دیتاشیت LED مدل UVC3535CZ0115 - بسته‌بندی سرامیکی 3.5x3.5x1.0 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 5.0-8.0 ولت - توان 0.13 وات - طول موج 270-285 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری UVC3535CZ0115 نمایانگر یک راه‌حل LED مبتنی بر سرامیک با قابلیت اطمینان بالا است که به‌طور خاص برای کاربردهای فرابنفش C (UVC) طراحی شده است. این محصول برای ارائه عملکردی پایدار در محیط‌های سخت، جایی که اثربخشی استریلیزاسیون از اهمیت بالایی برخوردار است، طراحی شده است. ساختار هسته آن از یک زیرلایه سرامیکی بهره می‌برد که مدیریت حرارتی برتری نسبت به بسته‌بندی‌های پلاستیکی سنتی ارائه می‌دهد و منجر به افزایش طول عمر و خروجی نوری پایدار می‌شود. این سری برای کاربردهایی که به یک منبع UVC فشرده و در عین حال قدرتمند نیاز دارند، مناسب است و ابعاد کوچک 3.5x3.5 میلی‌متری را با ویژگی‌های الکتریکی و نوری قوی ترکیب می‌کند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

ویژگی‌های تعیین‌کننده این سری LED مستقیماً به مناسب بودن آن برای سیستم‌های UV درجه حرفه‌ای کمک می‌کند. خروجی UVC با توان بالا ویژگی اصلی است که امکان عمل ضد میکروبی مؤثر را فراهم می‌کند. ماده بسته‌بندی سرامیکی یک مزیت حیاتی است که اتلاف حرارت عالی ارائه می‌دهد و به حفظ دمای اتصال در محدوده ایمن کمک می‌کند و در نتیجه از کاهش زودرس شار نوری جلوگیری می‌کند. محافظت داخلی ESD تا 2 کیلوولت (HBM) دستگاه را در برابر رویدادهای تخلیه الکترواستاتیک رایج در حین جابجایی و مونتاژ محافظت می‌کند. زاویه دید گسترده 150 درجه پوشش تابشی وسیع و یکنواختی را تضمین می‌کند. علاوه بر این، مطابقت با استانداردهای RoHS، REACH و بدون هالوژن، این محصول را برای بازارهای جهانی با مقررات سختگیرانه زیست‌محیطی مناسب می‌سازد.

1.2 کاربردهای هدف

کاربرد اصلی سری UVC3535CZ0115، استریلیزاسیون و ضدعفونی UV است. این شامل، اما نه محدود به، سیستم‌های تصفیه آب، دستگاه‌های ضدعفونی هوا، تجهیزات ضدعفونی سطوح برای مصارف پزشکی و مصرفی، و محفظه‌های استریلیزاسیون برای ابزارهای کوچک یا وسایل شخصی می‌شود. محدوده طول موج 270-285 نانومتر به‌طور خاص با آسیب رساندن به DNA و RNA میکروارگانیسم‌ها، در غیرفعال کردن آن‌ها مؤثر است.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

این بخش یک تحلیل عینی و دقیق از پارامترهای فنی کلیدی ذکر شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد و اهمیت آن‌ها را برای مهندسان طراح توضیح می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر مقادیر مجاز مطلق، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط کارکرد عادی نیستند.

