LTPL-W35UV275GH UVC LED Datenblatt - 35x35mm Gehäuse - 6.7V typ. - 275nm Spitzenwellenlänge - 5.3W Max. Leistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTPL-W35UV275GH ist eine leistungsstarke, energieeffiziente Ultraviolett-C (UVC) Leuchtdiode (LED), die speziell für Sterilisations- und medizinische Anwendungen entwickelt wurde. Dieses Produkt stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Festkörperbeleuchtungstechnologie dar und bietet eine zuverlässige und langlebige Alternative zu konventionellen UV-Lichtquellen wie Quecksilberlampen. Durch die Nutzung der inhärenten Vorteile der LED-Technologie, einschließlich langer Betriebslebensdauer, sofortiger Ein-/Ausschaltfähigkeit und Designflexibilität, eröffnet sie neue Möglichkeiten im Design von Desinfektionssystemen.

Zu den Hauptmerkmalen dieser UVC-LED gehören ihre Kompatibilität mit integrierten Schaltungstreibern (IC), die Einhaltung der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und ihre bleifreie Konstruktion. Diese Eigenschaften tragen zu geringeren Gesamtbetriebs- und Wartungskosten für Endanwender bei und machen sie zu einer wirtschaftlich attraktiven Lösung für kontinuierliche oder intermittierende Sterilisationsprozesse.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsbedingungen des Bauteils sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C durch folgende absolute Maximalwerte spezifiziert. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Verlustleistung (Po):Maximal 5,3 Watt.
• DC-Durchlassstrom (IF):Maximal 700 Milliampere.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +80°C.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C bis +100°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj):Maximal 110°C.

Es ist äußerst wichtig, einen Betrieb der LED über längere Zeit unter Sperrspannungsbedingungen zu vermeiden, da dies zu einem Bauteilausfall führen kann.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei Ta=25°C definieren die folgenden Leistungsparameter das Betriebsverhalten der LED.

• Durchlassspannung (VF):Typisch 6,7V bei IF=600mA, im Bereich von 6,0V (Min.) bis 7,5V (Max.). Die Messtoleranz beträgt ±0,1V.
• Strahlungsfluss (Φe):Die gesamte optische Ausgangsleistung. Bei IF=700mA beträgt der typische Wert 165mW. Beim empfohlenen Betriebsstrom von 600mA beträgt der typische Wert 150mW, mit einem Minimum von 120mW. Die Messtoleranz beträgt ±10%.
• Spitzenwellenlänge (Wp):Im UVC-Spektrum zentriert. Bei IF=600mA liegt die Wellenlänge im Bereich von 265nm (Min.) bis 280nm (Max.), mit einem typischen Zielwert von 275nm. Die Messtoleranz beträgt ±3nm.
• Wärmewiderstand (Rth j-s):Der Wärmewiderstand von der Halbleitersperrschicht zum Lötpunkt beträgt typisch 10,5 K/W, gemessen bei IF=600mA auf einer spezifizierten Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) mit Kühlkörper.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ein breiter, typischer Abstrahlwinkel von 160 Grad, der eine große Bestrahlungsabdeckung bietet.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Hält bis zu 2000V gemäß der Norm JESD22-A114-B stand, was auf eine gute Handhabungsrobustheit hinweist.

3. Bin-Code-System

Die LEDs werden zur Sicherstellung der Konsistenz in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Der Bin-Code ist auf der Verpackung markiert.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (VF)

• V1:6,0V bis 6,5V @ 600mA
• V2:6,5V bis 7,0V @ 600mA
• V3:7,0V bis 7,5V @ 600mA

Toleranz pro Bin: ±0,1V.

3.2 Strahlungsfluss-Binning (Φe)

• X2:120mW bis 140mW @ 600mA
• X3:140mW bis 160mW @ 600mA
• X4:160mW und mehr @ 600mA

Toleranz pro Bin: ±7%.

3.3 Spitzenwellenlängen-Binning (Wp)

• W1:265nm bis 280nm @ 600mA

Toleranz pro Bin: ±3nm.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere für Entwicklungsingenieure entscheidende Kennlinien.

4.1 Relative spektrale Verteilung

Dieses Diagramm zeigt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen und bestätigt die schmalbandige UVC-Ausgangsleistung, die um 275nm zentriert ist und hochwirksam für keimtötende Wirkung ist.

4.2 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Strahlstärke und zeigt das breite 160-Grad-Abstrahlprofil.

4.3 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt den Zusammenhang zwischen Treiberstrom und Lichtausgang. Der Strahlungsfluss steigt mit dem Strom an, wird aber letztendlich sättigen. Ein Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Wertes von 600mA gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit.

4.4 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Die IV-Kennlinie zeigt den für Dioden typischen exponentiellen Zusammenhang. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom an, was für die Auslegung der Konstantstrom-Treiberschaltung wichtig ist.

