ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء فوق البنفسجي LTPL-C034UVD405 - 3.5x3.5x1.6 مم - جهد أمامي نموذجي 3.5 فولت - 460-700 ميغاواط - طول موجة ذروة 405 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة منتجات C03 UV مصدر ضوء متطورًا وفعالًا في استهلاك الطاقة، مُصمم خصيصًا لتطبيقات المعالجة بالضوء فوق البنفسجي (UV Curing) والتطبيقات العامة للأشعة فوق البنفسجية. تجمع هذه التقنية بين طول العمر والموثوقية المتأصلين في ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء (LED) ومستويات السطوع العالية المرتبطة تقليديًا بمصادر الأشعة فوق البنفسجية التقليدية. يوفر هذا الدمج مرونة تصميمية كبيرة ويفتح آفاقًا جديدة لإضاءة الحالة الصلبة بالأشعة فوق البنفسجية لتحل محل التقنيات القديمة الأقل كفاءة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

صُمم هذا المنتج للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا دقيقًا وموثوقًا وفعالًا للأشعة فوق البنفسجية. تشمل مزاياه الأساسية التوافق الكامل مع أنظمة التشغيل المتكاملة (I.C.)، والالتزام بمعايير RoHS والتصنيع الخالي من الرصاص، مما يساهم في خفض تكاليف التشغيل والصيانة خلال دورة حياة المنتج. يشمل السوق المستهدف عمليات المعالجة الصناعية، والأجهزة الطبية والعلمية، وكشف التزوير، وأي تطبيق يكون فيه التحكم في التعرض للأشعة فوق البنفسجية أمرًا بالغ الأهمية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم القسم التالي تحليلاً موضوعيًا مفصلاً للمعايير التقنية الرئيسية للجهاز كما تم تعريفها في ظل ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (If) هو 500 مللي أمبير. الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة (Po) هو 2 واط. يمكن للجهاز العمل ضمن نطاق درجة حرارة محيطة (Topr) يتراوح من -40°C إلى +85°C، ويمكن تخزينه (Tstg) بين -55°C و +100°C. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة التقاطع (Tj) هو 110°C. من المهم للغاية تجنب تشغيل LED تحت ظروف انحياز عكسي لفترات طويلة، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى فشل المكون.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

تحدد هذه الخصائص أداء الجهاز في ظل ظروف التشغيل النموذجية (If = 350mA). يتراوح الجهد الأمامي (Vf) من حد أدنى 2.8V إلى حد أقصى 4.4V، بقيمة نموذجية 3.5V. ناتج التدفق الإشعاعي الكلي (Φe)، المقاس بكرة متكاملة، يتراوح من 460mW إلى 700mW، بقيمة نموذجية 620mW. يتم تحديد طول موجة الذروة (Wp) بين 400nm و 410nm، مما يضعها بقوة في طيف الأشعة فوق البنفسجية القريبة. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي عادة 130 درجة، مما يشير إلى نمط إشعاع واسع. المقاومة الحرارية من التقاطع إلى العلبة (Rth jc) هي عادة 14.7 °C/W، مع تسامح قياس ±10%.

2.3 الخصائص الحرارية

تعد الإدارة الحرارية الفعالة أمرًا بالغ الأهمية لأداء LED وطول عمره. تشير المقاومة الحرارية المحددة (Rth jc) البالغة 14.7 °C/W إلى ارتفاع درجة الحرارة لكل واط من الطاقة المشتتة بين تقاطع أشباه الموصلات وعلبة التغليف. القيمة الأقل هي الأفضل. تحدد هذه المعلمة، جنبًا إلى جنب مع درجة حرارة التقاطع القصوى البالغة 110°C، متطلبات تبديد الحرارة اللازمة لأي تطبيق معين لضمان عمل LED ضمن نطاق التشغيل الآمن والحفاظ على ناتجه المقنن وعمره التشغيلي.

3. شرح نظام تصنيف الرموز (Bin Code)

يتم تصنيف المنتج إلى مجموعات (Bins) بناءً على معايير الأداء الرئيسية لضمان الاتساق للمستخدم النهائي. يتم وضع رمز التصنيف (Bin Code) على كل كيس تغليف.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (Vf)

يتم فرز ثنائيات LED إلى أربع مجموعات جهد (V0، V1، V2، V3) عند تيار اختبار قدره 350mA. تحتوي مجموعات V0 على جهود بين 2.8V و 3.2V، و V1 بين 3.2V و 3.6V، و V2 بين 3.6V و 4.0V، و V3 بين 4.0V و 4.4V. التسامح لهذا التصنيف هو ±0.1V. يتيح ذلك للمصممين اختيار ثنائيات LED ذات جهود أمامية متطابقة تقريبًا للاتصالات المتوازية أو التنظيم الدقيق للتيار.

