دیتاشیت ال‌ای‌دی UVC سری ELUC3535NUB - ابعاد 3.5x3.5x1.3 میلی‌متر - ولتاژ 5.0-7.5 ولت - توان 0.13 وات - طول موج 270-285 نانومتر - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری ELUC3535NUB نمایانگر یک راه‌حل ال‌ای‌دی مبتنی بر سرامیک با قابلیت اطمینان بالا است که به‌طور خاص برای کاربردهای فرابنفش نوع C (UVC) طراحی شده است. این محصول برای ارائه عملکردی پایدار در محیط‌های سخت، جایی که اثربخشی میکروب‌زدایی از اهمیت بالایی برخوردار است، طراحی شده است. ساختار اصلی آن از یک زیرلایه سرامیکی بهره می‌برد که مدیریت حرارتی برتری نسبت به بسته‌بندی‌های پلاستیکی سنتی ارائه می‌دهد؛ عاملی حیاتی برای حفظ طول عمر ال‌ای‌دی و پایداری خروجی در کاربردهای UVC.

بازار هدف اصلی این قطعه، بخش ضدعفونی و استریلیزاسیون است. این شامل کاربردهایی مانند سیستم‌های تصفیه آب، دستگاه‌های پاک‌سازی هوا، تجهیزات ضدعفونی سطوح و استریلیزاسیون ابزار پزشکی می‌شود. طراحی محصول بر عواملی تمرکز دارد که برای این مصارف ضروری هستند: توان نوری در محدوده میکروب‌زدایی، ساختار مستحکم برای طول عمر بالا و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ استاندارد فناوری نصب سطحی (SMT).

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر جریان مستقیم (I_F) مجاز برای این قطعه 100 میلی‌آمپر است. با این حال، شرایط کاری معمول ذکر شده در اطلاعات سفارش، 20 میلی‌آمپر است. این کاهش بار برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت و جلوگیری از تخریب سریع اتصال نیمه‌هادی حیاتی است. حداکثر دمای پیوند (T_J) 100 درجه سانتی‌گراد است و مقاومت حرارتی (R_th) از پیوند به محیط 65 درجه سانتی‌گراد بر وات است. این مقدار مقاومت حرارتی یک پارامتر کلیدی برای طراحی هیت‌سینک است؛ تجاوز از دمای پیوند می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار یا کاهش قابل توجه شار تابشی خروجی شود.

این قطعه حفاظت ESD تا 2 کیلوولت (مدل بدن انسان) را ارائه می‌دهد که سطح استانداردی از حفاظت برای جابجایی در اکثر محیط‌های تولید است. محدوده دمای کاری از 30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد است که سازگاری با طیف گسترده‌ای از شرایط آب‌وهوایی و نگهداری جهانی را تضمین می‌کند.

2.2 مشخصات فوتومتریک و الکتریکی

خروجی فوتومتریک اصلی بر حسب شار تابشی (میلی‌وات) اندازه‌گیری می‌شود، نه شار نوری (لومن)، زیرا این یک تابنده UV غیرمرئی است. شار تابشی معمول در جریان راه‌اندازی اسمی 20 میلی‌آمپر، 2 میلی‌وات است که حداقل مقدار تضمین‌شده 1 میلی‌وات و حداکثر 2.5 میلی‌وات برای کد سفارش ذکر شده است. طول موج پیک در محدوده 270 نانومتر تا 285 نانومتر قرار دارد که در مؤثرترین باند برای عمل میکروب‌زدایی است و DNA/RNA میکروارگانیسم‌ها را تخریب می‌کند.

از نظر الکتریکی، ولتاژ مستقیم (V_F) در 20 میلی‌آمپر از 5.0 ولت تا 7.5 ولت متغیر است. این ولتاژ مستقیم نسبتاً بالا مشخصه ال‌ای‌دی‌های فرابنفش عمیق است. زاویه دید معمول 120 درجه است که به عنوان زاویه‌ای تعریف می‌شود که شدت نصف مقدار پیک است (2θ_1/2).

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

محصول بر اساس یک سیستم دسته‌بندی دقیق طبقه‌بندی می‌شود تا سازگاری خاص برای هر کاربرد تضمین شود. این سیستم سه پارامتر کلیدی را پوشش می‌دهد: شار تابشی، طول موج پیک و ولتاژ مستقیم.

3.1 دسته‌های شار تابشی

شار تابشی در سه دسته طبقه‌بندی می‌شود: Q0A (1.0-1.5 میلی‌وات)، Q0B (1.5-2.0 میلی‌وات) و Q0C (2.0-2.5 میلی‌وات). این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا ال‌ای‌دی‌ها را بر اساس توان نوری مورد نیاز برای سیستم خود انتخاب کنند، با تلرانس‌های تنگ‌تر از مشخصات کلی حداقل/حداکثر.

