Fiche technique LED ALFS4J-C010001H-AM - Boîtier céramique CMS - Flux lumineux 1700lm @1000mA - Tension directe 13V - Angle de vision 120° - Grade Automobile - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

L'ALFS4J-C010001H-AM est une LED haute puissance à montage en surface, conçue spécifiquement pour les applications exigeantes de l'éclairage extérieur automobile. Elle est construite avec un boîtier céramique robuste, offrant une gestion thermique supérieure et une fiabilité accrue dans des conditions environnementales sévères. Le dispositif est conçu pour répondre aux exigences rigoureuses de l'industrie automobile.

Avantages principaux :Les principaux avantages de cette LED incluent son flux lumineux typique élevé de 1700 lumens à un courant de commande de 1000mA, un large angle de vision de 120 degrés pour une excellente distribution de la lumière, et une construction robuste incluant une protection ESD jusqu'à 8kV. Sa qualification selon les normes AEC-Q102 et sa robustesse au soufre (Classe A1) la rendent adaptée à une utilisation à long terme dans des environnements automobiles où l'exposition à des éléments corrosifs est courante.

Marché cible & Applications :Cette LED est exclusivement destinée aux systèmes d'éclairage extérieur automobile. Ses applications clés incluent les phares principaux, les feux de jour (DRL) et les feux antibrouillard. La combinaison d'une haute luminosité et d'une grande fiabilité en fait un choix idéal pour les fonctions d'éclairage critiques pour la sécurité, nécessitant des performances constantes sur une large plage de température et tout au long de la durée de vie du véhicule.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et électriques

Les performances électriques et optiques sont définies dans des conditions de test spécifiques, principalement à un courant direct (I_F) de 1000mA et une température du plot thermique de 25°C.

• Flux lumineux (Φ_v) :La valeur typique est de 1700 lm, avec un minimum de 1500 lm et un maximum de 2000 lm. Il est crucial de noter la tolérance de mesure de ±8%. Ce paramètre dépend fortement de la température de jonction.
• Tension directe (V_F) :La tension directe typique est de 13V, allant d'un minimum de 11,6V à un maximum de 15,2V à 1000mA, avec une tolérance de mesure serrée de ±0,05V. Ce paramètre impacte directement la conception du driver et la dissipation de puissance.
• Courant direct (I_F) :Le dispositif est conçu pour un courant direct continu allant jusqu'à 1500mA, avec un point de fonctionnement typique à 1000mA. Toutes les données photométriques sont spécifiées à ce courant typique.
• Angle de vision (φ) :L'angle de vision nominal est de 120 degrés, avec une tolérance de ±5°. Ce large angle est bénéfique pour les applications nécessitant des motifs d'éclairage étendus.
• Température de couleur (K) :La température de couleur corrélée (CCT) varie de 5391K à 6893K, la classant comme une LED blanc froid. La structure de classement exacte est détaillée plus loin.

2.2 Caractéristiques thermiques

Une gestion thermique efficace est cruciale pour les performances et la longévité de la LED. Cette LED fournit deux paramètres clés de résistance thermique.

• Résistance thermique, Jonction à Soudure (R_thJS) :Deux valeurs sont données : R_{thJS_real}(typique 1,26 K/W, max 1,6 K/W) et R_{thJS_el}(typique 0,8 K/W, max 1 K/W). La valeur "réelle" représente le chemin thermique réel, tandis que la valeur "el" est un équivalent électrique utilisé pour certains modèles de simulation. Une résistance thermique plus faible permet un transfert de chaleur plus efficace de la jonction de la LED vers la carte de circuit imprimé (PCB).

3. Valeurs maximales absolues

Dépasser ces limites peut causer des dommages permanents au dispositif. Les concepteurs doivent s'assurer que les conditions de fonctionnement restent dans ces limites.

