UVC-LED-Datenblatt UVC3535CZ0315 - 3,5x3,5x0,99mm - 5,0-8,0V - 2,4W-Serie - 270-285nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die UVC3535CZ0315-Serie repräsentiert eine hochzuverlässige, keramikbasierte LED-Lösung, die speziell für anspruchsvolle Ultraviolett-C (UVC)-Anwendungen entwickelt wurde. Dieses Produkt ist für einen konsistenten Betrieb in Umgebungen konzipiert, in denen die keimtötende Wirksamkeit von größter Bedeutung ist. Sein Kernvorteil liegt im robusten Keramikgehäuse, das im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffgehäusen ein überlegenes Wärmemanagement bietet und direkt zu einer längeren Betriebsdauer und stabiler Leistungsabgabe beiträgt. Der primäre Zielmarkt umfasst Hersteller von professionellen und Verbraucher-Desinfektionsgeräten, Wasseraufbereitungssystemen und Luftsterilisationsgeräten, bei denen eine zuverlässige UVC-Emission entscheidend ist.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die LED arbeitet mit einem Durchlassstrom (I_F) von 300mA. Die Durchlassspannung (V_F) hat einen spezifizierten Bereich von 5,0V bis 8,0V, was ein kritischer Parameter für das Treiberdesign ist, um eine korrekte Stromregelung sicherzustellen. Der Strahlungsfluss, das Maß für die gesamte optische Ausgangsleistung, ist mit einem Minimum von 20mW, typisch 25mW und maximal 30mW unter Standardtestbedingungen spezifiziert. Die Spitzenwellenlänge liegt im Bereich von 270nm bis 285nm, was innerhalb des wirksamsten Bandes zur Zerstörung der DNA/RNA von Mikroorganismen liegt.

2.2 Absolute Maximalwerte und thermische Eigenschaften

Die Einhaltung der absoluten Maximalwerte ist für die Lebensdauer des Bauteils wesentlich. Der maximal zulässige Gleichstrom-Durchlassstrom beträgt 300mA. Das Bauteil kann elektrostatische Entladungen (ESD) bis zu 2000V (Human Body Model) widerstehen, was ein bedeutendes Zuverlässigkeitsmerkmal für Handhabung und Montage ist. Die maximale Sperrschichttemperatur (T_J) ist mit 90°C angegeben. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (R_th) beträgt 20°C/W. Dieser Wert ist entscheidend für das Kühlkörperdesign; beispielsweise könnte bei vollem Betriebsstrom von 300mA die Verlustleistung bis zu 2,4W (8,0V * 0,3A) betragen und die Sperrschichttemperatur um bis zu 48°C über der Lötpunkttemperatur erhöhen. Daher ist es entscheidend, eine niedrige Lötpunkttemperatur aufrechtzuerhalten, um T_Jinnerhalb sicherer Grenzen zu halten.

Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +85°C, und der Lagertemperaturbereich zwischen -40°C und +100°C, was die Eignung für eine Vielzahl von Umgebungsbedingungen anzeigt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird in Bins eingeteilt, um Konsistenz in der Anwendung sicherzustellen. Das Verständnis dieser Bins ist der Schlüssel für Design und Beschaffung.

3.1 Strahlungsfluss-Binning

Der Strahlungsfluss wird in zwei Kategorien eingeteilt: Q4 (20-25mW) und Q5 (25-30mW). Entwickler müssen den geeigneten Bin basierend auf der für ihre Anwendung erforderlichen Bestrahlungsdosis auswählen.

