ورقة بيانات LED الأشعة فوق البنفسجية LTPL-C034UVD375 - 3.7x3.7x1.6 مم - جهد 3.7 فولت - قدرة 2 واط - طول موجي ذروة 375 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

هذا المنتج هو ثنائي باعث للضوء (LED) عالي الكفاءة للأشعة فوق البنفسجية (UV)، مصمم بشكل أساسي لعمليات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية (UV Curing) والتطبيقات الشائعة الأخرى للأشعة فوق البنفسجية. إنه يمثل حلاً للإضاءة ذات الحالة الصلبة يهدف إلى استبدال مصادر الأشعة فوق البنفسجية التقليدية، حيث يجمع بين العمر التشغيلي الطويل والموثوقية المتأصلة في تقنية LED مع مستويات سطوع تنافسية. هذا يتيح مرونة تصميم أكبر ويفتح فرصاً جديدة في التطبيقات التي تتطلب إضاءة بالأشعة فوق البنفسجية.

1.1 الميزات والمزايا الرئيسية

يقدم الجهاز عدة مزايا مميزة مقارنة بمصادر الأشعة فوق البنفسجية التقليدية:

• التوافق مع الدوائر المتكاملة (IC):تم تصميم LED ليكون قابلاً للقيادة والتحكم بسهولة بواسطة الدوائر الإلكترونية القياسية.
• الامتثال البيئي:المنتج متوافق مع توجيه RoHS ويتم تصنيعه باستخدام عمليات خالية من الرصاص.
• الكفاءة التشغيلية:يساهم في خفض تكاليف التشغيل الإجمالية نظراً لطبيعته الموفرة للطاقة.
• تقليل الصيانة:العمر التشغيلي الطويل لـ LED يقلل بشكل كبير من تكرارية وتكلفة استبدال المصابيح والصيانة المرتبطة بها.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديدها عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تيار التشغيل الأمامي المستمر (If):500 مللي أمبير (الحد الأقصى)
• استهلاك الطاقة (Po):2 واط (الحد الأقصى)
• نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°C إلى +85°C
• نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg):من -55°C إلى +100°C
• درجة حرارة الوصلة (Tj):110°C (الحد الأقصى)

ملاحظة مهمة:التشغيل المطول في ظل ظروف انحياز عكسي يمكن أن يؤدي إلى فشل المكون.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25°C وتيار تشغيل أمامي (If) قدره 350mA، والذي يبدو أنه نقطة التشغيل الموصى بها.

• جهد التشغيل الأمامي (Vf):القيمة النموذجية هي 3.7 فولت، مع نطاق من 2.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 4.4 فولت (الحد الأقصى).
• التدفق الإشعاعي (Φe):هذا هو إجمالي قدرة الإخراج البصرية في طيف الأشعة فوق البنفسجية. القيمة النموذجية هي 470 ملي واط، تتراوح من 350 ملي واط (الحد الأدنى) إلى 590 ملي واط (الحد الأقصى).
• الطول الموجي الذروة (λp):الطول الموجي الذي يصدر فيه LED أكبر قدر من الطاقة. يتراوح من 370 نانومتر إلى 380 نانومتر، ويركز حول 375 نانومتر.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):حوالي 130 درجة، مما يشير إلى نمط إشعاع واسع.
• المقاومة الحرارية (Rthjc):المقاومة الحرارية من الوصلة إلى الغلاف (Junction-to-case) تبلغ نموذجياً 14.7 درجة مئوية/واط. هذه المعلمة حاسمة لتصميم إدارة الحرارة، حيث تشير إلى مدى فعالية نقل الحرارة بعيداً عن شريحة LED.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز وحدات LED إلى مجموعات أداء (Bins) لضمان الاتساق. يتم وضع رمز المجموعة على العبوة.

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (Vf)

يتم تصنيف وحدات LED إلى أربع مجموعات جهد (من V0 إلى V3) بناءً على جهد التشغيل الأمامي عند 350mA. على سبيل المثال، المجموعة V1 تشمل وحدات LED ذات Vf بين 3.2V و 3.6V. التسامح هو +/- 0.1V.

