UV-LED 3,7x3,7x3,45mm SMD Spezifikation - Durchlassspannung 4,6-7,6V - Strahlungsfluss bis 20mW - 260-270nm Wellenlänge - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochzuverlässigen, oberflächenmontierbaren Ultraviolett (UV)-Leuchtdiode (LED). Das Bauteil ist für Anwendungen entwickelt, die eine effektive ultraviolette Emission erfordern, wie z.B. Desinfektions-, Sterilisations- und Luftreinigungssysteme. Sein kompaktes SMD-Gehäuse (Surface-Mount Device) ist für die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen ausgelegt und bietet eine gute thermische Leistung für einen stabilen Betrieb.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser UV-LED umfassen ihren standardisierten SMT-Fußabdruck, der eine einfache Integration in moderne Leiterplatten (PCB)-Designs ermöglicht, sowie ihre angegebene hohe Zuverlässigkeit. Das Produkt zielt auf den wachsenden Markt für Festkörper-Ultraviolettlichtquellen ab, die zunehmend traditionelle Quecksilberdampflampen in Anwendungen wie den folgenden ersetzen:

• Keimtötende Bestrahlung:Zur Desinfektion von Oberflächen, Wasser und Luft durch die Inaktivierung von Mikroorganismen.
• Luftreinigungssysteme:Integriert in HLK-Systeme oder eigenständige Luftreiniger, um luftgetragene Krankheitserreger und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zu neutralisieren.
• Medizinische und Laborgeräte:Zur Sterilisation von Werkzeugen und Oberflächen.
• Allgemeine UV-Härtung:Obwohl spezifische Härtungsleistungsdaten nicht bereitgestellt werden, deutet der Wellenlängenbereich auf eine potenzielle Verwendung zur Initiierung photochemischer Reaktionen hin.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung der LED wird durch einen umfassenden Satz elektrischer, optischer und thermischer Parameter definiert, die unter kontrollierten Bedingungen (Ts=25°C) gemessen werden.

2.1 Elektrische & Optische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungskennzahlen sind in den Spezifikationstabellen zusammengefasst. Ein kritischer Parameter ist dieSpitzenwellenlänge (λp), die im Bereich von 260-270 Nanometer (nm) liegt. Dies platziert die Emission eindeutig im UVC-Band (100-280 nm), das für seine hohe keimtötende Wirksamkeit bekannt ist. Der spezifische Wellenlängen-Bin (z.B. UA33 für 260-265nm, UA34 für 265-270nm) muss basierend auf den Anforderungen der Anwendung ausgewählt werden, da die Wirksamkeit gegen verschiedene Krankheitserreger mit der Wellenlänge variieren kann.

DerGesamt-Strahlungsfluss (Φe), oder die optische Ausgangsleistung, ist mit bis zu 20 Milliwatt (mW) bei einem Treiberstrom von 150 mA spezifiziert. Entwickler müssen beachten, dass es sich um Strahlungsfluss handelt, nicht um Lichtstrom, da UVC-Licht für das menschliche Auge unsichtbar ist. DieDurchlassspannung (V_F)weist eine Binning-Struktur von 4,6V bis 7,6V bei 150mA auf. Dieser weite Bereich ist typisch für Deep-UV-LEDs und hat erhebliche Auswirkungen auf das Design der Treiberschaltung, die Effizienz und das Wärmemanagement beeinflussend.

DerAbstrahlwinkel (2θ_1/2)beträgt 60 Grad, was auf eine mäßig gerichtete Lichtabgabe hindeutet. DieSpektrale Halbwertsbreite (Δλ)beträgt typischerweise 10 nm, was die spektrale Reinheit des emittierten Lichts beschreibt.

2.2 Absolute Maximalwerte und Wärmemanagement

Die Einhaltung der absoluten Maximalwerte ist entscheidend für die Lebensdauer des Bauteils und die Vermeidung katastrophaler Ausfälle. Wichtige Grenzwerte sind:

• Maximale Sperrschichttemperatur (T_J):60°C. Dies ist eine kritische Einschränkung. Die Sperrschichttemperatur muss während des Betriebs unter diesem Grenzwert gehalten werden, was direkt mit dem thermischen Design der Leiterplatte und den Kühlkörperfähigkeiten zusammenhängt.
• Maximale Verlustleistung (P_D):1,2 Watt.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):200 mA (unter Pulsbedingungen, 0,1ms Pulsbreite, 1/10 Tastverhältnis).

