Fiche Technique de la LED Céramique 9292 Série 10W Lumière Blanche - Dimensions 9.2x9.2x1.6mm - Tension 9.3V - Puissance 10W - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La série céramique 9292 représente une LED de puissance montée en surface, conçue pour des applications d'éclairage exigeantes nécessitant des performances thermiques robustes et un flux lumineux élevé. Utilisant un substrat en céramique, ce boîtier offre une dissipation thermique supérieure par rapport aux boîtiers plastiques traditionnels, permettant un fonctionnement fiable à des courants de commande plus élevés et dans des températures ambiantes élevées. La série est disponible dans une gamme de températures de couleur blanche de 2700K à 6500K, avec un flux lumineux typique allant jusqu'à 1100 lumens à 350mA. Ses marchés cibles principaux incluent l'éclairage commercial, l'éclairage industriel (haute baie), l'éclairage extérieur de zones, et toute application où la fiabilité à long terme et la constance du flux lumineux sont critiques.

1.1 Avantages principaux

• Gestion thermique supérieure :Le boîtier céramique offre une excellente conductivité thermique, transférant efficacement la chaleur de la jonction LED vers le PCB et le dissipateur thermique, prolongeant ainsi la durée de vie opérationnelle et maintenant la stabilité de la couleur.
• Capacité de puissance élevée :Évaluée pour une dissipation de puissance allant jusqu'à 10W, adaptée aux conceptions à haut flux lumineux.
• Construction robuste :Le matériau céramique offre une haute résistance mécanique et une résistance aux contraintes thermiques et à l'humidité.
• Performance optique constante :Des normes de binning strictes pour la température de couleur et le flux lumineux assurent l'uniformité dans les réseaux multi-LED.
• Angle de vision large :Un angle de vision typique de 130 degrés procure un éclairage large et uniforme.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés dans la fiche technique.

2.1 Valeurs maximales absolues (Ts=25°C)

Ces valeurs représentent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Un fonctionnement à ou près de ces limites n'est pas recommandé pour une utilisation normale.

• Courant direct (IF) :700 mA (CC)
• Courant d'impulsion direct (IFP) :700 mA (Largeur d'impulsion ≤ 10ms, Rapport cyclique ≤ 1/10)
• Dissipation de puissance (PD) :20300 mW (20.3W)
• Température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +100°C
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +100°C
• Température de jonction (Tj) :125°C (Température maximale admissible au niveau de la jonction semi-conductrice)
• Température de soudure (Tsld) :Soudure par refusion à 230°C ou 260°C pendant un maximum de 10 secondes.

2.2 Caractéristiques électro-optiques (Ts=25°C)

Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques dans des conditions de test spécifiées.

• Tension directe (VF) :Typique 9.3V, Maximum 29V à IF = 350mA. La large plage maximale indique une variation potentielle entre les lots de production ; la conception du circuit doit prendre en compte la limite supérieure.
• Tension inverse (VR) :5V. Les LED ne sont pas conçues pour supporter une polarisation inverse significative. Dépasser cette tension peut provoquer une défaillance immédiate.
• Courant inverse (IR) :Maximum 100 µA à VR = 5V.
• Angle de vision (2θ1/2) :130 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité de crête.

2.3 Caractéristiques thermiques

Le principal avantage du boîtier céramique est thermique. La puissance de dissipation maximale élevée (20.3W) et la plage de température de fonctionnement (-40 à +100°C) soulignent ses capacités. Cependant, maintenir la température de jonction (Tj) en dessous de 125°C est primordial pour la fiabilité. Cela nécessite une conception efficace du chemin thermique depuis la pastille thermique de la LED vers le dissipateur thermique du système.

3. Explication du système de binning

Un système de binning précis est essentiel pour assurer la cohérence de la couleur et de la luminosité dans les produits d'éclairage.

3.1 Binning de la température de couleur corrélée (CCT)

La LED est disponible en CCT standards, chacune correspondant à des régions chromatiques spécifiques sur le diagramme CIE 1931. Le code de commande spécifie la région cible, garantissant que la lumière blanche émise se situe dans un espace colorimétrique défini.

