ورقة بيانات LED الأشعة فوق البنفسجية LTPL-C034UVD385 - 3.8 فولت 600 مللي واط 385 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTPL-C034UVD385 ثنائي باعث للضوء (LED) عالي القدرة للأشعة فوق البنفسجية (UV)، مُصمم لتطبيقات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية الاحترافية وغيرها من العمليات الشائعة. إنه يمثل حلاً للإضاءة ذات الحالة الصلبة، يجمع بين كفاءة الطاقة، وعمر التشغيل الطويل، والموثوقية المتأصلة في تقنية LED، مع إخراج إشعاعي عالٍ مناسب لاستبدال مصادر الضوء التقليدية مثل مصابيح بخار الزئبق.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تم هندسة سلسلة LED الأشعة فوق البنفسجية هذه لتقديم مزايا كبيرة مقارنة بتقنيات UV التقليدية. تشمل الميزات الرئيسية الامتثال الكامل لـ RoHS وخالي من الرصاص، مما يضمن التوافق البيئي والتنظيمي. يوفر تكاليف تشغيل وصيانة أقل بسبب طبيعته ذات الحالة الصلبة، مما يلغي الحاجة إلى استبدال المصابيح بشكل متكرر ويقلل من استهلاك الطاقة. الجهاز متوافق أيضًا مع الدوائر المتكاملة (I.C.)، مما يسهل التكامل في أنظمة التحكم الإلكترونية الحديثة. يشمل السوق المستهدف الرئيسي أنظمة المعالجة الصناعية بالأشعة فوق البنفسجية للحبر والطلاء والمواد اللاصقة، بالإضافة إلى المعدات العلمية والطبية والتطهير التي تتطلب مصدر ضوء UV-A مستقرًا عند 385 نانومتر.

2. تحليل عميق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة لـ LED الأشعة فوق البنفسجية LTPL-C034UVD385.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تصنيف الجهاز لتيار أمامي مستمر أقصى (If) يبلغ 500 مللي أمبير واستهلاك طاقة أقصى (Po) يبلغ 2 واط. يتم تحديد نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) من -40°C إلى +85°C، مع نطاق تخزين أوسع (Tstg) من -55°C إلى +100°C. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة التقاطع (Tj) هو 110°C. من الضروري التشغيل ضمن هذه الحدود لضمان الموثوقية ومنع التلف الدائم. تحذر ورقة البيانات صراحةً من التشغيل المطول في ظل ظروف انحياز عكسي.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم تعريف المعايير الرئيسية عند قياسها في حالة اختبار قياسية بدرجة حرارة محيطة 25°C وتيار أمامي 350 مللي أمبير. جهد التشغيل الأمامي (Vf) له قيمة نموذجية تبلغ 3.8 فولت، مع نطاق من 2.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 4.4 فولت (الحد الأقصى). التدفق الإشعاعي (Φe)، وهو إجمالي طاقة الخرج البصرية في طيف الأشعة فوق البنفسجية، له قيمة نموذجية تبلغ 600 مللي واط (mW)، تتراوح من 460 مللي واط (الحد الأدنى) إلى 700 مللي واط (الحد الأقصى). يتركز طول موجة الذروة (Wp) في منطقة 385 نانومتر، مع نطاق تصنيف من 380 نانومتر إلى 390 نانومتر. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي عادة 130 درجة، تحدد نمط الإشعاع. المقاومة الحرارية من التقاطع إلى العلبة (Rthjc) تبلغ عادة 13.2 درجة مئوية/واط، وهي معلمة حاسمة لتصميم إدارة الحرارة.

2.3 تحليل الخصائص الحرارية

تشير قيمة المقاومة الحرارية البالغة 13.2 درجة مئوية/واط إلى ارتفاع درجة الحرارة لكل واط من الطاقة المشتتة بين تقاطع أشباه الموصلات وعلبة الحزمة. على سبيل المثال، عند نقطة التشغيل النموذجية 350 مللي أمبير و 3.8 فولت (طاقة دخل 1.33 واط، بافتراض أن خرج بصري ~600 مللي واط يعني حرارة ~730 مللي واط)، سيكون فرق درجة الحرارة بين التقاطع والعلبة حوالي 9.6 درجة مئوية. يُعد التبريد الفعال ضروريًا للحفاظ على درجة حرارة التقاطع أقل من الحد الأقصى المسموح به وهو 110 درجة مئوية، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو أثناء التشغيل المستمر.

