دیتاشیت فنی LED فرابنفش LTPL-C034UVD375 - ابعاد 3.7x3.7x1.6mm - ولتاژ 3.7V - توان 2W - طول موج اوج 375nm

1. مرور کلی محصول

این محصول یک دیود نورافشان فرابنفش (UV LED) با بازدهی بالا است که عمدتاً برای فرآیندهای پخت UV و سایر کاربردهای رایج فرابنفش طراحی شده است. این محصول یک راه‌حل نورپردازی حالت جامد است که با هدف جایگزینی منابع نوری فرابنفش مرسوم، طول عمر طولانی و قابلیت اطمینان ذاتی فناوری LED را با سطوح روشنایی رقابتی ترکیب می‌کند. این امر انعطاف‌پذیری طراحی بیشتری را ممکن ساخته و فرصت‌های جدیدی در کاربردهای نیازمند تابش فرابنفش ایجاد می‌کند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

این قطعه مزایای متمایز متعددی نسبت به منابع فرابنفش سنتی ارائه می‌دهد:

• سازگاری با مدارهای مجتمع (IC):LED به گونه‌ای طراحی شده که به راحتی توسط مدارهای الکترونیکی استاندارد راه‌اندازی و کنترل شود.
• انطباق محیط زیستی:این محصول مطابق با RoHS بوده و با فرآیندهای بدون سرب تولید می‌شود.
• بازده عملیاتی:به دلیل ماهیت بهینه در مصرف انرژی، به کاهش هزینه‌های کلی عملیاتی کمک می‌کند.
• کاهش تعمیر و نگهداری:طول عمر طولانی LEDها به طور قابل توجهی دفعات و هزینه‌های مرتبط با تعویض لامپ و نگهداری را کاهش می‌دهد.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• جریان مستقیم DC (If):500 میلی‌آمپر (حداکثر)
• مصرف توان (Po):2 وات (حداکثر)
• محدوده دمای کاری (Topr):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس
• محدوده دمای انبارش (Tstg):55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس
• دمای پیوند (Tj):110 درجه سلسیوس (حداکثر)

نکته مهم:کارکرد طولانی مدت در شرایط بایاس معکوس می‌تواند منجر به خرابی قطعه شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که در Ta=25°C و جریان مستقیم (If) برابر با 350mA اندازه‌گیری شده‌اند که به نظر می‌رسد نقطه کاری توصیه شده باشد.

• ولتاژ مستقیم (Vf):مقدار معمول 3.7 ولت است، با محدوده‌ای از 2.8 ولت (حداقل) تا 4.4 ولت (حداکثر).
• شار تابشی (Φe):این کل توان نوری خروجی در طیف فرابنفش است. مقدار معمول 470 میلی‌وات است، با محدوده‌ای از 350 میلی‌وات (حداقل) تا 590 میلی‌وات (حداکثر).
• طول موج اوج (λp):طول موجی که در آن LED بیشترین توان را ساطع می‌کند. محدوده آن از 370 نانومتر تا 380 نانومتر است و حول 375 نانومتر متمرکز است.
• زاویه دید (2θ1/2):تقریباً 130 درجه، که نشان‌دهنده یک الگوی تابش گسترده است.
• مقاومت حرارتی (Rthjc):مقاومت حرارتی پیوند به بدنه معمولاً 14.7 درجه سلسیوس بر وات است. این پارامتر برای طراحی مدیریت حرارتی حیاتی است، زیرا نشان می‌دهد حرارت چقدر مؤثر می‌تواند از تراشه LED دور شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

LEDها بر اساس عملکرد به دسته‌هایی (بین) تقسیم می‌شوند تا یکنواختی تضمین شود. کد دسته بر روی بسته‌بندی درج شده است.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (Vf)

LEDها بر اساس ولتاژ مستقیم آنها در 350mA به چهار دسته ولتاژ (V0 تا V3) دسته‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال، دسته V1 شامل LEDهایی با Vf بین 3.2V تا 3.6V است. تلرانس +/- 0.1V است.

3.2 دسته‌بندی شار تابشی (Φe)

توان نوری خروجی از R2 (350-380 mW) تا R9 (560-590 mW) دسته‌بندی شده است. به نظر می‌رسد دسته معمول R5 (440-470 mW) باشد. تلرانس +/- 10% است.

