Fiche technique LED UVC3535CZ0115 - Boîtier céramique 3,5x3,5x1,0mm - Tension directe 5,0-8,0V - Puissance 0,13W - Longueur d'onde 270-285nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série UVC3535CZ0115 représente une solution LED à base de céramique et à haute fiabilité, conçue spécifiquement pour les applications dans l'ultraviolet C (UVC). Ce produit est conçu pour offrir des performances constantes dans des environnements exigeants où l'efficacité de stérilisation est primordiale. Sa construction principale repose sur un substrat en céramique, qui offre une gestion thermique supérieure par rapport aux boîtiers plastiques traditionnels, conduisant à une longévité accrue et une sortie optique stable. La série est destinée aux applications nécessitant une source UVC compacte mais puissante, combinant un encombrement réduit de 3,5 mm x 3,5 mm avec des caractéristiques électriques et optiques robustes.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

Les caractéristiques déterminantes de cette série de LED contribuent directement à son adéquation pour les systèmes UV de qualité professionnelle. La sortie UVC haute puissance est l'attribut principal, permettant une action germicide efficace. Le matériau du boîtier en céramique est un avantage critique, offrant une excellente dissipation thermique qui aide à maintenir la température de jonction dans des limites sûres, empêchant ainsi une dépréciation prématurée du flux lumineux. La protection ESD intégrée jusqu'à 2 KV (modèle du corps humain) protège le composant contre les décharges électrostatiques courantes lors de la manipulation et de l'assemblage. Un large angle de vision de 150° assure une couverture d'irradiation large et uniforme. De plus, la conformité aux normes RoHS, REACH et sans halogène rend ce produit adapté aux marchés mondiaux soumis à des réglementations environnementales strictes.

1.2 Applications cibles

L'application principale de la série UVC3535CZ0115 est la stérilisation et la désinfection UV. Cela inclut, sans s'y limiter, les systèmes de purification d'eau, les dispositifs d'assainissement de l'air, les équipements de désinfection de surfaces pour usage médical et grand public, ainsi que les chambres de stérilisation pour petits outils ou objets personnels. La plage de longueur d'onde de 270 à 285 nm est particulièrement efficace pour inactiver les micro-organismes en endommageant leur ADN et ARN.

2. Spécifications techniques et interprétation objective

Cette section fournit une analyse objective détaillée des principaux paramètres techniques spécifiés dans la fiche technique, expliquant leur importance pour les ingénieurs concepteurs.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement normal.

• Courant direct max. en CC (I_F) :100 mA. C'est le courant absolu maximum que la LED peut supporter momentanément. Le fonctionnement continu doit être nettement inférieur à cette valeur, typiquement au courant recommandé de 20 mA.
• Résistance ESD max. (V_B) :2000 V (modèle du corps humain). Cela indique un bon niveau de protection intégrée contre les décharges électrostatiques, ce qui est crucial pour la manipulation des composants pendant la fabrication.
• Température de jonction max. (T_J) :100 °C. La température de la puce semi-conductrice elle-même ne doit pas dépasser cette limite. Dépasser T_Jmax réduira considérablement la durée de vie et peut provoquer une défaillance immédiate.
• Résistance thermique (R_th) :20 °C/W. Ce paramètre quantifie l'efficacité avec laquelle la chaleur se déplace de la puce (jonction) vers la pastille de soudure ou le boîtier. Une valeur plus basse est meilleure. Avec 20 °C/W, pour chaque watt de puissance dissipée, la température de jonction augmentera de 20 °C au-dessus de la température de la pastille.
• Température de fonctionnement et de stockage :-40 °C à +85 °C (Fonctionnement), -40 °C à +100 °C (Stockage). Ces plages garantissent que le composant peut fonctionner et être stocké dans une grande variété de conditions environnementales.

2.2 Caractéristiques photométriques et électriques

Le tableau des codes de commande fournit les principales métriques de performance dans des conditions de test typiques.