3. شرح نظام التصنيف

يستخدم LTPL-C034UVD385 نظام تصنيف لتصنيف الوحدات بناءً على اختلافات الأداء الرئيسية، مما يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED التي تتطابق مع متطلبات التطبيق المحددة.

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (Vf)

يتم فرز مصابيح LED إلى أربعة تصنيفات للجهد (من V0 إلى V3). تحتوي تصنيفات V0 على أقل جهد أمامي (2.8 فولت - 3.2 فولت)، بينما تحتوي تصنيفات V3 على الأعلى (4.0 فولت - 4.4 فولت). التسامح داخل التصنيف هو +/- 0.1 فولت. يسمح ذلك بمطابقة تيار أفضل عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوالي، حيث سيكون لمصابيح LED من نفس تصنيف Vf انخفاضات جهد أكثر اتساقًا.

3.2 تصنيف التدفق الإشعاعي (Φe)

يتم تصنيف طاقة الخرج البصرية إلى ستة تصنيفات، مُصنفة من R1 إلى R6. يمثل R1 أدنى نطاق إخراج (460 مللي واط - 500 مللي واط)، ويمثل R6 الأعلى (660 مللي واط - 700 مللي واط). التسامح هو +/- 10%. يُعد هذا التصنيف حاسمًا للتطبيقات التي تتطلب شدة UV متسقة، مثل عمليات المعالجة حيث تكون جرعة التعرض معلمة رئيسية.

3.3 تصنيف طول موجة الذروة (Wp)

يتم تصنيف طول موجة UV إلى فئتين: P3R (380 نانومتر - 385 نانومتر) و P3S (385 نانومتر - 390 نانومتر)، مع تسامح +/- 3 نانومتر. يمكن أن يكون طول موجة الذروة المحدد مهمًا للتطبيقات حيث يكون لمُحفزات الضوء في الراتنجات أو الطلاءات أطياف تنشيط مثالية.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توفر رؤية أعمق لسلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة.

4.1 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا المنحنى أن الخرج البصري (التدفق الإشعاعي) يزداد مع التيار الأمامي ولكنه ليس خطيًا تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى حيث قد تنخفض الكفاءة بسبب زيادة التأثيرات الحرارية. يساعد المصممين على اختيار تيار تشغيل يوازن بين طاقة الخرج والكفاءة والعمر الافتراضي.

4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يوضح منحنى I-V العلاقة الأسية النموذجية للثنائيات. إنه ضروري لتصميم دائرة القيادة الصحيحة. سينتقل المنحنى مع درجة الحرارة؛ ينخفض الجهد الأمامي مع زيادة درجة حرارة التقاطع لتيار معين.

4.3 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطع

هذا أحد أهم المنحنيات لإدارة الحرارة. يوضح كيف تتدهور طاقة الخرج البصرية مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. يُعد الحفاظ على درجة حرارة تقاطع منخفضة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق خرج عالٍ ومتساقط وتعظيم العمر التشغيلي لـ LED.

4.4 التوزيع الطيفي النسبي

يصور هذا الرسم البياني شدة الضوء المنبعث عبر طيف الأشعة فوق البنفسجية. يؤكد الطبيعة النطاقية الضيقة لخرج LED، المتمركز حول 385 نانومتر، مع عرض كامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) نموذجي لتقنية LED. هذا على النقيض من الطيف الواسع لمصابيح الزئبق التقليدية.

4.5 خصائص الإشعاع

يصور هذا الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني للضوء (زاوية الرؤية). تشير زاوية الرؤية النموذجية البالغة 130 درجة إلى نمط انبعاث واسع يشبه لامبرتيان، وهو مفيد لإضاءة منطقة بشكل متساوٍ.