3.3 دسته‌بندی طول موج اوج (Wp)

طول موج فرابنفش به دو گروه دسته‌بندی شده است: P3P (370-375 nm) و P3Q (375-380 nm). تلرانس +/- 3 nm است. این امکان انتخاب برای کاربردهای حساس به طول موج‌های خاص فرابنفش را فراهم می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 شار تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

شار تابشی با افزایش جریان مستقیم افزایش می‌یابد اما به صورت خطی نیست. طراحان باید خروجی نوری مورد نظر را با توان الکتریکی ورودی و حرارت تولید شده متعادل کنند. کارکرد به میزان قابل توجهی بالاتر از 350mA ممکن است بازده و طول عمر را کاهش دهد.

4.2 توزیع طیفی نسبی

این منحنی طیف انتشار را نشان می‌دهد، که اوج در ناحیه 375nm (UVA) و پهنای باند طیفی را تأیید می‌کند. این برای کاربردهایی که خلوص طیفی یا انرژی فوتون خاصی حیاتی است، مهم می‌باشد.

4.3 الگوی تابش

نمودار قطبی زاویه دید 130 درجه را نشان می‌دهد و توزیع شدت را ترسیم می‌کند. این برای طراحی اپتیک به منظور جمع‌آوری، موازی‌سازی یا متمرکز کردن نور فرابنفش بر روی ناحیه هدف حیاتی است.

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

این منحنی بنیادی رابطه نمایی معمول دیودها را نشان می‌دهد. نقطه کاری (مثلاً 350mA، ~3.7V) جایی است که قطعه مشخصه‌یابی شده است. این منحنی در طراحی مدار درایو جریان مناسب کمک می‌کند.

4.5 شار تابشی نسبی در مقابل دمای پیوند

این نمودار تأثیر منفی افزایش دمای پیوند بر خروجی نور را نشان می‌دهد. با افزایش دما، شار تابشی کاهش می‌یابد. بنابراین، هیت سینک مؤثر برای حفظ عملکرد نوری پایدار و بالا ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی

ابعاد پایه بسته‌بندی تقریباً 3.7mm x 3.7mm است. ابعاد کلیدی شامل ارتفاع لنز و اندازه زیرلایه سرامیکی می‌شود که تلرانس‌های تنگ‌تری (±0.1mm) نسبت به سایر ویژگی‌ها (±0.2mm) دارند. پد حرارتی از نظر الکتریکی از آند و کاتد ایزوله است، که امکان اتصال آن به یک هیت سینک برای مدیریت حرارتی بدون ایجاد اتصال کوتاه الکتریکی را فراهم می‌کند.

5.2 پد اتصال PCB توصیه شده

یک طرح لند پترن برای برد مدار چاپی (PCB) ارائه شده است. این شامل پدهای دو اتصال الکتریکی (آند و کاتد) و پد حرارتی مرکزی بزرگتر است. طراحی صحیح پد برای لحیم‌کاری قابل اطمینان و انتقال حرارت مؤثر از بسته LED به PCB حیاتی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دمایی-زمانی دقیق برای لحیم‌کاری رفلو ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل دمای اوج 260 درجه سلسیوس اندازه‌گیری شده روی بدنه بسته است، با زمانی بالاتر از 240 درجه سلسیوس که از 30 ثانیه تجاوز نکند. نرخ خنک‌سازی کنترل شده توصیه می‌شود. لحیم‌کاری دستی امکان‌پذیر است اما باید به 300 درجه سلسیوس و حداکثر 2 ثانیه، و تنها یک بار محدود شود.

6.2 نکات مهم مونتاژ

• لحیم‌کاری رفلو حداکثر باید سه بار انجام شود.
• حداقل دمای لحیم‌کاری ممکن که یک اتصال قابل اطمینان ایجاد کند، مطلوب است.
• لحیم‌کاری غوطه‌وری یک روش مونتاژ توصیه شده یا تضمین شده برای این قطعه نیست.
• تمیزکاری باید فقط با حلال‌های الکلی مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) انجام شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به بسته آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات بر روی نوار حامل برجسته‌دار که با نوار پوششی مهر و موم شده است، عرضه می‌شوند. نوار بر روی قرقره‌های 7 اینچی پیچیده می‌شود، با حداکثر 500 قطعه در هر قرقره. برای مقادیر کمتر، بسته حداقل 100 قطعه موجود است. بسته‌بندی مطابق با استانداردهای EIA-481-1-B است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

• پخت UV:پخت چسب، خشک کردن مرکب، پلیمریزاسیون رزین در فرآیندهای تولید.
• پزشکی و علمی:آنالیز فلورسانس، استریلیزاسیون (در جایی که طول موج مناسب است)، فتوتراپی.
• صنعتی:بازرسی، تشخیص جعل، سنسورهای نوری.