DerWärmewiderstand (R_θJ-S)von der Sperrschicht zum Lötpunkt ist mit 45°C/W spezifiziert. Mit diesem Wert können Ingenieure den erwarteten Temperaturanstieg der Sperrschicht über der Lötpunkttemperatur für eine gegebene Betriebsleistung (P_D= V_F* I_F) berechnen. Beispielsweise beträgt bei einer typischen V_Fvon 6,0V und I_Fvon 150mA die Leistung 0,9W. Der Temperaturanstieg wäre etwa 0,9W * 45°C/W = 40,5°C. Wenn der Lötpunkt der Leiterplatte also bei 35°C liegt, würde die Sperrschicht ~75,5°C erreichen und damit das Maximum von 60°C überschreiten. Dies unterstreicht die Notwendigkeit eines effektiven Wärmemanagements, was möglicherweise einen niedrigeren Treiberstrom, ein verbessertes Wärmesenken-Design oder aktive Kühlung erfordert.

2.3 Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein Binning-System, um Einheiten basierend auf Schlüsselparametern zu kategorisieren und so die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Entwickler müssen die erforderlichen Bins bei der Bestellung angeben.

• Durchlassspannungs (V_F) Binning:Codiert B19 bis B33, abdeckend 4,6V bis 7,6V in ~0,2V Schritten bei 150mA.
• Spitzenwellenlängen (λp) Binning:Codiert UA33 (260-265nm) und UA34 (265-270nm).
• Strahlungsfluss (Φe) Binning:Codiert 1J03 (6-10mW), 1J04 (10-15mW, typisch 14mW) und ein weiterer 1J04-Bin (15-20mW). Beachten Sie die Wiederverwendung des Codes für unterschiedliche Flussbereiche, was eine sorgfältige Beachtung der zugehörigen Wertetabelle erfordert.

3. Analyse der Leistungskurven

Die bereitgestellten Kennlinien bieten wertvolle Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen.

3.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kurve)

Diese Kurve zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Spannung und Strom. Sie ist wesentlich für die Bestimmung des Arbeitspunkts und für das Design von Konstantstrom-Treibern, die für LEDs zwingend erforderlich sind. Die Kurve verschiebt sich mit der Temperatur; typischerweise nimmt die Durchlassspannung mit steigender Sperrschichttemperatur ab.

3.2 Durchlassstrom vs. Relative Strahlungsleistung

Diese Kurve veranschaulicht die Abhängigkeit der Lichtausgabe vom Treiberstrom. Sie ist in der Regel sublinear; eine Verdoppelung des Stroms verdoppelt nicht die optische Ausgangsleistung aufgrund des Efficiency Droop, einem häufigen Phänomen bei LEDs, insbesondere bei höheren Strömen und Temperaturen. Der Betrieb der LED bei oder unterhalb des empfohlenen Teststroms (150mA) wird für optimale Effizienz und Lebensdauer empfohlen.

4. Mechanische & Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen und Toleranzen

Das Gehäuse hat einen Fußabdruck von 3,7mm x 3,7mm mit einer Höhe von 3,45mm. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnungen zeigen Drauf-, Seiten- und Untersichten, die für das Design des Leiterplatten-Fußabdrucks und für Freigabeprüfungen notwendig sind.

4.2 Lötpasten-Design und Polaritätskennzeichnung

Ein empfohlenes Lötpasten-Layout wird bereitgestellt (Abb. 1-5). Die Pad-Abmessungen sind 3,20mm x 2,20mm für das thermische/elektrische Pad und 1,20mm x 1,20mm für das sekundäre elektrische Pad. Die Polarität ist auf der Untersicht des Bauteils deutlich markiert. Die korrekte Ausrichtung ist entscheidend, da das Anlegen einer Sperrspannung, die den Maximalwert (10V) überschreitet, das Bauteil beschädigen kann.

5. Löt- & Montagerichtlinien

5.1 SMT-Reflow-Löten

Das Bauteil ist für alle standardmäßigen SMT-Montageprozesse geeignet. Ein Standard-Reflow-Profil für bleifreies Löten mit einer Spitzentemperatur, die typischerweise 260°C nicht überschreitet, ist impliziert. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist Stufe 3. Das bedeutet, das Bauteil kann bis zu 168 Stunden (7 Tage) den Bedingungen auf der Werkstattfläche (≤30°C/60% rF) ausgesetzt werden, bevor es gelötet werden muss. Wird diese Zeit überschritten, müssen die Teile gemäß IPC/JEDEC-Standards getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserissbildung) während des Reflow zu verhindern.