• 2700K (Régions : 8A, 8B, 8C, 8D)
• 3000K (Régions : 7A, 7B, 7C, 7D)
• 3500K (Régions : 6A, 6B, 6C, 6D)
• 4000K (Régions : 5A, 5B, 5C, 5D)
• 4500K (Régions : 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U)
• 5000K (Régions : 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U)
• 5700K (Régions : 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U)
• 6500K (Régions : 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U)

Note : La fiche technique spécifie que le bin de flux lumineux représente une valeur minimale. Les livraisons peuvent dépasser le flux minimal commandé mais respecteront toujours la région chromatique CCT commandée.

3.2 Binning du flux lumineux

Le flux est binné à un courant de test de 350mA. Les tolérances sont clairement définies.

• Blanc chaud / Blanc neutre (2700K-5000K, IRC 70) :
  • Code 3K : Min 800 lm, Typ 900 lm
  • Code 3L : Min 900 lm, Typ 1000 lm
• Blanc froid (5000K-10000K, IRC 70) :
  • Code 3L : Min 900 lm, Typ 1000 lm
  • Code 3M : Min 1000 lm, Typ 1100 lm

Tolérances :Flux lumineux : ±7% ; IRC : ±2 ; Coordonnées chromatiques : ±0.005.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques donnent un aperçu du comportement de la LED dans des conditions variables.

4.1 Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V)

La courbe I-V est caractéristique d'une diode. La Vf typique de 9.3V à 350mA indique qu'il s'agit d'une LED haute tension, comportant probablement plusieurs jonctions de diodes en série dans le boîtier. Les concepteurs doivent s'assurer que l'alimentation peut fournir une tension suffisante, en considérant particulièrement la Vf maximale de 29V. La courbe montre une relation non linéaire ; une petite augmentation de tension entraîne une forte augmentation du courant, soulignant la nécessité d'une commande à courant constant.

4.2 Courant direct vs Flux lumineux relatif

Cette courbe démontre la dépendance du flux lumineux au courant de commande. Le flux lumineux augmente avec le courant mais pas de manière linéaire. À des courants plus élevés, l'efficacité diminue généralement en raison des effets thermiques accrus et du "droop". Le fonctionnement au courant recommandé de 350mA représente probablement un équilibre entre le flux lumineux et l'efficacité/la durée de vie.

4.3 Distribution spectrale de puissance relative

La courbe spectrale d'une LED blanche montre un pic bleu primaire (provenant de la puce InGaN) et une émission de phosphore jaune plus large. La forme et le rapport de ces pics déterminent la CCT et l'IRC. Les LED blanc froid ont un pic bleu plus dominant, tandis que les blancs chauds ont une émission de phosphore plus forte. La courbe est essentielle pour comprendre les propriétés de rendu des couleurs.

4.4 Température de jonction vs Énergie spectrale relative

Ce graphique est crucial pour comprendre le décalage de couleur. Lorsque la température de jonction augmente, le rendement spectral de la puce LED et l'efficacité de conversion du phosphore peuvent changer, entraînant des décalages de CCT et de chromaticité. Le boîtier céramique aide à minimiser l'élévation de température, réduisant ainsi l'amplitude de ce décalage.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est logée dans un boîtier céramique monté en surface de 9.2mm x 9.2mm. La hauteur exacte est typiquement d'environ 1.6mm. Le dessin dimensionnel fournit les mesures critiques pour la conception de l'empreinte PCB et les vérifications d'encombrement.

5.2 Configuration de pastilles recommandée et conception du pochoir

Un diagramme détaillé de la configuration des pastilles est fourni pour assurer une formation correcte des joints de soudure et une connexion thermique. La conception comporte typiquement une grande pastille thermique centrale pour le transfert de chaleur et des pastilles plus petites pour les connexions électriques (anode et cathode). La conception du pochoir associée recommande la géométrie et l'épaisseur de l'ouverture de la pâte à souder pour obtenir le volume de soudure correct. Une tolérance de ±0.10mm est spécifiée pour ces configurations.

5.3 Identification de la polarité

La fiche technique doit indiquer le marquage de polarité sur le composant (par exemple, un point, une encoche ou un coin chanfreiné) et le corréler à la configuration des pastilles. La polarité correcte est essentielle au fonctionnement.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudure par refusion

La LED est compatible avec les processus standard de refusion sans plomb (Pb-free). La température maximale du corps pendant la soudure ne doit pas dépasser 260°C, et le temps au-dessus de 230°C doit être limité à 10 secondes. Il est crucial de suivre le profil de température recommandé (montée, préchauffage, pic de refusion, refroidissement) pour éviter les chocs thermiques, les défauts des joints de soudure ou les dommages aux matériaux internes et au phosphore de la LED.