4.5 Thermische Eigenschaften

Zwei wichtige Diagramme zeigen den Temperatureinfluss:
1. Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur:Die Ausgangsleistung von UVC-LEDs ist temperaturabhängig. Diese Kurve zeigt den Abfall der optischen Leistung mit steigender Sperrschichttemperatur und unterstreicht die kritische Notwendigkeit eines effektiven Wärmemanagements.
2. Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Zeigt, wie die Durchlassspannung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt, was zur indirekten Temperaturüberwachung genutzt werden kann.

4.6 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungs- oder Gehäusetemperatur. Um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern, muss der Treiberstrom bei Betrieb in höheren Temperaturumgebungen reduziert werden.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das LED-Gehäuse hat einen Bauraum von etwa 35mm x 35mm. Alle kritischen Abmessungen, einschließlich Linsenhöhe und Pad-Positionen, sind in der detaillierten mechanischen Zeichnung angegeben. Die allgemeine Toleranz beträgt ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Empfohlene Lötpads auf der Leiterplatte

Ein detailliertes Land Pattern Design für die Oberflächenmontage-Pads wird bereitgestellt. Die Einhaltung dieser Spezifikation mit einer Toleranz von ±0,1mm ist für korrektes Löten, Ausrichtung und thermische Leistung unerlässlich. Das Design gewährleistet ausreichende Lötfahnen und thermische Entlastung für die hohe Verlustleistung.

6. Richtlinien für Lötung und Montage

6.1 Reflow-Lötprofil

Niedrigtemperatur-Oberflächenmontagetechnik (SMT) wird dringend empfohlen. Ein spezifisches Reflow-Profil wird vorgegeben:
- Vorwärmrate:1-3°C/Sek.
- Einweichtemperatur:110-140°C für 60-100 Sekunden.
- Reflow:Über 140°C für 30-60 Sekunden.
- Spitzentemperatur:Darf 170°C NICHT überschreiten, und die Zeit oberhalb dieser Temperatur sollte maximal 10 Sekunden betragen.

Es ist entscheidend, ein Bi-basiertes Lotpaste mit einer Schmelztemperatur unter 140°C zu verwenden. Das Gehäuse sollte nur einmal dem Reflow-Prozess unterzogen werden. Die Verwendung eines Lötkolbens oder einer Heizplatte ist untersagt.

6.2 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können die LED-Gehäusematerialien und optischen Komponenten beschädigen.

7. Verpackung und Handhabung

7.1 Spezifikationen für Gurt und Rolle

Die LEDs werden in geprägter Trägerbahn geliefert, die mit einer Deckfolie versiegelt und auf 7-Zoll-Rollen aufgewickelt ist. Die Standardrollenkapazität beträgt bis zu 500 Stück, mit einer Mindestbestellmenge von 100 Stück für Teilrollen. Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B Standards. Maximal zwei aufeinanderfolgende leere Taschen sind zulässig.

8. Zuverlässigkeit und Prüfung

Ein umfassendes Zuverlässigkeitstestprogramm validiert die Langzeitleistung der LED unter verschiedenen Belastungsbedingungen.

8.1 Zuverlässigkeitstestbedingungen

Die Tests umfassen Betriebslebensdauer bei Raumtemperatur (RTOL) bei mehreren Strömen (350mA, 600mA, 700mA), Betriebslebensdauer bei hoher/niedriger Temperatur (HTOL/LTOL), Feuchte-Wärme-Tests (WHTOL), Lagerungstests (HTS, LTS, WHTS) und Temperaturschock (TS). Alle Betriebslebensdauertests werden mit der auf einem spezifizierten Metallkühlkörper montierten LED durchgeführt, um realistische thermische Bedingungen sicherzustellen.

8.2 Ausfallkriterien

Ein Bauteil gilt als ausgefallen, wenn sich seine Parameter nach dem Test über definierte Grenzen hinaus verschoben haben:
- Durchlassspannung (VF):Anstieg um mehr als 10% gegenüber dem Ausgangswert.
- Strahlungsfluss (Φe):Abfall auf weniger als 50% des Ausgangswerts.
- Spitzenwellenlänge (Wp):Verschiebung um mehr als ±2nm vom Ausgangswert.

9. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

9.1 Ansteuerungsmethode

UVC-LEDs müssen von einer Konstantstromquelle und nicht von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden. Der Treiber sollte in der Lage sein, den erforderlichen Strom (z.B. 600mA) bei gleichzeitiger Berücksichtigung des Durchlassspannungsbereichs der ausgewählten Bin-Klasse zu liefern. Eine ordnungsgemäße Stromregelung ist für eine stabile optische Ausgangsleistung und lange Lebensdauer unerlässlich.