• Dissipation de puissance (P_d) :22800 mW
• Courant direct (I_F) :1500 mA (DC)
• Température de jonction (T_j) :150 °C
• Température de fonctionnement (T_opr) :-40 °C à +125 °C
• Température de stockage (T_stg) :-40 °C à +125 °C
• Sensibilité ESD (HBM) :8 kV (R=1,5kΩ, C=100pF)
• Température de soudure par refusion :260 °C (pic)

Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en tension inverse. La haute tenue ESD est essentielle pour la manipulation et l'assemblage dans les environnements de production automobile.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Longueur d'onde et distribution spectrale

Le graphique de distribution spectrale relative montre la sortie lumineuse en fonction de la longueur d'onde. Pour une LED blanc froid, le spectre présente typiquement un pic bleu prononcé provenant de la puce LED elle-même et une émission jaune/rouge plus large provenant du revêtement de phosphore. La forme exacte détermine les propriétés de rendu des couleurs et le point blanc précis (coordonnées chromatiques). Le graphique est mesuré à une température de boîtier de 25°C et 1000mA.

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

Ce graphique est fondamental pour la conception du driver. Il montre la relation entre le courant traversant la LED et la chute de tension à ses bornes. La courbe est non linéaire. Au point de fonctionnement typique de 1000mA, la tension est d'environ 13V. Les concepteurs utilisent cette courbe pour calculer la tension de sortie nécessaire du driver et pour comprendre la dissipation de puissance (V_F* I_F).

4.3 Flux lumineux relatif vs. Courant direct

Ce graphique illustre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant de commande. La relation est généralement sous-linéaire ; doubler le courant ne double pas la sortie lumineuse en raison de la baisse d'efficacité et de l'augmentation de la température de jonction. Le graphique est normalisé au flux à 1000mA. Il aide les concepteurs à choisir le courant de commande optimal pour équilibrer la luminosité, l'efficacité et la durée de vie du dispositif.

4.4 Dépendance à la température

Plusieurs graphiques détaillent l'impact de la température sur les performances de la LED, tous mesurés à un courant de commande constant de 1000mA.

• Tension directe relative vs. Température de jonction :La tension directe diminue linéairement lorsque la température de jonction augmente. Cette propriété peut parfois être utilisée pour estimer la température de jonction.
• Flux lumineux relatif vs. Température de jonction :La sortie lumineuse diminue lorsque la température augmente. Ce graphique quantifie cette réduction, ce qui est crucial pour la conception thermique. Maintenir une température de jonction basse est essentiel pour obtenir une luminosité constante.
• Décalage chromatique vs. Température de jonction :Les coordonnées de couleur (CIE x, y) se déplacent avec la température. Ce graphique montre le changement delta (Δ) par rapport à la valeur à 25°C. Minimiser ce décalage est important pour les applications nécessitant une apparence de couleur stable.
• Décalage chromatique vs. Courant direct :De même, les coordonnées de couleur peuvent se déplacer avec le courant de commande, même à température constante.

4.5 Courbe de déclassement du courant direct

C'est l'un des graphiques les plus critiques pour une conception de système fiable. Il montre le courant direct maximal autorisé en fonction de la température du point de soudure (ou du boîtier). Lorsque la température ambiante ou de la carte augmente, le courant maximal sûr diminue pour empêcher la température de jonction de dépasser sa limite de 150°C. Les concepteurs doivent utiliser cette courbe pour sélectionner des courants de commande appropriés à leur environnement thermique spécifique.

5. Explication du système de classement

En raison des variations de fabrication, les LED sont triées en classes de performance pour garantir l'uniformité au sein d'un lot de production. Ce dispositif utilise un système de classement multi-paramètres.

5.1 Classement du flux lumineux

Les LED sont regroupées selon leur flux lumineux mesuré au courant direct typique. La structure de classement utilise une combinaison d'une lettre de Groupe et d'un numéro de Classe.

• Groupe E :Inclut les classes 7 (1500-1600 lm), 8 (1600-1700 lm) et 9 (1700-1800 lm).
• Groupe F :Inclut les classes 0 (1800-1900 lm) et 1 (1900-2000 lm).

L'ALFS4J-C010001H-AM a un flux typique de 1700 lm, la plaçant dans la Classe 9 du Groupe E. La tolérance de mesure est de ±8%.