3.2 تصنيف التدفق الإشعاعي (Φe)

يتم تصنيف قدرة الإخراج البصرية من R2 (350-380 ملي واط) حتى R9 (560-590 ملي واط). المجموعة النموذجية تبدو أنها R5 (440-470 ملي واط). التسامح هو +/- 10%.

3.3 تصنيف الطول الموجي الذروة (Wp)

يتم تصنيف الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية إلى مجموعتين: P3P (370-375 نانومتر) و P3Q (375-380 نانومتر). التسامح هو +/- 3 نانومتر. هذا يسمح بالاختيار للتطبيقات الحساسة لأطوال موجية محددة للأشعة فوق البنفسجية.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل تيار التشغيل الأمامي

يزداد التدفق الإشعاعي مع زيادة تيار التشغيل الأمامي ولكن ليس بشكل خطي. يجب على المصممين الموازنة بين الإخراج البصري المطلوب وقدرة الإدخال الكهربائية والحرارة الناتجة. التشغيل بشكل كبير فوق 350mA قد يقلل الكفاءة ويقصر العمر التشغيلي.

4.2 التوزيع الطيفي النسبي

يظهر هذا المنحنى طيف الانبعاث، مؤكداً الذروة في منطقة 375 نانومتر (UVA) وعرض النطاق الطيفي. هذا مهم للتطبيقات التي تكون فيها نقاء الطيف أو طاقة الفوتون المحددة حاسمة.

4.3 نمط الإشعاع

يوضح الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية البالغة 130 درجة، ويظهر توزيع الشدة. هذا حيوي لتصميم البصريات لجمع أو توازي أو تركيز ضوء الأشعة فوق البنفسجية على منطقة الهدف.

4.4 تيار التشغيل الأمامي مقابل جهد التشغيل الأمامي (منحنى I-V)

يظهر هذا المنحنى الأساسي العلاقة الأسية النموذجية للثنائيات. نقطة التشغيل (مثلاً، 350mA، ~3.7V) هي المكان الذي يتم فيه توصيف الجهاز. يساعد المنحنى في تصميم دائرة القيادة بالتيار المناسبة.

4.5 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة

يوضح هذا الرسم البياني التأثير السلبي لارتفاع درجة حرارة الوصلة على إخراج الضوء. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض التدفق الإشعاعي. لذلك، فإن وجود بالوعة حرارة فعالة أمر ضروري للحفاظ على أداء بصري مستقر وعالي.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الغلاف

5.1 الأبعاد الخارجية

يبلغ حجم قاعدة الغلاف حوالي 3.7 مم × 3.7 مم. تشمل الأبعاد الرئيسية ارتفاع العدسة وحجم الركيزة السيراميكية، والتي لها تسامحات أضيق (±0.1 مم) مقارنة بالميزات الأخرى (±0.2 مم). وسادة التوصيل الحراري معزولة كهربائياً عن الأنود والكاثود، مما يسمح بتوصيلها ببالوعة حرارة لإدارة الحرارة دون التسبب في قصر كهربائي.

5.2 نمط اللحام الموصى به للوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

تم توفير تصميم نمط اللحام (Land Pattern) للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). وهذا يشمل وسادات اللحام للاتصالين الكهربائيين (الأنود والكاثود) ووسادة التوصيل الحراري المركزية الأكبر. يعد تصميم وسادة اللحام المناسب أمراً بالغ الأهمية للحصول على لحام موثوق ونقل حراري فعال من غلاف LED إلى اللوحة PCB.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق (Reflow)

تم توفير ملف تعريف مفصل لدرجة الحرارة والوقت للحام إعادة التدفق. تشمل المعلمات الرئيسية درجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية مقاسة على جسم الغلاف، مع وقت فوق 240 درجة مئوية لا يتجاوز 30 ثانية. يوصى بمعدل تبريد مضبوط. اللحام اليدوي ممكن ولكن يجب أن يقتصر على 300 درجة مئوية كحد أقصى لمدة ثانيتين، مرة واحدة فقط.