5.2 Handhabungs- und Lagerungsvorsichtsmaßnahmen

• ESD-Schutz:Das Bauteil ist für eine elektrostatische Entladung (ESD) nach dem Human Body Model (HBM) von 1000V ausgelegt, mit einer Ausbeute von über 90%. Dies ist eine relativ moderate ESD-Festigkeit. Die Handhabung muss in einem ESD-geschützten Bereich unter Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und leitfähiger Matten erfolgen.
• Lagerungsbedingungen:Der Lagertemperaturbereich beträgt -20°C bis +65°C. Eine langfristige Lagerung außerhalb dieses Bereichs sollte vermieden werden.
• Feuchtigkeitssperrbeutel:Gemäß MSL-3 werden die Bauteile in einem Feuchtigkeitssperrbeutel mit einer Feuchteanzeigekarte geliefert. Der Beutel sollte nur in einer kontrollierten Umgebung geöffnet werden, und die Verweilzeit außerhalb des Beutels sollte protokolliert werden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird auf Tape and Reel für automatisierte Bestückungsautomaten geliefert. Die Spezifikation enthält Abmessungen für den Trägerstreifen und die Rolle. Auch Etikettierungsvorgaben für die Rolle werden bereitgestellt, um die Rückverfolgbarkeit sicherzustellen. Die angegebene Modellnummer (z.B. RF-C37P6-UPH-AR) kodiert wahrscheinlich Informationen über die Gehäusegröße, die Chip-Technologie und möglicherweise die Leistungs-Bins, obwohl die genaue Namensregel im Auszug nicht detailliert ist.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Treiberschaltungs-Design

Ein Konstantstrom-Treiber ist zwingend erforderlich. Der Treiber muss in der Lage sein, den erforderlichen Strom (z.B. 150mA) über den gesamten Durchlassspannungs-Bin-Bereich (4,6V-7,6V) bereitzustellen. Dieser weite Bereich beeinflusst die Effizienz des Treibers und die Anforderungen an den Spannungsreservebereich erheblich. Für batteriebetriebene Geräte kann ein Aufwärtswandler (Boost Converter) notwendig sein, um sicherzustellen, dass für LEDs im höheren V_F bins.

7.2 Thermische Auslegung

Wie aus dem Wärmewiderstand berechnet, ist die Regelung der Sperrschichttemperatur von größter Bedeutung. Die Leiterplatte sollte unter dem zentralen Pad der LED ein Wärmeableitmuster verwenden, das mit großen Kupferflächen oder einem externen Kühlkörper verbunden ist. Thermische Durchkontaktierungen (Vias) unter dem Pad können helfen, Wärme zu inneren oder unteren Lagen zu übertragen. Der maximale Treiberstrom muss möglicherweise in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder in Anwendungen mit schlechter Luftzirkulation heruntergesetzt (derated) werden.

7.3 Optisches und Sicherheitsdesign

UVC-Strahlung ist schädlich für menschliche Haut und Augen. Das Endprodukt-Design muss Sicherheitsmerkmale wie Verriegelungsschalter, Abschirmungen und Warnhinweise enthalten, um eine Exposition des Benutzers zu verhindern. Der 60-Grad-Abstrahlwinkel sollte bei der Gestaltung von Reflektoren oder Linsen berücksichtigt werden, um das UV-Licht effektiv auf den Zielbereich zu lenken. Im Strahlengang verwendete Materialien (Linsen, Fenster) müssen für UVC-Wellenlängen transparent sein; viele gängige Kunststoffe wie Polycarbonat sind nicht geeignet.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren UV-Lichtquellen wie Quecksilberlampen bietet diese LED sofortiges Ein-/Ausschalten, eine längere Lebensdauer (bei ordnungsgemäßer Kühlung), keine gefährlichen Materialien wie Quecksilber, kompakte Größe und Designflexibilität. Innerhalb des UV-LED-Markts wären die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale für dieses spezifische Bauteil seine Gehäusegröße (3,7x3,7mm ist ein gängiger Fußabdruck), seine Strahlungsfluss-Ausgangsleistung im Bereich von 10-20mW und seine spezifischen Wellenlängen-Bins im keimtötenden Bereich von 260-270nm. Entwickler würden diese Parameter mit Alternativen vergleichen, um den optimalen Kompromiss aus optischer Leistung, Effizienz, Kosten und Größe für ihre Anwendung zu finden.