5. معلومات الميكانيكية والحزمة

5.1 الأبعاد الخارجية

تحتوي حزمة LED على أبعاد ميكانيكية محددة موضحة في رسومات ورقة البيانات. تم ملاحظة التسامحات الحرجة: معظم الأبعاد لها تسامح ±0.2 مم، بينما ارتفاع العدسة وطول/عرض الركيزة السيراميكية لها تسامح أضيق ±0.1 مم. تم ملاحظة أن الوسادة الحرارية في أسفل الحزمة معزولة كهربائيًا (محايدة) عن الوسادات الكهربائية للأنود والكاثود، مما يبسط تخطيط PCB للفتحات الحرارية.

5.2 الوسادة الموصى بها لربط PCB

تم توفير نمط أرضي (footprint) لتصميم PCB. يتضمن هذا حجم وتباعد وصلات الأنود والكاثود والوسادة الحرارية. يُعد اتباع هذا التخطيط الموصى به أمرًا بالغ الأهمية لضمان تكوين وصلة لحام صحيحة، واتصال كهربائي، والأهم من ذلك، نقل حرارة فعال من الوسادة الحرارية إلى صب النحاس في PCB وأي مبرد حراري أساسي.

5.3 تحديد القطبية

يوضح مخطط ورقة البيانات بوضوح وسادات الأنود والكاثود. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع تطبيق انحياز عكسي، مما قد يتلف الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تم توفير ملف تعريف مفصل للحام إعادة التدفق، يحدد معايير حرجة مثل التسخين المسبق، والنقع، ودرجة حرارة ذروة إعادة التدفق (لا تتجاوز 260°C لمدة 10 ثوانٍ وفقًا لظروف اختبار إعادة التدفق)، ومعدلات التبريد. تؤكد الملاحظات على أن جميع درجات الحرارة تشير إلى سطح جسم الحزمة. لا يُوصى بعملية تبريد سريعة. دائمًا ما يكون من المرغوب فيه أقل درجة حرارة لحام ممكنة تحقق وصلة موثوقة لتقليل الإجهاد الحراري على LED.

6.2 تعليمات اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فإن الحد الأقصى الموصى به هو 300°C لمدة أقصاها 2 ثانية، ويجب تنفيذ هذا مرة واحدة فقط لكل LED. يجب ألا يتجاوز إجمالي عدد عمليات اللحام (إعادة التدفق أو اليدوي) ثلاث مرات.

6.3 احتياطات التنظيف والتعامل

للتنظيف، يجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل. يمكن للمنظفات الكيميائية غير المحددة أن تتلف حزمة LED. يجب التعامل مع الجهاز بعناية لتجنب التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) والتلف الميكانيكي للعدسة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 التعبئة بشريط وبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز وبكرة للتجميع الآلي بالالتقاط والوضع. توفر ورقة البيانات أبعادًا مفصلة لكل من جيوب الشريط والبكرة القياسية 7 بوصات. تشمل المواصفات الرئيسية: جيوب فارغة مغلقة بشريط غطاء، بحد أقصى 500 قطعة لكل بكرة، وحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين مسموح بهما على الشريط، وفقًا لمعايير EIA-481-1-B.

7.2 علامة رمز التصنيف

يتم وضع علامة رمز التصنيف (لـ Vf و Φe و Wp) على كل كيس تعبئة، مما يسمح بتتبع واختيار درجات أداء محددة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية للعمليات الصناعية، بما في ذلك معالجة الأحبار على معدات الطباعة، والطلاء على ركائز مختلفة، والمواد اللاصقة في تجميع الإلكترونيات. تشمل الاستخدامات المحتملة الأخرى التحليل الفلوري، وكشف التزوير، وأجهزة العلاج الطبي التي تتطلب أطوال موجية محددة من UV-A. تجعل طبيعته ذات الحالة الصلبة مناسبة للمعدات المحمولة أو ذات التشغيل الفوري.

