ورقة بيانات LED UVC سلسلة UVC3535CZ0315 - 3.5x3.5x0.99 مم - 5.0-8.0 فولت - 2.4 واط - 270-285 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة UVC3535CZ0315 حلاً عالي الموثوقية قائمًا على السيراميك، مُصمم خصيصًا للتطبيقات المتطلبة للأشعة فوق البنفسجية (UVC). تم تصميم هذا المنتج لتقديم أداء ثابت في البيئات التي تكون فيها الفعالية الجرثومية أمرًا بالغ الأهمية. تكمن ميزته الأساسية في العبوة السيراميكية القوية، التي توفر إدارة حرارية فائقة مقارنة بالعبوات البلاستيكية التقليدية، مما يساهم بشكل مباشر في إطالة العمر التشغيلي واستقرار الإخراج. يشمل السوق المستهدف الرئيسي مصنعي أجهزة التعقيم الاحترافية والاستهلاكية، وأنظمة تنقية المياه، ووحدات تعقيم الهواء حيث يكون انبعاث UVC الموثوق به أمرًا حاسمًا.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يعمل LED عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 300 مللي أمبير. يتراوح جهد التشغيل الأمامي (V_F) ضمن نطاق محدد من 5.0 فولت إلى 8.0 فولت، وهي معلمة حاسمة لتصميم السائق لضمان تنظيم التيار بشكل صحيح. يتم تحديد التدفق الإشعاعي، وهو مقياس إجمالي قدرة الإخراج الضوئي، بحد أدنى 20 مللي واط، ونموذجي 25 مللي واط، وحد أقصى 30 مللي واط تحت ظروف الاختبار القياسية. يتركز الطول الموجي القمة في نطاق 270 نانومتر إلى 285 نانومتر، وهو ضمن النطاق الأكثر فعالية لتعطيل الحمض النووي/الحمض النووي الريبي للكائنات الدقيقة.

2.2 الحدود القصوى المطلقة والخصائص الحرارية

الالتزام بالحدود القصوى المطلقة أمر ضروري لطول عمر الجهاز. الحد الأقصى المسموح به للتيار المباشر المستمر هو 300 مللي أمبير. يمكن للجهاز تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) حتى 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، وهي ميزة موثوقية كبيرة للمناولة والتجميع. الحد الأقصى لدرجة حرارة التقاطع (T_J) مقدر بـ 90 درجة مئوية. المقاومة الحرارية من التقاطع إلى نقطة اللحام (R_th) هي 20 درجة مئوية/واط. هذه القيمة حاسمة لتصميم المشتت الحراري؛ على سبيل المثال، عند تيار التشغيل الكامل 300 مللي أمبير، يمكن أن يصل تبديد الطاقة إلى 2.4 واط (8.0 فولت * 0.3 أمبير)، مما قد يرفع درجة حرارة التقاطع بمقدار 48 درجة مئوية فوق درجة حرارة نقطة اللحام. لذلك، فإن الحفاظ على درجة حرارة منخفضة لنقطة اللحام أمر حيوي للحفاظ على T_Jضمن الحدود الآمنة.

يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، ويتراوح نطاق درجة حرارة التخزين من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، مما يشير إلى ملاءمته لمجموعة متنوعة من الظروف البيئية.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

The product is classified into bins to ensure consistency in application. Understanding these bins is key for design and procurement.

3.1 تصنيف التدفق الإشعاعي

يتم تصنيف التدفق الإشعاعي إلى فئتين: Q4 (20-25 مللي واط) و Q5 (25-30 مللي واط). يجب على المصممين اختيار المجموعة المناسبة بناءً على جرعة الإشعاع المطلوبة لتطبيقهم.

3.2 تصنيف الطول الموجي القمة

يتم التحكم بإحكام في الطول الموجي القمة وتصنيفه على النحو التالي: U27A (270-275 نانومتر)، U27B (275-280 نانومتر)، و U28 (280-285 نانومتر). يمكن أن تختلف الفعالية الجرثومية قليلاً عبر هذا النطاق، لذا قد يكون اختيار المجموعة مهماً لتحسين أداء النظام.