6.2 Précautions de manipulation et de stockage

• Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée (-40 à +100°C).
• Manipuler avec des précautions ESD pour protéger la jonction semi-conductrice.
• Éviter les contraintes mécaniques sur le corps céramique ou les fils de liaison.
• Utiliser dans la durée de conservation recommandée par le fabricant, typiquement 12 mois à partir de la date d'expédition lorsqu'il est stocké dans des conditions appropriées.

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécification du conditionnement

Les LED sont généralement fournies sur bande et bobine pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. La taille de la bobine, la largeur de la bande, les dimensions des alvéoles et l'orientation du composant suivent les directives standard EIA-481. La quantité par bobine est une valeur standard comme 100 ou 500 pièces.

7.2 Règle de numérotation des modèles

Le numéro de modèle T12019L(C/W)A encode les attributs clés du produit :

- T :Identifiant de série.

- 12 :Code de boîtier pour Céramique 9292.

- L/C/W :Code couleur (L=Blanc chaud, C=Blanc neutre, W=Blanc froid).

- Les autres chiffres spécifient des codes internes, le bin de flux et d'autres options selon le tableau détaillé des règles de dénomination.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Éclairage industriel et haute baie :Là où un flux lumineux élevé et une construction robuste sont nécessaires.
• Éclairage extérieur de zones :Lampadaires, éclairage de parkings, éclairage de stades bénéficiant de l'angle de vision large et de la robustesse thermique.
• Downlights et spots à haut flux :Pour les espaces commerciaux et de vente au détail.
• Éclairage spécialisé :Lampes de culture, où des spectres spécifiques et une haute intensité sont requis.

8.2 Considérations de conception critiques

• Gestion thermique :C'est le facteur le plus critique. Utiliser un PCB avec des vias thermiques adéquats sous la pastille, connecté à un PCB à âme métallique (MCPCB) ou à un dissipateur thermique de taille suffisante. La qualité du matériau d'interface thermique (TIM) est importante.
• Courant de commande :Utiliser un pilote LED à courant constant. Le courant doit être réglé en fonction du flux lumineux souhaité et de la marge de conception thermique. Ne pas dépasser la valeur maximale absolue.
• Conception optique :The 130-degree viewing angle may require secondary optics (lenses, reflectors) to achieve the desired beam pattern.
• Conception électrique :Assurer des pistes à faible inductance et faible résistance du pilote à la LED pour minimiser les pertes de puissance et les pointes de tension.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux LED SMD plastique de puissance moyenne standard (par exemple, 3030, 5050), la série céramique 9292 offre :

- Gestion de puissance supérieure :10W+ contre typiquement 1-3W pour les boîtiers plastiques.

- Résistance thermique supérieure (Rth j-s) :Le substrat céramique a une résistance thermique bien inférieure à celle du plastique, conduisant à une température de jonction plus basse à puissance égale, ce qui se traduit directement par une durée de vie plus longue (L70, L90).

- Meilleure stabilité de couleur :Une résistance thermique plus faible minimise le décalage de couleur dans le temps et avec la température.

- Coût plus élevé :Le conditionnement céramique est plus coûteux que le moulage plastique.

Comparée à d'autres boîtiers céramiques (par exemple, 3535, 5050 céramique), l'empreinte plus grande de la 9292 permet une pastille thermique plus grande et potentiellement un flux lumineux total plus élevé grâce à plusieurs puces ou une puce unique plus grande.

10. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

10.1 Quelle tension d'alimentation est requise ?

L'alimentation doit fournir une tension supérieure à la tension directe maximale (Vf max) de la chaîne de LED. Pour une seule LED 9292, la sortie de l'alimentation doit dépasser 29V. En pratique, une marge de sécurité est ajoutée. Pour plusieurs LED en série, multiplier la Vf maximale par le nombre de LED.

10.2 Comment atteindre la durée de vie nominale ?

La durée de vie de la LED (par exemple, L70 - temps pour atteindre 70% du flux lumineux initial) dépend fortement de la température de jonction (Tj). Pour atteindre la durée de vie nominale, vous devez concevoir le système pour maintenir Tj bien en dessous du maximum de 125°C, idéalement en dessous de 85-105°C pendant le fonctionnement. Cela nécessite une excellente gestion thermique comme décrit dans la section 8.2.

