UVC LED LTPL-G35UV275PB Datenblatt - 3.5x3.5x1.05mm - 6.0V Typ - 275nm Peak - 16mW Typ - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTPL-G35UV-Produktserie stellt eine revolutionäre und energieeffiziente Lichtquelle dar, die speziell für Sterilisations- und medizinische Anwendungen entwickelt wurde. Diese Technologie vereint die von Leuchtdioden (LEDs) bekannte lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit mit Leistungsmerkmalen, die geeignet sind, konventionelle Ultraviolettlichtquellen zu ersetzen. Sie bietet erhebliche Designfreiheit und eröffnet neue Möglichkeiten für Festkörper-UVC-Lösungen in anspruchsvollen Umgebungen.

Zu den Hauptmerkmalen dieses Produkts zählen seine Kompatibilität mit integrierten Schaltkreisen (I.C.-kompatibel), die Einhaltung der RoHS-Umweltnormen (bleifrei) und das Potenzial für geringere Betriebs- und Wartungskosten im Vergleich zu traditionellen UV-Technologien wie Quecksilberdampflampen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der primäre Vorteil dieser UVC LED ist ihr Festkörper-Charakter, was sofortiges Ein- und Ausschalten, keine Aufwärmzeit und keine gefährlichen Materialien wie Quecksilber bedeutet. Der Zielmarkt konzentriert sich auf Anwendungen, die präzise, zuverlässige und sichere Ultraviolettbestrahlung erfordern. Dazu gehören, sind aber nicht beschränkt auf: Oberflächendesinfektionssysteme für medizinische Geräte, Luft- und Wasserreinigungsgeräte sowie Analyseinstrumente in den Biowissenschaften und im Gesundheitswesen. Das Produkt ist für Ingenieure und Systemintegratoren konzipiert, die Sterilisationslösungen der nächsten Generation entwickeln, die kompakte Bauformen, digitale Steuerbarkeit und erhöhte Sicherheit erfordern.

2. Umriss und mechanische Abmessungen

Das LED-Gehäuse hat ein kompaktes Oberflächenmontage-Design. Alle kritischen Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,2mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Der physikalische Umriss ist entscheidend für das PCB-Layout und das Wärmemanagement-Design, um eine korrekte Ausrichtung, Lötung und Wärmeableitung vom Übergang zu den Lötstellen und der Leiterplatte sicherzustellen.

3. Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für zuverlässige Leistung vermieden werden.

• Verlustleistung (P_O):1,05 W
• DC-Durchlassstrom (I_F):150 mA
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-40°C bis +80°C
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-40°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (T_j):115°C

Wichtiger Hinweis:Ein längerer Betrieb der LED unter Sperrspannungsbedingungen kann zu Bauteilschäden oder Ausfall führen. In Anwendungen, in denen eine Sperrspannung möglich ist, wird ein geeigneter Schaltkreis-Schutz (z.B. eine Seriendiode oder TVS) empfohlen.

4. Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils unter spezifizierten Testbedingungen.

Messhinweise:
1. Der Strahlungsfluss ist die gesamte optische Ausgangsleistung, gemessen mit einer Ulbricht-Kugel.
2. Die Messunsicherheit der Durchlassspannung beträgt ±0,1V.
3. Die Messunsicherheit der Peak-Wellenlänge beträgt ±3nm.
4. Die Messunsicherheit des Strahlungsflusses beträgt ±10%.
5. Der Wärmewiderstandswert bezieht sich auf eine 2,0cm x 2,0cm x 0,17cm große Aluminium-Metallkern-Leiterplatte (MCPCB).

5. Bin-Code und Klassifizierungssystem

Die LEDs werden nach Leistung sortiert, um Konsistenz zu gewährleisten. Der Bin-Code ist auf jedem Verpackungsbeutel aufgedruckt.

5.1 Durchlassspannungs- (V_F) Binning

Toleranz pro Bin: ±0,1V.

5.2 Strahlungsfluss- (Φ_e) Binning

Toleranz pro Bin: ±10%.

5.3 Peak-Wellenlängen- (λ_P) Binning

Toleranz pro Bin: ±3nm.

6. Typische Leistungskurven und Analyse

Die folgenden Kurven geben Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden elektrischen und thermischen Bedingungen (gemessen bei 25°C Umgebungstemperatur, sofern nicht anders angegeben).

