دیتاشیت LED فرابنفش C UVC3535CZ0315 - ابعاد 3.5x3.5x0.99 میلی‌متر - ولتاژ 5.0-8.0 ولت - سری 2.4 وات - طول موج 270-285 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری UVC3535CZ0315 نمایانگر یک راه‌حل LED مبتنی بر سرامیک با قابلیت اطمینان بالا است که به‌طور خاص برای کاربردهای چالش‌برانگیز فرابنفش (UVC) مهندسی شده است. این محصول برای ارائه عملکردی پایدار در محیط‌هایی طراحی شده که اثربخشی میکروب‌زدایی از اهمیت بالایی برخوردار است. مزیت اصلی آن در بسته‌بندی مستحکم سرامیکی نهفته است که مدیریت حرارتی برتری نسبت به بسته‌بندی‌های پلاستیکی سنتی ارائه می‌دهد و مستقیماً به طول عمر عملیاتی بیشتر و خروجی پایدار کمک می‌کند. بازار هدف اصلی شامل سازندگان دستگاه‌های ضدعفونی حرفه‌ای و مصرفی، سیستم‌های تصفیه آب و واحدهای استریلیزاسیون هوا می‌شود که در آن‌ها تابش قابل اطمینان UVC حیاتی است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نورسنجی و الکتریکی

این LED در جریان مستقیم (I_F) 300 میلی‌آمپر کار می‌کند. ولتاژ مستقیم (V_F) در محدوده مشخص‌شده 5.0 تا 8.0 ولت است که پارامتری حیاتی برای طراحی درایور جهت اطمینان از تنظیم جریان مناسب می‌باشد. شار تابشی، که معیار توان نوری خروجی کل است، با حداقل 20 میلی‌وات، مقدار معمول 25 میلی‌وات و حداکثر 30 میلی‌وات تحت شرایط آزمایش استاندارد مشخص شده است. طول موج پیک در محدوده 270 تا 285 نانومتر متمرکز است که در مؤثرترین باند برای اختلال در DNA/RNA میکروارگانیسم‌ها قرار دارد.

2.2 حداکثر مقادیر مجاز و ویژگی‌های حرارتی

رعایت حداکثر مقادیر مجاز برای طول عمر دستگاه ضروری است. حداکثر جریان مستقیم مجاز DC برابر 300 میلی‌آمپر است. دستگاه می‌تواند در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) تا 2000 ولت (مدل بدن انسان) مقاومت کند که ویژگی مهمی برای قابلیت اطمینان در جابجایی و مونتاژ است. حداکثر دمای پیوند (T_J) در 90 درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است. مقاومت حرارتی از پیوند تا نقطه لحیم‌کاری (R_th) برابر 20 درجه سانتی‌گراد بر وات است. این مقدار برای طراحی هیت‌سینک حیاتی است؛ به عنوان مثال، در جریان درایو کامل 300 میلی‌آمپر، اتلاف توان می‌تواند تا 2.4 وات (8.0V * 0.3A) باشد و به طور بالقوه دمای پیوند را تا 48 درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای نقطه لحیم‌کاری افزایش دهد. بنابراین، حفظ دمای پایین نقطه لحیم‌کاری برای نگه داشتن T_Jدر محدوده ایمن حیاتی است.

محدوده دمای عملیاتی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد است که نشان‌دهنده مناسب بودن برای انواع گسترده‌ای از شرایط محیطی می‌باشد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

محصول به منظور اطمینان از یکنواختی در کاربرد، در دسته‌های مختلف طبقه‌بندی می‌شود. درک این دسته‌ها کلیدی برای طراحی و تأمین است.

3.1 دسته‌بندی شار تابشی

شار تابشی در دو دسته طبقه‌بندی می‌شود: Q4 (25-20 میلی‌وات) و Q5 (30-25 میلی‌وات). طراحان باید بر اساس دوز تابش مورد نیاز برای کاربرد خود، دسته مناسب را انتخاب کنند.

