UVC3535CZ0215 LED Datenblatt - 3,5x3,5x0,99mm - 5,0-8,0V - 0,7W - 270-285nm - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die UVC3535CZ0215-Serie repräsentiert eine hochzuverlässige, keramikbasierte UVC-LED-Lösung, die für anspruchsvolle Ultraviolettanwendungen entwickelt wurde. Dieses Produkt ist für einen konsistenten Leistungsausgang in Umgebungen konzipiert, in denen Haltbarkeit und Stabilität der optischen Ausgangsleistung entscheidend sind.

1.1 Kernvorteile

Die primären Vorteile dieser LED-Serie ergeben sich aus ihrer Materialkonstruktion und elektrischen Auslegung. Das Keramikgehäuse bietet im Vergleich zu Kunststoffalternativen ein überlegenes Wärmemanagement, was direkt zu einer längeren Betriebslebensdauer und stabiler Strahlungsleistung beiträgt. Die integrierte Zener-Diode bietet einen elektrostatischen Entladungsschutz (ESD) bis zu 2.000V (Human Body Model), was die Robustheit der Komponente gegenüber Handhabung und elektrischen Störspannungen in der Umgebung erheblich verbessert. Darüber hinaus ist das Produkt konform mit wichtigen Umwelt- und Sicherheitsrichtlinien wie RoHS, bleifrei und hält die EU REACH- sowie halogenfreien Standards (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm) ein, was es für globale Märkte mit strengen regulatorischen Anforderungen geeignet macht.

1.2 Zielanwendungen

Die vorherrschende Anwendung für diese UVC-LED-Serie ist die UV-Desinfektion und -Sterilisation. Der Wellenlängenbereich von 270-285nm ist besonders effektiv bei der Inaktivierung von Mikroorganismen wie Bakterien, Viren und Schimmelpilzen, indem deren DNA und RNA geschädigt werden. Spezifische Anwendungsfälle umfassen Wasseraufbereitungssysteme, Luftdesinfektionsgeräte, Oberflächensterilisationsvorrichtungen im Gesundheitswesen und Verbraucher-Sanitärprodukte. Der 150° breite Abstrahlwinkel erleichtert Designs, die eine großflächige Abdeckung ohne komplexe sekundäre Optiklinsen erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen, optischen und thermischen Parameter ist für die erfolgreiche Integration in ein Endprodukt unerlässlich.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der maximale Dauerstrom (I_F) beträgt 150mA. Die absolute maximale Sperrschichttemperatur (T_J) liegt bei 90°C. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -40°C bis +85°C betrieben und von -40°C bis +100°C gelagert werden. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zur Lötstelle (R_th) ist mit 20°C/W spezifiziert, eine Schlüsselgröße für das Kühlkörperdesign.

2.2 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Für den spezifischen Bestellcode UVC3535CZ0215-HUC7085008X80100-1T beträgt die minimale Strahlungsleistung 8mW, typisch sind 10mW und maximal 15mW, alle gemessen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 100mA. Die Durchlassspannung (V_F) bei diesem Strom liegt zwischen 5,0V und 8,0V. Die Emissionspeakwellenlänge liegt zwischen 270nm und 285nm. Entwickler müssen diesen V_F-Bereich bei der Auswahl eines Konstantstromtreibers berücksichtigen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt wird in Bins eingeteilt, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Drei Schlüsselparameter werden gebinnt.

3.1 Strahlungsleistungs-Binning

Die Strahlungsleistung wird in zwei Bins sortiert: Q1 (8-10mW) und Q2 (10-15mW). Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs basierend auf der für ihre Anwendung erforderlichen optischen Leistung auszuwählen, mit einer Messtoleranz von ±10%.