8.2 اعتبارات التصميم ومتطلبات السائق

LED هو جهاز يعمل بالتيار. لضمان شدة موحدة وتشغيل مستقر، خاصة عند تشغيل عدة مصابيح LED، فإن سائق تيار ثابت إلزامي، وليس مصدر جهد ثابت. يجب تصميم السائق لتوفير التيار المطلوب (مثل 350 مللي أمبير) مع استيعاب نطاق جهد التشغيل الأمامي لـ LED. بالنسبة للوصلات التسلسلية، يجب أن يكون جهد السائق أعلى من مجموع أقصى Vf لجميع مصابيح LED في السلسلة. لا يُوصى عمومًا بالوصلات المتوازية لمصابيح LED بدون موازنة تيار فردية. إدارة الحرارة هي الجانب الأكثر أهمية في التصميم الميكانيكي. يلزم وجود واجهة حرارية عالية الجودة ومبرد حراري كافٍ للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة، مما يضمن استقرار الخرج وعمر طويل.

9. الموثوقية والاختبار

تحدد ورقة البيانات خطة اختبار موثوقية شاملة، توضح متانة المنتج. تشمل الاختبارات عمر التشغيل عند درجات حرارة منخفضة وغرفة وعالية (LTOL، RTOL، HTOL)، وعمر التشغيل الرطب عالي الحرارة (WHTOL)، والصدمة الحرارية (TMSK)، ومقاومة حرارة اللحام (إعادة التدفق)، وإمكانية اللحام. أظهرت جميع الاختبارات 0 فشل من أصل 10 عينات في ظل الظروف المحددة. معايير الحكم على الجهاز بأنه فاشل بعد الاختبار هي تغير في جهد التشغيل الأمامي (Vf) يتجاوز ±10% أو تغير في التدفق الإشعاعي (Φe) يتجاوز ±30% من القيمة النموذجية الأولية.

10. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصادر الضوء التقليدية مثل مصابيح قوس الزئبق، يقدم LED الأشعة فوق البنفسجية هذا مزايا مميزة: قدرة تشغيل/إيقاف فورية، لا وقت تسخين، عمر أطول (عادة عشرات الآلاف من الساعات)، كفاءة طاقة أعلى، لا يحتوي على زئبق خطير، وحجم مضغوط يتيح أشكالًا جديدة. مقارنة بمصابيح LED الأخرى للأشعة فوق البنفسجية، فإن المزيج المحدد لطول موجة 385 نانومتر، والتدفق الإشعاعي النموذجي العالي (600 مللي واط)، وزاوية الرؤية الواسعة 130 درجة، وحزمة قوية مع وسادة حرارية معزولة للتبريد الفعال يشكل تمييزه الرئيسي. يسمح نظام التصنيف التفصيلي أيضًا بدقة أعلى في تصميم النظام مقارنة بالبدائل غير المصنفة أو المصنفة بشكل فضفاض.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما تيار السائق الذي يجب أن أستخدمه؟

ج: يتم توصيف الجهاز عند 350 مللي أمبير، وهي نقطة تشغيل نموذجية توفر توازنًا جيدًا بين الخرج والكفاءة. يمكن تشغيله حتى الحد الأقصى المطلق البالغ 500 مللي أمبير، ولكن هذا سيزيد من درجة حرارة التقاطع وقد يقلل من العمر الافتراضي؛ إدارة حرارية قوية ضرورية.

س: كيف أفسر قيمة التدفق الإشعاعي؟

ج: التدفق الإشعاعي (Φe) هو إجمالي الطاقة البصرية المنبعثة بالواط (أو المللي واط)، مقاسة عبر جميع الأطوال الموجية. بالنسبة لـ LED الأشعة فوق البنفسجية هذا، فهو يمثل قوة UV المفيدة، وليس الضوء المرئي. إنه مقياس رئيسي لحساب جرعة التعرض (الطاقة = القوة × الوقت) في تطبيقات المعالجة.

