ELUA3535NU3 UVA LED ورقة البيانات - 3.75x3.75x3.2 مم - 3.6-4.8 فولت - سلسلة 4 واط - وثيقة تقنية باللغة الإنجليزية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة المنتجات ELUA3535NU3 حلاً عالي الموثوقية قائمًا على السيراميك لمصابيح LED، مُصممة خصيصًا للتطبيقات التي تستخدم الأشعة فوق البنفسجية من النوع أ (UVA). تم تصميم هذه السلسلة بقدرة 4 واط لتقديم أداء متسق في البيئات المتطلبة حيث يُستخدم الإشعاع فوق البنفسجي لخصائصه المطهرة أو الحفازة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

The primary advantages of this LED series stem from its robust construction and electrical design. The use of an Aluminum Nitride (AlN) ceramic substrate provides excellent thermal conductivity, which is critical for managing the heat generated by high-power operation and ensuring long-term reliability. The device incorporates built-in Electrostatic Discharge (ESD) protection rated up to 2KV (HBM), enhancing its durability during handling and assembly. Furthermore, the product is fully compliant with major environmental and safety regulations including RoHS, Pb-free, EU REACH, and halogen-free standards (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), making it suitable for global markets with strict compliance requirements.

التطبيقات المستهدفة هي في المقام الأول في القطاعات الصناعية والتجارية التي تستفيد من ضوء UVA. تشمل الأسواق الرئيسية أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية لتنقية الهواء والماء، وأنظمة المحفز الضوئي بالأشعة فوق البنفسجية لتكسير المركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، وإضاءة أجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية المتخصصة. تجعل موثوقية المنتج وقدرته الإنتاجية منه مكونًا مناسبًا للأنظمة التي تتطلب انبعاثًا مستمرًا للأشعة فوق البنفسجية.

2. Technical Parameter Deep-Dive

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير التقنية الرئيسية المدرجة في ورقة البيانات، موضحًا أهميتها لمهندسي التصميم.

2.1 Absolute Maximum Ratings

تحدد قيم "الحدود القصوى المطلقة" حدود الإجهاد التي إذا تجاوزها الجهاز فقد يتعرض لتلف دائم. بالنسبة للأصناف ذات الأطوال الموجية 385 نانومتر و395 نانومتر و405 نانومتر، فإن الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (I_F) هو 1250 مللي أمبير. من المهم ملاحظة أن النوع 365 نانومتر له تصنيف أقصى تيار أقل بكثير وهو 700 مللي أمبير. يعود هذا الاختلاف عادةً إلى المواد شبه الموصلة المختلفة والتراكيب الطباقية المستخدمة للأطوال الموجية الأقصر، والتي قد تكون لديها قدرة أقل على تحمل التيار أو حساسية حرارية أعلى. التشغيل باستمرار عند هذه الحدود أو بالقرب منها سيقلل بشكل كبير من عمر LED وموثوقيته. درجة حرارة التقاطع القصوى (T_J) مصنفة عند 105 درجة مئوية. المقاومة الحرارية من التقاطع إلى الوسادة الحرارية (R_θth) محددة بـ 4 درجة مئوية/واط. هذه المعلمة حيوية لتصميم إدارة الحرارة؛ على سبيل المثال، عند التيار المقنن الكامل، يمكن حساب ارتفاع درجة الحرارة من الوسادة إلى التقاطع. التبريد المناسب ضروري للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة.