10.3 Puis-je l'alimenter à 700mA en continu ?

La valeur maximale absolue pour le courant direct continu est de 700mA. Cependant, un fonctionnement continu à cette valeur maximale générera une chaleur importante et poussera probablement Tj à sa limite, compromettant gravement la durée de vie et la fiabilité. La condition de fonctionnement typique spécifiée est de 350mA. Un fonctionnement au-dessus de cette valeur ne doit être envisagé qu'avec une conception thermique exceptionnelle et en comprenant la réduction de durée de vie.

10.4 Quelle est la différence entre les bins de flux 3K, 3L et 3M ?

Ce sont des bins de flux lumineux mesurés à 350mA. 3K est le bin de sortie le plus bas (min 800lm), 3L est le milieu (min 900lm), et 3M est le plus élevé pour le blanc froid (min 1000lm). Sélectionner un bin plus élevé donne plus de lumière par composant mais peut entraîner un coût plus élevé.

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un luminaire industriel (haute baie) de 100W.

Un concepteur vise à créer un luminaire d'environ 15 000 lumens. En utilisant des LED 9292 dans le bin de flux 3M (1000lm typ chacun), il aurait besoin de 15 LED. Il les arrange dans une configuration 3 en série x 5 en parallèle. Chaque chaîne série a une Vf max de 3 * 29V = 87V. Il sélectionne un pilote à courant constant avec une sortie de 1050mA (350mA x 3 chaînes parallèles) et une plage de tension couvrant jusqu'à ~90V. Le PCB est une carte à âme métallique avec une base en aluminium épaisse. Des simulations thermiques sont effectuées pour s'assurer que le dissipateur thermique peut dissiper les ~150W de chaleur totale (100W électrique, plus les pertes du pilote) tout en maintenant la température de jonction des LED en dessous de 105°C dans un environnement ambiant de 40°C. Des optiques secondaires sont utilisées pour créer un faisceau lumineux de 120 degrés adapté à l'éclairage industriel.

12. Principe de fonctionnement

Une LED blanche fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans un semi-conducteur et de la conversion par phosphore. Un courant électrique est conduit à travers une jonction semi-conductrice InGaN (Nitrures de Gallium et d'Indium) polarisée en direct, provoquant la recombinaison d'électrons et de trous et l'émission de photons dans le spectre bleu (typiquement autour de 450-455nm). Cette lumière bleue frappe ensuite une couche de phosphore jaune (YAG:Ce) déposée sur ou près de la puce. Le phosphore absorbe une partie des photons bleus et ré-émet de la lumière sur un large spectre dans la région jaune. Le mélange de la lumière bleue restante et de la lumière jaune convertie est perçu par l'œil humain comme de la lumière blanche. Le rapport entre la lumière bleue et jaune détermine la température de couleur corrélée (CCT).

13. Tendances technologiques

Le marché des LED céramique haute puissance est animé par plusieurs tendances clés :

- Efficacité accrue (lm/W) :Des améliorations continues dans l'épitaxie des puces, la technologie des phosphores et la conception des boîtiers visent à extraire plus de lumière par watt d'entrée électrique.

- Qualité de couleur améliorée :Développement de mélanges de phosphores (systèmes multi-phosphores ou à pompe violette) pour atteindre un Indice de Rendu des Couleurs (IRC) plus élevé, notamment R9 (rouge saturé), et une couleur plus cohérente d'un lot à l'autre.

- Miniaturisation avec flux élevé :Efforts pour intégrer plus de lumens dans des boîtiers céramiques plus compacts (par exemple, passer de la 9292 à des empreintes plus compactes mais tout aussi puissantes) pour permettre des luminaires plus petits et plus discrets.

- Éclairage intelligent et réglable :Intégration des LED céramiques avec l'électronique de contrôle pour permettre le gradage, le réglage de la CCT et les capacités de changement de couleur pour des applications d'éclairage centrées sur l'humain.

- Fiabilité et durée de vie :Accent continu sur les matériaux et le conditionnement pour réduire davantage la résistance thermique et ralentir la dépréciation du flux lumineux, poussant les durées de vie L90 au-delà de 100 000 heures.