ELUC3535NUB UVC LED Datenblatt - 3,45x3,45x1,1mm - 5,0-7,0V - 0,7W - 270-285nm - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die ELUC3535NUB-Serie stellt eine hochzuverlässige, keramikbasierte LED-Lösung dar, die speziell für anspruchsvolle Ultraviolett (UVC)-Anwendungen entwickelt wurde. Dieses Produkt ist für eine konsistente Leistung in Umgebungen konzipiert, in denen die keimtötende Wirksamkeit entscheidend ist. Sein Kernvorteil liegt im robusten Keramikgehäuse, das ein ausgezeichnetes Wärmemanagement bietet – ein entscheidender Faktor für die Aufrechterhaltung der LED-Lebensdauer und Ausgangsstabilität in UVC-Anwendungen. Der primäre Zielmarkt umfasst Hersteller von Wasser-, Luft- und Oberflächensterilisationssystemen sowie medizinische und Laborgeräte, die zuverlässige UV-C-Lichtquellen benötigen.

1.1 Hauptmerkmale und Anwendungen

Die ELUC3535NUB zeichnet sich durch mehrere entscheidende Merkmale aus, die sie für professionelle UV-C-Anwendungen geeignet machen. Es handelt sich um einen Hochleistungs-UVC-LED-Emitter. Die physikalischen Abmessungen betragen kompakte 3,45 mm x 3,45 mm bei einer Höhe von 1,1 mm, was sie für platzbeschränkte Designs geeignet macht. Sie verfügt über einen ESD-Schutz bis zu 2 KV (HBM), was ihre Robustheit gegenüber elektrostatischen Entladungen während der Handhabung und Montage erhöht. Das Bauteil bietet einen typischen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine breite Bestrahlungsabdeckung. Es ist vollständig RoHS-konform (Beschränkung gefährlicher Stoffe), bleifrei (Pb-frei), hält die EU REACH-Verordnungen ein und erfüllt halogenfreie Standards mit strengen Grenzwerten für Brom- und Chlorgehalt (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Die primäre Anwendung für diese LED-Serie ist die UV-Sterilisation, einschließlich der Desinfektion von Wasser, Luft und Oberflächen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine objektive und detaillierte Interpretation der im Datenblatt angegebenen Schlüsselparameter und erläutert deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Für die ELUC3535NUB beträgt der maximale Dauer-Vorwärtsstrom (I_F) 150 mA. Der maximale elektrostatische Entladungswiderstand (Human Body Model) beträgt 2000 V. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_J) liegt bei 90°C. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Lötfläche (R_th) wird mit 20 °C/W angegeben und zeigt an, wie effektiv Wärme von der Halbleitersperrschicht abgeführt wird. Der Betriebstemperaturbereich (T_Opr) reicht von -40°C bis +85°C, und der Lagertemperaturbereich (T_Stg) von -40°C bis +100°C. Der Betrieb der LED innerhalb dieser Grenzen ist für die Zuverlässigkeit unerlässlich.

2.2 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die primäre lichttechnische Ausgangsleistung wird als Strahlungsfluss (mW) gemessen, nicht als Lichtstrom (lm), da es sich um einen nicht sichtbaren UV-Emitter handelt. Für die Beispiel-Typnummer ELUC3535NUB-P7085Q15070100-S22Q beträgt der minimale Strahlungsfluss 8 mW, typisch sind 10 mW und maximal 15 mW, alle gemessen bei einem Vorwärtsstrom von 100 mA. Die Peak-Wellenlängenklasse für dieses Beispiel ist 270-285 nm, was sie fest im UVC-Spektrum verortet, das für seine keimtötenden Eigenschaften bekannt ist. Der Vorwärtsspannungsbereich (V_F) bei 100 mA wird mit 5,0 V bis 7,0 V angegeben. Der Nennvorwärtsstrom für Tests und Binning beträgt 100 mA.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird anhand von Schlüsselperformanceparametern in Klassen (Bins) eingeteilt, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit eng kontrollierten Eigenschaften auszuwählen.

3.1 Strahlungsfluss-Klassen (Bins)

Der Strahlungsfluss wird in zwei Kategorien eingeteilt: Bin Q1 deckt ein Minimum von 8 mW bis zu einem Maximum von 10 mW ab. Bin Q2 deckt ein Minimum von 10 mW bis zu einem Maximum von 15 mW ab. Die Messtoleranz für den Strahlungsfluss beträgt ±10 %.