2.2 الخصائص الضوئية والكهربائية

توفر رموز الطلب المقدمة تفاصيل عن مجموعات أداء محددة. التدفق الإشعاعي، وهو قياس إجمالي قدرة الخرج البصرية بالواط (أو الميلي واط)، يختلف باختلاف الطول الموجي. بالنسبة لصمام LED ذو الطول الموجي 365 نانومتر (يعمل عند 700 مللي أمبير)، يكون الحد الأدنى للتدفق الإشعاعي 900 ميلي واط، والقيمة النموذجية 1300 ميلي واط، والحد الأقصى 1600 ميلي واط. بالنسبة لصمامات LED ذات الأطوال الموجية 385 نانومتر، و395 نانومتر، و405 نانومتر (تعمل عند 1000 مللي أمبير)، يكون الحد الأدنى 1350 ميلي واط، والنموذجي 1475 ميلي واط، والحد الأقصى 1850 ميلي واط. جهد الأمام (V_F) لجميع الموديلات في السلسلة محدد ضمن نطاق يتراوح من 3.6 فولت إلى 4.8 فولت عند تيارات التشغيل الخاصة بكل منها. يجب مراعاة هذا النطاق عند تصميم دائرة القيادة لضمان قدرتها على توفير جهد كافٍ مع إدارة تبديد الطاقة.

3. شرح نظام التصنيف

يتم تصنيف المنتج إلى مجموعات بناءً على ثلاثة معايير رئيسية: التدفق الإشعاعي، وطول الموجة القصوى، وجهد الأمام. وهذا يتيح للعملاء اختيار مصابيح LED ذات خصائص مجمعة بإحكام لتحقيق أداء متسق للنظام.

3.1 تصنيف التدفق الإشعاعي

يتم استخدام جدولين منفصلين للتصنيف لمجموعات الأطوال الموجية المختلفة. لمصابيح LED ذات الطول الموجي 365 نانومتر، تصنف الرموز U1 إلى U4 التدفق الإشعاعي من 900-1000 ملي واط حتى 1400-1600 ملي واط. لمصابيح LED ذات الأطوال الموجية من 385 نانومتر إلى 405 نانومتر، تُستخدم الرموز U51 (1350-1600 ملي واط) و U52 (1600-1850 ملي واط). يجب على المصممين التأكد من أن الحد الأدنى للإشعاعية المطلوبة لنظامهم البصري يتم تحقيقها بواسطة القيمة الدنيا للرمز المحدد.

3.2 تصنيف الطول الموجي الذروة

يتم تصنيف الطول الموجي الذروة إلى نطاقات 10 نانومتر: U36 (360-370 نانومتر)، U38 (380-390 نانومتر)، U39 (390-400 نانومتر)، و U40 (400-410 نانومتر). يعتمد الاختيار على الحساسية الطيفية للتطبيق. على سبيل المثال، غالبًا ما يكون لتفعيل المحفز الضوئي نطاق طول موجي أمثل.

3.3 تجميع جهد الأمام

يتم تجميع جهد الأمام في ثلاث مجموعات: 3640 (3.6-4.0 فولت)، 4044 (4.0-4.4 فولت)، و4448 (4.4-4.8 فولت). هذا مهم لكفاءة السائق وإدارة الحرارة. مصابيح LED من مجموعة الجهد المنخفض ستتبدد طاقة أقل كحرارة (P = V_F * I_Fعند نفس التيار، مما قد يسمح باستخدام مشتت حراري أبسط أو أصغر.

4. تحليل منحنى الأداء

توفر المنحنيات المميزة النموذجية نظرة ثاقبة على سلوك LED تحت ظروف تشغيل مختلفة، وهو أمر ضروري لتصميم نظام قوي.

4.1 الطيف والتدفق الإشعاعي النسبي مقابل التيار

يوضح مخطط الطيف شدة الانبعاث الطبيعية عبر الأطوال الموجية للأصناف الأربعة الرئيسية. لكل منها ذروة مميزة، مع عرض نطاق طيفي ضيق نسبيًا نموذجي لمصابيح LED فوق البنفسجية. يُظهر منحنى التدفق الإشعاعي النسبي مقابل تيار الأمام علاقة دون خطية. لا يزداد الناتج بشكل متناسب مع التيار، خاصة عند التيارات الأعلى، بسبب انخفاض الكفاءة الناجم عن زيادة درجة حرارة الوصلة وتأثيرات فيزياء أشباه الموصلات الأخرى. وهذا يسلط الضوء على أهمية إدارة الحرارة للحفاظ على الناتج.