• حداکثر جریان مستقیم DC (I_F):100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مطلق است که LED می‌تواند به‌طور لحظه‌ای تحمل کند. کارکرد مداوم باید به‌طور قابل توجهی کمتر از این مقدار باشد، معمولاً در مقدار توصیه شده 20 میلی‌آمپر.
• حداکثر مقاومت ESD (V_B):2000 ولت (مدل بدن انسان). این نشان‌دهنده سطح خوبی از محافظت داخلی در برابر تخلیه الکترواستاتیک است که برای جابجایی قطعه در حین تولید حیاتی است.
• حداکثر دمای اتصال (T_J):100 درجه سلسیوس. دمای خود تراشه نیمه‌هادی نباید از این حد فراتر رود. فراتر رفتن از T_Jحداکثر به شدت طول عمر را کاهش می‌دهد و می‌تواند باعث خرابی فوری شود.
• مقاومت حرارتی (R_th):20 درجه سلسیوس بر وات. این پارامتر میزان اثربخشی انتقال حرارت از تراشه (اتصال) به پد لحیم‌کاری یا بدنه را کمّی می‌کند. مقدار کمتر بهتر است. با 20 درجه سلسیوس بر وات، به ازای هر وات توان تلف شده، دمای اتصال 20 درجه سلسیوس بالاتر از دمای پد افزایش می‌یابد.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:40- تا 85+ درجه سلسیوس (کارکرد)، 40- تا 100+ درجه سلسیوس (ذخیره‌سازی). این محدوده‌ها اطمینان می‌دهند که دستگاه می‌تواند در انواع مختلفی از شرایط محیطی کار کند و ذخیره شود.

2.2 ویژگی‌های نورسنجی و الکتریکی

جدول کد سفارش، معیارهای کلیدی عملکرد را تحت شرایط آزمایش معمولی ارائه می‌دهد.

• شار تابشی:حداقل 1 میلی‌وات، معمول 2 میلی‌وات، حداکثر 2.5 میلی‌وات. این کل توان نوری خروجی در طیف UVC است که بر حسب میلی‌وات اندازه‌گیری می‌شود. این پارامتر حیاتی برای سنجش اثربخشی استریلیزاسیون است، نه روشنایی بصری.
• طول موج پیک:270-285 نانومتر. این طول موجی است که LED در آن بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند. اثربخشی ضد میکروبی در حدود 265 نانومتر به اوج می‌رسد، بنابراین این محدوده بسیار مؤثر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):5.0-8.0 ولت در I_F=20 میلی‌آمپر. این برای یک LED نسبتاً بالا است که مشخصه فناوری نیمه‌هادی UVC می‌باشد. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایور می‌تواند این محدوده ولتاژ را تأمین کند.
• جریان مستقیم (I_F):20 میلی‌آمپر. این جریان راه‌اندازی توصیه شده برای دستیابی به شار تابشی و طول عمر مشخص شده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. UVC3535CZ0115 از سه معیار دسته‌بندی مستقل استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شار تابشی

LEDها بر اساس حداقل خروجی شار تابشی آن‌ها در دسته‌های Q0A (1-1.5 میلی‌وات)، Q0B (1.5-2 میلی‌وات) و Q0C (2-2.5 میلی‌وات) دسته‌بندی می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد دسته‌ای را انتخاب کنند که حداقل توان نوری مورد نیاز آن‌ها را برآورده کند و به طور بالقوه هزینه را بهینه کند.

3.2 دسته‌بندی طول موج پیک

طول موج در سه محدوده دسته‌بندی می‌شود: U27A (270-275 نانومتر)، U27B (275-280 نانومتر) و U28 (280-285 نانومتر). برای کاربردهای حساس به یک طول موج خاص برای حداکثر بازدهی ضد میکروبی، مشخص کردن دسته مناسب مهم است.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ در گام‌های 0.5 ولت از 5.0 ولت تا 8.0 ولت دسته‌بندی می‌شود (مثلاً 5055 برای 5.0-5.5 ولت، 7580 برای 7.5-8.0 ولت). این برای طراحی درایورهای جریان ثابت حیاتی است، زیرا دانستن محدوده V_Fبه تعیین ولتاژ تطبیق لازم درایور کمک می‌کند و بر بازدهی و انتخاب قطعات تأثیر می‌گذارد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

منحنی‌های مشخصه معمولی، بینشی از نحوه رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 طیف و توان نوری

منحنی طیف، یک پیک در محدوده 270-285 نانومتر با عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) معمولی حدود 10-15 نانومتر نشان می‌دهد که برای LEDهای UVC استاندارد است. منحنی شار تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم زیرخطی است؛ خروجی با جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است کاملاً متناسب نباشد و راه‌اندازی بالاتر از جریان توصیه شده منجر به بازدهی کاهش‌یافته و حرارت بیش از حد می‌شود.

