Spécifications de la LED à puce retournée série T12 - 10W Blanc - 9 LEDs en série - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La série T12 représente un module LED haute puissance à montage en surface utilisant la technologie à puce retournée. Ce document détaille les spécifications d'une variante de lumière blanche de 10W configurée avec 9 puces LED connectées en série. La conception à puce retournée offre des performances thermiques et une fiabilité accrues en attachant directement la puce semi-conductrice au substrat, améliorant la dissipation thermique et réduisant la résistance thermique.

Ce module LED est conçu pour des applications exigeant un flux lumineux élevé et des performances robustes, telles que l'éclairage industriel, les projecteurs hauts, l'éclairage extérieur de zones et les luminaires spécialisés. Sa configuration en série simplifie la conception de l'alimentation en nécessitant une tension directe plus élevée à un courant contrôlé.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues (T_s=25°C)

Les paramètres suivants définissent les limites d'opération au-delà desquelles des dommages permanents à la LED peuvent survenir. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement recommandées.

• Courant direct (I_F) :700 mA (DC)
• Courant d'impulsion direct (I_FP) :700 mA (Largeur d'impulsion ≤10ms, Cycle de service ≤1/10)
• Dissipation de puissance (P_D) :20300 mW (20.3W)
• Température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +100°C
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C
• Température de jonction (T_j) :125°C (Maximum)
• Température de soudure (T_sld) :Soudage par refusion à 230°C ou 260°C pendant un maximum de 10 secondes.

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

Ce sont les valeurs typiques et maximales dans des conditions de test spécifiées, représentant les performances attendues.

• Tension directe (V_F) :Typique 27V, Maximum 29V (à I_F=350mA). La tension élevée est due à la configuration en série de 9 éléments.
• Tension inverse (V_R) :5V (Maximum)
• Courant inverse (I_R) :100 µA (Maximum) à V_R=5V.
• Angle de vision (2θ_1/2) :130° (Typique). Cela indique un faisceau large adapté à l'éclairage de zone.

3. Explication du système de classement

3.1 Classement de la température de couleur corrélée (CCT)

Le produit est proposé dans des classes CCT standard. Chaque classe correspond à une région de chromaticité spécifique sur le diagramme CIE, garantissant la cohérence des couleurs dans un lot. Les options de commande standard sont :

• 2700K :Régions de chromaticité 8A, 8B, 8C, 8D (Blanc chaud)
• 3000K :Régions de chromaticité 7A, 7B, 7C, 7D (Blanc chaud)
• 3500K :Régions de chromaticité 6A, 6B, 6C, 6D (Blanc neutre)
• 4000K :Régions de chromaticité 5A, 5B, 5C, 5D (Blanc neutre)
• 4500K :Régions de chromaticité 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U (Blanc froid)
• 5000K :Régions de chromaticité 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U (Blanc froid)
• 5700K :Régions de chromaticité 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U (Lumière du jour)
• 6500K :Régions de chromaticité 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U (Lumière du jour)

Note : Le classement définit la plage autorisée des coordonnées de couleur, et non un point unique.

3.2 Classement du flux lumineux

Le flux lumineux est classé sur la base des valeurs minimales à un courant de test de 350mA. Le flux réel peut dépasser la valeur minimale commandée mais restera dans la classe CCT spécifiée.

• Blanc chaud (2700K-3700K), IRC ≥70 :
  • Code 3H : 800 lm (Min), 900 lm (Typ)
  • Code 3J : 900 lm (Min), 1000 lm (Typ)
• Blanc neutre (3700K-5000K), IRC ≥70 :
  • Code 3H : 800 lm (Min), 900 lm (Typ)
  • Code 3J : 900 lm (Min), 1000 lm (Typ)
• Blanc froid (5000K-10000K), IRC ≥70 :
  • Code 3J : 900 lm (Min), 1000 lm (Typ)
  • Code 3K : 1000 lm (Min), 1100 lm (Typ)

Tolérances :Flux lumineux : ±7% ; IRC (Indice de Rendu de Couleur) : ±2 ; Coordonnées de chromaticité : ±0.005.