3.2 Peak-Wellenlängen-Klassen (Bins)

Die Peak-Wellenlänge ist für die Sterilisationseffizienz von entscheidender Bedeutung. Die Klassen sind: U27A (270 nm bis 275 nm), U27B (275 nm bis 280 nm) und U28 (280 nm bis 285 nm). Die Messtoleranz beträgt ±1 nm.

3.3 Vorwärtsspannungs-Klassen (Bins)

Vorwärtsspannungs-Klassen helfen bei der Auslegung konsistenter Treiberschaltungen. Die Klassen sind bei I_F=100 mA definiert: 5055 (5,0 V bis 5,5 V), 5560 (5,5 V bis 6,0 V), 6065 (6,0 V bis 6,5 V) und 6570 (6,5 V bis 7,0 V). Die Messtoleranz beträgt ±2 %.

4. Analyse der Kennlinien

Die typischen Kennlinien geben Aufschluss über das Verhalten der LED unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

4.1 Spektrum

Die Spektrenkurve zeigt einen schmalen Emissionspeak, der bei einer Wärmeflächentemperatur von 25°C im Bereich von 270-285 nm zentriert ist. Die Kurve demonstriert die Reinheit der LED bei der Emission von UVC-Licht mit minimalen unerwünschten Wellenlängen, was ideal für gezielte keimtötende Wirkung ist.

4.2 Relativer Strahlungsfluss vs. Vorwärtsstrom

Diese Kurve zeigt eine nahezu lineare Beziehung zwischen Vorwärtsstrom und relativem Strahlungsfluss bis zum maximalen Nennstrom. Sie zeigt, dass die Ausgangsleistung durch Variation des Treiberstroms moderat angepasst werden kann, wobei thermische Effekte jedoch beherrscht werden müssen.

4.3 Peak-Wellenlänge vs. Strom

Die Peak-Wellenlänge zeigt eine minimale Verschiebung mit steigendem Vorwärtsstrom, was auf eine gute Stabilität hindeutet. Dies ist wichtig, da die keimtötende Wirksamkeit stark wellenlängenabhängig ist.

4.4 Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (IV-Kennlinie)

Die IV-Kennlinie zeigt die charakteristische exponentielle Beziehung der Diode. Sie zeigt, dass die Vorwärtsspannung mit dem Strom ansteigt, typischerweise zwischen 5,0 V und 7,0 V am Nennarbeitspunkt von 100 mA.

4.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design. Sie zeigt, dass der Strahlungsfluss mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Eine effektive Kühlung ist erforderlich, um die Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten, insbesondere da die maximale Sperrschichttemperatur auf 90°C begrenzt ist.

4.6 Derating-Kurve

Die Derating-Kurve gibt den maximal zulässigen Vorwärtsstrom bei verschiedenen Umgebungstemperaturen an. Um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern, muss der Treiberstrom mit steigender Umgebungstemperatur reduziert werden. Diese Grafik ist für die Auslegung zuverlässiger Systeme unerlässlich.

4.7 Typisches Abstrahldiagramm

Das Abstrahldiagramm bestätigt den 120°-Abstrahlwinkel (bei dem die Intensität auf die Hälfte des Spitzenwerts abfällt). Das Muster ist typischerweise lambertisch und bietet eine breite, gleichmäßige Abdeckung, was für Sterilisationskammern vorteilhaft ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Die LED hat einen quadratischen Footprint von 3,45 mm x 3,45 mm bei einer Höhe von 1,1 mm. Die Maßzeichnung gibt alle kritischen Längen an, einschließlich der Linsenkalotte. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Pad-Konfiguration und Polarität

Das Lötpadmuster ist klar definiert. Pad 1 ist die Anode (+), Pad 2 ist die Kathode (-) und Pad 3 ist eine große Wärmefläche (Thermal Pad). Die Wärmefläche ist entscheidend für die Wärmeübertragung vom Keramikgehäuse zur Leiterplatte und muss für eine optimale thermische Leistung ordnungsgemäß verlötet werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprozess

Die ELUC3535NUB eignet sich für Standard-SMT-Prozesse (Surface Mount Technology). Ein spezifisches Reflow-Lötprofil sollte eingehalten werden, das typischerweise vom Montagegerät oder Lotpastenhersteller bereitgestellt wird. Wichtige Empfehlungen sind: Aushärten von Klebstoffen gemäß Standardprozessen, Vermeidung von mehr als zwei Reflow-Lötzyklen zur Verhinderung von thermischer Belastung, Minimierung mechanischer Belastung der LED während der Erwärmung und Vermeidung von Leiterplattenverbiegungen nach dem Löten, um Lötstellen- oder Chiprisse zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Emitter-Band- und Spulenverpackung

Die LEDs werden auf geprägter Trägerbandfolie geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist. Die Standardspule enthält 1000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Taschen des Trägerbands und der Spule werden bereitgestellt, um die Einrichtung von automatischen Bestückungsmaschinen zu erleichtern.