3.2 دسته‌های طول موج پیک

طول موج پیک برای اثربخشی UVC بسیار مهم است. دسته‌ها عبارتند از: U27A (270-275 نانومتر)، U27B (275-280 نانومتر) و U28 (280-285 نانومتر). پاتوژن‌های مختلف حساسیت پیک متفاوتی در طیف UVC دارند، بنابراین این دسته‌بندی امکان طراحی سیستم بهینه را فراهم می‌کند.

3.3 دسته‌های ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در بازه‌های 0.5 ولتی از 5.0 ولت تا 7.5 ولت دسته‌بندی می‌شود (به عنوان مثال، 5055 برای 5.0-5.5 ولت، 5560 برای 5.5-6.0 ولت و غیره). ثبات V_Fدر یک آرایه، طراحی درایور را ساده می‌کند و توزیع یکنواخت جریان را هنگام اتصال چندین ال‌ای‌دی به صورت موازی تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 طیف

منحنی توزیع طیفی یک پیک انتشار باریک را نشان می‌دهد که حول طول موج مشخص شده (مثلاً ~275 نانومتر) متمرکز است و انتشار حداقلی خارج از باند UVC دارد. این خلوص طیفی مفید است زیرا اطمینان می‌دهد انرژی در محدوده میکروب‌زدایی متمرکز است.

4.2 شار تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

منحنی یک رابطه زیرخطی را نشان می‌دهد. در حالی که خروجی با افزایش جریان افزایش می‌یابد، بازده (میلی‌وات بر میلی‌آمپر) در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش دمای پیوند و سایر اثرات غیرایده‌آل کاهش می‌یابد. این موضوع اهمیت مدیریت حرارتی و کار در شرایط توصیه شده را برجسته می‌کند.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

منحنی I-V رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. محدوده مشخص شده V_Fدر 20mA به وضوح نشان داده شده است. این منحنی برای طراحی درایور جریان ثابت ضروری است، زیرا یک تغییر کوچک در ولتاژ می‌تواند منجر به تغییر بزرگی در جریان شود.

4.4 شار تابشی نسبی در مقابل دمای محیط

این منحنی ضریب دمایی منفی خروجی ال‌ای‌دی را نشان می‌دهد. با افزایش دمای محیط (و در نتیجه دمای پیوند)، شار تابشی کاهش می‌یابد. این افت حرارتی باید در طراحی سیستم در نظر گرفته شود تا عملکرد ضدعفونی یکنواخت در کل محدوده دمای کاری تضمین شود.

4.5 منحنی کاهش بار

منحنی کاهش بار حیاتی‌ترین نمودار برای عملکرد قابل اطمینان است. این منحنی حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف می‌کند. برای جلوگیری از تجاوز از حداکثر دمای پیوند، جریان راه‌اندازی باید با افزایش دمای محیط کاهش یابد. به عنوان مثال، در دمای محیط 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان مجاز به طور قابل توجهی کمتر از حداکثر مقدار مجاز مطلق 100 میلی‌آمپر است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد مکانیکی

بسته‌بندی دارای ابعاد فوت‌پرینت فشرده 3.5 میلی‌متر در 3.5 میلی‌متر با ارتفاع 1.3 میلی‌متر است. نقشه ابعادی محل آند (پد 2)، کاتد (پد 1) و پد حرارتی مرکزی (پد 3) را مشخص می‌کند. پد حرارتی برای هیت‌سینک مؤثر ضروری است؛ باید به درستی به یک پد رسانای حرارتی روی PCB لحیم شود که باید به صفحات زمین داخلی یا یک هیت‌سینک خارجی متصل شود.

5.2 بسته‌بندی نوار حامل و قرقره

ال‌ای‌دی‌ها روی نوار حامل برجسته‌دار عرضه می‌شوند که روی قرقره‌های حاوی 1000 قطعه پیچیده شده‌اند. ابعاد نوار و مشخصات قرقره (مثلاً قطر قرقره 180 میلی‌متر) ارائه شده است تا سازگاری با ماشین‌های اتوماتیک Pick-and-Place تضمین شود. قطعات بیشتر در یک کیسه آلومینیومی مقاوم در برابر رطوبت حاوی جاذب رطوبت بسته‌بندی می‌شوند تا از جذب رطوبت در طول نگهداری جلوگیری شود که برای بسته‌بندی‌های سرامیکی جهت جلوگیری از "پاپ‌کورنینگ" در طول لحیم‌کاری رفلو حیاتی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

