Fiche technique de la série HPND3535CZ0112 (UE) - LED 3.5x3.5x1.6mm - 1.75-2.35V - Flux radiant 1070mW - Rouge profond 660nm - Document technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La série HPND3535CZ0112 (UE) représente la dernière itération de la technologie LED CMS haute puissance, conditionnée dans un boîtier céramique compact au format 3535. Cette série est conçue avec une optique avancée optimisée pour délivrer une luminosité exceptionnellement élevée et une efficacité d'émission photonique supérieure. Principalement destinée au marché de l'éclairage horticole, cette LED se positionne comme l'une des solutions les plus efficaces et compétitives disponibles pour les applications nécessitant des spectres lumineux spécifiques afin d'influencer la croissance et le développement des plantes. Ses principaux avantages incluent un substrat céramique robuste pour une excellente gestion thermique, une protection ESD intégrée renforçant la fiabilité, et la conformité aux normes environnementales et de sécurité strictes, notamment RoHS, REACH et les exigences sans halogène.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Le composant est conçu pour un courant direct continu maximal (IF) de 700 mA dans des conditions où la température du plot thermique est maintenue à 25°C. Pour un fonctionnement en impulsions, un courant d'impulsion crête (IPulse) de 1250 mA est autorisé avec un rapport cyclique de 1/10 à 1 kHz. La température de jonction maximale (TJ) est de 125°C, avec une plage de température de fonctionnement (TOpr) de -40°C à +100°C. La résistance thermique (Rth) de la jonction au point de soudure est spécifiée à 8 °C/W, ce qui est crucial pour la conception thermique. Le composant peut supporter une température de soudure maximale (TSol) de 260°C pendant un temps limité lors du refusion, avec un maximum de deux cycles de refusion autorisés pour éviter la dégradation du boîtier.

2.2 Caractéristiques photométriques et radiométriques

La variante de couleur principale est le Rouge Profond, avec une longueur d'onde de pic (λP) typiquement à 660 nm, variant de 655 nm à 665 nm selon le bin spécifique. Le flux radiant typique (puissance optique) est de 1070 mW lorsqu'elle est alimentée au courant nominal de 700 mA, mesuré à une température de plot thermique de 25°C. Une métrique de performance clé pour l'horticulture est le Flux de Photons Photosynthétiques (PPF), spécifié à 5,83 μmol/s. L'efficacité radiante, indiquant l'efficacité de conversion de la puissance électrique en puissance optique, est de 71 %. L'angle de vision (2θ1/2) est de 120 degrés, offrant un diagramme de rayonnement large et lambertien adapté à un éclairage uniforme et étendu.

2.3 Caractéristiques électriques

La tension directe (Vf) à 700 mA se situe typiquement autour de 2,15 V, avec une plage de binning allant de 1,75 V (bin U1) à 2,35 V (bin U2). Le dispositif offre une protection robuste contre les décharges électrostatiques (ESD), résistant jusqu'à 8000 V (modèle du corps humain), ce qui est essentiel pour la manipulation et l'assemblage en environnements industriels.

3. Explication du système de binning

3.1 Binning de puissance radiante

Les LED sont triées en bins de puissance radiante pour garantir une cohérence de la puissance lumineuse. Le groupement principal pour cette série comprend des bins où la puissance radiante minimale est de 1000 mW et la maximale de 1200 mW. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant aux exigences de flux spécifiques de leur application.

3.2 Binning de tension directe

La tension directe est triée en deux groupes : U1 (1,75 V - 2,05 V) et U2 (2,05 V - 2,35 V). Ce binning est défini au courant de fonctionnement de 700 mA. La connaissance du bin Vf est cruciale pour concevoir le circuit d'alimentation afin d'assurer une régulation de courant stable et une consommation d'énergie prévisible sur plusieurs LED dans un système.