8.2 ملاحظات طراحی

• روش درایو:LEDها قطعات جریان‌محور هستند. استفاده از یک منبع جریان ثابت به شدت توصیه می‌شود تا خروجی نوری پایدار تضمین شده و از فرار حرارتی جلوگیری شود، زیرا ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است.
• مدیریت حرارتی:با توجه به شار تابشی معمول 470mW و توان کل حدود 1.3W (350mA * 3.7V)، بیش از 0.8W به صورت حرارت تلف می‌شود. با مقاومت حرارتی 14.7°C/W، دمای پیوند حدود 11.8°C بالاتر از دمای بدنه افزایش خواهد یافت. هیت سینک کافی برای نگه داشتن دمای پیوند زیر، مثلاً 85°C در محیط 40°C، اجباری است تا قابلیت اطمینان حفظ شود.
• اپتیک:پرتو گسترده 130 درجه ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، رفلکتورها) داشته باشد تا الگوی روشنایی مورد نظر بر روی هدف حاصل شود.
• ایمنی:تابش فرابنفش، به ویژه در محدوده UVA، می‌تواند برای چشم و پوست مضر باشد. محفظه‌های محافظتی مناسب و هشدارهای ایمنی در طراحی نهایی محصول ضروری است.

9. قابلیت اطمینان و آزمون

یک برنامه آزمون قابلیت اطمینان جامع مستند شده است، شامل:

• آزمون‌های عمر کاری در دمای پایین، اتاق و بالا.
• آزمون عمر کاری در دمای بالا و رطوبت.
• آزمون شوک حرارتی.
• آزمون‌های قابلیت لحیم‌کاری و مقاومت در برابر حرارت لحیم‌کاری.

همه آزمون‌ها گزارش صفر خرابی از نمونه‌ها را نشان دادند که نشان‌دهنده ساختار قوی و قابلیت اطمینان محصول است. معیار قضاوت برای خرابی قطعه، تغییر ولتاژ مستقیم بیش از ±10% یا تغییر شار تابشی بیش از ±30% از مقادیر اولیه است.

10. مقایسه و جایگاه فنی

این LED فرابنفش خود را به عنوان جایگزینی بهینه از نظر انرژی برای منابع فرابنفش مرسوم مانند لامپ‌های بخار جیوه معرفی می‌کند. تمایزهای کلیدی شامل:

• روشن/خاموش فوری:برخلاف لامپ‌هایی که نیاز به گرم شدن/خنک شدن دارند، LEDها بلافاصله به خروجی کامل می‌رسند.
• طول عمر:طول عمر LEDها معمولاً به مراتب از لامپ‌های قوس الکتریکی بیشتر است.
• ابعاد فشرده و آزادی طراحی:فرم فاکتور کوچک امکان ادغام در دستگاه‌های کوچکتر را فراهم کرده و پیکربندی آرایه‌ای برای شدت بیشتر یا پوشش ناحیه وسیع‌تر را ممکن می‌سازد.
• طیف باریک:اوج انتشار نسبتاً باریک حول 375nm می‌تواند برای فرآیندهای تنظیم شده بر روی آن طول موج کارآمدتر باشد و در مقایسه با منابع پهن‌باند، انرژی هدررفته را کاهش دهد.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

11.1 جریان کاری توصیه شده چیست؟

دیتاشیت این قطعه را در 350mA مشخصه‌یابی کرده است، که به احتمال زیاد جریان کاری معمول توصیه شده است (این مقدار زیر حداکثر مطلق 500mA است). کارکرد در این جریان، عملکرد بهینه و قابلیت اطمینان تأیید شده توسط آزمون‌های عمر را تضمین می‌کند.

