دیتاشیت LED فرابنفش LTPL-C034UVD405 - ابعاد 3.5x3.5x1.6mm - ولتاژ معمولی 3.5V - توان تابشی 460-700mW - طول موج اوج 405nm - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری محصولات C03 UV نمایانگر یک منبع نور پیشرفته و بهینه از نظر انرژی است که برای خشک‌کردن UV و کاربردهای عمومی فرابنفش طراحی شده است. این فناوری، طول عمر و قابلیت اطمینان ذاتی دیودهای نورافشان (LED) را با سطوح روشنایی بالایی که به طور سنتی با منابع UV متعارف مرتبط است، ادغام می‌کند. این ادغام، انعطاف‌پذیری طراحی قابل توجهی فراهم کرده و راه‌های جدیدی برای جایگزینی فناوری‌های قدیمی و کم‌بازده UV با نورپردازی حالت جامد UV می‌گشاید.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این محصول برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به تابش فرابنفش دقیق، قابل اطمینان و کارآمد دارند. مزایای اصلی آن شامل سازگاری کامل با سیستم‌های راه‌اندازی مدار مجتمع (I.C.)، رعایت استانداردهای RoHS و تولید بدون سرب (Pb-free) است که به کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگهداری در طول چرخه عمر محصول کمک می‌کند. بازار هدف شامل فرآیندهای خشک‌کردن صنعتی، تجهیزات پزشکی و علمی، تشخیص اسناد جعلی و هر کاربرد دیگری است که در آن قرارگیری کنترل‌شده در معرض UV حیاتی می‌باشد.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

بخش زیر، تحلیل دقیق و عینی پارامترهای فنی کلیدی دستگاه را همان‌گونه که تحت شرایط آزمون استاندارد (Ta=25°C) تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر، محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدوده‌ها یا نزدیک به آن‌ها برای دوره‌های طولانی توصیه نمی‌شود. حداکثر جریان مستقیم DC (If) برابر 500 میلی‌آمپر است. حداکثر توان مصرفی (Po) برابر 2 وات است. دستگاه می‌تواند در محدوده دمای محیطی (Topr) 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس کار کند و در دمای انبارش (Tstg) بین 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود. حداکثر دمای مجاز پیوند (Tj) برابر 110 درجه سلسیوس است. اجتناب از کارکرد LED تحت شرایط بایاس معکوس برای مدت طولانی بسیار حیاتی است، زیرا می‌تواند منجر به خرابی قطعه شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این مشخصات، عملکرد دستگاه را تحت شرایط کاری معمول (If = 350mA) تعریف می‌کنند. ولتاژ آستانه (Vf) از حداقل 2.8 ولت تا حداکثر 4.4 ولت متغیر است، با مقدار معمولی 3.5 ولت. خروجی کل شار تابشی (Φe) که با کره انتگرال‌گیر اندازه‌گیری می‌شود، از 460 میلی‌وات تا 700 میلی‌وات متغیر است، با مقدار معمولی 620 میلی‌وات. طول موج اوج (Wp) بین 400 نانومتر و 410 نانومتر مشخص شده است که آن را به طور قطع در طیف فرابنفش نزدیک قرار می‌دهد. زاویه دید (2θ1/2) معمولاً 130 درجه است که نشان‌دهنده الگوی تابش گسترده است. مقاومت حرارتی از پیوند به بدنه (Rth jc) معمولاً 14.7 درجه سلسیوس بر وات است، با تلرانس اندازه‌گیری ±10%.

2.3 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی مؤثر برای عملکرد و طول عمر LED امری حیاتی است. مقاومت حرارتی مشخص‌شده (Rth jc) معادل 14.7 درجه سلسیوس بر وات، نشان‌دهنده افزایش دما به ازای هر وات توان تلف‌شده بین پیوند نیمه‌هادی و بدنه بسته‌بندی است. مقدار پایین‌تر ترجیح داده می‌شود. این پارامتر، در ترکیب با حداکثر دمای پیوند 110 درجه سلسیوس، الزامات مورد نیاز برای هیت‌سینک در هر کاربرد خاص را دیکته می‌کند تا اطمینان حاصل شود که LED در محدوده عملیاتی ایمن خود کار کرده و خروجی نامی و عمر خود را حفظ می‌کند.

3. توضیح سیستم کدگذاری سطوح (بینینگ)

محصول بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد به سطوح (بین) مختلفی طبقه‌بندی می‌شود تا یکنواختی را برای کاربر نهایی تضمین کند. کد سطح روی هر بسته بسته‌بندی درج شده است.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ آستانه (Vf)

LEDها در جریان آزمون 350mA در چهار سطح ولتاژ (V0, V1, V2, V3) دسته‌بندی می‌شوند. سطوح V0 دارای ولتاژ بین 2.8V تا 3.2V، V1 بین 3.2V تا 3.6V، V2 بین 3.6V تا 4.0V و V3 بین 4.0V تا 4.4V هستند. تلرانس این طبقه‌بندی ±0.1V است. این امر به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با ولتاژهای آستانه بسیار نزدیک به هم را برای اتصال موازی یا تنظیم جریان دقیق انتخاب کنند.