9.2 Wärmemanagement

Dies ist der mit Abstand kritischste Aspekt beim Entwurf mit Hochleistungs-UVC-LEDs. Der typische Wärmewiderstand von 10,5 K/W bedeutet, dass bei einer Verlustleistung von 5,3W die Sperrschicht etwa 56°C heißer ist als der Lötpunkt. Eine angemessen dimensionierte Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) und ein externer Kühlkörper sind zwingend erforderlich, um die Sperrschichttemperatur deutlich unter dem Maximum von 110°C, vorzugsweise unter 80°C, zu halten, um optimale Lebensdauer und Ausgangsstabilität zu gewährleisten. Die Derating-Kurve muss befolgt werden.

9.3 Optische und Sicherheitsaspekte

UVC-Strahlung ist schädlich für menschliche Haut und Augen. Jedes Produkt, das diese LED enthält, muss eine ausreichende Abschirmung und Sicherheitsverriegelungen enthalten, um eine Exposition zu verhindern. Die im Gehäuse verwendeten Materialien (z.B. Linsen, Reflektoren, Gehäuse) müssen beständig gegen UVC-Degradation sein, da viele Kunststoffe und Klebstoffe unter längerer Bestrahlung vergilben oder reißen.

10. Technischer Vergleich und Vorteile

Im Vergleich zu traditionellen quecksilberbasierten UVC-Lampen bietet diese Festkörper-LED-Lösung mehrere deutliche Vorteile:
- Sofortiges Ein-/Ausschalten:Keine Aufwärm- oder Abkühlzeit, ermöglicht gepulsten Betrieb zur Energieeinsparung.
- Lange Lebensdauer:LEDs behalten typischerweise über Tausende von Stunden eine nutzbare Ausgangsleistung, was die Austauschhäufigkeit reduziert.
- Designflexibilität:Kleine Größe und gerichtete Abstrahlung ermöglichen kompakte und zielgerichtete Desinfektionssysteme.
- Umweltsicherheit:Enthält kein Quecksilber, entspricht globalen Umweltvorschriften.
- Robustheit:Widerstandsfähiger gegen mechanische Stöße und Vibrationen als Glaslampen.

11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?
A: Während das Datenblatt Zuverlässigkeitstestdaten (z.B. 1000-3000 Stunden Tests) liefert, hängt die tatsächliche Betriebslebensdauer (L70 - Zeit bis auf 70% des anfänglichen Flusses) stark vom Treiberstrom und dem Wärmemanagement ab. Unter empfohlenen Bedingungen (600mA, Tj<80°C) können Lebensdauern von über 10.000 Stunden erwartet werden.

F: Kann ich diese LED mit einem 12V-Netzteil betreiben?
A: Nein. Sie müssen einen Konstantstromtreiber verwenden, der auf die Spannungsanforderung der LED (~6,7V typ.) abgestimmt ist. Ein einfaches 12V-Netzteil würde die LED aufgrund von Überstrom zerstören.

F: Wie wähle ich die richtige Bin-Klasse für meine Anwendung?
A: Für maximale keimtötende Wirksamkeit wählen Sie eine Bin-Klasse mit einer Spitzenwellenlänge möglichst nahe 265nm (innerhalb des W1-Bereichs). Für eine konsistente Systemleistung spezifizieren Sie sowohl VF- als auch Fluss-Bins (z.B. V2, X3), um einheitliche elektrische und optische Eigenschaften über mehrere Einheiten hinweg sicherzustellen.

F: Wird eine Linse benötigt?
A: Die LED verfügt über eine Primärlinse. Ein sekundäres optisches System (Reflektor oder zusätzliche Linse) kann verwendet werden, um den Strahl für spezifische Anwendungsanforderungen weiter zu kollimieren oder zu formen, muss jedoch UVC-beständig sein.

12. Funktionsprinzip und Trends

12.1 Funktionsprinzip

UVC-LEDs erzeugen Licht durch Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial (typischerweise Aluminiumgalliumnitrid - AlGaN). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlücke des AlGaN-Materials bestimmt die Photonenenergie, die der UVC-Wellenlänge (~275nm) entspricht. Dieses kurzwellige, energiereiche Licht wird von der DNA und RNA von Mikroorganismen absorbiert, stört deren Replikation und macht sie inaktiv.

12.2 Branchentrends

Der UVC-LED-Markt konzentriert sich auf die Steigerung der Wandsteckdosen-Effizienz (optische Leistung aus / elektrische Leistung ein), die sich direkt auf Systemgröße und -kosten auswirkt. Trends umfassen die Entwicklung von epitaktischen Strukturen mit höherer interner Quanteneffizienz, die Verbesserung der Lichteinkopplung aus dem Chip und die Optimierung von Gehäusedesigns für einen geringeren Wärmewiderstand. Mit steigender Effizienz und sinkenden Kosten expandieren UVC-LEDs von Nischenanwendungen in breitere Märkte wie Wasser- und Oberflächendesinfektion in privaten, gewerblichen und industriellen Umgebungen.