4.2 رفتار الکتریکی و حرارتی

منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I-V) رابطه نمایی معمول دیودها را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم با جریان افزایش می‌یابد. طول موج پیک با افزایش جریان حداقل جابجایی را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده پایداری طیفی خوب است. منحنی کاهش رتبه حیاتی است: نشان می‌دهد که حداکثر جریان مستقیم مجاز باید با افزایش دمای محیط کاهش یابد تا از فراتر رفتن دمای اتصال از 100 درجه سلسیوس جلوگیری شود. به عنوان مثال، در دمای محیط 85 درجه سلسیوس، حداکثر جریان به طور قابل توجهی کمتر از دمای 25 درجه سلسیوس است.

4.3 عملکرد حرارتی

منحنی شار تابشی نسبی در مقابل دمای محیط، تأثیر منفی حرارت بر خروجی را نشان می‌دهد. با افزایش دما، شار تابشی کاهش می‌یابد. این اثر خاموش‌کنندگی حرارتی، اهمیت طراحی حرارتی مؤثر PCB و هیت‌سینک را برای حفظ عملکرد بهینه تأکید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد مکانیکی

LED دارای ابعاد فشرده 3.5x3.5 میلی‌متر با ارتفاع 1.0 میلی‌متر (تلرانس ±0.2 میلی‌متر) است. نقشه فنی طرح دقیق پدها و ابعاد را مشخص می‌کند. پد 1 آند (+)، پد 2 کاتد (-) و پد 3 یک پد حرارتی اختصاصی است. پد حرارتی برای انتقال حرارت از بدنه سرامیکی به PCB ضروری است. الگوی لند توصیه شده روی PCB باید به این پیکربندی پدها نزدیک باشد تا اطمینان از لحیم‌کاری و هدایت حرارتی مناسب حاصل شود.

5.2 الگوی تابش

نمودار قطبی یک الگوی تابش شبه لامبرتی معمولی با زاویه دید 150 درجه (2θ_1/2) را نشان می‌دهد. شدت در 0 درجه (عمود بر سطح تابش) بیشترین است و به سمت لبه‌ها کاهش می‌یابد. این زاویه گسترده برای کاربردهایی که نیاز به پوشش سطحی دارند و نه یک پرتو متمرکز، مفید است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 فرآیند لحیم‌کاری رفلو

UVC3535CZ0115 برای فرآیندهای استاندارد فناوری نصب سطحی (SMT) طراحی شده است. دیتاشیت توصیه می‌کند که لحیم‌کاری رفلو نباید بیش از دو بار انجام شود تا از تنش حرارتی بیش از حد روی بسته‌بندی سرامیکی و اتصالات داخلی جلوگیری شود. پروفایل‌های استاندارد رفلو بدون سرب با دمای پیک معمولاً زیر 260 درجه سلسیوس قابل اعمال هستند، اما پروفایل خاص باید تأیید شود. باید از اعمال تنش روی LED در حین گرمایش (مثلاً از خمش برد) اجتناب کرد. پس از لحیم‌کاری، خم کردن PCB باید به حداقل برسد تا از تنش مکانیکی روی اتصالات لحیم جلوگیری شود.

6.2 ذخیره‌سازی و جابجایی

قطعات در کیسه‌های مقاوم در برابر رطوبت با ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند تا از جذب رطوبت جلوگیری شود که می‌تواند باعث \"پاپ کورن شدن\" در حین رفلو شود. پس از باز شدن کیسه مهر و موم شده، قطعات باید در یک بازه زمانی مشخص (معمولاً 168 ساعت در شرایط کارخانه) استفاده شوند یا قبل از رفلو مطابق با دستورالعمل‌های استاندارد IPC/JEDEC پخته شوند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها روی نوار حامل برجسته که روی قرقره‌های 7 اینچی یا 13 اینچی پیچیده شده‌اند، عرضه می‌شوند. مقدار بسته‌بندی استاندارد 1000 عدد در هر قرقره است. ابعاد نوار (اندازه حفره، گام) مشخص شده است تا با تجهیزات استاندارد برداشت و قراردادن SMT سازگار باشد.