• Flux radiant :Minimum 1 mW, Typique 2 mW, Maximum 2,5 mW. C'est la puissance optique totale émise dans le spectre UVC, mesurée en milliwatts. C'est le paramètre critique pour évaluer l'efficacité de stérilisation, et non la luminosité visuelle.
• Longueur d'onde de crête :270-285 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la LED émet le plus de puissance optique. L'efficacité germicide culmine autour de 265 nm, cette plage est donc très efficace.
• Tension directe (V_F) :5,0-8,0 V à I_F=20 mA. C'est relativement élevé pour une LED, ce qui est caractéristique de la technologie semi-conductrice UVC. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit d'alimentation peut fournir cette plage de tension.
• Courant direct (I_F) :20 mA. C'est le courant d'alimentation recommandé pour obtenir le flux radiant spécifié et la durée de vie attendue.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour garantir l'uniformité en production de masse, les LED sont triées en classes de performance. L'UVC3535CZ0115 utilise trois critères de classement indépendants.

3.1 Classement par flux radiant

Les LED sont triées en fonction de leur flux radiant minimum en classes Q0A (1-1,5 mW), Q0B (1,5-2 mW) et Q0C (2-2,5 mW). Cela permet aux concepteurs de sélectionner une classe répondant à leur puissance optique minimale requise, optimisant potentiellement le coût.

3.2 Classement par longueur d'onde de crête

La longueur d'onde est classée en trois plages : U27A (270-275 nm), U27B (275-280 nm) et U28 (280-285 nm). Pour les applications sensibles à une longueur d'onde spécifique pour une efficacité germicide maximale, spécifier la classe appropriée est important.

3.3 Classement par tension directe

La tension est classée par pas de 0,5 V de 5,0 V à 8,0 V (par exemple, 5055 pour 5,0-5,5 V, 7580 pour 7,5-8,0 V). Ceci est crucial pour concevoir des alimentations à courant constant, car connaître la plage de V_Faide à spécifier la tension de sortie nécessaire de l'alimentation, impactant l'efficacité et le choix des composants.

4. Analyse des courbes de performance

Les courbes caractéristiques typiques donnent un aperçu du comportement de la LED dans différentes conditions.

4.1 Spectre et puissance optique

La courbe spectrale montre un pic dans la plage 270-285 nm avec une largeur à mi-hauteur (FWHM) typique d'environ 10-15 nm, ce qui est standard pour les LED UVC. La courbe du flux radiant relatif en fonction du courant direct est sous-linéaire ; la sortie augmente avec le courant mais pas de manière parfaitement proportionnelle, et un fonctionnement au-delà du courant recommandé entraîne des rendements décroissants et une chaleur excessive.

4.2 Comportement électrique et thermique

La courbe courant direct en fonction de la tension directe (I-V) montre la relation exponentielle typique des diodes. La tension directe augmente avec le courant. La longueur d'onde de crête montre un déplacement minimal avec l'augmentation du courant, indiquant une bonne stabilité spectrale. La courbe de déclassement est critique : elle montre que le courant direct maximal admissible doit être réduit à mesure que la température ambiante augmente pour empêcher la température de jonction de dépasser 100 °C. Par exemple, à 85 °C ambiant, le courant maximal est nettement inférieur qu'à 25 °C.

4.3 Performance thermique

La courbe du flux radiant relatif en fonction de la température ambiante démontre l'impact négatif de la chaleur sur la sortie. Lorsque la température augmente, le flux radiant diminue. Cet effet d'extinction thermique souligne l'importance d'une conception thermique efficace du circuit imprimé et d'un dissipateur thermique pour maintenir des performances optimales.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions mécaniques

La LED a un encombrement compact de 3,5 mm x 3,5 mm avec une hauteur de 1,0 mm (tolérance ±0,2 mm). Le dessin technique spécifie la disposition et les dimensions exactes des pastilles. La pastille 1 est l'anode (+), la pastille 2 est la cathode (-) et la pastille 3 est une pastille thermique dédiée. La pastille thermique est essentielle pour transférer la chaleur du corps en céramique vers le circuit imprimé. Le motif de pastilles recommandé sur le circuit imprimé doit correspondre étroitement à cette configuration pour assurer une soudure et une conduction thermique correctes.