9. Häufig gestellte Fragen (Basierend auf technischen Parametern)

9.1 Warum ist der Durchlassspannungsbereich so breit (4,6V-7,6V)?

Dies ist charakteristisch für auf Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) basierende Deep-UV-LEDs. Variationen im epitaktischen Wachstum und der Chipverarbeitung führen zu Unterschieden im Halbleiterwiderstand und der genauen Zusammensetzung der aktiven Schichten, was zu einer Verteilung der Durchlassspannungen führt. Binning stellt sicher, dass Sie innerhalb Ihrer Bestellung LEDs mit konsistentem elektrischem Verhalten erhalten.

9.2 Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

No.Die LED-Helligkeit wird durch den Strom gesteuert. Eine Konstantspannungsquelle würde zu einem unkontrollierten Stromfluss führen, der möglicherweise den Maximalwert überschreitet und die LED aufgrund der exponentiellen IV-Charakteristik und des negativen Temperaturkoeffizienten der Diode zerstört. Ein Konstantstrom-Treiber ist unerlässlich.

9.3 Die Sperrschichttemperatur-Festigkeit beträgt nur 60°C. Ist das normal für UV-LEDs?

Ja, es ist üblich, dass UVC-LEDs im Vergleich zu sichtbaren LEDs niedrigere maximale Sperrschichttemperaturen aufweisen. Hochenergie-Photonen und die in Deep-UV-Emittern verwendeten Materialien machen sie anfälliger für thermische Degradation. Sorgfältiges Wärmemanagement ist für Leistung und Zuverlässigkeit nicht verhandelbar.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines kompakten, batteriebetriebenen Stabgeräts zur Oberflächendesinfektion.

Designschritte:

1. Parameterauswahl:Wählen Sie einen Bin mit hohem Strahlungsfluss (z.B. 15-20mW) für Wirksamkeit. Wählen Sie einen V_F-Bin im mittleren Bereich (z.B. B25, 5,8-6,0V), um das Treiberdesign zu vereinfachen.
2. Treiberdesign:Verwenden Sie einen Aufwärtswandler-Konstantstrom-Treiber-IC, der eine 3,7V Li-Ionen-Batterieeingangsspannung verarbeiten und einen stabilen 150mA-Ausgang mit mindestens 6,5V bereitstellen kann, um den ausgewählten V_F bin.
3. Thermisches Design:Entwerfen Sie eine kleine Leiterplatte mit Metallkern (MCPCB) oder verwenden Sie eine Standard-FR4-Platine mit einer großen Wärmesenke und mehreren Durchkontaktierungen als Kühlkörper. Begrenzen Sie die kontinuierliche Einschaltzeit basierend auf thermischer Modellierung oder empirischen Tests, um T_J
4. Optisches/Sicherheitsdesign:Bauen Sie die LED in ein Gehäuse mit einem UVC-durchlässigen Quarzfenster ein. Integrieren Sie einen Näherungssensor oder einen physischen Schutz, der in Kontakt mit einer Oberfläche sein muss, damit die LED eingeschaltet wird, um eine versehentliche Exposition zu verhindern.

11. Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiterlichtquelle. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Wellenlänge dieser Photonen (im UVC-Bereich) wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt, typischerweise Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) mit einem hohen Aluminiumanteil für kürzere Wellenlängen.

12. Technologietrends

Der UV-LED-Markt, insbesondere für UVC-Anwendungen, konzentriert sich auf die Steigerung der Wandsteckdosen-Effizienz (optische Leistung aus / elektrische Leistung ein), die historisch niedriger war als bei sichtbaren LEDs. Verbesserungen im epitaktischen Wachstum, bei den Lichtextraktionstechniken und in der Gehäusetechnik treiben stetig höhere Ausgangsleistungen und längere Lebensdauern voran, während die Kosten pro Milliwatt sinken. Dies ermöglicht die Ausweitung der UV-LED-Technologie von Nischenanwendungen auf breitere Verbraucher- und Industriemärkte für Desinfektion und Sensorik.