3.2 Peakwellenlängen-Binning

Die Peakwellenlänge ist entscheidend für die Sterilisationseffizienz. Die Bins sind: U27A (270-275nm), U27B (275-280nm) und U28 (280-285nm), mit einer Messtoleranz von ±1nm. Anwendungen, die auf bestimmte Pathogen-Inaktivierungsspektren abzielen, können das entsprechende Bin auswählen.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird in 0,5V-Schritten von 5,0V bis 8,0V gebinnt (z.B. 5055 für 5,0-5,5V, 5560 für 5,5-6,0V, usw.), mit einer Messtoleranz von ±2% bei 100mA. Dieses Binning hilft bei der Auslegung effizienter Treiberschaltungen und beim Management der thermischen Belastung über mehrere in Reihe oder parallel geschaltete LEDs.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für die Vorhersage des Leistungsverhaltens unter realen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Spektrum und relative Strahlungsleistung vs. Strom

Die Spektrenkurve zeigt einen typischen Peak im UVC-Bereich von 270-285nm mit minimaler Emission in anderen Bändern. Die Kurve der relativen Strahlungsleistung in Abhängigkeit vom Durchlassstrom ist bis zum Nennwert von 100mA nahezu linear, was auf eine gute Strom-Licht-Wandlungseffizienz innerhalb des Betriebsbereichs hinweist.

4.2 Thermische und elektrische Zusammenhänge

Die Kurve der Peakwellenlänge in Abhängigkeit vom Strom zeigt eine minimale Verschiebung (<5nm) über den gesamten Betriebsstrombereich, was auf eine stabile Farbigkeit hinweist. Die Durchlassstrom-Durchlassspannungskurve (I-V-Kurve) zeigt die charakteristische exponentielle Beziehung der Diode, die für das Treiberdesign entscheidend ist. Die Kurve der relativen Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigt eine abnehmende Ausgangsleistung bei steigender Temperatur, ein typisches Verhalten für LEDs, das im Wärmemanagement kompensiert werden muss.

4.3 Derating-Kurve

Vielleicht die kritischste für die Zuverlässigkeit ist die Derating-Kurve, die den maximal zulässigen Durchlassstrom über der Umgebungstemperatur darstellt. Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur 90°C überschreitet. Bei einer Umgebungstemperatur von 85°C wird der maximale Strom beispielsweise deutlich unter den absoluten Maximalwert von 150mA reduziert.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen

Die Gehäuseabmessungen betragen 3,5mm (L) x 3,5mm (B) x 0,99mm (H), mit einer Toleranz von ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben. Dieser 3535-Fußabdruck ist ein gängiger Industriestandard, der das PCB-Layout und die Bestückungsmontage erleichtert.

5.2 Pad-Konfiguration und Polarität

Das Bauteil hat drei Pads: 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 von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte unerlässlich und muss ordnungsgemäß an eine entsprechende Kupferfläche auf der Platine gelötet werden, um die spezifizierte thermische Leistung (R_th20°C/W) zu erreichen. Eine falsche Polungsverbindung verhindert das Leuchten der LED und kann die interne Zener-Schutzdioden beschädigen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprozess

Die UVC3535CZ0215 ist für Standard-Oberflächenmontageprozesse (SMT) geeignet. Das Datenblatt betont, dass das Reflow-Löten nicht öfter als zweimal durchgeführt werden sollte, um übermäßige thermische Belastung des Keramikgehäuses und der internen Die-Bond-Materialien zu vermeiden. Während des Erhitzens muss mechanische Belastung des LED-Körpers vermieden werden. Nach dem Löten sollte die Leiterplatte nicht gebogen werden, da dies das Keramikgehäuse brechen oder die Lötstellen beschädigen kann.

6.2 Lagerbedingungen

Obwohl die Lagerfeuchtigkeit nicht explizit detailliert wird, wird das Produkt in einem feuchtigkeitsresistenten Verpackungssystem (siehe Verpackungsabschnitt) versandt, was auf eine Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeitsaufnahme hinweist. Es wird empfohlen, nach dem Öffnen der Verpackung die standardmäßigen JEDEC-Feuchtigkeitssensitivitätsstufen (MSL)-Handhabungsverfahren für Keramikgehäuse zu befolgen, was typischerweise ein Trocknen vor dem Reflow-Löten beinhaltet, wenn die Bauteile über eine bestimmte Zeit exponiert waren.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Die LEDs werden auf geprägter Trägerfolie geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist. Die Standardpackungsmenge beträgt 1.000 Stück pro Spule. Die Abmessungen der Trägerfolie sind angegeben, um die Kompatibilität mit den Zuführungen automatisierter Bestückungsgeräte sicherzustellen.