4.2 الخصائص الحرارية

منحنيي التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة الحرارة المحيطة والطول الموجي القياسي مقابل درجة الحرارة المحيطة يعتبران بالغا الأهمية. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة (أو درجة حرارة الوسادة)، ينخفض التدفق الإشعاعي بشكل ملحوظ - وهي سمة شائعة في مصابيح LED. على سبيل المثال، عند درجة حرارة 120°C، يكون التدفق النسبي حوالي 40-50% فقط من قيمته عند 25°C. في الوقت نفسه، يتحول الطول الموجي القياسي نحو أطوال موجية أطول (انزياح نحو الأحمر) مع ارتفاع درجة الحرارة، بمعدل يمكن ملاحظته على الرسم البياني. يجب أخذ هذا الانزياح الحراري في الاعتبار في التطبيقات الحساسة للطول الموجي. يظهر منحنى الجهد الأمامي مقابل درجة الحرارة معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أن الجهد V_F ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، مما قد يؤثر على تشغيل مشغل التيار الثابت.

5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات التغليف

5.1 الأبعاد والتفاوتات المسموح بها

يتميز الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بمساحة صغيرة تبلغ 3.75 مم × 3.75 مم مع ارتفاع إجمالي يبلغ 3.2 مم. يحدد الرسم الأبعادي جميع الأطوال الحرجة، بما في ذلك الوسادة الحرارية ووسادات الأنود/الكاثود. التفاوت العام للأبعاد المستوية هو ±0.1 مم، بينما تفاوت السمك هو ±0.15 مم. هذه التفاوتات مهمة لتخطيط PCB، وتصميم استنسل معجون اللحام، وضمان الوضع الصحيح بواسطة آلات pick-and-place.

5.2 تكوين الوسادات واستقطابية الدائرة

تُظهر المنظر السفلي بوضوح تخطيط الوسادات. الوسادة المركزية المستطيلة الكبيرة هي الوسادة الحرارية (القطب السالب)، وهي ضرورية لنقل الحرارة إلى لوحة الدوائر المطبوعة. توجد وسادتان كهربائيتان أصغر على جانب واحد: واحدة للقطب الموجب والأخرى للقطب السالب. يتم الإشارة إلى القطبية في الرسم البياني. عادةً ما يكون القطب السالب متصلًا بالوسادة الحرارية وإحدى الوسادات الأصغر. تحديد القطبية الصحيح أثناء التجميع إلزامي لمنع فشل الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 عملية لحام إعادة التدفق

LED مناسب لعمليات Surface-Mount Technology (SMT) القياسية. توفر ورقة البيانات رسمًا بيانيًا لملف إعادة التدفق مع معايير رئيسية: منطقة تسخين مسبق، وارتفاع سريع في درجة الحرارة إلى الذروة، ومرحلة تبريد مُتحكَّم بها. درجة الحرارة القصوى الموصى بها هي 260°C (+0°C/-5°C) لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يُنص صراحةً على عدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين لتجنب إجهاد حراري غير ضروري على غلاف المكون والوصلات الداخلية. يجب تجنب الإجهاد الميكانيكي على جسم LED أثناء التسخين (مثل الناتج عن انحناء PCB)، وممنوع ثني PCB بعد اللحام لأنه قد يتسبب في تشقق وصلات اللحام أو الغلاف السيراميكي نفسه.

7. معلومات التعبئة والتغليف والطلب

7.1 فك تسمية النموذج

رمز الطلب الكامل (مثال: ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G) هو واصف تفصيلي:

• EL: بادئة الشركة المصنعة.
• UA: نوع منتج UVA.
• 3535: 3.75mm x 3.75mm package size.
• N: Package material is Aluminum Nitride (AlN).
• U: Coating is Gold (Au).
• 3زاوية الرؤية هي 30 درجة.
• PXXXXرمز الطول الموجي القياسي (مثال: 6070 للطول 360-370 نانومتر).
• YY: رمز الحد الأدنى للتدفق الإشعاعي.
• 3648 / 700 / 1K0: نطاق الجهد الأمامي (3.6-4.8 فولت) والتيار الأمامي (700 مللي أمبير أو 1000 مللي أمبير).
• V41G: نوع الشريحة (عمودي)، الحجم (43 ميل)، الكمية (1)، وعملية التصنيع (زجاج الكوارتز).

