دیتاشیت LED فرابنفش LTPL-C034UVD385 - 3.8 ولت 600 میلی‌وات 385 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی فرابنفش LTPL-C034UVD385 یک دیود نورافشان (LED) پرتوان فرابنفش (UV) است که برای کاربردهای حرفه‌ای پخت UV و سایر فرآیندهای رایج UV طراحی شده است. این محصول یک راه‌حل روشنایی حالت جامد را ارائه می‌دهد که بازده انرژی بالا، طول عمر عملیاتی طولانی و قابلیت اطمینان ذاتی فناوری LED را با خروجی تابشی بالا ترکیب کرده و جایگزینی مناسب برای منابع نور UV متعارف مانند لامپ‌های بخار جیوه است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این سری LED فرابنفش برای ارائه مزایای قابل توجه نسبت به فناوری‌های سنتی UV طراحی شده است. ویژگی‌های کلیدی شامل مطابقت کامل با RoHS و عاری از سرب است که سازگاری زیست‌محیطی و نظارتی را تضمین می‌کند. به دلیل ماهیت حالت جامد، هزینه‌های عملیاتی و نگهداری کمتری ارائه می‌دهد و نیاز به تعویض مکرر لامپ را حذف و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. این قطعه همچنین با مدارهای مجتمع (I.C.) سازگار است که ادغام آن را در سیستم‌های کنترل الکترونیکی مدرن تسهیل می‌کند. بازار هدف اصلی شامل سیستم‌های صنعتی پخت UV برای مرکب‌ها، پوشش‌ها و چسب‌ها و همچنین تجهیزات علمی، پزشکی و ضدعفونی‌کننده‌ای است که به منبع نور UV-A پایدار 385 نانومتری نیاز دارند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی مشخص‌شده برای LED فرابنفش LTPL-C034UVD385 ارائه می‌دهد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای حداکثر جریان مستقیم پیوسته (If) 500 میلی‌آمپر و حداکثر توان مصرفی (Po) 2 وات درجه‌بندی شده است. محدوده دمای عملیاتی (Topr) از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس و محدوده دمای ذخیره‌سازی (Tstg) وسیع‌تری از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس مشخص شده است. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj) 110 درجه سلسیوس است. عملکرد در این محدوده‌ها برای اطمینان از قابلیت اطمینان و جلوگیری از آسیب دائمی بسیار حیاتی است. دیتاشیت به صراحت در برابر عملکرد طولانی‌مدت در شرایط بایاس معکوس هشدار می‌دهد.

2.2 مشخصات الکترو-اپتیکال

پارامترهای کلیدی در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم 350 میلی‌آمپر اندازه‌گیری و تعریف شده‌اند. ولتاژ مستقیم (Vf) مقدار معمولی 3.8 ولت دارد که در محدوده 2.8 ولت (حداقل) تا 4.4 ولت (حداکثر) قرار می‌گیرد. شار تابشی (Φe) که کل توان نوری خروجی در طیف UV است، مقدار معمولی 600 میلی‌وات (mW) دارد و از 460 میلی‌وات (حداقل) تا 700 میلی‌وات (حداکثر) متغیر است. طول موج اوج (Wp) در ناحیه 385 نانومتر متمرکز است و محدوده بسته‌بندی از 380 نانومتر تا 390 نانومتر است. زاویه دید (2θ1/2) معمولاً 130 درجه است که الگوی تابش را تعریف می‌کند. مقاومت حرارتی از اتصال به کیس (Rthjc) معمولاً 13.2 درجه سلسیوس بر وات است که پارامتری حیاتی برای طراحی مدیریت حرارتی محسوب می‌شود.

2.3 تحلیل مشخصات حرارتی

مقدار مقاومت حرارتی 13.2 درجه سلسیوس بر وات نشان‌دهنده افزایش دما به ازای هر وات توان تلف شده بین اتصال نیمه‌هادی و بدنه بسته‌بندی است. به عنوان مثال، در نقطه عملیاتی معمول 350 میلی‌آمپر و 3.8 ولت (توان ورودی 1.33 وات، با فرض خروجی نوری حدود 600 میلی‌وات که به معنای حدود 730 میلی‌وات حرارت است)، اختلاف دما بین اتصال و بدنه تقریباً 9.6 درجه سلسیوس خواهد بود. استفاده از هیت‌سینک مؤثر برای نگه داشتن دمای اتصال زیر حداکثر مجاز 110 درجه سلسیوس، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا یا در حین کارکرد پیوسته، ضروری است.