3.3 Binning de longueur d'onde (couleur)

L'émission Rouge Profond est étroitement contrôlée via le binning de longueur d'onde. Les bins disponibles sont D5 (655 nm - 660 nm) et D6 (660 nm - 665 nm). Ce contrôle précis est vital pour les applications horticoles où des longueurs d'onde photoniques spécifiques déclenchent différentes réponses photomorphogéniques chez les plantes, comme la floraison ou l'élongation des tiges.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Distribution spectrale de puissance

Le graphique de Distribution Spectrale de Puissance Relative (SPD) montre un pic dominant étroit centré autour de 660 nm avec une émission minimale dans les autres parties du spectre. Cette caractéristique monochromatique est idéale pour les applications nécessitant une lumière rouge profond pure sans gaspiller d'énergie sur des longueurs d'onde inutilisées. La bande passante étroite garantit que les photons émis sont hautement efficaces pour stimuler la photosynthèse, dont l'absorption est maximale dans la région rouge.

4.2 Caractéristiques Courant-Tension (I-V)

La courbe I-V typique illustre la relation entre le courant direct et la tension directe. Au courant d'alimentation nominal de 700 mA, la tension est d'environ 2,15 V. La courbe montre la relation exponentielle attendue, et la pente dans la région de fonctionnement renseigne sur la résistance dynamique de la diode, ce qui est important pour la conception de l'alimentation, notamment dans les configurations à courant constant.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions mécaniques

Le boîtier suit un format standard 3535, avec des dimensions de 3,5 mm x 3,5 mm en longueur et largeur. La hauteur totale est d'environ 1,6 mm. Le boîtier présente un substrat céramique qui offre une excellente conductivité thermique, aidant à dissiper efficacement la chaleur de la jonction LED. La lentille fait partie intégrante du boîtier, et la fiche technique avertit explicitement de ne pas lui appliquer de force lors de la manipulation, car cela peut entraîner une défaillance du dispositif.

5.2 Configuration des plots et polarité

Le composant possède trois plots électriques : le Plot 1 est désigné comme l'Anode (+), le Plot 2 est la Cathode (-), et un plot central 'P' est un Plot Thermique. Il est extrêmement important de noter que le plot thermique est électriquement isolé de l'anode et de la cathode. Cette isolation permet une connexion thermique directe à un dissipateur thermique ou à une zone de cuivre sur le PCB pour le refroidissement sans créer de court-circuit électrique. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage pour éviter tout dommage.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion

Le composant est conçu pour les procédés standards de Technologie de Montage en Surface (SMT) utilisant de la soudure sans plomb. Un profil de refusion détaillé est fourni : Préchauffage de 25°C à 150°C à une vitesse de 2-3°C/sec, maintien entre 150°C et 200°C pendant 60-120 secondes, puis montée à une température de pic ne dépassant pas 260°C. Le temps au-dessus de la température du liquidus (217°C) doit être de 60-90 secondes, et le temps à moins de 5°C de la température de pic doit être de 20-40 secondes. La vitesse de refroidissement maximale est de 3-5°C/sec.

6.2 Notes critiques d'assemblage

Le dispositif a un Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) de 1, ce qui signifie qu'il a une durée de vie illimitée en stockage dans des conditions ≤30°C / 85% d'Humidité Relative et ne nécessite pas de pré-cuisson avant utilisation s'il est stocké correctement. Cependant, il est fortement recommandé de ne pas effectuer plus de deux cycles de soudure par refusion pour éviter les contraintes thermiques sur le boîtier et les liaisons internes. Après soudure, la carte de circuit imprimé (PCB) ne doit pas être pliée, car une contrainte mécanique peut fracturer les joints de soudure ou le boîtier céramique lui-même.