ELUC3535NUB برای فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو SMT مناسب است. توصیه‌های کلیدی شامل موارد زیر است: استفاده از پروفیل رفلو بدون سرب سازگار با محدودیت‌های حرارتی قطعه، اجتناب از اعمال تنش مکانیکی روی ال‌ای‌دی در طول گرمایش و سرمایش، و محدود کردن تعداد چرخه‌های رفلو به حداکثر دو بار. پس از لحیم‌کاری، PCB نباید خم شود، زیرا این امر می‌تواند تنش مکانیکی روی اتصالات لحیم و بدنه سرامیکی ایجاد کند و به طور بالقوه منجر به ترک‌خوردگی یا خرابی شود.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• ضدعفونی هوای ایستا:در سیستم‌های HVAC یا تصفیه‌کننده‌های هوا استفاده می‌شود، جایی که نور UVC یک محفظه‌ای را که هوا از آن عبور می‌کند، تابش می‌دهد.
• ضدعفونی سطوح:در دستگاه‌هایی برای ضدعفونی تلفن‌های همراه، ابزار یا کانترها یکپارچه می‌شود.
• استریلیزاسیون آب:در تصفیه‌کننده‌های آب نقطه مصرف به کار می‌رود، جایی که آب از کنار یک آستین کوارتز شفاف به UVC که حاوی ال‌ای‌دی است، عبور می‌کند.

7.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• مدیریت حرارتی:این مهم‌ترین عامل است. از یک PCB با وایاهای حرارتی زیر پد حرارتی استفاده کنید که به مناطق مسی بزرگ یا یک هیت‌سینک خارجی متصل شده‌اند. دمای پیوند را نظارت کنید.
• جریان راه‌اندازی:برای طول عمر بالا، در جریان توصیه شده 20 میلی‌آمپر یا کمتر کار کنید. از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید، نه یک منبع ولتاژ ثابت.
• مواد نوری:پنجره خروجی از جنس شیشه کوارتز است. اطمینان حاصل کنید که هر اپتیک ثانویه یا پوشش محافظ از مواد عبوردهنده UVC ساخته شده است (مانند سیلیکای ذوب‌شده، برخی پلاستیک‌های خاص). شیشه استاندارد و اکثر پلاستیک‌ها تابش UVC را جذب می‌کنند.
• ایمنی:تابش UVC برای چشم و پوست مضر است. محفظه‌ها باید از هرگونه نشت نور UV در طول کار جلوگیری کنند. در صورت امکان باز شدن محفظه‌ها در طول استفاده، کلیدهای قفل ایمنی را لحاظ کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی ELUC3535NUB، بسته‌بندی سرامیکی آن (AIN - نیترید آلومینیوم) و لنز شیشه کوارتز است. بسته‌بندی سرامیکی رسانایی حرارتی به مراتب بهتری نسبت به پلاستیک (مانند PPA، PCT) ارائه می‌دهد که منجر به دمای پیوند کاری پایین‌تر در جریان راه‌اندازی یکسان می‌شود و این مستقیماً به معنای طول عمر بیشتر و خروجی پایدارتر است. لنز شیشه کوارتز در مقایسه با لنزهای سیلیکونی یا اپوکسی، که می‌توانند در معرض طولانی‌مدت UVC تخریب شوند، انتقال UV برتر و مقاومت در برابر تیره‌شدگی (سولاریزاسیون) را فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را با 100 میلی‌آمپر برای خروجی بالاتر راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. رتبه 100 میلی‌آمپر یک حداکثر مقدار مجاز مطلق است، نه یک شرایط کاری. تجاوز از جریان راه‌اندازی معمول 20 میلی‌آمپر به شدت دمای پیوند را افزایش می‌دهد و منجر به تخریب سریع خروجی و خرابی احتمالی قطعه می‌شود. همیشه منحنی کاهش بار را دنبال کنید.

س: چرا ولتاژ مستقیم اینقدر بالا و متغیر است (5.0-7.5 ولت)؟

پ: انرژی گاف نواری بالا مورد نیاز برای گسیل فوتون‌های UVC منجر به ولتاژ مستقیم بالاتر می‌شود. این تغییرات ذاتی فرآیندهای تولید نیمه‌هادی است، به همین دلیل سیستم دسته‌بندی ارائه شده است. مدار درایور خود را طوری طراحی کنید که کل محدوده ولتاژ دسته انتخابی شما را پوشش دهد.