6.1 Relative spektrale Verteilung

Diese Kurve zeigt das Emissionsspektrum, das um die Peak-Wellenlänge (z.B. 275nm) zentriert ist. Es ist typischerweise schmal für LEDs, was vorteilhaft ist, um spezifische photochemische Reaktionen bei der Sterilisation zu adressieren, ohne unnötige oder schädliche Wellenlängen abzugeben.

6.2 Abstrahlcharakteristik (Abstrahlwinkel)

Die Abstrahlcharakteristik zeigt die winkelabhängige Verteilung der Lichtintensität. Der typische Abstrahlwinkel von 120° (2θ_1/2) deutet auf ein lambertisches oder breitstrahlendes Muster hin, das für eine gleichmäßige Ausleuchtung von nahen Oberflächen nützlich ist.

6.3 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt die Beziehung zwischen Treiberstrom und optischer Ausgangsleistung. Der Strahlungsfluss steigt im Allgemeinen mit dem Strom, zeigt jedoch bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzabfall und erhöhter Sperrschichttemperatur ein sublineares Wachstum. Die Kurve ist entscheidend, um den optimalen Betriebspunkt für die Balance zwischen Ausgangsleistung und Lebensdauer zu bestimmen.

6.4 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Die I-V-Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom. Das Verständnis dieser Kurve ist entscheidend für die Auslegung eines geeigneten Konstantstrom-Treibers, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

6.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Dies ist eine kritische Kurve für das Wärmemanagement. Die Effizienz von UVC LEDs nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Kurve quantifiziert diese Derating, was die Bedeutung einer effektiven Wärmeableitung zur Aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleistung und langen Bauteillebensdauer unterstreicht.

6.6 Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur

Die Durchlassspannung hat typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten (nimmt mit steigender Temperatur ab). Diese Eigenschaft kann manchmal für eine indirekte Temperaturüberwachung genutzt werden.

6.7 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Diese Kurve definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungs- oder Gehäusetemperatur. Um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur (115°C) zu verhindern, muss der Treiberstrom bei Betrieb bei höheren Umgebungstemperaturen reduziert werden. Die Einhaltung dieser Kurve ist für einen zuverlässigen Betrieb zwingend erforderlich.

7. Zuverlässigkeitstests und Kriterien

Ein umfassendes Zuverlässigkeitstestprogramm validiert die Langzeitleistung und Robustheit der LED.

7.1 Testbedingungen

Hinweis: Betriebslebensdauertests werden mit der LED auf einem 90x70x4mm großen Aluminium-Kühlkörper durchgeführt.

7.2 Ausfallkriterien

Nach den Tests werden die Bauteile anhand der folgenden Kriterien beurteilt:
- Durchlassspannung (V_F):Die Änderung darf +10% des Anfangswerts nicht überschreiten, gemessen bei I_F= 100mA.
- Strahlungsfluss (Φ_e):Die Ausgangsleistung darf nicht unter 50% des Anfangswerts fallen, gemessen bei I_F= 100mA.

8. Montage- und Handhabungsrichtlinien

8.1 Empfohlenes Reflow-Lötprofil

Für bleifreie Montage wird das folgende Profil vorgeschlagen, um thermische Schäden am LED-Gehäuse zu verhindern:

• Durchschnittliche Aufheizrate (T_Lbis T_P):Max. 3°C/Sekunde
• Vorwärmen:150°C bis 200°C für 60-120 Sekunden (t_S)
• Zeit oberhalb Liquidus (T_L=217°C):60-150 Sekunden (t_L)
• Spitzentemperatur (T_P):260°C maximal (245°C empfohlen)
• Zeit innerhalb 5°C der Spitze (t_P):10-30 Sekunden
• Abkühlrate:Max. 6°C/Sekunde
• Gesamtzeit (25°C bis Spitze):Max. 8 Minuten

8.2 Empfehlung für PCB-Pad-Layout

Ein empfohlenes Footprint für die Oberflächenmontage-Pads wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötstellenbildung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Toleranz für diese Pad-Spezifikation beträgt ±0,1mm.

8.3 Verpackung: Tape-and-Reel-Spezifikationen

Die LEDs werden in geprägter Trägerband- und Spulenverpackung für die automatisierte Montage geliefert.
- Spulengröße: 7 Zoll.
- Maximale Stückzahl pro Spule: 500 Stück (Mindestverpackung für Restmengen: 100 Stück).
- Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B-Spezifikationen.
- Leere Taschen sind mit Deckband versiegelt.
- Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile sind zulässig.