5.2 Diagramme de rayonnement

Le diagramme polaire montre un motif d'émission typique de type lambertien avec un angle de vision de 150° (2θ_1/2). L'intensité est maximale à 0° (perpendiculaire à la surface émettrice) et diminue vers les bords. Cet angle large est bénéfique pour les applications nécessitant une couverture de surface plutôt qu'un faisceau focalisé.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

6.1 Procédé de soudure par refusion

L'UVC3535CZ0115 est conçue pour les procédés standards de technologie de montage en surface (SMT). La fiche technique recommande que la soudure par refusion ne soit pas effectuée plus de deux fois pour éviter un stress thermique excessif sur le boîtier céramique et les liaisons internes. Les profils de refusion standard sans plomb avec une température de pic typiquement inférieure à 260 °C sont applicables, mais le profil spécifique doit être vérifié. Le stress sur la LED pendant le chauffage (par exemple, dû à la flexion de la carte) doit être évité. Après soudure, la flexion du circuit imprimé doit être minimisée pour éviter les contraintes mécaniques sur les soudures.

6.2 Stockage et manipulation

Les composants sont emballés dans des sacs barrières résistants à l'humidité avec un dessiccant pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer l'effet \"pop-corn\" pendant la refusion. Une fois le sac scellé ouvert, les composants doivent être utilisés dans un délai spécifié (typiquement 168 heures dans des conditions d'usine) ou être séchés selon les directives standard IPC/JEDEC avant refusion.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Emballage en bande et bobine

Les LED sont fournies sur une bande porteuse gaufrée enroulée sur des bobines de 7 pouces ou 13 pouces. La quantité d'emballage standard est de 1000 pièces par bobine. Les dimensions de la bande (taille de poche, pas) sont spécifiées pour être compatibles avec les équipements standards de placement automatique SMT.

7.2 Nomenclature du produit (Code de commande)

Le code de commande complet, par exemple UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T, est une chaîne structurée qui encode toutes les spécifications clés :

UVC : Type de produit.

3535 : Taille du boîtier.

C : Matériau céramique.

Z : Contient une diode Zener pour la protection ESD.

01 : 1 puce LED.

15 : Angle de vision de 150°.

H : Structure de puce horizontale.

UC : Couleur UVC.

7085 : Code de classe de longueur d'onde (270-285 nm).

001 : Code de classe de flux radiant (1 mW min).

X80 : Code de classe de tension directe (5,0-8,0 V).

020 : Courant direct (20 mA).

1 : Code de quantité d'emballage (1K pcs).

T : Emballage en bande.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Conception du circuit d'alimentation

Un pilote à courant constant est obligatoire pour alimenter cette LED. Étant donné la tension directe élevée (5-8 V) et le faible courant (20 mA), le pilote doit être soigneusement sélectionné. Des régulateurs linéaires à courant constant ou des pilotes LED à découpage peuvent être utilisés, en s'assurant que la tension de sortie dépasse la V_Fmax de la classe sélectionnée. La gestion thermique sur le circuit imprimé est non négociable. Utilisez un circuit imprimé avec une épaisseur et une surface de cuivre suffisantes, connectez la pastille thermique à un large plan de masse à l'aide de plusieurs vias thermiques, et considérez le flux d'air global du système ou le dissipateur thermique.

8.2 Considérations de sécurité et de durée de vie

Le rayonnement UVC est nocif pour les yeux et la peau. La conception du produit final doit intégrer des dispositifs de sécurité tels que des interrupteurs de sécurité, un blindage et des étiquettes d'avertissement pour empêcher l'exposition des utilisateurs. La durée de vie des LED UVC est généralement définie comme le temps jusqu'à ce que le flux radiant se dégrade à un certain pourcentage (par exemple, 70 % ou 50 %) de sa valeur initiale. Fonctionner au courant recommandé ou en dessous et maintenir une température de jonction basse grâce à une bonne conception thermique sont les principaux facteurs pour maximiser la durée de vie opérationnelle.