3.3 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف جهد التشغيل الأمامي بزيادات 0.5 فولت من 5.0 فولت إلى 8.0 فولت (مثل 5055 لـ 5.0-5.5 فولت، 5560 لـ 5.5-6.0 فولت، إلخ). هذا في المقام الأول لأغراض كفاءة السائق ولتجميع مصابيح LED ذات خصائص كهربائية متشابهة عند استخدامها في مصفوفات.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 الطيف والتدفق الإشعاعي النسبي مقابل التيار

يظهر منحنى الطيف ذروة انبعاث ضيقة تتمحور حول الطول الموجي المحدد (مثل 270-285 نانومتر)، مع انبعاث جانبي ضئيل، مما يؤكد نقاءه كمصدر UVC. منحنى التدفق الإشعاعي النسبي مقابل التيار الأمامي شبه خطي حتى التصنيف 300 مللي أمبير، مما يشير إلى كفاءة جيدة وتدرج إخراج متوقع مع التيار.

4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي والطول الموجي القمة مقابل التيار

يظهر منحنى I-V الخاصية الأسية النموذجية للدايود. يزداد جهد التشغيل الأمامي مع التيار، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في تصميم سائق التيار الثابت. يظهر منحنى الطول الموجي القمة مقابل التيار تحولاً ضئيلاً (عادةً بضعة نانومترات فقط) عبر نطاق تيار التشغيل، مما يشير إلى أداء طيفي مستقر.

4.3 التخفيض الحراري والتدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة الحرارة

يظهر منحنى التدفق الإشعاعي النسبي مقابل درجة حرارة المحيط معامل درجة الحرارة السالب لإخراج LED. يتناقص التدفق الإشعاعي مع ارتفاع درجة حرارة المحيط (وبالتالي درجة حرارة التقاطع). يحدد منحنى التخفيض بيانياً الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي كدالة لدرجة حرارة المحيط. لمنع تجاوز T_J(max), يجب تقليل تيار التشغيل عند العمل في درجات حرارة محيطية عالية. على سبيل المثال، عند درجة حرارة محيطية 85 درجة مئوية، يكون الحد الأقصى المسموح به للتيار أقل بكثير من 300 مللي أمبير.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 الأبعاد وتكوين الوسادات (Pads)

أبعاد العبوة هي 3.5 مم (طول) × 3.5 مم (عرض) × 0.99 مم (ارتفاع)، مع تسامح ±0.2 مم. يتم تحديد تكوين الوسادات بوضوح: الوسادة 1 هي الأنود (+)، الوسادة 2 هي الكاثود (-)، والوسادة 3 هي وسادة حرارية مخصصة. الوسادة الحرارية ضرورية لنقل الحرارة بكفاءة من شريحة LED إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يجب أن تحتوي تخطيطية PCB على وسادة موصلة حرارياً مقابلة متصلة بمستوى أرضي أو مشتت حراري لتعظيم تبديد الحرارة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الجهاز مناسب لعمليات تقنية التركيب السطحي (SMT). لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين لتجنب الإجهاد الحراري على العبوة السيراميكية والروابط الداخلية. أثناء عملية إعادة التدفق، يجب تجنب الإجهاد الميكانيكي على جسم LED. بعد اللحام، لا ينبغي ثني PCB، لأن ذلك قد يتسبب في تشقق العبوة السيراميكية أو وصلات اللحام. يمكن تطبيق ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية، ولكن يجب التحكم في درجة الحرارة القصوى والوقت فوق نقطة الانصهار وفقًا لمواصفات العبوة السيراميكية (راجع الإرشادات العامة IPC/JEDEC للمكونات السيراميكية إذا لم يتم توفير ملف محدد).

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 شريط وبكرة المصابيح

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز ملفوف على بكرات. الكمية القياسية للتعبئة هي 1000 قطعة لكل بكرة. يتم توفير أبعاد البكرة والشريط لإعداد آلة الاختيار والوضع الآلي.

7.2 الحساسية للرطوبة ووضع العلامات

يتم إغلاق البكرات في أكياس مقاومة للرطوبة من الألومنيوم مع مجفف للحفاظ على الجفاف، حيث قد تكون العبوة السيراميكية حساسة للرطوبة. تحتوي ملصق المنتج على البكرة على معلومات حاسمة بما في ذلك رقم الجزء (P/N)، الكمية (QTY)، ورموز المجموعات المحددة للتدفق الإشعاعي (CAT)، والطول الموجي (HUE)، وجهد التشغيل الأمامي (REF).