س: چگونه "حداقل شار تابشی" 1 میلی‌وات را تفسیر کنم؟

پ: این حد پایین تضمین‌شده برای کد سفارش خاص است. مقدار معمول 2 میلی‌وات است و اکثر قطعات نزدیک به این مقدار عمل خواهند کرد. سیستم دسته‌بندی (Q0A/B/C) به شما امکان می‌دهد قطعاتی با حداقل تضمین‌شده تنگ‌تر در آن محدوده کلی خریداری کنید.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک چوب جادویی ضدعفونی‌کننده سطح فشرده با تغذیه USB.

مراحل طراحی:

1. بودجه توان:پورت USB 5 ولت و حداکثر ~500 میلی‌آمپر ارائه می‌دهد. ولتاژ مستقیم ال‌ای‌دی (V_F) (5-7.5 ولت) از منبع بالاتر است. یک درایور جریان ثابت مبدل بوست مورد نیاز است.

2. طراحی حرارتی:محفظه چوب جادویی کوچک است. یک PCB با هسته فلزی (MCPCB) با رسانایی حرارتی بالا انتخاب کنید. پد حرارتی ال‌ای‌دی را مستقیماً به MCPCB لحیم کنید. پایه فلزی MCPCB به عنوان هیت‌سینک اولیه و بخشی از بدنه چوب جادویی عمل می‌کند.

3. طراحی نوری:از یک رفلکتور کم‌عمق برای هدایت پرتو 120 درجه‌ای به سمت سطح هدف استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که ماده رفلکتور در برابر UVC پایدار است (مانند آلومینیوم با پوشش محافظ).

4. ایمنی:یک شاتر طراحی کنید که فقط زمانی که چوب جادویی روی یک سطح فشار داده می‌شود باز شود و از نشت UVC جلوگیری کند. یک مدار تایمر برای محدود کردن مدت زمان تابش در هر فعال‌سازی لحاظ کنید.

5. انتخاب قطعه:اگر از چندین ال‌ای‌دی استفاده می‌کنید، ال‌ای‌دی‌ها را از یک دسته ولتاژ مستقیم واحد (مثلاً 5055) انتخاب کنید تا طراحی درایور ساده شود. دسته شار تابشی مناسب را بر اساس دوز مورد نظر و زمان درمان انتخاب کنید.

11. اصل عملکرد

ال‌ای‌دی‌های UVC دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس، فوتون‌هایی در طیف فرابنفش (به طور خاص 200-280 نانومتر برای UVC) گسیل می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کند. طول موج این فوتون‌ها توسط انرژی گاف نواری مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ناحیه فعال (معمولاً نیترید گالیم آلومینیوم - AlGaN) تعیین می‌شود. یک گاف نواری باریک‌تر منجر به طول موج‌های بلندتر (مرئی/مادون قرمز) می‌شود، در حالی که گاف نواری بسیار وسیع مورد نیاز برای گسیل UVC با محتوای آلومینیوم بالا در لایه‌های AlGaN حاصل می‌شود.

12. روندهای فناوری

بازار ال‌ای‌دی UVC توسط تقاضا برای راه‌حل‌های ضدعفونی بدون جیوه، روشن‌شدن فوری، فشرده و مستحکم هدایت می‌شود. روندهای کلیدی عبارتند از:

افزایش بازده دیوار به پریز (WPE):تحقیقات بر بهبود بازده کوانتومی داخلی (IQE) و بازده استخراج نور (LEE) متمرکز است تا ورودی الکتریکی بیشتری به خروجی نوری UVC تبدیل شود، مصرف برق و تولید گرما را کاهش دهد.

توان خروجی بالاتر:توسعه بسته‌بندی‌های چند تراشه‌ای و بهبود فرآیندهای اپیتاکسیال به طور پیوسته شار تابشی هر قطعه را افزایش می‌دهد و امکان درمان حجم‌های بزرگتر یا کاهش زمان تابش را فراهم می‌کند.

طول عمر بیشتر:بهبود در مواد بسته‌بندی (مانند سرامیک و کوارتز استفاده شده در اینجا)، تکنیک‌های اتصال تراشه و قابلیت اطمینان نیمه‌هادی در حال افزایش طول عمر عملیاتی (L70/B50) ال‌ای‌دی‌های UVC است و آن‌ها را برای کاربردهای عملیات پیوسته مناسب‌تر می‌کند.

کاهش هزینه:با افزایش حجم تولید و بلوغ فرآیندها، هزینه هر میلی‌وات خروجی UVC در حال کاهش است و دامنه کاربردهای عملی فراتر از بازارهای خاص را گسترش می‌دهد.