ورقة بيانات LED UVC3535CZ0115 - عبوة سيراميك 3.5x3.5x1.0 مم - جهد أمامي 5.0-8.0 فولت - قدرة 0.13 واط - طول موجي 270-285 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة UVC3535CZ0115 حلاً عالي الموثوقية قائمًا على السيراميك، مُصمم خصيصًا لتطبيقات الأشعة فوق البنفسجية من النوع C (UVC). تم تصميم هذا المنتج لتقديم أداء ثابت في البيئات المتطلبة حيث تكون فعالية التعقيم أمرًا بالغ الأهمية. يعتمد بناؤه الأساسي على ركيزة سيراميكية، توفر إدارة حرارية فائقة مقارنة بالعبوات البلاستيكية التقليدية، مما يؤدي إلى تعزيز العمر الافتراضي واستقرار الناتج البصري. تم وضع السلسلة لتطبيقات تتطلب مصدر UVC مدمجًا وقويًا في نفس الوقت، حيث تجمع بين مساحة صغيرة تبلغ 3.5 مم × 3.5 مم وخصائص كهربائية وبصرية قوية.

1.1 الميزات والمزايا الأساسية

تساهم الميزات المحددة لهذه السلسلة من مصابيح LED بشكل مباشر في ملاءمتها لأنظمة الأشعة فوق البنفسجية ذات المستوى الاحترافي. الناتج العالي للطاقة من UVC هو السمة الأساسية، مما يتيح عملًا مطهرًا فعالاً. تُعد مادة العبوة السيراميكية ميزة حاسمة، حيث توفر تبديدًا حراريًا ممتازًا يساعد في الحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة، وبالتالي منع التدهور المبكر في التدفق الضوئي. توفر الحماية المدمجة من التفريغ الكهروستاتيكي حتى 2 كيلو فولت (HBM) حماية للجهاز ضد أحداث التفريغ الكهروستاتيكي الشائعة أثناء التعامل والتجميع. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 150 درجة تغطية إشعاعية واسعة وموحدة. علاوة على ذلك، فإن الامتثال لمعايير RoHS وREACH والخالية من الهالوجين يجعل هذا المنتج مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.

1.2 التطبيقات المستهدفة

التطبيق الأساسي لسلسلة UVC3535CZ0115 هو التعقيم والتطهير بالأشعة فوق البنفسجية. وهذا يشمل، على سبيل المثال لا الحصر، أنظمة تنقية المياه، وأجهزة تعقيم الهواء، ومعدات تطهير الأسطح للاستخدام الطبي والاستهلاكي، وغرف التعقيم للأدوات الصغيرة أو العناصر الشخصية. نطاق الطول الموجي 270-285 نانومتر فعال بشكل خاص في تعطيل الكائنات الحية الدقيقة عن طريق إتلاف الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA الخاص بها.

2. المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الفنية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات، موضحًا أهميتها لمهندسي التصميم.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف التشغيل العادية.

• التيار الأمامي المستمر الأقصى (I_F):100 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى المطلق للتيار الذي يمكن لمصباح LED تحمله للحظات. يجب أن يكون التشغيل المستمر أقل بكثير من هذه القيمة، عادةً عند 20 مللي أمبير الموصى بها.
• مقاومة التفريغ الكهروستاتيكي القصوى (V_B):2000 فولت (نموذج جسم الإنسان). يشير هذا إلى مستوى جيد من الحماية المدمجة ضد التفريغ الكهروستاتيكي، وهو أمر بالغ الأهمية للتعامل مع المكونات أثناء التصنيع.
• درجة حرارة الوصلة القصوى (T_J):100 درجة مئوية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة شريحة أشباه الموصلات نفسها هذا الحد. تجاوز T_Jmax سيقلل بشكل كبير من العمر الافتراضي ويمكن أن يتسبب في فشل فوري.
• المقاومة الحرارية (R_th):20 درجة مئوية/واط. يحدد هذا المعيار مدى فعالية انتقال الحرارة من الشريحة (الوصلة) إلى وسادة اللحام أو العلبة. كلما كانت القيمة أقل، كان ذلك أفضل. مع 20 درجة مئوية/واط، لكل واط من الطاقة المبددة، سترتفع درجة حرارة الوصلة بمقدار 20 درجة مئوية فوق درجة حرارة الوسادة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية (التشغيل)، -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية (التخزين). تضمن هذه النطاقات قدرة الجهاز على العمل والتخزين في مجموعة واسعة من الظروف البيئية.

2.2 الخصائص الضوئية والكهربائية

يوفر جدول رمز الطلب المقاييس الرئيسية للأداء تحت ظروف الاختبار النموذجية.