7.2 Feuchtigkeitsbeständige Verpackung

Für Lagerung und Versand werden die Spulen zusammen mit Trockenmittel in aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeuteln versiegelt, um die LEDs vor Umgebungsfeuchtigkeit zu schützen, was für die Aufrechterhaltung der Lötbarkeit und Bauteilintegrität entscheidend ist.

7.3 Produktkennzeichnung

Das Spulenetikett enthält wesentliche Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation, einschließlich der Teilenummer (P/N), Menge (QTY) und Losnummer (LOT No.). Es kann auch Bincodes für Strahlungsfluss (CAT), Wellenlänge (HUE) und Vorwärtsspannung (REF) enthalten.

7.4 Entschlüsselung der Produktnomenklatur

Die Teilenummer ist ein strukturierter Code: ELUC3535NUB-P7085Q15070100-S22Q. Sie entschlüsselt sich wie folgt: EL (Herstellercode), UC (UVC), 3535 (Gehäusegröße), N (AIN-Keramikgehäuse), U (Au-Beschichtung), B (120°-Winkel), P (Peak-Wellenlänge), 7085 (270-285 nm), Q1 (Strahlungsfluss-Bin), 5070 (Vorwärtsspannungs-Bin 5,0-7,0 V), 100 (100 mA Strom), S (Submount-Chip-Typ), 2 (20mil-Chipgröße), 2 (2 Chips), Q (Quarzglaslinse). Dieses System ermöglicht die präzise Spezifikation der LED-Eigenschaften.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die UV-Sterilisation. Dazu gehören Untertisch-Wasserfilter, HLK-Luftdesinfektionssysteme, Oberflächen-Desinfektionsgeräte für Unterhaltungselektronik oder medizinische Instrumente sowie keimtötende Leuchten. Die 270-285 nm Wellenlänge ist hochwirksam bei der Inaktivierung von Bakterien, Viren und anderen Mikroorganismen durch Schädigung ihrer DNA/RNA.

8.2 Kritische Designüberlegungen

Wärmemanagement:Dies ist der wichtigste Designfaktor. Die niedrige maximale Sperrschichttemperatur (90°C) und die signifikante thermische Abhängigkeit der Ausgangsleistung erfordern einen effektiven Wärmeabfuhrpfad. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit Wärmedurchkontaktierungen unter der Wärmefläche, die mit einer großen Kupferebene oder einem externen Kühlkörper verbunden sind.Treiberschaltung:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der für den Vorwärtsspannungsbereich (5,0-7,0 V) beim gewünschten Betriebsstrom (typisch 100 mA) geeignet ist. Erwägen Sie Dimmung oder gepulsten Betrieb zur Lebensdauerverlängerung.Optische Materialien:Stellen Sie sicher, dass alle Linsen, Fenster oder Gehäuse im Lichtweg aus UVC-durchlässigen Materialien wie Quarzglas oder speziellen UV-Kunststoffen bestehen. Gewöhnliches Glas und viele Kunststoffe blockieren UVC.Sicherheit:UVC-Strahlung ist schädlich für Augen und Haut. Designs müssen Verriegelungen, Abschirmungen und Warnhinweise enthalten, um eine Benutzerexposition zu verhindern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen Quecksilberdampf-UV-Lampen bietet diese LED erhebliche Vorteile: Sofortiges Ein-/Ausschalten, keine Aufwärmzeit, kompakte Größe, Robustheit (kein Glas, kein Quecksilber), Designflexibilität und das Potenzial für eine längere Lebensdauer bei ordnungsgemäßem Wärmemanagement. Im Vergleich zu anderen UVC-LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der ELUC3535NUB-Serie wahrscheinlich ihr AIN-Keramikgehäuse für überlegene thermische Leistung, der integrierte 2KV-ESD-Schutz und ihre Konformität mit strengen Umweltstandards (RoHS, halogenfrei). Der 120°-Abstrahlwinkel bietet eine breitere Abdeckung als Alternativen mit engerem Strahl.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?