3.2 تصنيف التدفق الإشعاعي (Φe)

يتم تصنيف قوة الإخراج البصرية إلى ست مجموعات (من R1 إلى R6). يمثل R1 أدنى نطاق إخراج (460-500 ميغاواط)، ويمثل R6 الأعلى (660-700 ميغاواط)، وكلها مقاسة عند 350mA. التسامح للتدفق الإشعاعي هو ±10%. يتيح هذا التصنيف الاختيار بناءً على شدة الضوء المطلوبة للتطبيق.

3.3 تصنيف طول موجة الذروة (Wp)

يتم فرز الطول الموجي المنبعث إلى مجموعتين رئيسيتين: P4A (400-405 نانومتر) و P4B (405-410 نانومتر)، مع تسامح ±3 نانومتر. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الحساسة لأطوال موجات UV محددة، مثل بدء تفاعلات كيميائية ضوئية معينة في عمليات المعالجة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة ثاقبة على سلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة.

4.1 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا المنحنى عادةً علاقة شبه خطية حيث يزداد التدفق الإشعاعي مع التيار الأمامي ولكنه قد يُظهر تشبعًا أو انخفاضًا في الكفاءة عند التيارات الأعلى. يجب اختيار نقطة التشغيل الدقيقة (على سبيل المثال، 350mA) لتحقيق التوازن بين الإخراج والكفاءة مع البقاء ضمن الحدود القصوى المطلقة.

4.2 التوزيع الطيفي النسبي

يصور هذا الرسم البياني شدة الضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، ومركزها حول طول موجة الذروة (400-410 نانومتر). يُظهر عرض النطاق الطيفي، وهو أمر مهم للتطبيقات التي تتطلب نقاءً طيفيًا أو تفاعلاً بطول موجي محدد.

4.3 خصائص الإشعاع

يوضح هذا الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء، ويرتبط بزاوية الرؤية البالغة 130 درجة. يوضح كيفية انبعاث الضوء من علبة LED، وهو أمر حيوي لتصميم النظام البصري لضمان الإضاءة المناسبة للمنطقة المستهدفة.

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

يُظهر هذا المنحنى الأساسي العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. يزداد الجهد الأمامي مع التيار. شكل المنحنى ضروري لتصميم دائرة التشغيل المناسبة، سواء كانت مقاومة محدودة للتيار بسيطة أو مشغل تيار ثابت.

4.5 التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطع

يوضح هذا المنحنى الحرج التأثير السلبي لارتفاع درجة حرارة التقاطع على ناتج الضوء. مع زيادة درجة حرارة التقاطع، ينخفض التدفق الإشعاعي. يؤكد هذا على أهمية الإدارة الحرارية الفعالة للحفاظ على الأداء البصري المتسق بمرور الوقت وتحت ظروف بيئية مختلفة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 الأبعاد الخارجية

يحتوي الجهاز على علبة سطحية صغيرة الحجم. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم الجسم ومظهر العدسة. جميع الأبعاد الخطية بالمليمترات. التسامح العام للأبعاد هو ±0.2 مم، بينما يبلغ ارتفاع العدسة وطول/عرض الركيزة السيراميكية تسامحًا أضيق يبلغ ±0.1 مم. الوسادة الحرارية في أسفل الجهاز معزولة كهربائيًا (عائمة) عن وسادات الأنود والكاثود، مما يعني أنه يمكن توصيلها مباشرة بمستوى حراري على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لتبديد الحرارة دون التسبب في قصر كهربائي.

5.2 تحديد القطبية وتصميم نقاط اللحام (Pad Design)

يتم توفير تخطيط نقاط اللحام الموصى بها للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لضمان اللحام السليم والأداء الحراري. يتضمن التصميم نقاطًا منفصلة للأنود والكاثود، بالإضافة إلى نقطة أكبر للاتصال الحراري. اتجاه القطبية الصحيح أثناء التجميع ضروري لتشغيل الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق (Reflow)

يوصى بملف تعريف تفصيلي لللحام بإعادة التدفق. تشمل المعلمات الرئيسية التسخين المسبق، والنقع، ودرجة حرارة الذروة لإعادة التدفق، ومعدلات التبريد. يجب التحكم في أقصى درجة حرارة ذروة (مقاسة على سطح علبة الجهاز). لا يُنصح بعملية تبريد سريعة. يُنصح باستخدام أدنى درجة حرارة لحام ممكنة لتحقيق وصلة موثوقة. يمكن للجهاز تحمل ما يصل إلى ثلاث دورات إعادة تدفق كحد أقصى. إذا لزم الأمر، يجب أن يقتصر اللحام اليدوي على درجة حرارة قصوى تبلغ 300 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن ثانيتين، ويتم تطبيقه مرة واحدة فقط.