7.2 Feuchtigkeitsresistenter Versand

Die Spulen sind zusammen mit Trockenmittel in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzfolie versiegelt, um die Luftfeuchtigkeit während Lagerung und Transport zu kontrollieren. Die Folie ist mit relevanten Produktinformationen gekennzeichnet.

7.3 Entschlüsselung der Produktnomenklatur

Der vollständige BestellcodeUVC3535CZ0215-HUC7085008X80100-1Tist wie folgt strukturiert:

• UVC3535CZ0215: Basis-Teilenummer, die UVC, 3,5x3,5mm Keramikgehäuse mit Zener, 2 Chips, 150° Winkel angibt.
• H: Chip-Typ (Horizontal).
• UC: Farbwiedergabeindex (UVC-spezifischer Code).
• 7085: Wellenlängenbereich 270-285nm.
• 008: Minimale Strahlungsleistung 8mW.
• X80: Durchlassspannungsbereich 5,0-8,0V.
• 100: Durchlassstrom 100mA.
• 1: Verpackungsmengencode (1K Stück).
• T: Tape-Verpackung.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungsdesign

Ein Konstantstromtreiber ist für einen stabilen Betrieb und eine lange Lebensdauer zwingend erforderlich. Der Treiber muss in der Lage sein, bis zu 100mA (oder den gewählten Betriebspunkt) zu liefern und der maximalen Durchlassspannung von bis zu 8,0V pro LED standzuhalten. Bei der Reihenschaltung mehrerer LEDs muss die Ausgangsspannung des Treibers die Summe der maximalen V_F-Werte aller LEDs plus einer Reserve überschreiten. Die Parallelschaltung wird ohne individuelle Stromausgleichsmaßnahmen aufgrund der V_F-Binning-Variationen im Allgemeinen nicht empfohlen.

8.2 Thermomanagement

Eine effektive Kühlung ist nicht verhandelbar. Unter Verwendung des thermischen Widerstands (R_th) von 20°C/W und der Verlustleistung (P_D= V_F* I_F) kann der Temperaturanstieg von der Lötstelle zur Sperrschicht berechnet werden: ΔT = R_th* P_D. Die Leiterplatte muss ein ausreichend großes und gut verbundenes thermisches Pad (Pad 3) haben, das an eine Kupferebene gelötet ist, idealerweise mit Wärmeleitungen (Thermal Vias) zu inneren oder unteren Lagen. Die Derating-Kurve muss konsultiert werden, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur bei dem beabsichtigten Betriebsstrom und der maximalen Umgebungstemperatur unter 90°C bleibt.

8.3 Optische und Sicherheitsüberlegungen

UVC-Strahlung ist schädlich für menschliche Haut und Augen. Das Endproduktdesign muss Sicherheitsmerkmale wie Verriegelungsschalter, Abschirmungen und Warnhinweise enthalten, um eine Exposition zu verhindern. Der 150° Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung, kann aber Reflektoren oder Gehäuse erfordern, um das Licht effizient auf die Zieloberfläche zu lenken. Materialien, die UVC-Strahlung ausgesetzt sind, müssen gegenüber Degradation durch langfristige UV-Bestrahlung resistent sein (z.B. können bestimmte Kunststoffe vergilben oder spröde werden).

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die UVC3535CZ0215 unterscheidet sich durch ihr Keramikgehäuse und die integrierte Zener-Diode. Im Vergleich zu UVC-LEDs in Kunststoffgehäusen bietet der Keramikkörper eine überlegene Wärmeleitfähigkeit, was zu einer potenziell niedrigeren Sperrschichttemperatur bei gleichem Treiberstrom führt, was sich in einer längeren Lebensdauer (L70/B50) und stabilerer Ausgangsleistung niederschlägt. Der 2KV-ESD-Schutz ist ein bedeutender Zuverlässigkeitsvorteil, der die Ausfallraten während der Montage und Handhabung reduziert. Das explizite Binning für Wellenlänge, Strahlungsleistung und Spannung bietet Entwicklern vorhersagbare Leistungsparameter und ermöglicht engere Systemtoleranzen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?