A: Obwohl in diesem Datenblatt nicht explizit angegeben, hängt die Lebensdauer von UVC-LEDs stark von den Betriebsbedingungen ab, hauptsächlich von der Sperrschichttemperatur und dem Treiberstrom. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Stroms mit ausgezeichneter Kühlung kann zu Lebensdauern von mehreren tausend Stunden führen. Siehe separate Lebensdauerberichte für L70/B50-Daten (Zeit bis 70 % Strahlungsflussausgang).



F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Es wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantspannungsquelle könnte aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten der Vorwärtsspannung zu thermischem Durchgehen führen. Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber.



F: Wie wähle ich die richtige Klasse (Bin) für meine Anwendung aus?

A: Für die Sterilisationseffizienz priorisieren Sie die Wellenlängenklasse (U27A, U27B, U28) basierend auf dem Absorptionspeak des Zielmikroorganismus. Für eine konsistente Lichtleistung über mehrere LEDs in einem Array geben Sie eine enge Strahlungsflussklasse (z.B. Q1) an. Für die Treiberschaltungseffizienz reduziert eine engere Vorwärtsspannungsklasse die Leistungsvariation.



F: Wird eine Linse benötigt?

A: Das Bauteil verfügt über eine integrierte Quarzglaslinse, die einen 120°-Strahl bietet. Sekundäroptiken können zur Kollimation oder Fokussierung des Strahls für spezifische Anwendungen hinzugefügt werden, müssen jedoch UVC-durchlässig sein.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fallbeispiel: Entwurf eines kompakten Wasserdesinfektionsmoduls

Ein Designer entwickelt einen Untertisch-Wasserfilter mit integrierter UVC-Sterilisation. Er wählt die ELUC3535NUB aufgrund ihres kompakten 3535-Footprints und Keramikgehäuses. Das Modul hat eine kleine Quarz-Durchflusskammer. Der Designer verwendet 4 LEDs in einem Array, um sicherzustellen, dass alles Wasser bestrahlt wird. Er entwirft eine zweilagige Aluminiumkern-Leiterplatte (MCPCB), die sowohl als elektrisches Substrat als auch als Kühlkörper dient. Die Wärmefläche jeder LED wird direkt auf die MCPCB gelötet. Ein Konstantstromtreiber versorgt jede LED parallel mit 100 mA (mit einzelnen strombegrenzenden Widerständen zur Sicherheit). Die LEDs werden im Pulsbetrieb (z.B. 50 % Tastverhältnis) betrieben, um die durchschnittliche Sperrschichttemperatur zu senken und die Lebensdauer zu verlängern. Das Gehäuse ist so konstruiert, dass es vollständig lichtdicht ist, um UVC-Leckagen zu verhindern, mit Sicherheitsverriegelungen, die die Stromversorgung unterbrechen, wenn die Kammer geöffnet wird.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

UVC-LEDs arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip wie sichtbare LEDs: Elektrolumineszenz in einem Halbleiter. Wenn eine Vorwärtsspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Für UVC-LEDs (Emission unter 280 nm) besteht die aktive Zone typischerweise aus Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Legierungen. Die Erzielung einer effizienten Emission im tiefen ultravioletten Bereich ist aufgrund von Materialqualität und Lichtextraktionsschwierigkeiten technologisch anspruchsvoll, weshalb UVC-LEDs im Vergleich zu sichtbaren LEDs höhere Vorwärtsspannungen und einen niedrigeren Wirkungsgrad (Wall-Plug Efficiency) aufweisen.

13. Technologietrends und Entwicklung

Der UVC-LED-Markt wird durch den weltweiten Ausstieg aus Quecksilberlampen und die Nachfrage nach sichereren, flexibleren Desinfektionslösungen vorangetrieben. Wichtige Trends sind:Steigende Ausgangsleistung und Effizienz:Kontinuierliche F&E zielt darauf ab, den Strahlungsfluss pro LED und den Wirkungsgrad (optische Leistung / elektrische Leistung) zu verbessern, um Systemkosten und -größe zu reduzieren.Längere Wellenlängen:Die Forschung an LEDs, die um 260-280 nm emittieren, wird fortgesetzt, da dieser Bereich nahe dem DNA-Absorptionspeak für viele Krankheitserreger liegt.Verbesserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Fortschritte bei Verpackungsmaterialien (wie dem hier verwendeten AIN-Keramik), Chipdesign und Wärmemanagement verlängern die Betriebslebensdauer und machen LEDs für mehr 24/7-Anwendungen geeignet.Kostensenkung:Mit steigenden Produktionsmengen und verbesserten Ausbeuten sinkt der Preis pro Milliwatt UVC-Ausgangsleistung stetig, was neue Verbraucher- und Industrieanwendungen eröffnet.