• التدفق الإشعاعي:الحد الأدنى 1 مللي واط، النموذجي 2 مللي واط، الحد الأقصى 2.5 مللي واط. هذا هو إجمالي ناتج الطاقة البصرية في طيف UVC، مقاسًا بالمللي واط. إنه المعيار الحاسم لتقييم فعالية التعقيم، وليس السطوع المرئي.
• الطول الموجي الذروة:270-285 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يصدر عنده مصباح LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. تبلغ فعالية التعقيم ذروتها عند حوالي 265 نانومتر، لذا فإن هذا النطاق فعال للغاية.
• الجهد الأمامي (V_F):5.0-8.0 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. هذا مرتفع نسبيًا لمصباح LED، وهي سمة مميزة لتقنية أشباه الموصلات UVC. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير نطاق الجهد هذا.
• التيار الأمامي (I_F):20 مللي أمبير. هذا هو تيار القيادة الموصى به للحصول على التدفق الإشعاعي والعمر الافتراضي المحددين.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. يستخدم UVC3535CZ0115 ثلاثة معايير تصنيف مستقلة.

3.1 تصنيف التدفق الإشعاعي

يتم فرز مصابيح LED بناءً على الحد الأدنى لناتج التدفق الإشعاعي إلى الفئات Q0A (1-1.5 مللي واط)، وQ0B (1.5-2 مللي واط)، وQ0C (2-2.5 مللي واط). يتيح ذلك للمصممين اختيار فئة تلبي الحد الأدنى المطلوب من الطاقة البصرية، مما قد يحسن التكلفة.

3.2 تصنيف الطول الموجي الذروة

يتم تصنيف الطول الموجي إلى ثلاثة نطاقات: U27A (270-275 نانومتر)، وU27B (275-280 نانومتر)، وU28 (280-285 نانومتر). بالنسبة للتطبيقات الحساسة لطول موجي محدد لتحقيق أقصى كفاءة تعقيم، فإن تحديد الفئة المناسبة أمر مهم.

3.3 تصنيف الجهد الأمامي

يتم تصنيف الجهد بخطوات 0.5 فولت من 5.0 فولت إلى 8.0 فولت (على سبيل المثال، 5055 لـ 5.0-5.5 فولت، 7580 لـ 7.5-8.0 فولت). هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم مشغلات التيار الثابت، حيث أن معرفة نطاق V_Fيساعد في تحديد جهد الامتثال اللازم للمشغل، مما يؤثر على الكفاءة واختيار المكونات.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر منحنيات الخصائص النموذجية نظرة ثاقبة حول كيفية تصرف مصباح LED تحت ظروف مختلفة.

4.1 الطيف والطاقة البصرية

يظهر منحنى الطيف ذروة في نطاق 270-285 نانومتر مع عرض كامل عند نصف القيمة القصوى النموذجي (FWHM) يبلغ حوالي 10-15 نانومتر، وهو معياري لمصابيح LED UVC. منحنى التدفق الإشعاعي النسبي مقابل التيار الأمامي شبه خطي؛ يزداد الناتج مع التيار ولكن قد لا يكون متناسبًا تمامًا، كما أن القيادة فوق التيار الموصى به تؤدي إلى عوائد متناقصة وحرارة زائدة.

4.2 السلوك الكهربائي والحراري

يظهر منحنى التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (I-V) العلاقة الأسية النموذجية للثنائيات. يزداد الجهد الأمامي مع التيار. يُظهر الطول الموجي الذروة تحولًا ضئيلاً مع زيادة التيار، مما يشير إلى استقرار طيفي جيد. منحنى تخفيض التصنيف حاسم: يُظهر أنه يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة لمنع درجة حرارة الوصلة من تجاوز 100 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند درجة حرارة محيطة 85 درجة مئوية، يكون الحد الأقصى للتيار أقل بكثير منه عند 25 درجة مئوية.

4.3 الأداء الحراري

يُظهر منحنى التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة الحرارة المحيطة التأثير السلبي للحرارة على الناتج. مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض التدفق الإشعاعي. يؤكد تأثير التبريد الحراري هذا على أهمية تصميم PCB الحراري الفعال وتبديد الحرارة للحفاظ على الأداء الأمثل.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 الأبعاد الميكانيكية

يتمتع مصباح LED بمساحة صغيرة تبلغ 3.5 مم × 3.5 مم بارتفاع 1.0 مم (تسامح ±0.2 مم). يحدد الرسم الفني تخطيط الوسائد والأبعاد الدقيقة. الوسادة 1 هي الأنود (+)، الوسادة 2 هي الكاثود (-)، والوسادة 3 هي وسادة حرارية مخصصة. الوسادة الحرارية ضرورية لنقل الحرارة من الجسم السيراميكي إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يجب أن يتطابق نمط الأرضية الموصى به على PCB بشكل وثيق مع تكوين الوسادة هذا لضمان اللحام والتوصيل الحراري المناسبين.