4. Analyse des courbes de performance

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

La courbe I-V est non linéaire, typique d'une diode. Au courant de fonctionnement recommandé de 350mA, la tension directe typique est de 27V. La courbe montre qu'une faible augmentation de tension au-delà du point de coude entraîne une augmentation rapide du courant, soulignant l'importance d'une alimentation à courant constant pour un fonctionnement stable et une longue durée de vie.

4.2 Courant direct vs. Flux lumineux relatif

Cette courbe démontre la relation entre le courant d'alimentation et la production lumineuse. Le flux lumineux augmente approximativement de manière linéaire avec le courant dans la plage de fonctionnement normale. Cependant, alimenter la LED à des courants supérieurs à ceux recommandés (par ex. 700mA) peut entraîner des rendements décroissants en efficacité (efficacité en lm/W) et augmenter significativement la température de jonction, accélérant la dépréciation du flux et réduisant la durée de vie.

4.3 Température de jonction vs. Puissance spectrale relative

Lorsque la température de jonction (T_j) augmente, la distribution de puissance spectrale d'une LED blanche (typiquement une puce bleue avec phosphore) peut se décaler. Cela se manifeste souvent par une diminution de la puissance rayonnante à certaines longueurs d'onde et un changement potentiel de la température de couleur corrélée (CCT). Une gestion thermique efficace est cruciale pour maintenir une couleur et une production lumineuse stables dans le temps.

4.4 Distribution de puissance spectrale relative

La courbe spectrale pour une LED blanche montre un pic dominant dans la région bleue (de la puce InGaN) et une bande d'émission plus large dans la région jaune/verte/rouge (du revêtement de phosphore). La forme exacte détermine la CCT et l'IRC. Une émission de phosphore plus large et plus lisse contribue à un IRC plus élevé.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dessin de contour du boîtier

Les dimensions physiques du module LED sont fournies dans le diagramme de la fiche technique. Les caractéristiques mécaniques clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur globales, ainsi que l'emplacement et la taille des pastilles de soudure. Le boîtier est conçu pour l'assemblage par technologie de montage en surface (SMT).

5.2 Modèle de pastille recommandé et conception du pochoir

Des dessins détaillés pour le motif de pastille PCB (empreinte) et le pochoir de pâte à souder sont fournis. Le respect de ces recommandations est essentiel pour obtenir une formation correcte des joints de soudure, un bon alignement et une fixation mécanique fiable. La conception des pastilles assure une connexion électrique correcte et aide au transfert de chaleur de la LED vers le PCB. La tolérance pour ces dimensions est typiquement de ±0.10mm.

Identification de la polarité :Les bornes anode (+) et cathode (-) sont clairement marquées sur le boîtier ou indiquées dans le diagramme d'empreinte. La polarité correcte est essentielle au fonctionnement.

6. Guide de soudage et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudage par refusion

La LED est compatible avec les processus de soudage par refusion infrarouge ou à convection standard. La température maximale admissible du corps pendant le soudage est de 230°C ou 260°C, avec un temps d'exposition à la température de pointe ne dépassant pas 10 secondes. Il est crucial de suivre un profil de température qui préchauffe suffisamment l'assemblage pour minimiser le choc thermique.

6.2 Précautions de manipulation et de stockage

• Sensibilité aux décharges électrostatiques (ESD) :Les LED sont des dispositifs sensibles aux décharges statiques. Utilisez des précautions ESD appropriées pendant la manipulation et l'assemblage.
• Sensibilité à l'humidité :Le boîtier peut avoir un niveau de sensibilité à l'humidité (MSL). Si spécifié, respectez les exigences de séchage et de durée de vie en salle avant la refusion.
• Conditions de stockage :Stocker dans un environnement sec et sombre dans la plage de température spécifiée (-40°C à +100°C). Éviter l'exposition à des gaz corrosifs.
• Nettoyage :Si un nettoyage est nécessaire après soudure, utilisez des solvants et des méthodes compatibles qui n'endommagent pas la lentille de la LED ou le matériau en silicone.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Éclairage haut et industriel :Tire parti du flux lumineux élevé et de la construction robuste.
• Éclairage extérieur de zones :Lampadaires, éclairage de parkings, éclairage de stades.
• Luminaires spécialisés à haut flux :Lampes de culture, projecteurs, éclairage de scène.
• Éclairage architectural et commercial :Lorsque l'efficacité élevée et la longue durée de vie sont prioritaires.