3. توضیح سیستم بسته‌بندی (بینینگ)

ال ای دی LTPL-C034UVD385 از یک سیستم بسته‌بندی (بینینگ) برای دسته‌بندی واحدها بر اساس تغییرات کلیدی عملکرد استفاده می‌کند که به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی را انتخاب کنند که با نیازهای خاص کاربرد مطابقت دارند.

3.1 بسته‌بندی ولتاژ مستقیم (Vf)

LEDها در چهار دسته ولتاژ (V0 تا V3) مرتب می‌شوند. دسته‌های V0 کمترین ولتاژ مستقیم (2.8V - 3.2V) را دارند، در حالی که دسته‌های V3 بالاترین ولتاژ (4.0V - 4.4V) را دارند. تلرانس درون یک دسته +/- 0.1V است. این امر تطابق جریان بهتری را هنگامی که چندین LED به صورت سری راه‌اندازی می‌شوند، فراهم می‌کند، زیرا LEDهای یک دسته Vf یکسان افت ولتاژ یکنواخت‌تری خواهند داشت.

3.2 بسته‌بندی شار تابشی (Φe)

توان خروجی نوری در شش دسته، با برچسب R1 تا R6 دسته‌بندی می‌شود. R1 نشان‌دهنده کمترین محدوده خروجی (460mW - 500mW) و R6 نشان‌دهنده بالاترین محدوده (660mW - 700mW) است. تلرانس +/- 10% است. این دسته‌بندی برای کاربردهایی که به شدت UV یکنواخت نیاز دارند، مانند فرآیندهای پخت که دوز تابش یک پارامتر کلیدی است، حیاتی می‌باشد.

3.3 بسته‌بندی طول موج اوج (Wp)

طول موج UV در دو دسته دسته‌بندی می‌شود: P3R (380nm - 385nm) و P3S (385nm - 390nm)، با تلرانس +/- 3nm. طول موج اوج خاص می‌تواند برای کاربردهایی مهم باشد که فوتواینیسیاتورهای خاصی در رزین‌ها یا پوشش‌ها دارای طیف فعال‌سازی بهینه هستند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه است که بینش عمیق‌تری از رفتار دستگاه در شرایط مختلف ارائه می‌دهد.

4.1 شار تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که خروجی نوری (شار تابشی) با افزایش جریان مستقیم افزایش می‌یابد اما کاملاً خطی نیست، به ویژه در جریان‌های بالاتر که بازده ممکن است به دلیل افزایش اثرات حرارتی کاهش یابد. این به طراحان کمک می‌کند تا جریان عملیاتی را انتخاب کنند که بین توان خروجی، بازده و طول عمر تعادل برقرار کند.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

منحنی I-V رابطه نمایی معمول دیودها را نشان می‌دهد. این منحنی برای طراحی صحیح مدار درایور ضروری است. منحنی با دما جابجا می‌شود؛ ولتاژ مستقیم با افزایش دمای اتصال برای یک جریان معین کاهش می‌یابد.

4.3 شار تابشی نسبی در مقابل دمای اتصال

این یکی از حیاتی‌ترین منحنی‌ها برای مدیریت حرارتی است. این منحنی نشان می‌دهد که چگونه توان خروجی نوری با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. حفظ دمای اتصال پایین برای دستیابی به خروجی یکنواخت و بالا و به حداکثر رساندن طول عمر عملیاتی LED بسیار مهم است.

4.4 توزیع طیفی نسبی

این نمودار شدت نور ساطع شده در سراسر طیف UV را به تصویر می‌کشد. این نمودار ماهیت باند باریک خروجی LED را که حول 385 نانومتر متمرکز است، با مشخصه عرض نیم‌ارتفاع (FWHM) معمول فناوری LED تأیید می‌کند. این در تضاد با طیف گسترده لامپ‌های جیوه‌ای سنتی است.