3.2 دسته‌بندی طول موج پیک

طول موج پیک به طور دقیق کنترل و به شرح زیر دسته‌بندی می‌شود: U27A (275-270 نانومتر)، U27B (280-275 نانومتر) و U28 (285-280 نانومتر). اثربخشی میکروب‌زدایی می‌تواند در این محدوده کمی متفاوت باشد، بنابراین انتخاب دسته ممکن است برای عملکرد بهینه سیستم مهم باشد.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در بازه‌های 0.5 ولتی از 5.0 تا 8.0 ولت دسته‌بندی می‌شود (به عنوان مثال، 5055 برای 5.5-5.0 ولت، 5560 برای 6.0-5.5 ولت و غیره). این امر عمدتاً برای ملاحظات راندمان درایور و گروه‌بندی LEDهایی با ویژگی‌های الکتریکی مشابه هنگام استفاده در آرایه‌ها است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 طیف و شار تابشی نسبی در مقابل جریان

منحنی طیف، یک پیک تابش باریک را نشان می‌دهد که حول طول موج مشخص‌شده (مثلاً 285-270 نانومتر) متمرکز است و حداقل تابش باند جانبی دارد که خلوص آن را به عنوان یک منبع UVC تأیید می‌کند. منحنی شار تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم تا مقدار نامی 300 میلی‌آمپر تقریباً خطی است که نشان‌دهنده راندمان خوب و مقیاس‌پذیری قابل پیش‌بینی خروجی با جریان است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم و طول موج پیک در مقابل جریان

منحنی I-V مشخصه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم با افزایش جریان افزایش می‌یابد که باید در طراحی درایور جریان ثابت در نظر گرفته شود. منحنی طول موج پیک در مقابل جریان، حداقل جابجایی (معمولاً تنها چند نانومتر) در محدوده جریان عملیاتی نشان می‌دهد که نشان‌دهنده عملکرد طیفی پایدار است.

4.3 کاهش توان حرارتی و شار تابشی نسبی در مقابل دما

منحنی شار تابشی نسبی در مقابل دمای محیط، ضریب دمایی منفی خروجی LED را نشان می‌دهد. با افزایش دمای محیط (و در نتیجه دمای پیوند)، شار تابشی کاهش می‌یابد. منحنی کاهش توان به صورت گرافیکی حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف می‌کند. برای جلوگیری از تجاوز از T_J(max)، جریان درایو باید هنگام کار در دمای محیط بالا کاهش یابد. به عنوان مثال، در دمای محیط 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان مجاز به طور قابل توجهی کمتر از 300 میلی‌آمپر است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و پیکربندی پد

ابعاد بسته‌بندی 3.5 میلی‌متر (طول) در 3.5 میلی‌متر (عرض) در 0.99 میلی‌متر (ارتفاع) با تلرانس ±0.2 میلی‌متر است. پیکربندی پد به وضوح تعریف شده است: پد 1 آند (+)، پد 2 کاتد (-) و پد 3 یک پد حرارتی اختصاصی است. پد حرارتی برای انتقال کارآمد گرما از دی LED به برد مدار چاپی (PCB) ضروری است. طرح PCB باید یک پد هدایت حرارتی متناظر داشته باشد که به صفحه زمین یا هیت‌سینک متصل شده باشد تا اتلاف حرارت به حداکثر برسد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این دستگاه برای فرآیندهای فناوری نصب سطحی (SMT) مناسب است. لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از دو بار انجام شود تا از تنش حرارتی روی بسته‌بندی سرامیکی و اتصالات داخلی جلوگیری شود. در طول فرآیند ریفلو، باید از اعمال تنش مکانیکی بر بدنه LED اجتناب کرد. پس از لحیم‌کاری، PCB نباید خم شود، زیرا این کار می‌تواند باعث ترک خوردن بسته‌بندی سرامیکی یا اتصالات لحیم شود. پروفایل‌های استاندارد ریفلو بدون سرب قابل اعمال هستند، اما دمای پیک و زمان بالاتر از نقطه ذوب باید مطابق با مشخصات بسته‌بندی سرامیکی کنترل شود (در صورت عدم ارائه پروفایل خاص، به دستورالعمل‌های عمومی IPC/JEDEC برای قطعات سرامیکی مراجعه کنید).

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 نوار حامل و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته‌دار که روی قرقره پیچیده شده‌اند عرضه می‌شوند. مقدار بسته‌بندی استاندارد 1000 عدد در هر قرقره است. ابعاد قرقره و نوار برای تنظیم دستگاه پیک اند پلیس خودکار ارائه شده است.

7.2 حساسیت به رطوبت و برچسب‌گذاری

قرقره‌ها در کیسه‌های ضد رطوبت آلومینیومی با ماده جاذب رطوبت مهر و موم می‌شوند تا خشکی حفظ شود، زیرا بسته‌بندی سرامیکی ممکن است به رطوبت حساس باشد. برچسب محصول روی قرقره حاوی اطلاعات حیاتی از جمله شماره قطعه (P/N)، مقدار (QTY) و کدهای دسته خاص برای شار تابشی (CAT)، طول موج (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) است.