3.2 دسته‌بندی شار تابشی (Φe)

توان خروجی نوری در شش سطح (R1 تا R6) دسته‌بندی می‌شود. R1 نشان‌دهنده پایین‌ترین محدوده خروجی (460-500 mW) و R6 نشان‌دهنده بالاترین محدوده (660-700 mW) است که همگی در 350mA اندازه‌گیری شده‌اند. تلرانس شار تابشی ±10% است. این دسته‌بندی امکان انتخاب بر اساس شدت نور مورد نیاز برای کاربرد را فراهم می‌کند.

3.3 دسته‌بندی طول موج اوج (Wp)

طول موج تابش‌شده در دو سطح اصلی دسته‌بندی می‌شود: P4A (400-405 nm) و P4B (405-410 nm)، با تلرانس ±3nm. این امر برای کاربردهای حساس به طول‌موج‌های خاص UV، مانند آغاز واکنش‌های فوتوشیمیایی خاص در فرآیندهای خشک‌کردن، حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی، بینشی از رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 شار تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی معمولاً یک رابطه زیرخطی را نشان می‌دهد که در آن شار تابشی با افزایش جریان مستقیم افزایش می‌یابد، اما ممکن است در جریان‌های بالاتر اشباع یا افت بازدهی نشان دهد. نقطه عملیاتی دقیق (مثلاً 350mA) باید به گونه‌ای انتخاب شود که خروجی و بازدهی را متعادل کرده و در عین حال در محدوده مقادیر حداکثر مطلق باقی بماند.

4.2 توزیع طیفی نسبی

این نمودار شدت نور تابش‌شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد که حول طول موج اوج (400-410nm) متمرکز است. پهنای باند طیفی را نشان می‌دهد که برای کاربردهایی که خلوص طیفی یا برهمکنش طول موج خاصی مورد نیاز است، مهم می‌باشد.

4.3 مشخصات تابش

این نمودار قطبی، توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد که با زاویه دید 130 درجه مرتبط است. نحوه تابش نور از بسته‌بندی LED را نشان می‌دهد که برای طراحی سیستم نوری به منظور اطمینان از روشنایی صحیح ناحیه هدف حیاتی است.

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

این منحنی بنیادی، رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ آستانه با افزایش جریان، افزایش می‌یابد. شکل این منحنی برای طراحی مدار راه‌انداز مناسب، خواه یک مقاومت محدودکننده جریان ساده باشد یا یک درایور جریان ثابت، ضروری است.

4.5 شار تابشی نسبی در مقابل دمای پیوند

این منحنی حیاتی، تأثیر منفی افزایش دمای پیوند بر خروجی نور را نشان می‌دهد. با افزایش دمای پیوند، شار تابشی کاهش می‌یابد. این موضوع بر اهمیت مدیریت حرارتی مؤثر برای حفظ عملکرد نوری یکنواخت در طول زمان و تحت شرایط محیطی مختلف تأکید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی

دستگاه دارای یک بسته‌بندی سطح‌نصب فشرده است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه و پروفیل لنز می‌شود. تمام ابعاد خطی بر حسب میلی‌متر هستند. تلرانس عمومی ابعاد ±0.2mm است، در حالی که ارتفاع لنز و طول/عرض زیرلایه سرامیکی تلرانس دقیق‌تری معادل ±0.1mm دارند. پد حرارتی در پایین دستگاه از نظر الکتریکی از پدهای آند و کاتد ایزوله (شناور) است، به این معنی که می‌توان آن را مستقیماً به یک صفحه حرارتی PCB برای دفع گرما متصل کرد بدون اینکه اتصال کوتاه الکتریکی ایجاد شود.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

طرح‌ریزی پد اتصال برد مدار چاپی (PCB) توصیه‌شده ارائه شده است تا لحیم‌کاری و عملکرد حرارتی مناسب تضمین شود. طراحی شامل پدهای جداگانه برای آند و کاتد و همچنین یک پد بزرگتر برای اتصال حرارتی است. جهت‌دهی صحیح قطبیت در حین مونتاژ برای عملکرد دستگاه ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دقیق لحیم‌کاری رفلو توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل پیش‌گرم، خیس‌اندن، دمای اوج رفلو و نرخ‌های خنک‌سازی است. حداکثر دمای اوج (اندازه‌گیری شده روی سطح بدنه بسته‌بندی) باید کنترل شود. فرآیند خنک‌سازی سریع توصیه نمی‌شود. توصیه می‌شود کمترین دمای ممکن لحیم‌کاری که یک اتصال قابل اطمینان ایجاد می‌کند، استفاده شود. دستگاه می‌تواند حداکثر سه چرخه رفلو را تحمل کند. لحیم‌کاری دستی، در صورت لزوم، باید به حداکثر 300 درجه سلسیوس و نه بیشتر از 2 ثانیه محدود شود و فقط یک بار اعمال گردد.