5.2 نمط الإشعاع

يظهر الرسم القطبي نمط انبعاث نموذجي يشبه لامبرتيان بزاوية رؤية 150 درجة (2θ_1/2). تكون الشدة أعلى عند 0 درجة (عمودي على سطح الانبعاث) وتتناقص نحو الحواف. هذه الزاوية الواسعة مفيدة للتطبيقات التي تتطلب تغطية مساحة بدلاً من شعاع مركز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 عملية لحام إعادة التدفق

تم تصميم UVC3535CZ0115 لعمليات تقنية التركيب السطحي القياسية (SMT). توصي ورقة البيانات بعدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين لتجنب الإجهاد الحراري المفرط على العبوة السيراميكية والروابط الداخلية. يمكن تطبيق ملفات تعريف إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية بدرجة حرارة ذروة عادةً أقل من 260 درجة مئوية، ولكن يجب التحقق من الملف الشخصي المحدد. يجب تجنب الإجهاد على مصباح LED أثناء التسخين (مثل الانحناء اللوحي). بعد اللحام، يجب تقليل ثني PCB لمنع الإجهاد الميكانيكي على وصلات اللحام.

6.2 التخزين والتعامل

يتم تعبئة المكونات في أكياس حاجزة مقاومة للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في \"انفجار\" أثناء إعادة التدفق. بمجرد فتح الكيس المغلق، يجب استخدام المكونات خلال إطار زمني محدد (عادة 168 ساعة في ظروف المصنع) أو خبزها وفقًا لإرشادات IPC/JEDEC القياسية قبل إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز ملفوف على بكرات مقاس 7 بوصة أو 13 بوصة. كمية التعبئة القياسية هي 1000 قطعة لكل بكرة. يتم تحديد أبعاد الشريط (حجم الجيب، المسافة) لتكون متوافقة مع معدات التقاط ووضع SMT القياسية.

7.2 تسمية المنتج (رمز الطلب)

رمز الطلب الكامل، على سبيل المثال، UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T، هو سلسلة منظمة تشفر جميع المواصفات الرئيسية:

UVC: نوع المنتج.

3535: حجم العبوة.

C: مادة السيراميك.

Z: يحتوي على ثنائي زينر للحماية من التفريغ الكهروستاتيكي.

01: شريحة LED واحدة.

15: زاوية رؤية 150 درجة.

H: هيكل شريحة أفقي.

UC: لون UVC.

7085: رمز فئة الطول الموجي (270-285 نانومتر).

001: رمز فئة التدفق الإشعاعي (1 مللي واط كحد أدنى).

X80: رمز فئة الجهد الأمامي (5.0-8.0 فولت).

020: التيار الأمامي (20 مللي أمبير).

1: رمز كمية التعبئة (1 ألف قطعة).

T: التعبئة بالشريط.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تصميم دائرة القيادة

مشغل تيار ثابت إلزامي لقيادة هذا المصباح LED. نظرًا للجهد الأمامي العالي (5-8 فولت) والتيار المنخفض (20 مللي أمبير)، يجب اختيار المشغل بعناية. يمكن استخدام منظمات التيار الثابت الخطية أو مشغلات LED التبديلية، مع التأكد من أن جهد الامتثال الناتج يتجاوز الحد الأقصى لـ V_Fللفئة المحددة. إدارة الحرارة على PCB غير قابلة للتفاوض. استخدم PCB بسمك ونحاس كافيين، وقم بتوصيل الوسادة الحرارية بمستوى أرضي كبير باستخدام فتحات حرارية متعددة، وفكر في تدفق الهواء العام للنظام أو تبديد الحرارة.

8.2 اعتبارات السلامة والعمر الافتراضي

إشعاع UVC ضار بالعيون والجلد. يجب أن يتضمن تصميم المنتج النهائي ميزات أمان مثل مفاتيح القفل، والدرع، وملصقات التحذير لمنع تعرض المستخدم. يُعرَّف عمر مصابيح LED UVC عادةً على أنه الوقت حتى يتدهور التدفق الإشعاعي إلى نسبة مئوية معينة (على سبيل المثال، 70٪ أو 50٪) من قيمته الأولية. تعد القيادة عند التيار الموصى به أو أقل منه والحفاظ على درجة حرارة وصلة منخفضة من خلال التصميم الحراري الجيد من العوامل الأساسية لتعظيم العمر التشغيلي.