5.2 Classement de la tension directe

Les LED sont également triées selon leur tension directe au courant typique. Cela aide à concevoir des chaînes en parallèle et à gérer les exigences d'alimentation.

• Classe 4A : V_F= 11,60V à 12,80V
• Classe 4B : V_F= 12,80V à 14,00V
• Classe 4C : V_F= 14,00V à 15,20V

Le V_Ftypique de 13V suggère que le dispositif se situe dans la Classe 4B. La tolérance de mesure est de ±0,05V.

5.3 Classement de la couleur (Chromaticité)

Deux structures de classement sont présentées pour les coordonnées de couleur sur le diagramme chromatique CIE 1931 : une structure ECE et une structure alternative.

Structure de classe ECE :Il s'agit d'une structure de classe à plusieurs segments pour les LED blanc froid. Des classes spécifiques comme 63M, 61M, 58M et 56M sont définies par des quadrilatères sur le diagramme CIE, chacun avec quatre ensembles de coordonnées (x, y) définissant ses coins. Cela permet un contrôle plus serré de la couleur en regroupant les LED avec une chromaticité très similaire. La plage de température de couleur typique de 5391K à 6893K couvre ces classes. La tolérance de mesure pour les coordonnées est de ±0,005.

Structure alternative :Un autre ensemble de classes (65L, 65H, 61L, 61H) est présenté, représentant probablement une norme de tri différente ou une classification interne, également pour les LED blanc froid.

6. Numéro de pièce et informations de commande

Le numéro de pièce est ALFS4J-C010001H-AM. Bien que les informations complètes de commande, y compris les quantités de conditionnement (par exemple, les spécifications de bande et de bobine), soient référencées dans la table des matières du document, les détails spécifiques ne sont pas fournis dans l'extrait. Typiquement, ces informations incluraient la taille de la bobine, l'orientation et la quantité par bobine.

7. Mécanique, assemblage et conditionnement

7.1 Dimensions mécaniques

La LED utilise un boîtier céramique à montage en surface (CMS). Les dimensions exactes (longueur, largeur, hauteur, tailles des plots et tolérances) sont contenues dans la section "Dimensions mécaniques". Les boîtiers céramiques offrent une excellente conductivité thermique et une stabilité mécanique par rapport aux boîtiers plastiques, ce qui est vital pour les applications haute puissance et la fiabilité sous cyclage thermique.

7.2 Empattement de soudure recommandé

Un empreinte recommandée pour le PCB est fournie. Cela inclut la taille, la forme et l'espacement des plots de cuivre pour les bornes électriques et, crucialement, pour le plot thermique. Un plot thermique correctement conçu avec des vias thermiques adéquats vers des plans de masse internes ou un dissipateur thermique est essentiel pour évacuer la chaleur de la LED afin de maintenir une basse température de jonction et d'assurer les performances.

7.3 Profil de soudure par refusion

Le document spécifie un profil de soudure par refusion avec une température de pic de 260°C. Les détails du profil (préchauffage, maintien, refusion et temps et températures de refroidissement) sont critiques pour obtenir des soudures fiables sans endommager le composant LED. Le respect de ce profil est nécessaire pour éviter les chocs thermiques, le délaminage ou la dégradation des matériaux internes.

7.4 Informations de conditionnement

Les détails sur la façon dont les LED sont fournies (par exemple, largeur de la bande embossée, dimensions des alvéoles, diamètre de la bobine et orientation) se trouveraient ici. Ces informations sont nécessaires pour configurer les équipements d'assemblage automatisés de type pick-and-place.

8. Directives d'application et considérations de conception

8.1 Précautions d'utilisation

Des avertissements généraux de manipulation et de conception sont fournis pour assurer la fiabilité. Les précautions clés incluent probablement :

• Protection ESD :Malgré la tenue de 8kV HBM, des précautions ESD standard lors de la manipulation sont recommandées.
• Gestion thermique :Insiste sur le besoin critique d'un chemin thermique efficace du plot thermique vers le dissipateur thermique du système.
• Contrôle du courant :La LED doit être pilotée par une source de courant constant, et non par une source de tension constante, pour éviter l'emballement thermique.
• Nettoyage :Directives sur les solvants et processus de nettoyage acceptables après soudure.