3.2 Spitzenwellenlängen-Binning

Die Spitzenwellenlänge wird streng kontrolliert und wie folgt eingeteilt: U27A (270-275nm), U27B (275-280nm) und U28 (280-285nm). Die keimtötende Wirksamkeit kann in diesem Bereich leicht variieren, daher kann die Bin-Auswahl für eine optimierte Systemleistung wichtig sein.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird in 0,5V-Schritten von 5,0V bis 8,0V eingeteilt (z.B. 5055 für 5,0-5,5V, 5560 für 5,5-6,0V usw.). Dies dient hauptsächlich der Treibereffizienz und der Gruppierung von LEDs mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften bei Verwendung in Arrays.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Spektrum und relativer Strahlungsfluss vs. Strom

Die Spektrenkurve zeigt einen schmalen Emissionspeak um die spezifizierte Wellenlänge (z.B. 270-285nm) mit minimaler Seitenbandemission, was ihre Reinheit als UVC-Quelle bestätigt. Die Kurve für den relativen Strahlungsfluss in Abhängigkeit vom Durchlassstrom ist bis zum Nennwert von 300mA nahezu linear, was auf eine gute Effizienz und eine vorhersagbare Leistungsskalierung mit dem Strom hindeutet.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung & Spitzenwellenlänge vs. Strom

Die I-V-Kurve zeigt die typische exponentielle Kennlinie einer Diode. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, was im Design von Konstantstromtreibern berücksichtigt werden muss. Die Kurve für die Spitzenwellenlänge in Abhängigkeit vom Strom zeigt über den Betriebsstrombereich eine minimale Verschiebung (typischerweise nur wenige Nanometer), was auf eine stabile spektrale Leistung hindeutet.

4.3 Thermische Entlastung und relativer Strahlungsfluss vs. Temperatur

Die Kurve für den relativen Strahlungsfluss in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigt den negativen Temperaturkoeffizienten der LED-Leistung. Der Strahlungsfluss nimmt ab, wenn die Umgebungs- (und damit die Sperrschicht-) Temperatur steigt. Die Entlastungskurve definiert grafisch den maximal zulässigen Durchlassstrom als Funktion der Umgebungstemperatur. Um ein Überschreiten von T_J(max) zu verhindern, muss der Treiberstrom bei hohen Umgebungstemperaturen reduziert werden. Beispielsweise ist bei einer Umgebungstemperatur von 85°C der maximal zulässige Strom deutlich niedriger als 300mA.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen und Pad-Konfiguration

Die Gehäuseabmessungen betragen 3,5mm (L) x 3,5mm (B) x 0,99mm (H) mit einer Toleranz von ±0,2mm. Die Pad-Konfiguration ist klar definiert: Pad 1 ist die Anode (+), Pad 2 ist die Kathode (-) und Pad 3 ist ein dediziertes thermisches Pad. Das thermische Pad ist für einen effizienten Wärmetransport vom LED-Chip zur Leiterplatte (PCB) unerlässlich. Das PCB-Layout muss ein entsprechendes wärmeleitendes Pad aufweisen, das mit einer Massefläche oder einem Kühlkörper verbunden ist, um die Wärmeableitung zu maximieren.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Oberflächenmontage (SMT)-Prozesse geeignet. Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden, um thermische Belastungen des Keramikgehäuses und der internen Verbindungen zu vermeiden. Während des Reflow-Prozesses muss mechanischer Stress auf das LED-Gehäuse vermieden werden. Nach dem Löten sollte die PCB nicht gebogen werden, da dies das Keramikgehäuse oder die Lötstellen beschädigen kann. Standard-Lötwärmeprofile für bleifreies Löten sind anwendbar, jedoch müssen die Spitzentemperatur und die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur gemäß den Spezifikationen des Keramikgehäuses kontrolliert werden (falls kein spezifisches Profil angegeben ist, siehe allgemeine IPC/JEDEC-Richtlinien für Keramikkomponenten).

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Emitter-Band und Rolle

Die LEDs werden auf geprägter Trägerfolie geliefert, die auf Rollen aufgewickelt ist. Die Standardpackungsmenge beträgt 1000 Stück pro Rolle. Die Abmessungen von Rolle und Folie werden für die Einrichtung von automatischen Bestückungsmaschinen bereitgestellt.

7.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Kennzeichnung

Die Rollen sind in aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeuteln mit Trockenmittel versiegelt, um Trockenheit zu gewährleisten, da das Keramikgehäuse feuchtigkeitsempfindlich sein kann. Das Produktetikett auf der Rolle enthält wichtige Informationen wie die Artikelnummer (P/N), die Menge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Strahlungsfluss (CAT), Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF).