س: لماذا إدارة الحرارة مهمة جدًا؟

ج: كما هو موضح في منحنى \"التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطع\"، تنخفض طاقة الخرج مع زيادة درجة الحرارة. تؤدي درجة الحرارة المفرطة أيضًا إلى تسريع آليات التدهور داخل LED، مما يقصر عمره الافتراضي بشكل كبير. تحدد المقاومة الحرارية 13.2 درجة مئوية/واط مدى فعالية إزالة الحرارة.

س: هل يمكنني استخدام مصدر طاقة بجهد ثابت؟

ج: لا. يختلف جهد التشغيل الأمامي لـ LED مع درجة الحرارة وبين الوحدات الفردية. يمكن أن يؤدي مصدر الجهد الثابت إلى هروب حراري، حيث يسبب التيار المتزايد المزيد من الحرارة، مما يخفض Vf، مما يسبب المزيد من التيار، مما قد يدمر LED. استخدم دائمًا سائق تيار ثابت.

12. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم محطة معالجة بالأشعة فوق البنفسجية مكتبية لطبقة الحماية اللحامية لـ PCB.

يحتاج المصمم إلى تعريض موحد للأشعة فوق البنفسجية على مساحة 10 سم × 10 سم. باستخدام LTPL-C034UVD385 بزاوية رؤيته 130 درجة، يمكنهم حساب الارتفاع والتباعد اللازمين لمصفوفة مصابيح LED لتحقيق إشعاع متساوٍ. يختارون مصابيح LED من تصنيف التدفق R5 أو R6 لشدة أعلى، ومن نفس تصنيف Vf (مثل V1) لسحب تيار متسق عند توصيلها على التوالي. يتم اختيار سائق تيار ثابت قادر على تقديم إجمالي التيار المطلوب للسلسلة التسلسلية. تم تصميم PCB الألومنيوم بنمط الوسادة الموصى به، مع دمج صب نحاسي كبير وفتحات حرارية متصلة بمبرد حراري خارجي مع مروحة. يتم برمجة ملف تعريف إعادة التدفق من ورقة البيانات في آلة الالتقاط والوضع. بعد التجميع، توفر المحطة معالجة فورية ومتسقة بدون الحرارة والأوزون المرتبطين بمصابيح الزئبق.

13. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LED هو ثنائي تقاطع p-n أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث من خلال فجوة النطاق الطاقي لمواد أشباه الموصلات المستخدمة في المنطقة النشطة. بالنسبة لـ LTPL-C034UVD385، يتم هندسة مركبات أشباه الموصلات المحددة (عادةً على أساس نيتريد الألومنيوم الغاليوم - AlGaN) ليكون لها فجوة نطاق طاقي تتوافق مع فوتونات في نطاق 385 نانومتر للأشعة فوق البنفسجية (UV-A). تتضمن الحزمة بصريات أولية (عدسة) لتشكيل خرج الضوء وحماية شريحة أشباه الموصلات.

14. اتجاهات التكنولوجيا والتوقعات

يتم دفع سوق LED الأشعة فوق البنفسجية من خلال التخلص العالمي التدريجي من مصابيح الزئبق (اتفاقية ميناماتا) والطلب على مصادر ضوء أكثر كفاءة ومضغوطة وقابلة للتحكم. تشمل الاتجاهات الرئيسية التحسين المستمر في كفاءة الحائط-المقبس (WPE)، وهي نسبة طاقة الخرج البصرية إلى طاقة الدخل الكهربائية. تعني الكفاءة الأعلى حرارة مهدرة أقل لنفس خرج UV. هناك أيضًا تطوير مستمر لزيادة أقصى طاقة بصرية لكل حزمة LED واحدة وتحسين الموثوقية والعمر الافتراضي عند درجات حرارة وتيارات تشغيل أعلى. علاوة على ذلك، يركز البحث على توسيع نطاقات الأطوال الموجية المتاحة، خاصة في طيف UV-C الأعمق لتطبيقات التعقيم، على الرغم من الحاجة إلى مواد مختلفة مثل نيتريد الألومنيوم (AlN). كما أن الاتجاه نحو التكامل على مستوى النظام، الذي يجمع بين مصابيح LED والسائقين وأجهزة الاستشعار في وحدات ذكية، واضح أيضًا.