6.2 ملاحظات تركيب مهمة

• يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من ثلاث مرات كحد أقصى.
• يُفضل استخدام أقل درجة حرارة لحام ممكنة تحقق وصلة موثوقة.
• لحام الغمس (Dip Soldering) ليس طريقة تركيب موصى بها أو مضمونة لهذا المكون.
• يجب أن يتم التنظيف باستخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA). قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف الغلاف.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز (Embossed Carrier Tape) مغلق بشريط غطاء (Cover Tape). يتم لف الشريط على بكرات مقاس 7 بوصات، بحد أقصى 500 قطعة لكل بكرة. بالنسبة للكميات الأصغر، تتوفر عبوة دنيا من 100 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير EIA-481-1-B.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية (UV Curing):معالجة المواد اللاصقة، تجفيف الأحبار، بلمرة الراتنجات في عمليات التصنيع.
• الطبي والعلمي:تحليل التألق (Fluorescence)، التعقيم (حيث يكون الطول الموجي مناسباً)، العلاج الضوئي.
• الصناعي:التفتيش، كشف التزوير، أجهزة الاستشعار البصرية.

8.2 اعتبارات التصميم

• طريقة القيادة:وحدات LED هي أجهزة تعمل بالتيار. يوصى بشدة باستخدام مصدر تيار ثابت لضمان إخراج بصري مستقر ومنع الانحراف الحراري (Thermal Runaway)، حيث أن جهد التشغيل الأمامي له معامل درجة حرارة سالب.
• إدارة الحرارة:نظراً لأن التدفق الإشعاعي النموذجي هو 470 ملي واط وإجمالي الطاقة حوالي 1.3 واط (350mA * 3.7V)، فإن أكثر من 0.8 واط يتبدد كحرارة. مع مقاومة حرارية تبلغ 14.7°C/W، سترتفع درجة حرارة الوصلة حوالي 11.8°C فوق درجة حرارة الغلاف. بالوعة حرارة كافية إلزامية للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من 110°C لضمان الموثوقية.
• البصريات:قد تتطلب الحزمة العريضة بزاوية 130 درجة بصريات ثانوية (عدسات، عواكس) لتحقيق نمط الإضاءة المطلوب على الهدف.
• السلامة:يمكن أن يكون الإشعاع فوق البنفسجي، خاصة في نطاق UVA، ضاراً بالعيون والجلد. الأغلفة الواقية المناسبة وتحذيرات السلامة ضرورية في تصميم المنتج النهائي.

9. الموثوقية والاختبار

تم توثيق خطة اختبار موثوقية شاملة، تشمل:

• اختبارات عمر التشغيل في درجات حرارة منخفضة وغرفة ومرتفعة.
• اختبار عمر التشغيل في ظروف رطوبة ودرجة حرارة مرتفعة.
• اختبار الصدمة الحرارية.
• اختبارات قابلية اللحام ومقاومة حرارة اللحام.

أظهرت جميع الاختبارات عدم وجود أعطال في أحجام العينات، مما يشير إلى بناء منتج قوي وموثوقية عالية. معايير الحكم على الجهاز بأنه معطل هي تغير جهد التشغيل الأمامي بأكثر من ±10% أو تغير التدفق الإشعاعي بأكثر من ±30% من القيم الأولية.

10. المقارنة التقنية والتحديد

يحدد هذا LED للأشعة فوق البنفسجية نفسه كبديل موفر للطاقة لمصادر الأشعة فوق البنفسجية التقليدية مثل مصابيح بخار الزئبق. تشمل المميزات الرئيسية:

• التشغيل/الإيقاف الفوري:على عكس المصابيح التي تتطلب تسخيناً/تبريداً، تصل وحدات LED إلى الإخراج الكامل على الفور.
• طول العمر:عادةً ما تتجاوز أعمار وحدات LED التشغيلية بكثير تلك الخاصة بمصابيح القوس.
• الحجم الصغير وحرية التصميم:يسمح الشكل الصغير بالتكامل في أجهزة أصغر ويسمح بتكوينات مصفوفة للحصول على شدة أعلى أو تغطية مساحة أكبر.
• الطيف الضيق:يمكن أن يكون ذروة الانبعاث الضيقة نسبياً حول 375 نانومتر أكثر كفاءة للعمليات المضبوطة على ذلك الطول الموجي، مما يقلل الطاقة المهدرة مقارنة بمصادر النطاق العريض.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

11.1 ما هو تيار التشغيل الموصى به؟

توصف ورقة البيانات الجهاز عند 350mA، والذي من المحتمل أن يكون تيار التشغيل النموذجي الموصى به (وهو أقل من الحد الأقصى المطلق البالغ 500mA). التشغيل عند هذا التيار يضمن الأداء الأمثل والموثوقية كما تم التحقق من خلال اختبارات العمر.