7.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :C'est le facteur le plus critique pour les performances et la durée de vie. Concevez le PCB et le dissipateur thermique pour maintenir la température de jonction de la LED (T_j) bien en dessous de la valeur maximale de 125°C, idéalement en dessous de 85°C pour une durée de vie optimale. Utilisez des vias thermiques, des PCB à âme métallique (MCPCB) ou un refroidissement actif si nécessaire.
• Courant d'alimentation :Utilisez un pilote LED à courant constant conçu pour la plage de tension requise (basée sur V_F). Un fonctionnement à ou en dessous du courant typique de 350mA est recommandé pour un équilibre entre production, efficacité et durée de vie. Réduire le courant augmente significativement la durée de vie.
• Conception optique :Le large angle de vision de 130° peut nécessiter des optiques secondaires (lentilles, réflecteurs) pour obtenir le faisceau souhaité pour l'application.
• Protection électrique :Envisagez une protection contre la polarité inverse, les transitoires de surtension et les décharges électrostatiques (ESD) sur les lignes d'entrée.

8. Comparaison et différenciation technique

LED à puce retournée vs. LED traditionnelle à fils de liaison :

• Performances thermiques :L'attache à puce retournée fournit un chemin thermique plus court et plus direct de la jonction active vers le substrat/dissipateur, résultant en une résistance thermique plus faible (R_th). Cela permet des courants d'alimentation plus élevés ou une durée de vie améliorée au même courant.
• Fiabilité :Élimine les fils de liaison, qui peuvent être des points de défaillance dus aux cycles thermiques, aux vibrations ou à l'électromigration.
• Répartition du courant :Intègre souvent une meilleure couche de répartition du courant sous la puce, conduisant à une émission de lumière plus uniforme et potentiellement à une efficacité plus élevée.
• Conception optique :Peut permettre un boîtier plus compact ou des caractéristiques d'extraction de lumière différentes.

Configuration en série (9 en série) :Simplifie la conception de l'alimentation pour les applications haute tension, faible courant, améliorant souvent l'efficacité de l'alimentation par rapport à l'alimentation de plusieurs chaînes en parallèle.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

9.1 Quel est le courant de fonctionnement recommandé ?

La fiche technique spécifie les caractéristiques à 350mA, qui est le point de fonctionnement recommandé typique. Elle peut être alimentée jusqu'au maximum absolu de 700mA, mais cela augmentera significativement la température de jonction et réduira la durée de vie. Pour une durée de vie et une efficacité optimales, un fonctionnement à ou en dessous de 350mA est conseillé.

9.2 Pourquoi la tension directe est-elle si élevée (~27V) ?

Le module contient 9 puces LED individuelles connectées en série. Les tensions directes de chaque puce s'additionnent. Une puce LED blanche typique a un V_Fd'environ 3V ; 9 * 3V = 27V.

9.3 Comment sélectionner la bonne classe CCT ?

Choisissez la CCT nominale (par ex. 4000K) en fonction de l'ambiance et du rendu des couleurs requis par votre application. Les régions de chromaticité associées (par ex. 5A-5D) assurent la cohérence des couleurs. Pour les applications critiques d'appariement des couleurs, demandez un classement plus serré ou sélectionnez dans un seul lot de production.

9.4 Quel dissipateur thermique est requis ?

Le dissipateur thermique requis dépend de votre courant de fonctionnement, de la température ambiante, de la T_j souhaitée, et de la résistance thermique de votre PCB et des matériaux d'interface. Vous devez effectuer un calcul thermique basé sur la dissipation totale de puissance (V_F* I_F) et la résistance thermique cible de la jonction à l'ambiant (R_θJA).

9.5 Puis-je utiliser la MLI pour l'atténuation ?

Oui, la modulation de largeur d'impulsion (MLI) est une méthode d'atténuation efficace pour les LED. Assurez-vous que la fréquence MLI est suffisamment élevée (typiquement >100Hz) pour éviter le scintillement visible. L'alimentation doit être conçue pour une entrée MLI ou avoir une interface d'atténuation dédiée.

10. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'un luminaire haut de 100W utilisant plusieurs modules T12.