8.2 Robustesse au soufre

La LED est classée Robustesse au Soufre Classe A1. Cela indique un haut niveau de résistance aux atmosphères corrosives contenant du soufre, courantes dans certains environnements automobiles et industriels. Cette protection empêche la formation de sulfure d'argent sur les contacts, ce qui peut entraîner une augmentation de la résistance et une défaillance.

8.3 Informations de conformité

Le produit est déclaré conforme aux principales réglementations environnementales :

• RoHS :Conforme à la directive sur la restriction des substances dangereuses.
• UE REACH :Conforme au règlement sur l'enregistrement, l'évaluation, l'autorisation et la restriction des produits chimiques.
• Sans halogène :Conforme aux exigences sans halogène (Brome <900 ppm, Chlore <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

9. Comparaison et différenciation technique

Bien qu'une comparaison directe avec d'autres produits ne figure pas dans la fiche technique, les principales caractéristiques différenciantes de l'ALFS4J-C010001H-AM peuvent être déduites :

• Grade Automobile (AEC-Q102) :C'est un différenciateur significatif par rapport aux LED de grade commercial, impliquant des tests rigoureux pour le cyclage thermique, l'humidité, la durée de vie en fonctionnement à haute température (HTOL) et autres contraintes.
• Boîtier céramique :Offre de meilleures performances thermiques et une fiabilité à long terme que les boîtiers plastiques standard, en particulier sous une densité de puissance optique élevée.
• Flux lumineux élevé en format CMS :Délivrer 1700+ lm à partir d'un boîtier CMS est adapté aux conceptions optiques compactes dans les phares automobiles.
• Robustesse au soufre :Toutes les LED automobiles n'ont pas un classement formel de résistance au soufre ; la Classe A1 est un atout majeur pour les environnements sévères.

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

Q1 : Quel courant de driver dois-je utiliser ?

R : Le point de fonctionnement typique est de 1000mA, avec un maximum absolu de 1500mA. Le courant réel doit être déterminé en utilisant la courbe de déclassement basée sur la température maximale attendue du point de soudure de votre système pour garantir T_j< 150°C.

Q2 : Comment gérer la chaleur ?

R : Utilisez l'empattement PCB recommandé avec un grand plot thermique connecté via plusieurs vias thermiques à un plan de cuivre interne ou à un dissipateur externe. Calculez l'élévation de température attendue en utilisant : ΔT = R_{thJS_real}* (V_F* I_F). Assurez-vous que la température finale du point de soudure permet un fonctionnement dans les limites de la courbe de déclassement.

Q3 : Quel est l'impact du classement sur ma conception ?

R : Le classement du flux lumineux affecte la sortie lumineuse totale ; vous devrez peut-être ajuster le nombre de LED ou le courant du driver pour atteindre une cible de lumens spécifique. Le classement de tension affecte la chute de tension totale dans les chaînes en série et la conception de l'alimentation. Le classement de couleur est crucial pour les applications où la cohérence de couleur entre plusieurs LED est importante (par exemple, l'apparence du phare).

Q4 : Puis-je l'utiliser pour l'éclairage intérieur ?

R : Bien que techniquement possible, cette LED est surdimensionnée et probablement trop coûteuse pour l'éclairage intérieur. Sa haute puissance, son large angle de vision et ses qualifications de grade automobile sont optimisées pour les applications extérieures.

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un module de feu de jour (DRL).

Exigences :Le DRL doit produire un motif d'intensité lumineuse spécifique selon les réglementations automobiles, fonctionner de manière fiable de -40°C à +85°C ambiant, et avoir une durée de vie dépassant 10 000 heures.