7.3 رمزگشایی نامگذاری محصول

کد سفارش کامل، به عنوان مثال UVC3535CZ0315-HUC7085020X80300-1T، یک توصیف‌گر دقیق است:UVC(نوع UVC)،3535(بسته‌بندی 3.5x3.5 میلی‌متر)،C(جنس سرامیک)،Z(دیود زنر یکپارچه برای محافظت در برابر ESD)،03(3 چیپ)،15(زاویه دید 150 درجه)،H(چیپ افقی)،UC(رنگ UVC)،7085(طول موج 285-270 نانومتر)،020(حداقل شار تابشی 20 میلی‌وات)،X80(ولتاژ مستقیم 8.0-5.0 ولت)،300(جریان مستقیم 300 میلی‌آمپر)،1(بسته‌بندی 1K عدد)،T(بسته‌بندی نوار).

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی، استریلیزاسیون و ضدعفونی UV است. این شامل موارد زیر می‌شود: تصفیه‌کننده‌های هوای ثابت، تصفیه کویل‌های HVAC، واحدهای ضدعفونی آب برای سیستم‌های نقطه مصرف یا مقیاس کوچک، ضدعفونی‌کننده‌های سطحی برای لوازم الکترونیکی مصرفی یا تجهیزات پزشکی و چراغ‌های میکروب‌زد. زاویه دید وسیع 150 درجه آن را برای کاربردهایی که نیاز به پوشش منطقه‌ای دارند و نه یک پرتو متمرکز، مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی

طراحی درایور:استفاده از یک درایور جریان ثابت اجباری است. درایور باید قادر به تأمین تا 300 میلی‌آمپر و تطبیق با محدوده V_F 8.0-5.0 ولت باشد. جریان بیش از حد یا اسپایک‌های ولتاژ به شدت طول عمر LED را کاهش می‌دهد.
مدیریت حرارتی:این مهم‌ترین جنبه طراحی است. از یک PCB با لایه مسی ضخیم (مثلاً 2 اونس) و وایاهای حرارتی در زیر پد حرارتی که به یک صفحه زمین بزرگ یا یک هیت‌سینک خارجی متصل شده‌اند، استفاده کنید. دمای نقطه لحیم‌کاری را به طور فعال نظارت کرده و در صورت لزوم از منحنی کاهش توان برای تنظیم جریان درایو استفاده کنید.
طراحی نوری:تابش UVC برای چشم و پوست انسان مضر است. محصول نهایی باید دارای محافظ مناسب باشد تا از هرگونه مواجهه مستقیم جلوگیری کند. جنس محفظه باید شفاف به UVC باشد (مانند کوارتز ذوب‌شده، شیشه مخصوص درجه UVC) زیرا شیشه استاندارد و بسیاری از پلاستیک‌ها UVC را مسدود می‌کنند.
انطباق ایمنی:محصولاتی که از این LED استفاده می‌کنند باید با استانداردهای ایمنی پرتو و محصولات لیزری مرتبط مطابقت داشته باشند.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای UVC کم‌توان سنتی یا لامپ‌های جیوه‌ای، سری UVC3535CZ0315 یک راه‌حل حالت جامد، روشن‌شونده فوری و بدون جیوه ارائه می‌دهد. بسته‌بندی سرامیکی با امکان چگالی توان بالاتر و قابلیت اطمینان بلندمدت بهتر تحت کارکرد دمای بالا، تمایز کلیدی از LEDهای پلاستیکی 3535 ایجاد می‌کند. دیود زنر یکپارچه برای محافظت ESD تا 2 کیلوولت، استحکامی را اضافه می‌کند که همیشه در محصولات رقیب یافت نمی‌شود و جابجایی زنجیره تأمین و مونتاژ را ساده می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: طول عمر معمول این LED چقدر است؟
پ: طول عمر LED معمولاً به عنوان ساعات کارکرد تا زمانی که شار تابشی به 70٪ از مقدار اولیه خود (L70) کاهش یابد تعریف می‌شود. برای LEDهای UVC، این امر به شدت به جریان درایو و دمای پیوند بستگی دارد. کارکرد در شرایط توصیه‌شده یا پایین‌تر با مدیریت حرارتی عالی می‌تواند طول عمری در حد هزاران ساعت به همراه داشته باشد.