9. Wichtige Hinweise und Anwendungsnotizen

9.1 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, verwenden Sie ausschließlich alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können das LED-Gehäusematerial (z.B. Linse oder Vergussmasse) beschädigen und die Leistung oder Zuverlässigkeit beeinträchtigen.

9.2 Ansteuerungsmethode und allgemeine Vorsichtsmaßnahmen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Sie müssen mit einer Konstantstromquelle betrieben werden, nicht mit einer Konstantspannungsquelle, um eine stabile Lichtausgabe zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiberschaltkreis sollte so ausgelegt sein, dass er den Einschaltstrom begrenzt und Schutz vor elektrischen Transienten (ESD, Überspannungen) bietet.

Zusätzliche Löt-Hinweise:
1. Handlötung ist mit einer Lötspitzentemperatur von maximal 300°C für maximal 2 Sekunden möglich, nur einmal pro Pad.
2. Reflow-Lötung sollte maximal dreimal durchgeführt werden.
3. Alle Temperaturspezifikationen beziehen sich auf die Oberseite des Gehäuses.
4. Ein schneller Abkühlprozess von der Spitzentemperatur wird nicht empfohlen.
5. Die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet, ist stets anzustreben.
6. Tauchlötung ist keine empfohlene oder garantierte Montagemethode für dieses Bauteil.

10. Technischer Deep Dive und Designüberlegungen

10.1 Imperativ des Wärmemanagements

Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Lötstelle (R_{th j-s}) beträgt typisch 30 K/W. Eine effektive Wärmeableitung ist für UVC LEDs nicht verhandelbar. Die hohe Photonenenergie bei der UVC-Erzeugung führt zu erheblicher Wärme an der Halbleitersperrschicht. Ohne ordnungsgemäße Ableitung steigt die Sperrschichttemperatur, was zu beschleunigtem Lichtstromrückgang, Wellenlängenverschiebung und letztlich katastrophalem Ausfall führt. Entwickler müssen geeignete MCPCBs oder andere Wärmemanagement-Strategien verwenden, um T_jdeutlich unter dem Maximum von 115°C, idealerweise bei 80°C oder niedriger für maximale Lebensdauer, zu halten.

10.2 Optisches Design für Sterilisationswirksamkeit

Die Peak-Wellenlänge von 275nm liegt im keimtötenden Wirkungsbereich (ca. 260nm-280nm), wo die DNA/RNA-Absorption hoch ist. Der Strahlungsfluss (mW), nicht der Lichtstrom (lm), ist die relevante Metrik. Das Systemdesign muss sicherstellen, dass die Zieloberfläche die erforderliche UV-Dosis (gemessen in J/m² oder mJ/cm²) erhält, die sich aus der Bestrahlungsstärke (W/m²) und der Expositionszeit ergibt. Der breite Abstrahlwinkel von 120° hilft bei gleichmäßiger Abdeckung, reduziert jedoch die Spitzenbestrahlungsstärke bei einer gegebenen Entfernung. Für fokussierte Anwendungen können Sekundäroptiken erforderlich sein.

10.3 Elektrische Schnittstelle und Treiberauswahl

Mit einer typischen Durchlassspannung von 6,0V bei 100mA benötigt die LED einen Treiber, der einen stabilen Konstantstrom bis zu 150mA mit einer Ausgangsspannung über 7,0V liefern kann. Aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten von V_Fist eine einfache Widerstands-Strombegrenzung unzureichend und gefährlich, da sie zu thermischem Durchgehen führen kann. Ein spezieller LED-Treiber-IC oder eine ordnungsgemäß ausgelegte lineare/schaltende Konstantstromschaltung ist unerlässlich. Der Treiber sollte auch Funktionen für Soft-Start und Überspannungsschutz enthalten.