4.5 مشخصات تابش

این نمودار قطبی توزیع فضایی نور (زاویه دید) را به صورت بصری نشان می‌دهد. زاویه دید معمول 130 درجه نشان‌دهنده الگوی تابش گسترده و شبیه لامبرت است که برای روشنایی یکنواخت یک ناحیه مفید است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی

بسته‌بندی LED دارای ابعاد مکانیکی خاصی است که در نقشه‌های دیتاشیت ارائه شده است. تلرانس‌های حیاتی ذکر شده است: بیشتر ابعاد تلرانس ±0.2mm دارند، در حالی که ارتفاع لنز و طول/عرض زیرلایه سرامیکی تلرانس دقیق‌تری معادل ±0.1mm دارند. پد حرارتی در پایین بسته‌بندی به عنوان جدا شده الکتریکی (خنثی) از پدهای الکتریکی آند و کاتد ذکر شده است که این امر چیدمان PCB را برای وایاهای حرارتی ساده می‌کند.

5.2 پد اتصال PCB توصیه شده

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) برای طراحی PCB ارائه شده است. این شامل اندازه و فاصله برای اتصالات آند، کاتد و پد حرارتی است. پیروی از این چیدمان توصیه شده برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم‌کاری، اتصال الکتریکی و مهم‌تر از همه، انتقال حرارت کارآمد از پد حرارتی به صفحه مسی PCB و هر هیت‌سینک زیرین، بسیار حیاتی است.

5.3 شناسایی قطبیت

نمودار دیتاشیت به وضوح پدهای آند و کاتد را نشان می‌دهد. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ رعایت شود تا از اعمال بایاس معکوس که می‌تواند به دستگاه آسیب برساند، جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل لحیم‌کاری رفلو دقیق ارائه شده است که پارامترهای حیاتی مانند پیش‌گرم، خیساندن، دمای اوج رفلو (طبق شرایط آزمایش رفلو، بیش از 260 درجه سلسیوس برای 10 ثانیه نباشد) و نرخ‌های خنک‌سازی را مشخص می‌کند. توضیحات تأکید می‌کنند که تمام دماها به سطح بدنه بسته‌بندی اشاره دارند. فرآیند خنک‌سازی سریع توصیه نمی‌شود. کمترین دمای ممکن لحیم‌کاری که یک اتصال قابل اطمینان ایجاد می‌کند، همیشه مطلوب است تا تنش حرارتی روی LED به حداقل برسد.

6.2 دستورالعمل لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، حداکثر شرایط توصیه شده 300 درجه سلسیوس برای حداکثر 2 ثانیه است و این کار باید فقط یک بار برای هر LED انجام شود. تعداد کل عملیات لحیم‌کاری (رفلو یا دستی) نباید بیش از سه بار باشد.

6.3 احتیاط‌های تمیزکاری و جابجایی

برای تمیزکاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص می‌توانند به بسته‌بندی LED آسیب برسانند. دستگاه باید با دقت جابجا شود تا از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) و آسیب مکانیکی به لنز جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته‌دار و قرقره برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place عرضه می‌شوند. دیتاشیت ابعاد دقیقی را برای هم جیب‌های نوار و هم قرقره استاندارد 7 اینچی ارائه می‌دهد. مشخصات کلیدی شامل موارد زیر است: جیب‌های خالی با نوار پوششی مهر و موم شده‌اند، حداکثر 500 قطعه در هر قرقره و حداکثر دو قطعه مفقود شده متوالی مجاز روی نوار، مطابق با استانداردهای EIA-481-1-B.

7.2 علامت‌گذاری کد بسته

کد دسته‌بندی بسته (برای Vf، Φe و Wp) روی هر کیسه بسته‌بندی علامت‌گذاری شده است که امکان ردیابی و انتخاب گریدهای عملکرد خاص را فراهم می‌کند.