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟
پ: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک منبع ولتاژ ثابت به دلیل ضریب دمایی منفی V_F منجر به فرار حرارتی و خرابی سریع می‌شود. همیشه از یک درایور جریان ثابت یا مداری که به طور فعال جریان را تنظیم می‌کند استفاده کنید.

س: چگونه کدهای دسته روی برچسب را تفسیر کنم؟
پ: برچسب، دسته‌های خاص LEDهای روی آن قرقره را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، CAT:Q5, HUE:U27B, REF:6570 به این معنی است که LEDها دارای شار تابشی در دسته 30-25 میلی‌وات (Q5)، طول موج پیک 280-275 نانومتر (U27B) و ولتاژ مستقیم 7.0-6.5 ولت (6570) هستند.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

طراحی یک ماژول فشرده ضدعفونی آب را در نظر بگیرید. هدف دستیابی به کاهش 3 لگاریتمی (9.99٪) E. coli در یک محفظه جریان‌گذر است. دوز UVC مورد نیاز بر اساس نرخ جریان آب، عبوردهی UV آب و حساسیت پاتوژن محاسبه می‌شود. بر اساس دوز، تعداد LEDها و جریان درایو آنها تعیین می‌شود. به عنوان مثال، استفاده از 4 LED از دسته Q5 (هر کدام حداقل 25 میلی‌وات) که با 250 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شوند (کمی کاهش‌یافته برای قابلیت اطمینان) ممکن است تابش مورد نیاز را تأمین کند. از یک PCB 4 لایه با یک صفحه مسی داخلی 2 اونسی اختصاص‌یافته به عنوان پخش‌کننده حرارتی استفاده می‌شود. LEDها در اطراف یک آستین کوارتزی که آب از داخل آن جریان می‌یابد چیده شده‌اند. یک درایور جریان ثابت که 1 آمپر تأمین می‌کند (4 LED موازی هر کدام 250 میلی‌آمپر، هر کدام با مقاومت محدودکننده جریان خود برای تعادل) انتخاب می‌شود، با ولتاژ ورودی که مجموع بالاترین دسته V_F به اضافه سربار درایور را در بر می‌گیرد. یک سنسور دما روی PCB نزدیک LEDها فیدبکی به میکروکنترلر ارائه می‌دهد که در صورت تشخیص دمای بالا می‌تواند جریان درایو را کاهش دهد و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین کند.

12. معرفی اصل عملکرد

نور UVC، به طور خاص در محدوده 280-260 نانومتر، توسط اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) میکروارگانیسم‌ها جذب می‌شود. این جذب باعث تشکیل دیمرهای تیمین در DNA می‌شود که توانایی میکروارگانیسم برای تکثیر و سنتز پروتئین‌های حیاتی را مختل می‌کند و به طور مؤثری آن را غیرفعال (می‌کشد). این LED این تابش UVC را از طریق الکترولومینانس در یک ماده نیمه‌هادی (معمولاً آلومینیوم گالیم نیترید - AlGaN) تولید می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال چیپ نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج خاص توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود.

13. روندهای توسعه

بازار LEDهای UVC توسط تقاضای جهانی برای راه‌حل‌های ضدعفونی بدون جیوه، فشرده و فوری هدایت می‌شود. روندهای کلیدی شامل موارد زیر است:افزایش راندمان دیوار-پریز (WPE):تحقیقات جاری با هدف کاهش تلفات تبدیل توان الکتریکی به نوری در حال انجام است که منجر به مصرف برق و تولید گرمای کمتر برای همان خروجی نوری می‌شود.توان خروجی بالاتر:بهبود مستمر در طراحی چیپ و فناوری بسته‌بندی، LEDهای تک‌چیپی با شار تابشی بالاتر را ممکن می‌سازد و تعداد LEDهای مورد نیاز در هر سیستم را کاهش می‌دهد.طول عمر بیشتر:پیشرفت در مواد و بسته‌بندی به طور پیوسته قابلیت اطمینان و طول عمر دستگاه را بهبود می‌بخشد، به ویژه تحت کارکرد دمای بالا.کاهش هزینه:با افزایش حجم تولید و بلوغ فرآیندها، هزینه هر میلی‌وات خروجی UVC در حال کاهش است و این فناوری را برای کاربردهای مصرفی بیشتر مقرون به صرفه می‌سازد.بهبود پایداری طول موج:تحقیقات بر روی به حداقل رساندن جابجایی طول موج در طول دما و عمر برای عملکرد میکروب‌زدایی قابل پیش‌بینی‌تر متمرکز است.