7.2 نام‌گذاری محصول (کد سفارش)

کد سفارش کامل، به عنوان مثال UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T، یک رشته ساختاریافته است که تمام مشخصات کلیدی را کدگذاری می‌کند:

UVC: نوع محصول.

3535: اندازه بسته‌بندی.

C: ماده سرامیکی.

Z: حاوی دیود زنر برای محافظت ESD.

01: 1 تراشه LED.

15: زاویه دید 150 درجه.

H: ساختار تراشه افقی.

UC: رنگ UVC.

7085: کد دسته طول موج (270-285 نانومتر).

001: کد دسته شار تابشی (حداقل 1 میلی‌وات).

X80: کد دسته ولتاژ مستقیم (5.0-8.0 ولت).

020: جریان مستقیم (20 میلی‌آمپر).

1: کد مقدار بسته‌بندی (1000 عدد).

T: بسته‌بندی نوار.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 طراحی مدار درایور

یک درایور جریان ثابت برای راه‌اندازی این LED اجباری است. با توجه به ولتاژ مستقیم بالا (5-8 ولت) و جریان کم (20 میلی‌آمپر)، درایور باید با دقت انتخاب شود. می‌توان از تنظیم‌کننده‌های خطی جریان ثابت یا درایورهای LED سوئیچینگ استفاده کرد، با اطمینان از اینکه ولتاژ تطبیق خروجی از حداکثر V_Fدسته انتخاب شده فراتر رود. مدیریت حرارتی روی PCB غیرقابل مذاکره است. از یک PCB با ضخامت و مساحت کافی مس استفاده کنید، پد حرارتی را با استفاده از چندین وایای حرارتی به یک صفحه زمین بزرگ متصل کنید و جریان هوای کلی سیستم یا هیت‌سینک را در نظر بگیرید.

8.2 ملاحظات ایمنی و طول عمر

تابش UVC برای چشم و پوست مضر است. طراحی محصول نهایی باید شامل ویژگی‌های ایمنی مانند سوئیچ‌های قفل ایمنی، محافظ و برچسب‌های هشدار برای جلوگیری از قرارگیری کاربر باشد. طول عمر LEDهای UVC معمولاً به عنوان زمان تا زمانی که شار تابشی به درصد معینی (مثلاً 70% یا 50%) از مقدار اولیه آن کاهش یابد، تعریف می‌شود. راه‌اندازی در جریان توصیه شده یا کمتر و حفظ دمای اتصال پایین از طریق طراحی حرارتی خوب، عوامل اصلی در حداکثر کردن طول عمر عملیاتی هستند.

9. مقایسه و تمایز فنی

UVC3535CZ0115 از طریق بسته‌بندی سرامیکی خود متمایز می‌شود که عملکرد حرارتی و قابلیت اطمینان برتری نسبت به بسته‌بندی‌های SMD پلاستیکی رایج برای LEDهای مرئی ارائه می‌دهد. دیود زنر یکپارچه برای محافظت ESD، استحکام را افزایش می‌دهد. زاویه دید 150 درجه گسترده‌تر از برخی LEDهای UVC رقابتی است که ممکن است پرتوهای متمرکزتری داشته باشند. دسته‌بندی سه‌بعدی دقیق (شار، طول موج، ولتاژ)، کنترل دقیقی بر پارامترهای عملکردی محصول نهایی به طراحان ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: طول عمر معمول این LED چقدر است؟

ج: طول عمر به شدت به جریان راه‌اندازی و دمای کارکرد بستگی دارد. هنگامی که در جریان توصیه شده 20 میلی‌آمپر کار می‌کند و دمای اتصال پایین نگه داشته می‌شود (مثلاً زیر 85 درجه سلسیوس)، می‌توان انتظار طول عمر 10000 ساعت یا بیشتر تا L70 (70% شار اولیه) را داشت. به منحنی کاهش رتبه و دستورالعمل‌های مدیریت حرارتی مراجعه کنید.

