit einer Toleranz von ±3nm. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die auf spezifische UV-Wellenlängen empfindlich reagieren, wie z.B. das Initiieren bestimmter photochemischer Reaktionen in Aushärteprozessen.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt typischerweise eine sublineare Beziehung, bei der der Strahlungsfluss mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch bei höheren Strömen Sättigung oder Effizienzabfall aufweisen kann. Der genaue Arbeitspunkt (z.B. 350mA) sollte so gewählt werden, dass Ausgangsleistung und Effizienz ausgeglichen werden, während die absoluten Maximalwerte eingehalten werden.

4.2 Relative spektrale Verteilung

Dieses Diagramm zeigt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge (400-410nm). Es zeigt die spektrale Bandbreite, die für Anwendungen wichtig ist, bei denen spektrale Reinheit oder eine spezifische Wellenlängeninteraktion erforderlich ist.

4.3 Strahlungscharakteristik

Dieses Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität, korrespondierend mit dem 130-Grad-Abstrahlwinkel. Es zeigt, wie Licht vom LED-Gehäuse emittiert wird, was für das Design optischer Systeme entscheidend ist, um eine korrekte Ausleuchtung des Zielbereichs sicherzustellen.

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 Form der Kurve ist wesentlich für den Entwurf der geeigneten Treiberschaltung, sei es ein einfacher strombegrenzender Widerstand oder ein Konstantstromtreiber.

4.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Diese kritische Kurve demonstriert den negativen Einfluss einer steigenden Sperrschichttemperatur auf die Lichtausbeute. Mit zunehmender Sperrschichttemperatur nimmt der Strahlungsfluss ab. Dies unterstreicht die Bedeutung eines effektiven thermischen Managements, um eine konsistente optische Leistung über die Zeit und unter verschiedenen Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil hat ein kompaktes Oberflächenmontagegehäuse. Wichtige Abmessungen umfassen die Bauteilgröße und das Linsenprofil. Alle linearen Abmessungen sind in Millimetern angegeben. Allgemeine Maßtoleranzen betragen ±0,2mm, während die Linsenhöhe und die Länge/Breite des Keramiksubstrats engere Toleranzen von ±0,1mm aufweisen. Die thermische Lötfläche auf der Unterseite des Bauteils ist elektrisch isoliert (floating) von der Anoden- und Kathodenlötfläche, was bedeutet, dass sie direkt mit einer thermischen Kupferebene auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung verbunden werden kann, ohne einen elektrischen Kurzschluss zu verursachen.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötflächen-Design

Das empfohlene Layout der Lötflächen auf der Leiterplatte (PCB) wird bereitgestellt, um ein korrektes Löten und thermische Leistung zu gewährleisten. Das Design umfasst separate Lötflächen für Anode und Kathode sowie eine größere Fläche für die thermische Verbindung. Die korrekte Polaritätsausrichtung während der Montage ist für den Betrieb des Bauteils unerlässlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Ein detailliertes Reflow-Lötprofil wird empfohlen. Wichtige Parameter umfassen Vorwärmen, Einweichen, Reflow-Spitzentemperatur und Abkühlraten. Die maximale Spitzentemperatur (gemessen auf der Gehäuseoberfläche) sollte kontrolliert werden. Ein schneller Abkühlprozess wird nicht empfohlen. Es wird empfohlen, die niedrigstmögliche Löttemperatur zu verwenden, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet. Das Bauteil kann maximal drei Reflow-Zyklen widerstehen. Handlöten sollte, falls notwendig, auf maximal 300°C für nicht mehr als 2 Sekunden begrenzt und nur einmal angewendet werden.

6.2 Reinigungs- und Handhabungshinweise

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können das LED-Gehäuse beschädigen. Allgemeine ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Schutz vor elektrostatischer Entladung) sollten während der Handhabung beachtet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Gurt und Rolle

Die LEDs werden in einer geprägten Trägerbahn geliefert, die mit einem Deckband versiegelt ist. Der Gurt wird auf Rollen aufgewickelt. Eine Standard-7-Zoll-Rolle kann maximal 500 Stück aufnehmen. Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B-Spezifikationen. Es gibt eine Spezifikation, dass nicht mehr als zwei aufeinanderfolgende Bauteiltaschen auf dem Gurt leer sein dürfen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese UV-LED eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: UV-Aushärtung von Klebstoffen, Druckfarben und Beschichtungen; Fluoreszenzanregung für Analyse oder Inspektion; medizinische und biologische Instrumentierung; Luft- und Wasserreinigungssysteme; und Fälschungserkennung (z.B. Überprüfung von Sicherheitsmerkmalen).

8.2 Designüberlegungen und Ansteuerungsmethode

Eine LED ist ein strombetriebenes Bauteil. Um eine gleichmäßige Intensität zu gewährleisten, wenn mehrere LEDs innerhalb einer Anwendung parallel geschaltet sind, wird dringend empfohlen, einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED einzubauen. Dies kompensiert geringfügige Unterschiede in der Durchlassspannung (Vf) zwischen einzelnen Bauteilen und verhindert Stromdominanz, bei der eine LED mehr Strom zieht als andere, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenzieller Überlastung führt. Eine Konstantstrom-Treiberschaltung ist die optimale Lösung zum Ansteuern einer oder mehrerer LEDs in Reihe, da sie unabhängig von Durchlassspannungsvariationen eine stabile Leistung bietet.