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

UV Sterilization Systems: للتطهير الهوائي أو المائي، يعد نطاق 265-280 نانومتر (الأشعة فوق البنفسجية ج) الأكثر فعالية لإتلاف الحمض النووي. ومع ذلك، تُستخدم مصابيح الأشعة فوق البنفسجية أ (مثل هذه السلسلة) في بعض عمليات الأكسدة المتقدمة (AOP) أو في الأنظمة التي تستهدف مسببات أمراض محددة حساسة للأشعة فوق البنفسجية الأطول طولاً موجياً، أو بالاشتراك مع المحفزات الضوئية. يجب أن يضمن تصميم النظام جرعة كافية من الأشعة فوق البنفسجية (الشدة × الزمن).
محفز ضوئي بالأشعة فوق البنفسجية: عادةً ما يستخدم TiO₂، يتم تنشيط المحفزات الضوئية بواسطة الضوء فوق البنفسجي. تُستخدم عادةً الأصناف ذات الطول الموجي 385 نانومتر أو 395 نانومتر. يجب أن يضمن التصميم إضاءة موحدة لسطح المحفز وإدارة الحرارة، حيث أن كفاءة المحفز قد تعتمد على درجة الحرارة.
مستشعر ضوء الأشعة فوق البنفسجية: يُستخدم لإثارة الفلورة أو لفحص رؤية الآلة. يُعد الناتج المستقر والطول الموجي المحدد أمرًا بالغ الأهمية. إن مشغل التيار الثابت ضروري للحفاظ على ناتج ضوئي مستقر، وقد تكون هناك حاجة إلى مرشحات بصرية لحجب الضوء المرئي غير المرغوب فيه من طيف LED.

8.2 اعتبارات التصميم الحرجة

إدارة الحرارية: هذا هو العامل الأكثر أهمية على الإطلاق للأداء والمتانة. استخدم لوحة دائرة مطبوعة (PCB) تحتوي على ثقاب حرارية كافية أسفل الوسادة الحرارية، موصلة بمستويات نحاسية كبيرة أو مشتت حراري خارجي. مقاومة الحرارة البالغة 4°C/W هي من الوصلة إلى الوسادة الحرارية للـ LED؛ يجب تصميم مقاومة الحرارة للنظام تجاه البيئة المحيطة للحفاظ على درجة حرارة T_J أقل بكثير من 105°C.
القيادة الكهربائية: استخدم دائمًا سائق تيار ثابت، وليس مصدر جهد ثابت. يجب أن يكون السائق قادرًا على توفير التيار المطلوب (700 مللي أمبير أو 1000 مللي أمبير) وجهد يغطي نطاق V بالكامل._F نطاق الحاوية المحددة، بالإضافة إلى بعض هامش الأمان. فكر في تنفيذ تعديل عرض النبض (PWM) للتعتيم إذا لزم الأمر، بدلاً من تقليل التيار التناظري، لتجنب انزياح اللون/الطول الموجي.
التصميم البصري: توفر زاوية الرؤية البالغة 30 درجة حزمة ضوئية مركزة نسبيًا. يمكن استخدام العدسات أو العواكس لتشكيل الضوء للمنطقة المستهدفة. تأكد من أن أي مواد بصرية (عدسات، نوافذ) شفافة للأشعة فوق البنفسجية (مثل الكوارتز، أو أنواع معينة من البلاستيك ذات الجودة المخصصة للأشعة فوق البنفسجية)، حيث أن الزجاج القياسي والعديد من المواد البلاستيكية تمتص إشعاع UVA.