6.2 احتياطات التنظيف والتعامل

إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل فقط. قد تتسبب المنظفات الكيميائية غير المحددة في إتلاف علبة LED. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) العامة أثناء التعامل.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد ثنائيات LED في شريط حامل بارز مغلق بشريط غطاء علوي. يتم لف الشريط على بكرات. يمكن أن تحمل بكرة قياسية مقاس 7 بوصات ما يصل إلى 500 قطعة كحد أقصى. تتوافق التعبئة مع مواصفات EIA-481-1-B. هناك مواصفة تنص على أنه لا يجوز أن يكون أكثر من جيبين متتاليين للمكونات على الشريط فارغين.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED للأشعة فوق البنفسجية مناسب لمجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر: المعالجة بالضوء فوق البنفسجي للغراء، والحبر، والطلاء؛ إثارة الفلورة للتحليل أو الفحص؛ الأجهزة الطبية والبيولوجية؛ أنظمة تنقية الهواء والمياه؛ وكشف التزوير (مثل التحقق من ميزات الأمان).

8.2 اعتبارات التصميم وطريقة التشغيل

يعمل LED كجهاز يعمل بالتيار. لضمان شدة موحدة عند توصيل عدة ثنائيات LED على التوازي في تطبيق واحد، يوصى بشدة بتضمين مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED. يعوض هذا عن الاختلافات الطفيفة في الجهد الأمامي (Vf) بين الأجهزة الفردية، مما يمنع احتكار التيار حيث يسحب أحد ثنائيات LED تيارًا أكبر من الآخرين، مما يؤدي إلى سطوع غير متكافئ وإجهاد محتمل. تعتبر دائرة التشغيل ذات التيار الثابت الحل الأمثل لتشغيل واحد أو عدة ثنائيات LED على التوالي، مما يوفر أداءً مستقرًا بغض النظر عن اختلافات الجهد الأمامي.

9. الموثوقية والاختبار

يخضع الجهاز لخطة اختبار موثوقية شاملة لضمان المتانة. تشمل الاختبارات: عمر التشغيل عند درجة حرارة منخفضة (LTOL عند -30°C)، وعمر التشغيل عند درجة حرارة الغرفة (RTOL)، وعمر التشغيل عند درجة حرارة عالية (HTOL عند 85°C)، وعمر التشغيل عند درجة حرارة ورطوبة عالية (WHTOL عند 60°C/60% رطوبة نسبية)، والصدمة الحرارية (TMSK من -40°C إلى 125°C)، ومقاومة حرارة اللحام (محاكاة إعادة التدفق)، واختبار قابلية اللحام. يتم تحديد معايير النجاح/الفشل المحددة بناءً على التغيرات في الجهد الأمامي (ضمن ±10%) والتدفق الإشعاعي (ضمن ±15%) بعد الاختبار. يتم إجراء جميع اختبارات العمر مع تركيب الجهاز على مبدد حراري.

10. المقارنة التقنية والتمييز

بالمقارنة مع مصادر الضوء فوق البنفسجي التقليدية مثل مصابيح بخار الزئبق، تقدم حلول LED ذات الحالة الصلبة هذه مزايا مميزة: القدرة على التشغيل/الإيقاف الفوري دون وقت تسخين، وعمر تشغيلي أطول بكثير (غالبًا عشرات الآلاف من الساعات)، وكفاءة طاقة أعلى تحول المزيد من الطاقة الكهربائية إلى ضوء فوق بنفسجي مفيد، وغياب المواد الخطرة مثل الزئبق، وصغر الحجم الذي يتيح أشكالاً جديدة، وإخراج طيفي دقيق. كان المقايضة الرئيسية تاريخيًا هي انخفاض الطاقة البصرية الإجمالية، لكن ثنائيات LED للأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة الحديثة مثل هذه السلسلة تقلل هذه الفجوة للعديد من التطبيقات.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

11.1 ما الفرق بين التدفق الإشعاعي (ميغاواط) والتدفق الضوئي (لومن)؟

يقيس التدفق الإشعاعي (Φe) إجمالي الطاقة البصرية المنبعثة في جميع الاتجاهات، بالواط. هذا هو المقياس الصحيح لثنائيات LED للأشعة فوق البنفسجية لأنه يقيس طاقة UV الفعلية. يقيس التدفق الضوئي (لومن) السطوع المُدرك بالعين البشرية، مُرجحًا بمنحنى استجابة الضوء، ولا ينطبق على مصادر الأشعة فوق البنفسجية غير المرئية.