Étapes de conception :

1. Nombre de modules :Cible 100W total. Chaque module à 350mA consomme ~9.45W (27V * 0.35A). Utilisez 10 modules pour ~94.5W.
2. Sélection de l'alimentation :Besoin d'un pilote à courant constant pour 10 modules connectés en série. Plage de tension de sortie requise : 10 * (27V à 29V) = 270V à 290V. Courant requis : 350mA. Sélectionnez un pilote conçu pour >290V, 350mA.
3. Conception thermique :Dissipation totale ~94.5W. Utilisez un PCB à âme métallique (MCPCB) monté sur un grand dissipateur en aluminium. Calculez le R_θSA requis (dissipateur-ambiant) en fonction de la température ambiante max (par ex. 50°C) et de la T_j cible (par ex. 90°C), en tenant compte du R_θJC et du R_θCS de la LED et de l'interface.
4. Optique :Pour un luminaire haut, un angle de faisceau moyen (par ex. 60°-90°) est souvent souhaité. Sélectionnez des lentilles secondaires ou des réflecteurs compatibles avec l'empreinte du module pour rétrécir le faisceau de l'angle natif de 130°.
5. Disposition du PCB :Suivez la disposition de pastilles recommandée. Assurez des traces de cuivre épaisses pour le transport du courant. Mettez en œuvre des motifs de dégagement thermique pour le soudage mais maximisez le remplissage de cuivre pour la diffusion de la chaleur.

11. Introduction au principe technologique

Technologie LED à puce retournée :Dans une LED conventionnelle, les couches semi-conductrices sont déposées sur un substrat, et les connexions électriques sont réalisées via des fils de liaison sur le dessus de la puce. Dans une conception à puce retournée, après la croissance, la puce est "retournée" et liée directement sur un substrat porteur (comme un support en céramique ou en silicium) à l'aide de billes de soudure. Cela place la région active émettrice de lumière plus près du chemin thermique. La lumière est émise à travers le substrat (qui doit être transparent, comme le saphir) ou sur le côté si le substrat est retiré. Cette structure améliore la dissipation thermique, permet une densité de courant plus élevée et améliore la fiabilité en supprimant les fils de liaison fragiles.

Génération de lumière blanche :La plupart des LED blanches utilisent une puce en nitrure de gallium-indium (InGaN) émettant du bleu. Une partie de la lumière bleue est absorbée par une couche de matériau phosphorescent (typiquement du grenat d'yttrium-aluminium dopé au cérium, YAG:Ce) déposée sur ou autour de la puce. Le phosphore convertit une partie de la lumière bleue en lumière jaune. Le mélange de la lumière bleue restante et de la lumière jaune générée est perçu par l'œil humain comme blanc. L'ajustement de la composition et de l'épaisseur du phosphore contrôle la CCT et l'IRC.

12. Tendances et développement de l'industrie

Croissance de l'efficacité (lm/W) :La tendance principale continue d'être l'augmentation de l'efficacité lumineuse, réduisant l'énergie requise par unité de lumière. Cela est réalisé grâce à des améliorations de l'efficacité quantique interne (IQE), de l'efficacité d'extraction de la lumière et de l'efficacité de conversion du phosphore.

Haute densité de puissance et miniaturisation :Il y a une poussée pour intégrer plus de lumens dans des boîtiers plus petits, motivée par des applications comme les phares automobiles, les micro-projecteurs et les luminaires ultra-compacts. Les technologies à puce retournée et de boîtier à l'échelle de la puce (CSP) sont des facilitateurs clés.

Amélioration de la qualité et de la cohérence des couleurs :La demande pour un IRC élevé (Ra >90, R9 >50) et un point de couleur cohérent d'un lot à l'autre et sur la durée de vie augmente, en particulier dans l'éclairage de détail, muséal et de santé.

Fiabilité et durée de vie :Accent sur la compréhension et l'atténuation des mécanismes de défaillance dans des conditions de stress à haute température, haute humidité et fort courant pour garantir des durées de vie L70/B50 plus longues (temps jusqu'à 70% de maintien du flux pour 50% de la population).

Éclairage intelligent et connecté :L'intégration de l'électronique de contrôle, de capteurs et d'interfaces de communication directement avec les modules LED devient plus courante, permettant des systèmes d'éclairage basés sur l'IoT.

Spectres spécialisés :Développement de LED avec des sorties spectrales sur mesure pour l'éclairage centré sur l'humain (HCL), l'horticulture (lampes de culture) et les applications médicales.