9. المقارنة والتمييز التقني

على الرغم من عدم تقديم مقارنة مباشرة جنبًا إلى جنب مع علامات تجارية أخرى في ورقة البيانات، إلا أنه يمكن استنتاج ميزات التمييز الرئيسية لهذه السلسلة. يوفر استخدام غلاف سيراميك من AlN أداء حراريًا فائقًا مقارنة بالأغلفة البلاستيكية الشائعة الاستخدام في مصابيح LED منخفضة الطاقة، مما يتيح تيارات تشغيل أعلى وموثوقية أفضل. يعد تضمين حماية 2KV ESD ميزة متانة كبيرة لا تتواجد دائمًا في المنتجات المنافسة. يسمح التصنيف التفصيلي عبر ثلاث معايير (التدفق الضوئي، الطول الموجي، الجهد) بتصميم نظام عالي الدقة واتساق في الإنتاج الضخم، مما قد يمثل ميزة على المنتجات ذات الهوامش الأوسع أو خيارات تصنيف أقل.

10. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعايير الفنية)

س: لماذا الحد الأقصى للتيار لمصباح LED 365nm هو 700mA فقط، بينما الباقي 1250mA؟
ج: هذا يرجع في المقام الأول إلى خصائص المواد شبه الموصلة المختلفة المستخدمة لتحقيق الطول الموجي الأقصر 365nm. نظام المادة (مثل محتوى الألومنيوم الأعلى في AlGaN) عادة ما يتمتع بتوصيلية كهربائية أقل وكثافة أعلى للعيوب، مما يؤدي إلى تقليل كثافة التيار القصوى وزيادة المقاومة الحرارية. التشغيل بتيار أقل يضمن الموثوقية ويمنع التدهور المتسارع.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) باستخدام مصدر طاقة 3.3 فولت؟
ج: لا. نطاق جهد التشغيل الأمامي هو من 3.6 فولت إلى 4.8 فولت. لن يكون مصدر 3.3 فولت كافياً لإضاءة الصمام الثنائي أو تحقيق أي إخراج ضوئي ذي معنى. يلزم وجود دائرة قيادة يمكنها توفير 4.8 فولت على الأقل (بالإضافة إلى جهد فقدان دارة القيادة).

س: كيف يمكنني تفسير قيمة "التدفق الإشعاعي النموذجي" (Typical Radiant Flux)؟
A: تمثل القيمة "النموذجية" متوسطًا إحصائيًا أو وسيطًا لوحدات الإنتاج. لضمان الأداء المضمون في تصميمك، يجب استخدام القيمة "الدنيا" من جدول التصنيف. الاعتماد على القيمة النموذجية في التصميم قد يؤدي إلى ضعف أداء بعض الوحدات في نظامك.

Q: هل غرفة التبريد (heatsink) ضرورية تمامًا؟
A> For any sustained operation at the rated current, yes. Even with the low 4°C/W thermal resistance, at 1000mA and a typical V_F بقيمة 4.2V، فإن تبديد الطاقة سيكون 4.2W. سيكون ارتفاع درجة الحرارة من الوسادة إلى الوصلة تقريبًا 4.2W * 4°C/W = 16.8°C. إذا وصلت درجة حرارة وسادة اللوحة PCB إلى 85°C، فإن درجة حرارة الوصلة ستكون عند ~102°C، أي قريبة جدًا من الحد الأقصى البالغ 105°C. التبريد الفعال غير قابل للتفاوض للتشغيل الموثوق.