7. Conditionnement et informations de commande

Le produit est identifié par un numéro de pièce complet qui encode ses caractéristiques clés. Un exemple de code de commande est fourni : HPND3535CZ0112-NDR55651K0X24700-4H(UE). Ce code spécifie la série, la couleur rouge profond (NDR), le bin de puissance radiante, le bin de longueur d'onde (D5/D6), le bin de tension directe (U1/U2), le courant d'alimentation (700mA) et le marquage de conformité (UE). Les concepteurs doivent utiliser le code de commande complet pour s'assurer de recevoir la combinaison exacte de bins de performance requise pour leur application.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application principaux

Éclairage horticole :C'est l'application principale. La lumière rouge profond à 660nm est cruciale pour le processus de photosynthèse, en particulier pour stimuler la réaction du photosystème II. Elle est utilisée dans l'éclairage d'appoint de serres, les fermes verticales et les chambres de croissance végétale pour accélérer la croissance, contrôler la floraison et augmenter le rendement.

Éclairage décoratif et de spectacle :La couleur rouge pure et saturée convient à l'éclairage d'accentuation architecturale, à l'éclairage de scène et aux lieux de divertissement thématiques où des points de couleur spécifiques sont requis.

Éclairage de signalisation et de symboles :Peut être utilisé dans les indicateurs d'état, les panneaux de sortie ou d'autres applications nécessitant une source de lumière rouge fiable et de haute luminosité.

8.2 Considérations de conception

Gestion thermique :Avec une résistance thermique de 8 °C/W et une température de jonction maximale de 125°C, un dissipateur thermique efficace est primordial. Le plot thermiquement isolé doit être connecté à une zone de cuivre suffisamment grande sur le PCB ou à un dissipateur thermique dédié en utilisant des matériaux thermiquement conducteurs mais électriquement isolants si nécessaire. Un refroidissement inadéquat entraînera une réduction de la puissance lumineuse, une dépréciation accélérée du flux lumineux et une défaillance prématurée potentielle.

Courant d'alimentation :Bien que conçue pour 700 mA, un fonctionnement à des courants plus faibles peut améliorer significativement l'efficacité (lumens par watt ou μmol/J) et la longévité. L'alimentation doit être de type à courant constant, adaptée au bin de tension directe des LED utilisées, pour garantir des performances stables et uniformes.

Conception optique :L'angle de vision de 120 degrés offre une large couverture. Pour les applications nécessitant des faisceaux plus focalisés, des optiques secondaires telles que des réflecteurs ou des lentilles peuvent être employées.

9. Comparaison et différenciation technique

La série HPND3535CZ0112 (UE) se différencie sur le marché des LED haute puissance par plusieurs caractéristiques clés. L'utilisation d'un boîtier céramique, par opposition au plastique, offre des performances thermiques supérieures et une fiabilité à long terme, notamment dans les conditions d'alimentation élevées courantes en horticulture. La haute efficacité radiante de 71 % se traduit par moins d'énergie gaspillée sous forme de chaleur, permettant des conceptions de luminaires plus compactes. La combinaison d'un PPF élevé (5,83 μmol/s) à un courant d'alimentation standard de 700mA et d'un ciblage précis de la longueur d'onde autour de 660nm la rend particulièrement optimisée pour l'efficacité photosynthétique, surpassant souvent les LED rouges à spectre plus large ou moins efficaces dans les applications d'éclairage de croissance dédiées.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre le flux radiant (mW) et le Flux de Photons Photosynthétiques (PPF) ?

R : Le flux radiant mesure la puissance optique totale émise en watts. Le PPF mesure le nombre de photons actifs pour la photosynthèse (dans la plage 400-700 nm) émis par seconde, en micromoles par seconde (μmol/s). Le PPF est la métrique pertinente pour la croissance des plantes, tandis que le flux radiant décrit la puissance lumineuse totale.

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

R : Non. Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Leur tension directe a un coefficient de température négatif et varie d'une unité à l'autre (comme le montre le binning). Une source de tension constante peut entraîner un emballement thermique et la destruction de la LED. Utilisez toujours une alimentation à courant constant.

Q : Pourquoi le plot thermique est-il électriquement isolé ?

R : L'isolation électrique permet de souder directement le plot sur une grande surface de cuivre du PCB pour une dissipation thermique maximale sans créer de court-circuit électrique entre l'anode et la cathode. Cela simplifie la conception thermique et améliore l'efficacité du refroidissement.