9. Zuverlässigkeit und Prüfung

Das Bauteil durchläuft einen umfassenden Zuverlässigkeitstestplan, um Robustheit sicherzustellen. Tests umfassen Betriebslebensdauer bei niedriger Temperatur (LTOL bei -30°C), Betriebslebensdauer bei Raumtemperatur (RTOL), Betriebslebensdauer bei hoher Temperatur (HTOL bei 85°C), Betriebslebensdauer bei feuchter Hitze (WHTOL bei 60°C/60% RH), Temperaturschock (TMSK von -40°C bis 125°C), Widerstand gegen Lötwärme (simuliert Reflow) und Lötharkeitstests. Spezifische Bestehen/Nicht-Bestehen-Kriterien basieren auf Änderungen der Durchlassspannung (innerhalb ±10%) und des Strahlungsflusses (innerhalb ±15%) nach dem Test. Alle Lebensdauertests werden mit dem auf einem Kühlkörper montierten Bauteil durchgeführt.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen UV-Lichtquellen wie Quecksilberdampflampen bietet diese Festkörper-LED-Lösung deutliche Vorteile: Sofortiges Ein-/Ausschalten ohne Aufwärmzeit, deutlich längere Betriebslebensdauer (oft Zehntausende von Stunden), höhere Energieeffizienz durch Umwandlung von mehr elektrischer Leistung in nutzbares UV-Licht, Fehlen gefährlicher Materialien wie Quecksilber, kompakte Größe für neue Bauformen und präzise spektrale Ausgabe. Der historische Hauptnachteil war eine geringere gesamte optische Leistung, aber moderne Hochleistungs-UV-LEDs wie diese Serie schließen diese Lücke für viele Anwendungen.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

11.1 Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsfluss (mW) und Lichtstrom (lm)?

Der Strahlungsfluss (Φe) misst die gesamte in alle Richtungen emittierte optische Leistung in Watt. Dies ist die korrekte Metrik für UV-LEDs, da sie die tatsächliche UV-Energie quantifiziert. Der Lichtstrom (Lumen) misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit, gewichtet mit der photopischen Empfindlichkeitskurve, und ist für nicht sichtbare UV-Quellen nicht anwendbar.

11.2 Wie wähle ich das richtige Bin für meine Anwendung aus?

Wählen Sie das Spannungs-Bin (Vf) basierend auf Ihrem Treiberschaltungsdesign und dem Bedarf an Stromangleichung in Parallelsträngen. Wählen Sie das Strahlungsfluss-Bin (Φe) basierend auf der erforderlichen Intensität oder Bestrahlungsstärke an Ihrem Ziel. Wählen Sie das Wellenlängen-Bin (Wp), wenn Ihr Prozess auf einen spezifischen spektralen Peak empfindlich reagiert (z.B. 405nm vs. 400nm).

11.3 Warum ist das thermische Management so kritisch?

Eine hohe Sperrschichttemperatur reduziert direkt die Lichtausbeute (wie in den Leistungskurven gezeigt) und beschleunigt die Degradationsmechanismen innerhalb des Halbleiters, was die Betriebslebensdauer des Bauteils drastisch verkürzt. Eine ordnungsgemäße Kühlung ist für eine zuverlässige, langfristige Leistung nicht verhandelbar.

12. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fallbeispiel: Entwurf einer Leiterplatte für einen Multi-LED-UV-Aushärtungspunkt.Ein Designer muss ein Array von 10 LEDs für eine Kleinflächen-Aushärtungsanwendung erstellen. Basierend auf dem Datenblatt: 1) Wählt er LEDs aus demselben Vf- und Φe-Bin für Konsistenz. 2) Entwirft er die Leiterplatte mit dem empfohlenen Lötflächenlayout, verbindet die thermischen Lötflächen mit einer großen Kupferfläche auf der Platine, die über Durchkontaktierungen zur Wärmeableitung zur Unterseite oder einem externen Kühlkörper führt. 3) Entscheidet er sich, die LEDs mit einem auf 350mA eingestellten Konstantstromtreiber anzusteuern. Da alle 10 parallel für gleichmäßige Ausleuchtung geschaltet werden sollen, fügt er, wie empfohlen, einen kleinen, individuellen strombegrenzenden Widerstand (z.B. 1 Ohm) in Reihe mit jeder LED ein, um Vf-Variationen auszugleichen. 4) Befolgt er die Reflow-Profilrichtlinien während der Montage. 5) Implementiert er in der Endprodukt-Firmware möglicherweise einen Temperaturüberwachungs- oder Derating-Algorithmus basierend auf der Kurve "Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur", wenn die Umgebungsbedingungen variabel sind.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Halbleiter-Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung an Anode und Kathode angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiterchips injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge der emittierten Photonen (in diesem Fall ~405nm, im Ultraviolett-A-Spektrum) wird durch die Bandlückenenergie der im Chip verwendeten Halbleitermaterialien (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumnitrid - AlGaN) bestimmt. Das erzeugte Licht wird dann durch die integrierte Linse des Gehäuses geformt und emittiert.

14. Technologietrends

Das Gebiet der UV-LEDs ist geprägt von laufender Forschung und Entwicklung, die darauf abzielt, die Wandlereffizienz (optische Leistung aus / elektrische Leistung ein) zu erhöhen, höhere Ausgangsleistung aus einem einzelnen Bauteil oder kleinerem Gehäuse zu erreichen, die Betriebslebensdauer zu verlängern und Emissionswellenlängen tiefer in das UV-C-Spektrum (für keimtötende Anwendungen) mit verbesserter Effizienz voranzutreiben. Es gibt auch einen Trend zu anspruchsvolleren Gehäusen, um die Lichtauskopplung und thermische Leistung zu verbessern. Das Bestreben, quecksilberbasierte UV-Lampen in allen Anwendungen zu ersetzen, bleibt eine wichtige Marktkraft, unterstützt durch Umweltvorschriften und die Leistungsvorteile der Festkörperbeleuchtung.