11.2 كيف أختار التصنيف المناسب لتطبيقي؟

اختر بناءً على متطلبات نظامك: -مجموعة Vf:تؤثر على تصميم السائق وجهد مصدر الطاقة. المجموعات الأضيق تضمان توزيع تيار أكثر تجانساً في المصفوفات المتوازية. -مجموعة Φe:تحدد القدرة البصرية. اختر مجموعة أعلى (مثل R6، R7) للحصول على شدة أكبر. -مجموعة Wp:حرجة للعمليات ذات الحساسية الطيفية المحددة. اختر P3P أو P3Q حسب الحاجة.

11.3 لماذا إدارة الحرارة مهمة جداً؟

تقلل درجة حرارة الوصلة المرتفعة مباشرة من إخراج الضوء (كما هو موضح في منحنيات الأداء) وتسريع تدهور LED، مما يقصر عمره التشغيلي. تقيس قيمة المقاومة الحرارية (14.7°C/W) هذا التحدي؛ مسار مقاومة حرارية أقل من الوصلة إلى البيئة المحيطة أمر أساسي.

12. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم مصباح بقعة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

1. المواصفات:الهدف هو توصيل أكثر من 400 ملي واط من ضوء الأشعة فوق البنفسجية بطول موجي 375 نانومتر على بقعة قطرها 10 مم لمعالجة المواد اللاصقة.
2. اختيار LED:اختر LED من مجموعة التدفق الإشعاعي R5 (440-470 ملي واط) أو أعلى لضمان قدرة كافية بعد الخسائر البصرية.
3. دائرة القيادة:صمم سائق تيار ثابت مضبوط على 350mA مع هامش جهد مناسب (مثلاً، مصدر طاقة 5V لـ LED بجهد ~3.7V).
4. التصميم الحراري:قم بتركيب LED على لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB) أو بالوعة حرارة مخصصة. احسب المقاومة الحرارية المطلوبة للبالوعة للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من، على سبيل المثال، 85°C في بيئة محيطة بدرجة 40°C.
5. البصريات:استخدم عدسة توازي أو تركيز أمام LED لتركيز الحزمة العريضة بزاوية 130 درجة في البقعة الصغيرة المطلوبة.
6. التكامل:ضع التجميع في غلاف ميكانيكي قوي وموصل للحرارة، مع أقفال أمان لمنع التعرض لضوء الأشعة فوق البنفسجية.

13. مقدمة عن المبدأ

هذا الجهاز هو مصدر ضوء أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب داخل المنطقة النشطة لشريحة أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم هندسة مواد أشباه الموصلات المحددة (عادةً ما تتضمن نيتريد ألومنيوم جاليوم - AlGaN) بحيث تتوافق فجوة النطاق الطاقي مع طاقات الفوتون في طيف الأشعة فوق البنفسجية (حوالي 375 نانومتر أو 3.31 إلكترون فولت). يتم استخراج الضوء الناتج من خلال عدسة الغلاف.

14. اتجاهات التطوير

مجال LED للأشعة فوق البنفسجية يتطور بنشاط. تشمل الاتجاهات:

• زيادة الكفاءة:يهدف البحث المستمر إلى تحسين كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى بصرية (Wall-plug efficiency) لـ LED للأشعة فوق البنفسجية، خاصة في نطاق UVC ذي الطول الموجي الأقصر لتطبيقات التعقيم.
• كثافة طاقة أعلى:تطوير شرائح وأغلفة قادرة على التعامل مع تيارات قيادة أعلى وتشتيت المزيد من الحرارة، مما يؤدي إلى تدفق إشعاعي أكبر من باعث واحد.
• تحسين الموثوقية:تستمر التطورات في المواد وتقنيات التغليف في إطالة أعمار التشغيل والاستقرار.
• خفض التكلفة:مع زيادة أحجام التصنيع ونضوج العمليات، من المتوقع أن ينخفض التكلفة لكل ملي واط من إخراج الأشعة فوق البنفسجية، مما يسرع بشكل أكبر من اعتماد LED للأشعة فوق البنفسجية على التقنيات التقليدية.