6.2 ملاحظات تمیزکاری و جابجایی

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های الکلی مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به بسته‌بندی LED آسیب برسانند. در حین جابجایی باید ملاحظات عمومی ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها در نوار حامل برجسته‌دار که با یک نوار پوشش بالا مهر و موم شده است، عرضه می‌شوند. نوار روی قرقره‌ها پیچیده می‌شود. یک قرقره استاندارد 7 اینچی می‌تواند حداکثر 500 قطعه را در خود جای دهد. بسته‌بندی مطابق با مشخصات EIA-481-1-B است. طبق مشخصات، حداکثر دو جیب قطعه متوالی روی نوار ممکن است خالی باشد.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این LED فرابنفش برای انواع کاربردها از جمله، اما نه محدود به موارد زیر مناسب است: خشک‌کردن UV چسب‌ها، مرکب‌ها و پوشش‌ها؛ برانگیختن فلورسانس برای تحلیل یا بازرسی؛ تجهیزات پزشکی و بیولوژیکی؛ سیستم‌های تصفیه هوا و آب؛ و تشخیص اسناد جعلی (مانند تأیید ویژگی‌های امنیتی).

8.2 ملاحظات طراحی و روش راه‌اندازی

LED یک دستگاه جریان‌محور است. برای اطمینان از شدت یکنواخت هنگامی که چندین LED به صورت موازی در یک کاربرد واحد متصل می‌شوند، اکیداً توصیه می‌شود که یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر LED گنجانده شود. این امر تغییرات جزئی در ولتاژ آستانه (Vf) بین دستگاه‌های منفرد را جبران می‌کند و از پدیده "هوگینگ جریان" که در آن یک LED جریان بیشتری نسبت به سایرین می‌کشد، جلوگیری کرده و در نتیجه از روشنایی ناهموار و تنش بیش از حد احتمالی جلوگیری می‌کند. یک مدار درایور جریان ثابت، راه‌حل بهینه برای راه‌اندازی یک یا چند LED به صورت سری است که عملکردی پایدار بدون توجه به تغییرات ولتاژ آستانه ارائه می‌دهد.

9. قابلیت اطمینان و آزمون

دستگاه تحت یک برنامه آزمون جامع قابلیت اطمینان قرار می‌گیرد تا استحکام آن تضمین شود. آزمون‌ها شامل عمر عملیاتی دمای پایین (LTOL در 30- درجه سلسیوس)، عمر عملیاتی دمای اتاق (RTOL)، عمر عملیاتی دمای بالا (HTOL در 85 درجه سلسیوس)، عمر عملیاتی دمای بالا و رطوبت بالا (WHTOL در 60 درجه سلسیوس/60% رطوبت نسبی)، شوک حرارتی (TMSK از 40- درجه سلسیوس تا 125 درجه سلسیوس)، مقاومت در برابر حرارت لحیم‌کاری (شبیه‌سازی رفلو) و آزمون قابلیت لحیم‌کاری است. معیارهای قبولی/رد خاص بر اساس تغییرات ولتاژ آستانه (در محدوده ±10%) و شار تابشی (در محدوده ±15%) پس از آزمون تعریف شده است. تمام آزمون‌های عمر با دستگاه نصب‌شده روی یک هیت‌سینک حرارتی انجام می‌شود.

10. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با منابع نور UV سنتی مانند لامپ‌های بخار جیوه، این راه‌حل LED حالت جامد مزایای متمایزی ارائه می‌دهد: قابلیت روشن/خاموش فوری بدون زمان گرم‌شدن، عمر عملیاتی به مراتب طولانی‌تر (اغلب ده‌ها هزار ساعت)، بازده انرژی بالاتر که توان الکتریکی بیشتری را به نور UV مفید تبدیل می‌کند، عدم وجود مواد خطرناکی مانند جیوه، اندازه فشرده که امکان فرم‌فاکتورهای جدید را فراهم می‌کند و خروجی طیفی دقیق. در گذشته، اصلی‌ترین معاوضه، توان نوری کل پایین‌تر بود، اما LEDهای فرابنفش پرتوان مدرن مانند این سری، این شکاف را برای بسیاری از کاربردها در حال پر کردن هستند.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

11.1 تفاوت بین شار تابشی (mW) و شار نوری (lm) چیست؟

شار تابشی (Φe) کل توان نوری تابش‌شده در تمام جهات را بر حسب وات اندازه‌گیری می‌کند. این معیار صحیح برای LEDهای فرابنفش است زیرا انرژی واقعی UV را کمّی می‌کند. شار نوری (لومن) روشنایی درک‌شده توسط چشم انسان را که توسط منحنی پاسخ فوتوپیک وزن‌دهی شده است، اندازه‌گیری می‌کند و برای منابع UV غیرمرئی قابل اعمال نیست.