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک منبع ولتاژ ثابت جریان را تنظیم نمی‌کند و منجر به فرار حرارتی و خرابی سریع می‌شود. همیشه از یک درایور جریان ثابت مناسب استفاده کنید.

س: چگونه دسته مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کنم؟

ج: دسته شار تابشی (Q0A/B/C) را بر اساس حداقل توان نوری مورد نیاز خود انتخاب کنید. دسته طول موج (U27A/B, U28) را اگر کاربرد شما برای یک زیرمحدوده خاص بهینه شده است، انتخاب کنید. دسته ولتاژ (5055...7580) برای طراحی درایور مهم است؛ می‌توانید برای بدترین حالت (بالاترین) ولتاژ در دسته انتخاب شده خود طراحی کنید.

س: آیا به لنز نیاز است؟

ج: برای اکثر کاربردهای استریلیزاسیون که نیاز به پوشش سطحی است، الگوی داخلی 150 درجه کافی است. برای کاربردهای پرتو متمرکز، ممکن است از یک لنز خارجی کوارتز یا لنز تخصصی شفاف به UVC استفاده شود. لنزهای استاندارد آکریلیک یا پلی‌کربنات نور UVC را مسدود می‌کنند.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک ضدعفونی‌کننده آب قابل حمل

یک طراح در حال ساخت یک بطری آب UV با باتری است. او UVC3535CZ0115 را به دلیل اندازه فشرده و توان آن انتخاب می‌کند. او دسته شار Q0C (2-2.5 میلی‌وات) را انتخاب می‌کند تا دوز کافی برای حجم کم آب تضمین شود. یک PCB با یک صفحه مس بزرگ متصل به پد حرارتی طراحی می‌کند. یک درایور جریان ثابت مبدل تقویت‌کننده انتخاب می‌شود تا 20 میلی‌آمپر را از یک باتری لیتیوم‌یون 3.7 ولتی تأمین کند، با قابلیت ولتاژ خروجی بیش از 8 ولت. LED در داخل یک آستین کوارتز در مسیر جریان آب قرار می‌گیرد. قفل‌های ایمنی اطمینان می‌دهند که LED فقط زمانی که بطری مهر و موم شده است، کار می‌کند.

12. معرفی اصل عملکرد

LEDهای UVC بر اساس اصل الکترولومینسانس در مواد نیمه‌هادی، به ویژه آلیاژهای نیترید گالیم آلومینیوم (AlGaN) کار می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج این فوتون‌ها توسط انرژی شکاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. برای تابش UVC در حدود 270 نانومتر، محتوای آلومینیوم بالا در لایه AlGaN مورد نیاز است. بسته‌بندی سرامیکی به عنوان یک محفظه محکم، رسانای حرارتی و هرمتیک عمل می‌کند که تراشه نیمه‌هادی حساس را از عوامل محیطی محافظت می‌کند و به طور مؤثر حرارت را دفع می‌کند.

13. روندهای توسعه

بازار LEDهای UVC توسط تقاضای جهانی برای ضدعفونی بدون مواد شیمیایی هدایت می‌شود. روندهای کلیدی شامل افزایش بازده دیوار به پریز (توان نوری خروجی به ازای توان الکتریکی ورودی) است که مصرف انرژی و تولید حرارت را کاهش می‌دهد. تلاش‌های مداومی برای کاهش هزینه به ازای هر میلی‌وات توان نوری در جریان است. تحقیقات همچنین بر بهبود طول عمر و قابلیت اطمینان دستگاه متمرکز است. علاوه بر این، توسعه LEDها در طول موج‌های حتی کوتاه‌تر (مثلاً Far-UVC 222 نانومتر) یک حوزه فعال تحقیقاتی است که وعده ضدعفونی بالقوه ایمن‌تری برای فضاهای اشغال‌شده را می‌دهد. یکپارچه‌سازی در سطح سیستم، مانند ماژول‌های درایور روی برد، نیز برای ساده‌سازی طراحی محصول نهایی رایج‌تر می‌شود.