9. Comparaison et différenciation technique

L'UVC3535CZ0115 se différencie par son boîtier céramique, qui offre des performances thermiques et une fiabilité supérieures par rapport aux boîtiers CMS en plastique couramment utilisés pour les LED visibles. La diode Zener intégrée pour la protection ESD ajoute de la robustesse. L'angle de vision de 150° est plus large que celui de certaines LED UVC concurrentes, qui peuvent avoir des faisceaux plus focalisés. Le classement tridimensionnel détaillé (flux, longueur d'onde, tension) offre aux concepteurs un contrôle précis des paramètres de performance de leur produit final.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la durée de vie typique de cette LED ?

R : La durée de vie dépend fortement du courant d'alimentation et de la température de fonctionnement. Lorsqu'elle est utilisée au courant recommandé de 20 mA et avec une température de jonction maintenue basse (par exemple, inférieure à 85 °C), on peut s'attendre à des durées de vie de 10 000 heures ou plus jusqu'à L70 (70 % du flux initial). Reportez-vous à la courbe de déclassement et aux directives de gestion thermique.

Q : Puis-je alimenter cette LED avec une source de tension constante ?

R : Non. Les LED sont des dispositifs pilotés par le courant. Une source de tension constante ne régulera pas le courant, conduisant à un emballement thermique et à une défaillance rapide. Utilisez toujours un pilote à courant constant approprié.

Q : Comment choisir la bonne classe pour mon application ?

R : Choisissez la classe de flux radiant (Q0A/B/C) en fonction de votre puissance optique minimale requise. Sélectionnez la classe de longueur d'onde (U27A/B, U28) si votre application est optimisée pour une sous-plage spécifique. La classe de tension (5055...7580) est importante pour la conception du pilote ; vous pouvez concevoir pour le pire cas (tension la plus élevée) dans votre classe sélectionnée.

Q : Une lentille est-elle nécessaire ?

R : Pour la plupart des applications de stérilisation nécessitant une couverture de surface, le motif intégré de 150° est suffisant. Pour les applications à faisceau focalisé, une lentille externe en quartz ou spécialisée transparente aux UVC peut être utilisée. Les lentilles standards en acrylique ou en polycarbonate bloquent la lumière UVC.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un stérilisateur d'eau portable

Un concepteur crée une gourde d'eau UV alimentée par batterie. Il sélectionne l'UVC3535CZ0115 pour sa taille compacte et sa puissance. Il choisit la classe de flux Q0C (2-2,5 mW) pour garantir une dose suffisante pour un petit volume d'eau. Il conçoit un circuit imprimé avec une grande zone de cuivre connectée à la pastille thermique. Un pilote à courant constant de type convertisseur élévateur est sélectionné pour fournir 20 mA à partir d'une batterie Li-ion de 3,7 V, avec une capacité de tension de sortie dépassant 8 V. La LED est placée à l'intérieur d'un manchon en quartz dans le chemin d'écoulement de l'eau. Des verrous de sécurité garantissent que la LED ne fonctionne que lorsque la gourde est scellée.

12. Introduction au principe

Les LED UVC fonctionnent sur le principe de l'électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs, spécifiquement les alliages de nitrure d'aluminium et de gallium (AlGaN). Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semi-conducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons. La longueur d'onde de ces photons est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. Pour une émission UVC autour de 270 nm, une teneur élevée en aluminium dans la couche AlGaN est requise. Le boîtier en céramique sert d'enceinte robuste, conductrice thermiquement et hermétique qui protège la puce semi-conductrice sensible des facteurs environnementaux et évacue efficacement la chaleur.

13. Tendances de développement

Le marché des LED UVC est tiré par la demande mondiale de désinfection sans produits chimiques. Les tendances clés incluent l'augmentation de l'efficacité énergétique (puissance optique de sortie par puissance électrique d'entrée), ce qui réduit la consommation d'énergie et la génération de chaleur. Des efforts sont en cours pour réduire le coût par milliwatt de puissance optique. La recherche se concentre également sur l'amélioration de la durée de vie et de la fiabilité des dispositifs. De plus, le développement de LED à des longueurs d'onde encore plus courtes (par exemple, 222 nm Far-UVC) est un domaine de recherche actif, promettant une désinfection potentiellement plus sûre pour les espaces occupés. L'intégration au niveau système, comme les modules avec pilote intégré, devient également plus courante pour simplifier la conception des produits finaux.