Obwohl das Datenblatt kein L70/B50-Lebensdauerdiagramm enthält, wird die Lebensdauer von UVC-LEDs stark von der Betriebssperrschichttemperatur beeinflusst. Die Aufrechterhaltung der Sperrschichttemperatur deutlich unter dem Maximum von 90°C, idealerweise unter 60-70°C, durch effektives thermisches Design ist der primäre Faktor für die Erreichung einer Betriebslebensdauer von Tausenden von Stunden.

10.2 Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantspannungsquelle regelt den Strom nicht, was aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten der Durchlassspannung der LED zu thermischem Durchgehen und schnellem Ausfall führt. Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber oder eine Schaltung, die den Strom aktiv regelt.

10.3 Wie interpretiere ich die Strahlungsleistungsangabe (mW) für meine Desinfektionsanwendung?

Die Strahlungsleistung (in Milliwatt) ist die gesamte im UVC-Band emittierte optische Leistung. Die erforderliche Leistung hängt von der UV-Dosis des Zielpathogens (gemessen in mJ/cm²), dem Abstand zum Ziel, der Bestrahlungszeit und der Effizienz des optischen Systems ab. Sie müssen die erforderliche Bestrahlungsstärke (μW/cm²) am Ziel berechnen und rückwärts durch die optische Effizienz Ihres Systems arbeiten, um die notwendige LED-Strahlungsleistung zu bestimmen.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines handgehaltenen Oberflächen-Desinfektionsstabs.Das Design erfordert eine kompakte Bauform, Batteriebetrieb und effektive Desinfektion in 5-10 Sekunden pro Durchgang. Die UVC3535CZ0215 wurde aufgrund ihres kleinen 3535-Fußabdrucks und des 150° Winkels ausgewählt, was ein einfaches Array von 3-5 LEDs ermöglicht, um den Kopfbereich des Stabs abzudecken. Eine Lithium-Ionen-Batterie mit einem Aufwärtswandler-Konstantstromtreiber ist ausgelegt, um 80mA pro LED zu liefern (leicht reduziert für thermische Reserve in einem Handgerät). Die Leiterplatte verwendet eine 2-Unzen-Kupferschicht mit einem großen thermischen Pad unter dem LED-Array, das über Wärmeleitpaste mit dem Aluminiumgehäuse des Geräts verbunden ist. Das Gehäuse dient als Kühlkörper. Ein beschleunigungsbasierter Sicherheitsschalter stellt sicher, dass die LEDs nur aktiviert werden, wenn der Stab nach unten auf eine Oberfläche gerichtet ist, um versehentliche Exposition zu verhindern. Das Wellenlängen-Bin U27B (275-280nm) wurde für seine ausgewogene Wirksamkeit gegen gängige Krankheitserreger und Materialkompatibilität gewählt.

12. Funktionsprinzip

UVC-LEDs arbeiten nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien, speziell auf Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) basierenden Strukturen. 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 von 270-285nm wird durch die präzise Kontrolle der Bandlückenenergie der AlGaN-Schichten über deren Aluminiumanteil erreicht. Dieses kurzwellige, hochenergetische UV-C-Licht wird von der DNA und RNA von Mikroorganismen absorbiert, verursacht Thymin-Dimere, die die Replikation hemmen und zur Inaktivierung oder zum Zelltod führen.

13. Technologietrends

Der UVC-LED-Markt konzentriert sich auf die Steigerung der Wandsteckdosen-Effizienz (optische Ausgangsleistung pro elektrische Eingangsleistung), die historisch im Vergleich zu sichtbaren LEDs niedrig war. Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung, im Chipdesign und in der Extraktionseffizienz des Gehäuses treiben Effizienzsteigerungen voran. Ein weiterer Trend ist die Entwicklung von LEDs mit noch kürzeren Wellenlängen (z.B. 220-230nm, bekannt als Far-UVC), die eine verbesserte Sicherheit für die menschliche Exposition bieten könnten, während sie keimtötende Eigenschaften beibehalten. Darüber hinaus entstehen leistungsstärkere Einzelchip-Emitter und Multichip-Packages, um die Bestrahlungsstärke zu erhöhen und die Anzahl der benötigten Komponenten in einem System zu reduzieren. Der anhaltende Druck zur Kostensenkung macht UVC-LED-Lösungen in immer mehr Anwendungssegmenten zunehmend wettbewerbsfähig gegenüber herkömmlichen Quecksilberdampflampen.