11.2 كيف أختار التصنيف (Bin) الصحيح لتطبيقي؟

اختر مجموعة الجهد (Vf) بناءً على تصميم دائرة التشغيل الخاصة بك والحاجة إلى مطابقة التيار في السلاسل المتوازية. اختر مجموعة التدفق الإشعاعي (Φe) بناءً على الشدة المطلوبة أو الإشعاع عند هدفك. اختر مجموعة الطول الموجي (Wp) إذا كانت عملية حساسة لذروة طيفية محددة (على سبيل المثال، 405 نانومتر مقابل 400 نانومتر).

11.3 لماذا إدارة الحرارة بالغة الأهمية؟

تؤدي درجة حرارة التقاطع المرتفعة مباشرة إلى تقليل ناتج الضوء (كما هو موضح في منحنيات الأداء) وتسريع آليات التدهور داخل أشباه الموصلات، مما يقصر بشكل كبير العمر التشغيلي للجهاز. يعتبر تبديد الحرارة المناسب أمرًا لا يمكن التفاوض عليه من أجل أداء موثوق وطويل الأمد.

12. تصميم عملي وحالة استخدام

الحالة: تصميم لوحة دوائر مطبوعة (PCB) لنقطة معالجة بالضوء فوق البنفسجي متعددة الثنائيات.يحتاج المصمم إلى إنشاء مصفوفة من 10 ثنائيات LED لتطبيق معالجة بمنطقة صغيرة. بناءً على ورقة البيانات: 1) يختار ثنائيات LED من نفس مجموعة Vf و Φe لضمان الاتساق. 2) يصمم لوحة الدوائر المطبوعة بتخطيط نقاط اللحام الموصى به، مع توصيل الوسادات الحرارية بمنطقة نحاسية كبيرة على اللوحة متصلة بفتحات عبرية لتبديد الحرارة إلى الطبقة السفلية أو مبدد حراري خارجي. 3) يقرر تشغيل ثنائيات LED بمشغل تيار ثابت مضبوط على 350mA. نظرًا لأنه يريد توصيل جميع الـ 10 على التوازي لإضاءة موحدة، فإنه يضم مقاومة صغيرة محددة للتيار (على سبيل المثال، 1 أوم) على التوالي مع كل LED للتعويض عن اختلافات Vf، كما هو موصى به. 4) يتبع إرشادات ملف تعريف إعادة التدفق أثناء التجميع. 5) في البرنامج الثابت للمنتج النهائي، قد ينفذ خوارزمية مراقبة درجة الحرارة أو تخفيض التصنيف بناءً على منحنى "التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطع" إذا كانت الظروف البيئية متغيرة.

13. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا الجهاز هو ثنائي باعث للضوء (LED) من أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي عبر الأنود والكاثود، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من شريحة أشباه الموصلات. تتحد حاملات الشحن هذه، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد للفوتونات المنبعثة (في هذه الحالة، ~405 نانومتر، في طيف الأشعة فوق البنفسجية-أ) بواسطة طاقة فجوة النطاق لمواد أشباه الموصلات المستخدمة في بناء الشريحة (عادةً ما تعتمد على نيتريد الألومنيوم جاليوم - AlGaN). ثم يتم تشكيل الضوء الناتج وانبعاثه من خلال العدسة المتكاملة للعلبة.

14. اتجاهات التكنولوجيا

يتميز مجال ثنائيات LED للأشعة فوق البنفسجية بالبحث والتطوير المستمرين بهدف زيادة كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية (Wall-plug efficiency)، وتحقيق طاقة إخراج أعلى من جهاز واحد أو علبة أصغر، وإطالة العمر التشغيلي، ودفع أطوال موجات الانبعاث إلى أعمق في طيف UV-C (للتطبيقات الجرثومية) مع تحسين الكفاءة. هناك أيضًا اتجاه نحو تغليف أكثر تطورًا لتعزيز استخراج الضوء والأداء الحراري. لا يزال السعي لاستبدال مصابيح UV القائمة على الزئبق في جميع التطبيقات قوة سوقية رئيسية، مدعومًا باللوائح البيئية ومزايا أداء إضاءة الحالة الصلبة.