7.3 Entschlüsselung der Produktnomenklatur

Der vollständige Bestellcode, z.B. UVC3535CZ0315-HUC7085020X80300-1T, ist ein detaillierter Deskriptor:UVC(UVC-Typ),3535(3,5x3,5mm Gehäuse),C(Keramikmaterial),Z(integrierte Zenerdiode zum ESD-Schutz),03(3 Chips),15(150° Abstrahlwinkel),H(horizontaler Chip),UC(UVC-Farbe),7085(270-285nm Wellenlänge),020(20mW min. Strahlungsfluss),X80(5,0-8,0V Durchlassspannung),300(300mA Durchlassstrom),1(1K Stück Verpackung),T(Bandverpackung).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist UV-Sterilisation und -Desinfektion. Dazu gehören: stationäre Luftreiniger, Behandlung von Klimaanlagen-Spulen, Wasserdesinfektionseinheiten für Entnahmestellen oder kleine Systeme, Oberflächen-Desinfektionsgeräte für Unterhaltungselektronik oder medizinische Geräte sowie keimtötende Leuchten. Der 150° breite Abstrahlwinkel macht sie für Anwendungen geeignet, die eine Flächenabdeckung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.

8.2 Designüberlegungen

Treiberdesign:Ein Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich. Der Treiber muss bis zu 300mA liefern und den V_F-Bereich von 5,0-8,0V abdecken können. Überstrom oder Spannungsspitzen werden die Lebensdauer der LED erheblich verkürzen.
Wärmemanagement:Dies ist der kritischste Aspekt des Designs. Verwenden Sie eine PCB mit einer dicken Kupferschicht (z.B. 2oz) und Wärmedurchkontaktierungen unter dem thermischen Pad, die mit einer großen Massefläche oder einem externen Kühlkörper verbunden sind. Überwachen Sie aktiv die Lötpunkttemperatur und nutzen Sie die Entlastungskurve, um den Treiberstrom bei Bedarf anzupassen.
Optisches Design:UVC-Strahlung ist schädlich für Augen und Haut. Das Endprodukt muss eine geeignete Abschirmung aufweisen, um eine direkte Exposition zu verhindern. Das Gehäusematerial muss UVC-durchlässig sein (z.B. Quarzglas, spezielles UVC-Glas), da Standardglas und viele Kunststoffe UVC blockieren.
Sicherheitskonformität:Produkte, die diese LED verwenden, müssen den relevanten Lasersicherheits- und Strahlenschutznormen entsprechen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu herkömmlichen Niedrigleistungs-UVC-LEDs oder Quecksilberlampen bietet die UVC3535CZ0315-Serie eine festkörperbasierte, sofort einsatzbereite und quecksilberfreie Lösung. Das Keramikgehäuse bietet einen entscheidenden Unterschied zu Kunststoff-3535-LEDs, indem es eine höhere Leistungsdichte und eine bessere Langzeitzuverlässigkeit unter Hochtemperaturbetrieb ermöglicht. Die integrierte Zenerdiode für ESD-Schutz bis 2KV erhöht die Robustheit, die bei konkurrierenden Produkten nicht immer vorhanden ist, und vereinfacht Handhabung und Montage in der Lieferkette.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?
A: Die LED-Lebensdauer wird typischerweise als die Betriebsstunden definiert, bis der Strahlungsfluss auf 70% seines Anfangswerts abfällt (L70). Für UVC-LEDs hängt dies stark vom Betriebsstrom und der Sperrschichttemperatur ab. Betrieb unter oder bei den empfohlenen Bedingungen mit ausgezeichnetem Wärmemanagement kann Lebensdauern von mehreren tausend Stunden ergeben.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?
A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantspannungsquelle führt aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten von V_F zu thermischem Durchgehen und schnellem Ausfall. Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber oder eine Schaltung, die den Strom aktiv regelt.