8. پیشنهادات کاربرد

8.1 سناریوهای کاربرد معمول

کاربرد اصلی، پخت UV برای فرآیندهای صنعتی است، از جمله پخت مرکب روی تجهیزات چاپ، پوشش‌ها روی زیرلایه‌های مختلف و چسب‌ها در مونتاژ الکترونیک. سایر کاربردهای بالقوه شامل تحلیل فلورسانس، تشخیص اسکناس و اسناد جعلی و دستگاه‌های درمان پزشکی است که به طول موج‌های خاص UV-A نیاز دارند. ماهیت حالت جامد آن را برای تجهیزات قابل حمل یا روشن‌شونده فوری مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی و الزامات درایور

یک LED یک دستگاه جریان‌محور است. برای اطمینان از شدت یکنواخت و عملکرد پایدار، به ویژه هنگام راه‌اندازی چندین LED، استفاده از یک درایور جریان ثابت اجباری است، نه یک منبع ولتاژ ثابت. درایور باید طوری طراحی شود که جریان مورد نیاز (مثلاً 350mA) را تأمین کند و در عین حال محدوده ولتاژ مستقیم LED(ها) را در خود جای دهد. برای اتصالات سری، ولتاژ درایور باید بیشتر از مجموع حداکثر Vf تمام LEDهای موجود در رشته باشد. اتصال موازی LEDها به طور کلی بدون بالانس جریان جداگانه توصیه نمی‌شود. مدیریت حرارتی حیاتی‌ترین جنبه طراحی مکانیکی است. یک رابط حرارتی با کیفیت بالا و یک هیت‌سینک کافی برای حفظ دمای اتصال در محدوده ایمن، اطمینان از پایداری خروجی و طول عمر طولانی مورد نیاز است.

9. قابلیت اطمینان و آزمایش

دیتاشیت یک برنامه آزمایش قابلیت اطمینان جامع را تشریح می‌کند که استحکام محصول را نشان می‌دهد. آزمایش‌ها شامل عمر عملیاتی دمای پایین، اتاق و بالا (LTOL, RTOL, HTOL)، عمر عملیاتی مرطوب دمای بالا (WHTOL)، شوک حرارتی (TMSK)، مقاومت در برابر حرارت لحیم‌کاری (رفلو) و قابلیت لحیم‌کاری است. تمام آزمایش‌ها تحت شرایط مشخص شده، 0 خرابی از 10 نمونه را نشان دادند. معیار قضاوت یک دستگاه به عنوان خراب پس از آزمایش، تغییر در ولتاژ مستقیم (Vf) بیش از ±10% یا تغییر در شار تابشی (Φe) بیش از ±30% از مقدار معمولی اولیه است.

10. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با منابع نور UV سنتی مانند لامپ‌های قوس جیوه‌ای، این LED فرابنفش مزایای متمایزی ارائه می‌دهد: قابلیت روشن/خاموش فوری، بدون زمان گرم‌شدن، طول عمر بیشتر (معمولاً ده‌ها هزار ساعت)، بازده انرژی بالاتر، عدم محتوای جیوه خطرناک و اندازه فشرده که امکان فرم‌فاکتورهای جدید را فراهم می‌کند. در مقایسه با سایر LEDهای فرابنفش، ترکیب خاص طول موج 385 نانومتر، شار تابشی معمولی بالا (600mW)، زاویه دید گسترده 130 درجه و یک بسته‌بندی مستحکم با پد حرارتی جدا شده برای خنک‌سازی کارآمد، تمایز کلیدی آن را تشکیل می‌دهد. سیستم بسته‌بندی دقیق نیز امکان دقت بالاتر در طراحی سیستم را در مقایسه با گزینه‌های بدون بسته‌بندی یا با بسته‌بندی شل فراهم می‌کند.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: از چه جریان درایوری باید استفاده کنم؟

ج: دستگاه در 350mA مشخصه‌یابی شده است که یک نقطه عملیاتی معمولی است و تعادل خوبی بین خروجی و بازده ارائه می‌دهد. می‌توان آن را تا حداکثر رتبه مطلق 500mA راه‌اندازی کرد، اما این امر دمای اتصال را افزایش داده و ممکن است طول عمر را کاهش دهد؛ مدیریت حرارتی قوی در این حالت ضروری است.

س: چگونه مقدار شار تابشی را تفسیر کنم؟

ج: شار تابشی (Φe) کل توان نوری ساطع شده بر حسب وات (یا میلی‌وات) است که در تمام طول‌موج‌ها اندازه‌گیری می‌شود. برای این LED فرابنفش، نشان‌دهنده توان UV مفید است، نه نور مرئی. این یک متریک کلیدی برای محاسبه دوز تابش (انرژی = توان × زمان) در کاربردهای پخت است.