11. التصميم العملي وحالة الاستخدام

حالة: تصميم لوحة دائرة مطبوعة لمجموعة مصابيح LED فوق بنفسجية متعددة لتصلب الأسطح.
يقوم مهندس بتصميم مجموعة من اثني عشر مصباح LED بطول موجي 395 نانومتر لمحطة تصلب بالأشعة فوق البنفسجية منخفضة الطاقة للمواد اللاصقة. سيتم تشغيل كل مصباح LED بتيار 1000 مللي أمبير. الخطوة الأولى - تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة: تم تصميم لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام نحاس بسمك 2 أونصة. تم إنشاء وسادة تخفيف حراري مخصصة تتطابق مع بصمة الصمام الثنائي الباعث للضوء، ومملوءة بشبكة من الثقاب الحرارية (على سبيل المثال، قطر 0.3 مم، مسافة 1 مم) التي تتصل بمستوى أرضي داخلي كبير وسكب نحاسي على الجانب السفلي، والذي سيُثبت على مشتت حراري من الألومنيوم باستخدام مادة واجهة حرارية. الخطوة الثانية - التصميم الكهربائي: يتم اختيار دائرة متكاملة لقيادة مصابيح LED تعمل بتيار ثابت وقادرة على توفير إجمالي 12 أمبير (أو عدة مشغلات أصغر). يتم التحقق من قدرة جهد خرج المشغل للتأكد من قدرته على التعامل مع 12 مصباح LED في تكوين 4 على التوالي/3 على التوازي، مع مراعاة أقصى جهد أمامي_F يبلغ 4.8 فولت لكل مصباح LED. الخطوة 3 - التكامل البصري: يتم وضع غطاء من الزجاج الكوارتزي فوق المصفوفة لحماية مصابيح LED. يتم حساب المسافة إلى سطح المعالجة المستهدف بناءً على الإشعاعية المطلوبة، باستخدام قيمة الحد الأدنى للتدفق الإشعاعي من الفئة (1350 مللي واط) وزاوية الشعاع البالغة 30° لتقدير حجم بقعة الإضاءة وشدتها.

12. مقدمة المبدأ

تعمل مصابيح UVA LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في المواد شبه الموصلة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n لشريحة LED، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. إعادة اتحادها تطلق الطاقة على شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة المستخدمة في المنطقة النشطة. لانبعاث UVA (حوالي 400-315 نانومتر)، تُستخدم مواد مثل نيتريد الإنديوم جاليوم (InGaN) بتركيبات محددة، أو نيتريد الألومنيوم جاليوم (AlGaN). تعمل الحزمة السيراميكية في المقام الأول كدعم ميكانيكي، وعازل كهربائي، والأهم من ذلك، كمسار حراري عالي الكفاءة لتصريف الحرارة بعيدًا عن وصلة أشباه الموصلات، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على الأداء والعمر الطويل.

13. اتجاهات التطوير

يشهد مجال مصابيح LED فوق البنفسجية، وخاصة UVA وUVB، تقدماً مطرداً. تشمل الاتجاهات الرئيسية الملاحظة في منتجات مثل ورقة البيانات هذه: زيادة الطاقة والكفاءة: تهدف الأبحاث المستمرة على المواد إلى تقليل انخفاض الكفاءة وتحسين استخراج الضوء، مما يؤدي إلى تدفق إشعاعي أعلى من نفس أحجام العبوات أو أصغر. تحسين إدارة الحرارة: أصبح استخدام الركائز السيراميكية المتقدمة مثل AlN، كما هو موضح هنا، أكثر شيوعًا في الأجهزة عالية الطاقة للتعامل مع الأحمال الحرارية المتزايدة. التوحيد القياسي والتصنيف: مع نضوج السوق، تساعد رموز التصنيف الأكثر تفصيلاً وموحدة (كما هو موضح) في دمج مصابيح LED في أنظمة يمكن التنبؤ بها وقابلة للتكرار. توسيع الطول الموجي والتحكم فيه: يستمر البحث في التوجه نحو أطوال موجية أقصر وأكثر كفاءة (أعمق في نطاق UVB وUVC) وتوفير تحكم أكثر دقة في الطول الموجي القمة وعرض الطيف للتطبيقات المتخصصة. تكامل النظام: هناك اتجاه نحو وحدات أكثر جاهزية للتطبيق تتضمن الصمام الثنائي الباعث للضوء، والسائق، والبصريات، وأحيانًا أجهزة الاستشعار، مما يبسط التصميم للمستخدمين النهائيين.