7.3 فك تشفير تسمية المنتج

رمز الطلب الكامل، على سبيل المثال UVC3535CZ0315-HUC7085020X80300-1T، هو واصف تفصيلي:UVC(نوع UVC),3535(عبوة 3.5x3.5 مم),C(مادة السيراميك),Z(دايود زينر للحماية من ESD مدمج),03(3 شرائح),15(زاوية رؤية 150°),H(شريحة أفقية),UC(لون UVC),7085(طول موجي 270-285 نانومتر),020(تدفق إشعاعي أدنى 20 مللي واط),X80(جهد تشغيل أمامي 5.0-8.0 فولت),300(تيار تشغيل أمامي 300 مللي أمبير),1(تعبئة 1K قطعة),T(تعبئة شريط).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو التعقيم والتطهير بالأشعة فوق البنفسجية. وهذا يشمل: أجهزة تنقية الهواء الثابتة، معالجة ملفات التكييف والتهوية (HVAC)، وحدات تطهير المياه للاستخدام النقطي أو الأنظمة صغيرة الحجم، معقمات الأسطح للإلكترونيات الاستهلاكية أو المعدات الطبية، وتركيبات جرثومية. زاوية الرؤية الواسعة 150° تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تغطية مساحة بدلاً من شعاع مركز.

8.2 اعتبارات التصميم

تصميم السائق:سائق تيار ثابت إلزامي. يجب أن يكون السائق قادرًا على تقديم ما يصل إلى 300 مللي أمبير واستيعاب نطاق V_Fمن 5.0-8.0 فولت. التيار الزائد أو طفرات الجهد ستؤدي إلى تدهور شديد في عمر LED.
الإدارة الحرارية:هذا هو الجانب الأكثر أهمية في التصميم. استخدم PCB بطبقة نحاسية سميكة (مثل 2 أونصة) وفتحات حرارية تحت الوسادة الحرارية متصلة بمستوى أرضي كبير أو مشتت حراري خارجي. راقب درجة حرارة نقطة اللحام بنشاط واستخدم منحنى التخفيض لضبط تيار التشغيل إذا لزم الأمر.
التصميم البصري:إشعاع UVC ضار للعيون والجلد البشري. يجب أن يحتوي المنتج النهائي على حماية مناسبة لمنع أي تعرض مباشر. يجب أن تكون مادة الغلاف شفافة لـ UVC (مثل الكوارتز المنصهر، زجاج خاص بدرجة UVC) لأن الزجاج القياسي والعديد من البلاستيكيات تحجب UVC.
الامتثال للسلامة:يجب أن تلتزم المنتجات التي تستخدم هذا LED بمعايير السلامة ذات الصلة لمنتجات الليزر والإشعاع.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED UVC منخفضة القدرة التقليدية أو مصابيح الزئبق، تقدم سلسلة UVC3535CZ0315 حلاً ذا حالة صلبة، تشغيل فوري، وخالي من الزئبق. توفر العبوة السيراميكية تمييزًا رئيسيًا عن مصابيح LED البلاستيكية 3535 من خلال تمكين كثافة طاقة أعلى وموثوقية أفضل على المدى الطويل تحت التشغيل بدرجات حرارة عالية. تضيف دايود الزينر المدمج للحماية من ESD حتى 2 كيلو فولت متانة لا توجد دائمًا في المنتجات المنافسة، مما يبسط المناولة والتجميع في سلسلة التوريد.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو العمر الافتراضي النموذجي لهذا LED؟
ج: يُعرَّف عمر LED عادةً على أنه ساعات التشغيل حتى يتدهور التدفق الإشعاعي إلى 70٪ من قيمته الأولية (L70). بالنسبة لمصابيح LED UVC، يعتمد هذا بشدة على تيار التشغيل ودرجة حرارة التقاطع. يمكن أن يؤدي التشغيل عند أو أقل من الظروف الموصى بها مع إدارة حرارية ممتازة إلى تحقيق عمر افتراضي يبلغ آلاف الساعات.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر جهد ثابت؟
ج: لا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. سيؤدي مصدر الجهد الثابت إلى هروب حراري وفشل سريع بسبب معامل درجة الحرارة السالب لـ V_F. استخدم دائمًا سائق تيار ثابت أو دائرة تنظم التيار بنشاط.