11.2 چگونه دسته مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کنم؟

بر اساس نیازهای سیستم خود انتخاب کنید: -دسته Vf:بر طراحی درایور و ولتاژ منبع تغذیه تأثیر می‌گذارد. دسته‌های تنگ‌تر، تقسیم جریان یکنواخت‌تر در آرایه‌های موازی را تضمین می‌کنند. -دسته Φe:توان نوری را تعیین می‌کند. برای شدت بیشتر، یک دسته بالاتر (مثلاً R6، R7) را انتخاب کنید. -دسته Wp:برای فرآیندهای با حساسیت طیفی خاص حیاتی است. در صورت نیاز P3P یا P3Q را انتخاب کنید.

11.3 چرا مدیریت حرارتی اینقدر مهم است؟

دمای پیوند بالا مستقیماً خروجی نور را کاهش می‌دهد (همانطور که در منحنی‌های عملکرد نشان داده شده) و تخریب LED را تسریع می‌کند و طول عمر آن را کوتاه می‌کند. مقدار مقاومت حرارتی (14.7°C/W) این چالش را کمّی می‌کند؛ یک مسیر مقاومت حرارتی پایین‌تر از پیوند به محیط اطراف ضروری است.

12. موردکاوی طراحی و استفاده عملی

مورد: طراحی یک چراغ نقطه‌ای پخت UV

1. مشخصات:هدف رساندن بیش از 400mW نور فرابنفش 375nm بر روی یک نقطه به قطر 10mm برای پخت چسب‌ها است.
2. انتخاب LED:یک LED از دسته شار R5 (440-470mW) یا بالاتر انتخاب کنید تا توان کافی پس از تلفات اپتیکی تضمین شود.
3. مدار درایو:یک درایور جریان ثابت تنظیم شده روی 350mA با حاشیه ولتاژ مناسب (مثلاً منبع تغذیه 5V برای یک LED با ~3.7V) طراحی کنید.
4. طراحی حرارتی:LED را بر روی یک PCB با هسته فلزی (MCPCB) یا یک هیت سینک اختصاصی نصب کنید. مقاومت حرارتی هیت سینک مورد نیاز را برای نگه داشتن دمای پیوند زیر، مثلاً 85°C در محیط 40°C محاسبه کنید.
5. اپتیک:از یک لنز موازی‌ساز یا فوکوس کننده در جلوی LED استفاده کنید تا پرتو گسترده 130 درجه را در نقطه کوچک مورد نظر متمرکز کند.
6. ادغام:مجموعه را در یک محفظه مستحکم از نظر مکانیکی و رسانای حرارتی قرار دهید، با قفل‌های ایمنی برای جلوگیری از قرارگیری در معرض نور فرابنفش.

13. معرفی اصول عملکرد

این قطعه یک منبع نور نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها درون ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. مواد نیمه‌هادی خاص (معمولاً شامل آلومینیوم گالیم نیترید - AlGaN) به گونه‌ای مهندسی شده‌اند که شکاف انرژی با انرژی فوتون در طیف فرابنفش (حدود 375nm یا 3.31 eV) مطابقت داشته باشد. نور تولید شده از طریق لنز بسته‌بندی استخراج می‌شود.

14. روندهای توسعه

حوزه LEDهای فرابنفش به طور فعال در حال تحول است. روندها شامل:

• افزایش بازده:تحقیقات جاری با هدف بهبود بازده دیوار به پریز (تبدیل توان الکتریکی به نوری) LEDهای فرابنفش، به ویژه در باند UVC با طول موج کوتاه‌تر برای کاربردهای ضدعفونی، در حال انجام است.
• چگالی توان بالاتر:توسعه تراشه‌ها و بسته‌بندی‌هایی که قادر به تحمل جریان درایو بالاتر و اتلاف حرارت بیشتر هستند، منجر به شار تابشی بیشتر از یک المنت منفرد می‌شود.
• بهبود قابلیت اطمینان:پیشرفت‌ها در مواد و فناوری‌های بسته‌بندی همچنان به افزایش طول عمر عملیاتی و پایداری ادامه می‌دهند.
• کاهش هزینه:با افزایش حجم تولید و بلوغ فرآیندها، انتظار می‌رود هزینه به ازای هر میلی‌وات خروجی UV کاهش یابد، که این امر پذیرش LEDهای فرابنفش نسبت به فناوری‌های سنتی را بیشتر تسریع خواهد کرد.