F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf dem Etikett?
A: Das Etikett zeigt die spezifischen Bins für die LEDs auf dieser Rolle. Beispielsweise bedeutet CAT:Q5, HUE:U27B, REF:6570, dass die LEDs einen Strahlungsfluss im Bin 25-30mW (Q5), eine Spitzenwellenlänge von 275-280nm (U27B) und eine Durchlassspannung von 6,5-7,0V (6570) haben.

11. Praktische Design-Fallstudie

Betrachten Sie den Entwurf eines kompakten Wasserdesinfektionsmoduls. Das Ziel ist eine 3-log (99,9%) Reduktion von E. coli in einer Durchflusskammer. Die erforderliche UVC-Dosis wird basierend auf Wasserflussrate, UV-Durchlässigkeit des Wassers und Pathogenempfindlichkeit berechnet. Basierend auf der Dosis werden die Anzahl der LEDs und ihr Betriebsstrom bestimmt. Beispielsweise könnten 4 LEDs aus dem Q5-Bin (je 25mW min.), betrieben mit 250mA (leicht reduziert für Zuverlässigkeit), die notwendige Bestrahlungsstärke liefern. Es wird eine 4-lagige PCB mit einer internen 2oz-Kupferebene als Wärmeverteiler verwendet. Die LEDs sind um ein Quarzrohr angeordnet, durch das das Wasser fließt. Ein Konstantstromtreiber mit 1A Ausgang (4 parallel geschaltete LEDs à 250mA, jede mit eigenem strombegrenzendem Widerstand zum Ausgleich) wird ausgewählt, wobei die Eingangsspannung die Summe des höchsten V_F-Bins plus Treiber-Overhead abdecken muss. Ein Temperatursensor auf der PCB in der Nähe der LEDs liefert Rückmeldung an den Mikrocontroller, der den Treiberstrom bei Erkennung einer hohen Temperatur reduzieren kann, um Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

12. Prinzipielle Einführung

UVC-Licht, speziell im Bereich von 260-280nm, wird von den Nukleinsäuren (DNA und RNA) von Mikroorganismen absorbiert. Diese Absorption verursacht die Bildung von Thymin-Dimeren in der DNA, was die Fähigkeit des Mikroorganismus zur Replikation und Synthese lebenswichtiger Proteine stört und ihn effektiv inaktiviert (abtötet). Diese LED erzeugt diese UVC-Strahlung durch Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial (typischerweise Aluminiumgalliumnitrid - AlGaN). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Wellenlänge wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt.

13. Entwicklungstrends

Der UVC-LED-Markt wird durch die globale Nachfrage nach quecksilberfreien, kompakten und sofort einsatzbereiten Desinfektionslösungen angetrieben. Wichtige Trends sind:Steigende Wandsteckdosen-Effizienz (WPE):Laufende Forschung zielt darauf ab, die elektrisch-optischen Leistungsumwandlungsverluste zu reduzieren, was bei gleicher optischer Ausgangsleistung zu geringerem Stromverbrauch und geringerer Wärmeentwicklung führt.Höhere Ausgangsleistung:Kontinuierliche Verbesserungen im Chipdesign und der Gehäusetechnologie ermöglichen Einzelchip-LEDs mit höherem Strahlungsfluss, wodurch die Anzahl der benötigten LEDs pro System reduziert wird.Längere Lebensdauern:Fortschritte in Materialien und Gehäusetechnik verbessern stetig die Bauteilzuverlässigkeit und -lebensdauer, insbesondere unter Hochtemperaturbetrieb.Geringere Kosten:Mit steigenden Produktionsmengen und ausgereiften Prozessen sinken die Kosten pro Milliwatt UVC-Ausgangsleistung, was die Technologie für mehr Verbraucheranwendungen erschwinglich macht.Verbesserte Wellenlängenstabilität:Die Forschung konzentriert sich darauf, die Wellenlängenverschiebung über Temperatur und Lebensdauer zu minimieren, um eine vorhersagbarere keimtötende Leistung zu erreichen.