11.2 چگونه سطح (بین) صحیح را برای کاربرد خود انتخاب کنم؟

سطح ولتاژ (Vf) را بر اساس طراحی مدار درایور خود و نیاز به تطبیق جریان در رشته‌های موازی انتخاب کنید. سطح شار تابشی (Φe) را بر اساس شدت یا تابندگی مورد نیاز در هدف خود انتخاب کنید. اگر فرآیند شما به یک قله طیفی خاص حساس است (مثلاً 405nm در مقابل 400nm)، سطح طول موج (Wp) را انتخاب کنید.

11.3 چرا مدیریت حرارتی اینقدر حیاتی است؟

دمای بالای پیوند به طور مستقیم خروجی نور را کاهش می‌دهد (همان‌گونه که در منحنی‌های عملکرد نشان داده شده است) و مکانیسم‌های تخریب درون نیمه‌هادی را تسریع می‌کند که به شدت عمر عملیاتی دستگاه را کوتاه می‌کند. هیت‌سینک مناسب برای عملکرد قابل اطمینان و بلندمدت غیرقابل مذاکره است.

12. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک PCB برای یک نقطه خشک‌کن UV چند LED.یک طراح نیاز به ایجاد یک آرایه از 10 LED برای یک کاربرد خشک‌کردن ناحیه کوچک دارد. بر اساس دیتاشیت: 1) آنها LEDهایی را از یک سطح Vf و Φe یکسان برای یکنواختی انتخاب می‌کنند. 2) آنها PCB را با طرح پد توصیه‌شده طراحی می‌کنند و پدهای حرارتی را به یک ناحیه مسی بزرگ روی برد که به وایاهایی برای دفع گرما به لایه پایین یا یک هیت‌سینک خارجی متصل است، وصل می‌کنند. 3) آنها تصمیم می‌گیرند LEDها را با یک درایور جریان ثابت تنظیم‌شده روی 350mA راه‌اندازی کنند. از آنجایی که می‌خواهند همه 10 LED را به صورت موازی برای روشنایی یکنواخت متصل کنند، همان‌گونه که توصیه شده است، یک مقاومت محدودکننده جریان کوچک و جداگانه (مثلاً 1 اهم) را به صورت سری با هر LED قرار می‌دهند تا تغییرات Vf را جبران کنند. 4) آنها در حین مونتاژ از دستورالعمل‌های پروفیل رفلو پیروی می‌کنند. 5) در فریم‌ور محصول نهایی، در صورت متغیر بودن شرایط محیطی، ممکن است یک الگوریتم نظارت بر دما یا کاهش رتبه (دریتینگ) را بر اساس منحنی "شار تابشی نسبی در مقابل دمای پیوند" پیاده‌سازی کنند.

13. معرفی اصل عملکرد

این دستگاه یک دیود نورافشان نیمه‌هادی (LED) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بین آند و کاتد اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص فوتون‌های تابش‌شده (در این مورد، حدود 405nm، در طیف فرابنفش-A) توسط انرژی گاف نواری مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ساختار تراشه (معمولاً بر پایه آلومینیوم گالیم نیترید - AlGaN) تعیین می‌شود. نور تولیدشده سپس توسط لنز یکپارچه بسته‌بندی شکل داده شده و تابش می‌شود.

14. روندهای فناوری

حوزه LEDهای فرابنفش با تحقیق و توسعه مستمری مشخص می‌شود که هدف آن افزایش بازده دیوار-پریز (توان نوری خروجی / توان الکتریکی ورودی)، دستیابی به توان خروجی بالاتر از یک دستگاه منفرد یا بسته‌بندی کوچک‌تر، گسترش عمر عملیاتی و پیش‌بردن طول‌موج‌های تابش به عمق بیشتر در طیف UV-C (برای کاربردهای ضدعفونی‌کننده) با بازده بهبودیافته است. همچنین روندی به سمت بسته‌بندی‌های پیچیده‌تر برای افزایش استخراج نور و عملکرد حرارتی وجود دارد. تلاش برای جایگزینی لامپ‌های UV مبتنی بر جیوه در تمام کاربردها، همچنان یک نیروی بازار عمده است که توسط مقررات زیست‌محیطی و مزایای عملکردی نورپردازی حالت جامد پشتیبانی می‌شود.