س: كيف أفسر رموز المجموعات (Bins) على الملصق؟
ج: يظهر الملصق المجموعات المحددة لمصابيح LED على تلك البكرة. على سبيل المثال، CAT:Q5, HUE:U27B, REF:6570 يعني أن مصابيح LED لها تدفق إشعاعي في مجموعة 25-30 مللي واط (Q5)، وطول موجي قمة 275-280 نانومتر (U27B)، وجهد تشغيل أمامي 6.5-7.0 فولت (6570).

11. دراسة حالة تصميمية عملية

فكر في تصميم وحدة تطهير مياه مدمجة. الهدف هو تحقيق تخفيض 3 لوغاريتمات (99.9٪) للإشريكية القولونية في غرفة تدفق. يتم حساب جرعة UVC المطلوبة بناءً على معدل تدفق الماء، ونفاذية الأشعة فوق البنفسجية للماء، وحساسية الممرض. بناءً على الجرعة، يتم تحديد عدد مصابيح LED وتيار تشغيلها. على سبيل المثال، قد يوفر استخدام 4 مصابيح LED من مجموعة Q5 (25 مللي واط كحد أدنى لكل منها) تعمل عند 250 مللي أمبير (مخفضة قليلاً للموثوقية) الإشعاع اللازم. يتم استخدام PCB رباعي الطبقات مع مستوى نحاسي داخلي 2 أونصة مخصص كمشتت حراري. يتم ترتيب مصابيح LED حول غلاف كوارتز يتدفق الماء من خلاله. يتم اختيار سائق تيار ثابت يقدم 1 أمبير (4 مصابيح LED متوازية بتيار 250 مللي أمبير لكل منها، ولكل منها مقاومة تحديد تيار خاصة للتوازن)، مع جهد دخل يستوعب مجموع أعلى مجموعة V_Fبالإضافة إلى هامش السائق. يوفر مستشعر درجة الحرارة على PCB بالقرب من مصابيح LED ردود فعل لوحدة التحكم الدقيقة، والتي يمكنها تقليل تيار التشغيل إذا تم اكتشاف درجة حرارة عالية، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد.

12. مقدمة عن المبدأ

يتم امتصاص ضوء UVC، تحديدًا في نطاق 260-280 نانومتر، بواسطة الأحماض النووية (DNA و RNA) للكائنات الدقيقة. يسبب هذا الامتصاص تكوين ثنائيات الثايمين في DNA، مما يعطل قدرة الكائن الدقيق على التكاثر وتخليق البروتينات الحيوية، مما يعطله (يقتله) بشكل فعال. يولد هذا LED إشعاع UVC هذا من خلال الإضاءة الكهربائية في مادة شبه موصلة (عادةً نيتريد الألومنيوم جاليوم - AlGaN). عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة لشريحة أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي المحدد بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة.

13. اتجاهات التطوير

يتم دفع سوق LED UVC من خلال الطلب العالمي على حلول التعقيم الخالية من الزئبق، المدمجة، والفورية. تشمل الاتجاهات الرئيسية:زيادة كفاءة الحائط-المقبس (WPE):يهدف البحث المستمر إلى تقليل خسائر تحويل الطاقة الكهربائية إلى بصرية، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة لنفس الإخراج البصري.قدرة إخراج أعلى:يتيح التحسين المستمر في تصميم الشريحة وتقنية التعبئة والتغليف مصابيح LED ذات شريحة واحدة مع تدفق إشعاعي أعلى، مما يقلل عدد مصابيح LED المطلوبة لكل نظام.عمر افتراضي أطول:تعمل التطورات في المواد والتعبئة والتغليف على تحسين موثوقية الجهاز وطول عمره باستمرار، خاصة تحت التشغيل بدرجات حرارة عالية.تقليل التكلفة:مع زيادة أحجام التصنيع ونضج العمليات، تنخفض التكلفة لكل مللي واط من إخراج UVC، مما يجعل التكنولوجيا قابلة للتطبيق لمزيد من التطبيقات الاستهلاكية.تحسين استقرار الطول الموجي:يركز البحث على تقليل تحول الطول الموجي مع درجة الحرارة والعمر الافتراضي لأداء جرثومي أكثر قابلية للتنبؤ.