س: چرا مدیریت حرارتی اینقدر مهم است؟

ج: همانطور که در منحنی \"شار تابشی نسبی در مقابل دمای اتصال\" نشان داده شده است، توان خروجی با افزایش دما کاهش می‌یابد. دمای بیش از حد نیز مکانیسم‌های تخریب داخل LED را تسریع می‌کند و طول عمر آن را به شدت کوتاه می‌کند. مقاومت حرارتی 13.2 درجه سلسیوس بر وات تعیین می‌کند که حرارت چقدر مؤثر می‌تواند دفع شود.

س: آیا می‌توانم از منبع تغذیه ولتاژ ثابت استفاده کنم؟

ج: خیر. ولتاژ مستقیم یک LED با دما و بین واحدهای مختلف تغییر می‌کند. یک منبع ولتاژ ثابت می‌تواند منجر به فرار حرارتی شود، جایی که افزایش جریان باعث گرمای بیشتر می‌شود، که Vf را کاهش می‌دهد و باعث جریان حتی بیشتری شده و به طور بالقوه LED را از بین می‌برد. همیشه از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

12. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک ایستگاه پخت UV رومیزی برای ماسک لحیم PCB.

یک طراح به تابش UV یکنواخت در یک ناحیه 10cm x 10cm نیاز دارد. با استفاده از LTPL-C034UVD385 با زاویه دید 130 درجه آن، می‌توانند ارتفاع لازم و فاصله آرایه LEDها را برای دستیابی به تابندگی یکنواخت محاسبه کنند. آنها LEDهایی را از دسته شار R5 یا R6 برای شدت بالاتر و از همان دسته Vf (مثلاً V1) برای جریان کشی یکنواخت هنگام سیم‌کشی سری انتخاب می‌کنند. یک درایور جریان ثابت که قادر به تأمین کل جریان مورد نیاز برای رشته سری است، انتخاب می‌شود. PCB آلومینیومی با چیدمان پد توصیه شده طراحی می‌شود که شامل یک صفحه مسی بزرگ و وایاهای حرارتی متصل به یک هیت‌سینک خارجی با فن است. پروفیل رفلو از دیتاشیت در دستگاه Pick-and-Place برنامه‌ریزی می‌شود. پس از مونتاژ، ایستگاه پخت فوری و یکنواختی را بدون گرمای زیاد و اوزون مرتبط با لامپ‌های جیوه‌ای ارائه می‌دهد.

13. معرفی اصل عملکرد

یک LED یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ناحیه فعال تعیین می‌شود. برای LTPL-C034UVD385، ترکیبات نیمه‌هادی خاص (معمولاً مبتنی بر آلومینیوم گالیم نیترید - AlGaN) مهندسی شده‌اند تا گافی مطابق با فوتون‌ها در محدوده 385 نانومتر فرابنفش (UV-A) داشته باشند. بسته‌بندی شامل یک اپتیک اولیه (لنز) برای شکل‌دهی به خروجی نور و محافظت از دی نیمه‌هادی است.

14. روندها و چشم‌انداز فناوری

بازار LED فرابنفش توسط حذف جهانی لامپ‌های مبتنی بر جیوه (کنوانسیون میناماتا) و تقاضا برای منابع نور کارآمدتر، فشرده و قابل کنترل هدایت می‌شود. روندهای کلیدی شامل بهبود مستمر در بازده دیوار-پریز (WPE) است که نسبت توان خروجی نوری به توان ورودی الکتریکی است. بازده بالاتر به معنای اتلاف حرارت کمتر برای همان خروجی UV است. همچنین توسعه مداوم برای افزایش حداکثر توان نوری خروجی در هر بسته LED واحد و بهبود قابلیت اطمینان و طول عمر در دماها و جریان‌های عملیاتی بالاتر در جریان است. علاوه بر این، تحقیقات بر گسترش محدوده طول موج‌های موجود، به ویژه در طیف عمیق‌تر UV-C برای کاربردهای ضدعفونی‌کننده متمرکز است، اگرچه مواد متفاوتی مانند آلومینیوم نیترید (AlN) مورد نیاز است. روند به سمت ادغام در سطح سیستم، ترکیب LEDها، درایورها و سنسورها در ماژول‌های هوشمند نیز مشهود است.