9. المقارنة الفنية والتمييز

يميز UVC3535CZ0115 نفسه من خلال عبوته السيراميكية، التي توفر أداءً حراريًا وموثوقية فائقة مقارنة بعبوات SMD البلاستيكية الشائعة الاستخدام لمصابيح LED المرئية. يضيف ثنائي زينر المدمج للحماية من التفريغ الكهروستاتيكي متانة. زاوية الرؤية البالغة 150 درجة أوسع من بعض مصابيح LED UVC المنافسة، التي قد يكون لها حزم أكثر تركيزًا. يوفر التصنيف ثلاثي الأبعاد التفصيلي (التدفق، الطول الموجي، الجهد) للمصممين تحكمًا دقيقًا في معايير أداء منتجهم النهائي.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو العمر الافتراضي النموذجي لهذا المصباح LED؟

ج: يعتمد العمر الافتراضي بشدة على تيار القيادة ودرجة حرارة التشغيل. عند التشغيل عند 20 مللي أمبير الموصى بها ومع الحفاظ على درجة حرارة الوصلة منخفضة (على سبيل المثال، أقل من 85 درجة مئوية)، يمكن توقع عمر افتراضي يصل إلى 10000 ساعة أو أكثر حتى L70 (70٪ من التدفق الأولي). راجع منحنى تخفيض التصنيف وإرشادات إدارة الحرارة.

س: هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED بمصدر جهد ثابت؟

ج: لا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لن ينظم مصدر الجهد الثابت التيار، مما يؤدي إلى الهروب الحراري والفشل السريع. استخدم دائمًا مشغل تيار ثابت مناسب.

س: كيف أختار الفئة المناسبة لتطبيقي؟

ج: اختر فئة التدفق الإشعاعي (Q0A/B/C) بناءً على الحد الأدنى المطلوب من الطاقة البصرية. اختر فئة الطول الموجي (U27A/B، U28) إذا كان تطبيقك مُحسَّنًا لنطاق فرعي محدد. فئة الجهد (5055...7580) مهمة لتصميم المشغل؛ يمكنك التصميم لأسوأ حالة (أعلى) جهد في الفئة المحددة.

س: هل العدسة مطلوبة؟

ج: بالنسبة لمعظم تطبيقات التعقيم التي تتطلب تغطية مساحة، فإن النمط المدمج 150 درجة كافٍ. لتطبيقات الحزم المركزة، يمكن استخدام عدسة كوارتز خارجية أو عدسة متخصصة شفافة لـ UVC. تحجب العدسات الأكريليكية أو البولي كربونات القياسية ضوء UVC.

11. تصميم عملي وحالة استخدام

الحالة: تصميم جهاز تعقيم مياه محمول

يقوم مصمم بإنشاء زجاجة مياه تعمل بالبطارية بالأشعة فوق البنفسجية. يختار UVC3535CZ0115 لحجمه المدمج وقوته. يختار فئة التدفق Q0C (2-2.5 مللي واط) لضمان جرعة كافية لحجم مياه صغير. يصمم PCB مع مساحة نحاسية كبيرة متصلة بالوسادة الحرارية. يتم اختيار مشغل تيار ثابت محول رفع لتوفير 20 مللي أمبير من بطارية ليثيوم أيون 3.7 فولت، مع قدرة جهد خرج تتجاوز 8 فولت. يتم وضع LED داخل غلاف كوارتز داخل مسار تدفق المياه. تضمن أقفال الأمان تشغيل LED فقط عندما تكون الزجاجة مغلقة.

12. مقدمة عن المبدأ

تعمل مصابيح LED UVC على مبدأ الإضاءة الكهربائية في مواد أشباه الموصلات، وتحديداً سبائك نيتريد الألومنيوم الغاليوم (AlGaN). عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي لهذه الفوتونات بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. لانبعاث UVC حول 270 نانومتر، يلزم وجود محتوى ألومنيوم عالٍ في طبقة AlGaN. تعمل العبوة السيراميكية كغلاف قوي وموصل للحرارة ومحكم يحمي شريحة أشباه الموصلات الحساسة من العوامل البيئية ويزيل الحرارة بكفاءة.

13. اتجاهات التطوير

يُدفع سوق LED UVC من خلال الطلب العالمي على التعقيم الخالي من المواد الكيميائية. تشمل الاتجاهات الرئيسية زيادة كفاءة الحائط-المقبس (ناتج الطاقة البصرية لكل مدخل طاقة كهربائية)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هناك تطور مستمر لخفض التكلفة لكل مللي واط من الطاقة البصرية. يركز البحث أيضًا على تحسين عمر الجهاز وموثوقيته. علاوة على ذلك، فإن تطوير مصابيح LED بأطوال موجية أقصر (على سبيل المثال، 222 نانومتر Far-UVC) هو مجال بحث نشط، مما يعد بتعقيم أكثر أمانًا للمساحات المشغولة. أصبح التكامل على مستوى النظام، مثل وحدات المشغل على اللوحة، أكثر شيوعًا أيضًا لتبسيط تصميم المنتج النهائي.