Q : Comment la longueur d'onde de 660nm bénéficie-t-elle aux plantes par rapport aux autres rouges ?

R : L'absorption de la chlorophylle atteint des pics dans les régions rouge et bleue du spectre. La longueur d'onde de 660nm correspond étroitement à un pic majeur pour la chlorophylle a et b, la rendant très efficace pour stimuler les réactions lumineuses de la photosynthèse, influençant les processus médiés par le phytochrome comme la floraison.

11. Étude de cas d'application pratique

Scénario : Conception d'un module d'éclairage d'appoint pour légumes-feuilles dans une ferme verticale.

Un ingénieur en éclairage conçoit une barre LED de faible encombrement à monter entre les niveaux d'une ferme verticale cultivant de la laitue. L'objectif est de fournir une lumière intense et économe en énergie pour maximiser le taux de croissance dans un espace confiné.

Choix de conception :L'ingénieur sélectionne la série HPND3535CZ0112 (UE) pour son PPF élevé et sa longueur d'onde de 660nm, idéale pour favoriser la croissance foliaire. Il choisit des composants du bin de puissance radiante supérieure (S3, 1100-1200mW) pour maximiser l'intensité lumineuse. Un réseau dense de ces LED est placé sur un PCB à âme d'aluminium (MCPCB) pour gérer efficacement la charge thermique du courant d'alimentation de 700mA. Le large angle de faisceau de 120 degrés assure une distribution lumineuse uniforme sur la canopée des plantes sans nécessiter d'optiques supplémentaires, gardant le module mince. L'alimentation est sélectionnée comme étant de type à courant constant, capable de délivrer le courant requis tout en acceptant la plage de tension d'entrée du système électrique de la ferme. Le résultat est une barre lumineuse compacte et à haut rendement qui délivre efficacement les photons là où ils sont le plus nécessaires pour la photosynthèse.

12. Introduction au principe technique

Les Diodes Électroluminescentes (LED) sont des dispositifs semi-conducteurs qui émettent de la lumière lorsqu'un courant électrique les traverse. Ce phénomène, appelé électroluminescence, se produit lorsque les électrons se recombinent avec les trous d'électrons au sein du dispositif, libérant de l'énergie sous forme de photons. La couleur de la lumière (sa longueur d'onde) est déterminée par la largeur de la bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé. Pour les LED rouge profond comme la HPND3535CZ0112, des matériaux tels que le Phosphure d'Aluminium Gallium Indium (AlGaInP) sont typiquement utilisés pour obtenir l'émission à 660nm. Le boîtier céramique sert à la fois d'enceinte protectrice et de chemin thermique critique, conduisant la chaleur loin de la minuscule puce semi-conductrice (la jonction) vers l'environnement extérieur, maintenant ainsi les performances et la fiabilité.

13. Tendances et évolutions technologiques

Le secteur de l'éclairage horticole stimule des avancées significatives dans la technologie LED. La tendance évolue vers des efficacités photoniques encore plus élevées (μmol/J), réduisant le coût de l'électricité par unité de croissance végétale. L'accent est également mis sur le développement de LED avec des sorties spectrales spécifiques au-delà du simple rouge profond et bleu, incluant le rouge lointain (730nm) pour influencer la morphologie et la floraison des plantes, et les longueurs d'onde ultraviolettes pour le contrôle des ravageurs/maladies. Les conceptions de boîtiers améliorées continuent de réduire la résistance thermique, permettant des courants d'alimentation plus élevés et une plus grande puissance lumineuse à partir d'un seul émetteur. De plus, l'intégration de plusieurs puces monochromatiques (par exemple, rouge, bleu, rouge lointain) dans un seul boîtier pour créer un spectre sur mesure est un domaine de développement actif, offrant aux concepteurs d'éclairage un contrôle sans précédent sur la recette lumineuse pour différentes cultures et stades de croissance.