Étapes de conception :

1. Conception optique :En utilisant l'angle de vision de 120° et le flux typique de 1700 lm, un ingénieur opticien conçoit une lentille secondaire ou un réflecteur pour façonner le faisceau en le motif DRL requis.
2. Conception thermique :L'ingénieur mécanique conçoit un dissipateur thermique en aluminium. La résistance thermique du point de soudure de la LED à l'ambiant (R_thSA) est calculée. Combinée avec R_thJS(1,26 K/W) et la dissipation de puissance (P_d≈ 13V * 1A = 13W), la température de jonction T_j= T_amb+ (R_thJS+ R_thSA) * P_dest vérifiée pour être inférieure à 125°C à la température ambiante maximale de 85°C.
3. Conception électrique :Un driver LED à courant constant de grade automobile est sélectionné. Sa plage de tension de sortie doit s'adapter à la tension directe maximale de la chaîne de LED (par exemple, 4 LED en série * 15,2V max = 60,8V) plus une marge. Le courant du driver est fixé à 1000mA, mais validé par rapport à la courbe de déclassement pour la température maximale calculée du point de soudure.
4. Conception du PCB :Le PCB est conçu avec l'empattement recommandé exact. La zone du plot thermique est remplie de plusieurs grands vias, plaqués et remplis de soudure, pour se connecter à une couche de cuivre interne épaisse qui est fixée au dissipateur thermique.
5. Validation :Le prototype est testé dans une chambre climatique. La sortie lumineuse est mesurée à haute et basse température. Le décalage de couleur est vérifié par rapport aux spécifications. Des tests de fiabilité à long terme, incluant le cyclage thermique et les tests en chaleur humide, sont effectués pour valider la conception par rapport aux objectifs AEC-Q102.

12. Principe de fonctionnement

L'ALFS4J-C010001H-AM est une LED blanche à conversion de phosphore. Son principe de fonctionnement de base implique l'électroluminescence dans une puce semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active de la puce, émettant des photons. La puce primaire émet de la lumière bleue. Une partie de cette lumière bleue est absorbée par un revêtement de phosphore déposé sur la puce. Le phosphore ré-émet cette énergie sous forme de lumière sur un spectre plus large, principalement dans les régions jaune et rouge. Le mélange de la lumière bleue restante et de la lumière jaune/rouge convertie par le phosphore est perçu par l'œil humain comme de la lumière blanche. Le rapport exact entre la lumière bleue et la lumière convertie par le phosphore, ainsi que la composition du phosphore, déterminent la température de couleur corrélée (CCT) et l'indice de rendu des couleurs (IRC) de la lumière blanche émise.

13. Tendances technologiques

Le développement de LED comme l'ALFS4J-C010001H-AM est motivé par plusieurs tendances clés dans l'éclairage automobile et l'éclairage à semi-conducteurs en général :

• Augmentation de l'efficacité lumineuse (lm/W) :La recherche continue vise à produire plus de lumens par watt d'entrée électrique, réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique pour la même sortie lumineuse.
• Densité de puissance plus élevée & Miniaturisation :La tendance vers des conceptions de phares plus petits et plus stylisés nécessite des LED capables de délivrer un flux très élevé à partir d'empreintes de boîtier de plus en plus petites, augmentant le défi de la gestion thermique.
• Façonnage de faisceau avancé avec optiques intégrées :Les tendances incluent la combinaison de la LED avec des optiques primaires (par exemple, des micro-lentilles) au niveau du boîtier pour fournir une sortie lumineuse mieux contrôlée pour les systèmes optiques secondaires.
• Éclairage intelligent et adaptatif :L'avenir implique l'intégration des LED avec des capteurs et des systèmes de contrôle pour des faisceaux de conduite adaptatifs (ADB) qui peuvent façonner dynamiquement le motif lumineux pour éviter d'éblouir les autres conducteurs tout en maximisant la visibilité.
• Science des matériaux pour la fiabilité :Amélioration continue des matériaux de phosphore pour une meilleure stabilité à haute température et une efficacité de conversion plus élevée, ainsi que des avancées dans les matériaux de boîtier (comme les céramiques) et les technologies d'interconnexion pour résister à un plus grand cyclage thermique.