10.4 Materialkompatibilität und Sicherheit

UVC-Strahlung bei 275nm ist hochenergetisch und kann viele organische Materialien abbauen, darunter Kunststoffe, Klebstoffe und Kabelisolierungen, die in der Montage verwendet werden. Alle Materialien im Strahlengang und in der Nähe der LED müssen für UVC-Bestrahlung ausgelegt sein. Darüber hinaus ist UVC für menschliche Haut und Augen schädlich. Jedes Endprodukt muss ausreichende Abschirmung, Verriegelungssysteme und Warnhinweise enthalten, um die Benutzersicherheit zu gewährleisten und den relevanten Lasersicherheits- oder Lichtsicherheitsnormen (z.B. IEC 62471) zu entsprechen.

11. Vergleich mit konventionellen UV-Technologien

Die LTPL-G35UV275PB bietet deutliche Vorteile gegenüber traditionellen UV-Quellen wie Niederdruck-Quecksilberdampflampen:
Vorteile:
- Sofortiges Ein-/Ausschalten:Keine Aufwärm- oder Abkühlzeit, ermöglicht gepulsten Betrieb.
- Kompakt & Robust:Festkörper, keine zerbrechlichen Glasröhren oder Glühfäden.
- Quecksilberfrei:Umweltfreundlich und vermeidet Probleme bei der Entsorgung gefährlicher Materialien.
- Wellenlängenspezifität:Schmales Emissionsspektrum zielt auf keimtötende Wirksamkeit ohne überflüssige UV-A/UV-B-Strahlung.
- Digitale Steuerung:Einfach dimmbar und in intelligente Steuerungssysteme integrierbar.
Überlegungen:
- Höhere Anfangskosten pro mW:Obwohl die Gesamtbetriebskosten niedriger sein können.
- Wärmemanagement:Erfordert ein aktiveres thermisches Design als einige konventionelle Lampen.
- Optisches System:Kann aufgrund der kleineren Emissionsfläche und anderer Abstrahlcharakteristik ein anderes Optikdesign erfordern.

12. Anwendungsszenarien und Use Cases

• Oberflächendesinfektion:Integration in Geräte zur Desinfektion medizinischer Instrumente, Smartphone-Bildschirme oder häufig berührter Oberflächen in Krankenhäusern und öffentlichen Räumen.
• Wasseraufbereitung:Verwendung in Wasserreinigern am Einsatzort oder in der Leitung zur Inaktivierung von Bakterien und Viren ohne Chemikalien.
• Luftsterilisation:Eingebettet in HLK-Systeme oder tragbare Luftreiniger zur Behandlung von Umluft.
• Geräte für Biowissenschaften:Bereitstellung von UV-Beleuchtung in PCR-Arbeitsplätzen, Sicherheitswerkbänken oder Crosslinkern.
• Konsumgüter:Kompakte Sterilisatoren für persönliche Gegenstände wie Zahnbürsten, Babyflaschen oder Masken (mit geeigneten Sicherheitsgehäusen).

13. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist die erwartete Lebensdauer dieser UVC LED?
A: Die Lebensdauer wird typischerweise als die Betriebsstunden definiert, bis der Strahlungsfluss auf 50% (L50) abgefallen ist. Dies hängt stark vom Treiberstrom und der Sperrschichttemperatur ab. Betrieb mit dem typischen 100mA bei gutem Wärmemanagement (niedriges T_j) kann Lebensdauern von über 10.000 Stunden ergeben, was viele konventionelle UV-Quellen weit übertrifft.

F: Kann ich diese LED mit einem 5V-Netzteil betreiben?
A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 6,0V, das Maximum kann 7,0V sein. Eine 5V-Versorgung würde die LED nicht ausreichend einschalten. Ein Step-Up-Wandler oder ein Treiber mit einer höheren Ausgangsspannung ist erforderlich.

F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?
A: Geben Sie den benötigten V_F-Bin (V1-V4), Φ_e-Bin (X1-X3) und λ_P-Bin (W1) basierend auf den Anforderungen Ihrer Anwendung an Spannungskonsistenz, Ausgangsleistung und präzise Wellenlänge an. Dies stellt sicher, dass Sie LEDs mit eng gruppierten Eigenschaften erhalten.

F: Ist die Lichtabgabe sichtbar?
A: Nein. UVC-Strahlung bei 275nm liegt außerhalb des sichtbaren Spektrums (400-700nm). Die LED kann aufgrund geringer sekundärer Emissionen ein sehr schwaches Blau/Violett-Leuchten aufweisen, aber die primäre keimtötende Ausgabe ist unsichtbar.Diese Unsichtbarkeit macht Sicherheitsverriegelungen noch kritischer.