Fiche technique LED EHP-C04 - LED blanche haute puissance - 160lm @ 1000mA - 5700K CCT - Boîtier 2.04x1.64mm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La EHP-C04/NT01A-P01/TR est une LED blanche haute puissance à montage en surface conçue pour des applications d'éclairage exigeantes. Elle utilise la technologie de puce InGaN pour produire une lumière blanche, offrant un équilibre entre un rendement lumineux élevé et un facteur de forme compact. Cet appareil est classé pour la production de masse, ce qui indique sa maturité et sa fiabilité pour une fabrication en volume.

La proposition de valeur principale de cette LED réside dans sa combinaison d'efficacité élevée dans un petit boîtier. Elle est conçue pour des applications où l'espace est limité mais où un fort flux lumineux est requis. Le dispositif intègre une protection intégrée contre les décharges électrostatiques (ESD), renforçant sa robustesse lors de la manipulation et des processus d'assemblage.

1.1 Caractéristiques clés et applications

La LED présente plusieurs caractéristiques clés qui définissent son domaine de performance. Elle délivre un flux lumineux typique de 160 lumens lorsqu'elle est alimentée par un courant direct de 1000mA. La température de couleur corrélée (CCT) typique à ce courant d'alimentation est de 5700 Kelvin, la plaçant dans le spectre du "blanc froid". Son efficacité optique est évaluée à 45 lumens par watt dans les mêmes conditions.

D'un point de vue fiabilité, elle offre une protection ESD jusqu'à 8KV (modèle du corps humain) et est classée Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) Classe 1, ce qui signifie qu'elle a une durée de vie illimitée en stockage dans des conditions ≤30°C/85% HR et ne nécessite pas de pré-cuisson avant le soudage par refusion dans des conditions standard. Le dispositif est également conforme à la directive RoHS et est sans plomb.

Les principaux paramètres de regroupement pour la production sont le flux lumineux total et les coordonnées de couleur, garantissant une cohérence dans les performances optiques.

Applications cibles :

• Flash d'appareil photo mobile :L'application principale est en tant que flash ou lumière stroboscopique pour téléphones mobiles et autres appareils portables, nécessitant un flux lumineux instantané élevé.
• Lampe torche pour vidéo numérique (DV) :Utilisée pour un éclairage constant dans les applications d'enregistrement vidéo.
• Éclairage général :Adaptée à divers luminaires d'intérieur.
• Éclairage architectural et de sécurité :Peut être utilisée dans les lampes de balisage pour marches, issues de secours et autres signalisations.
• Rétroéclairage TFT :Fournit l'éclairage pour les panneaux d'affichage.
• Éclairage automobile :Applicable pour l'éclairage automobile extérieur et intérieur, sous réserve de répondre à des qualifications spécifiques de grade automobile.
• Éclairage décoratif et de divertissement :Utilisée dans l'éclairage d'accentuation et les effets.

2. Caractéristiques thermiques et valeurs maximales absolues

Comprendre les valeurs maximales absolues est crucial pour assurer un fonctionnement fiable et éviter des dommages permanents à la LED. Toutes les valeurs sont spécifiées à une température de pastille de soudure (T_{pastille de soudure}) de 25°C.

2.1 Limites électriques et thermiques

Courant direct continu (I_F) :Le courant continu maximal est de 350 mA. Dépasser cette limite risque une surchauffe et une dégradation accélérée.

Courant de crête en impulsion (I_impulsion) :Pour un fonctionnement en impulsion, un courant de crête de 1500 mA est autorisé dans des conditions spécifiques : une largeur d'impulsion de 400ms ON et 3600ms OFF. Pour des impulsions plus courtes, la fiche technique spécifie que le courant d'impulsion de crête doit être appliqué avec une durée maximale de 50ms et un cycle de service maximal de 10%. Ceci est particulièrement pertinent pour les applications de flash.

Dissipation de puissance (P_d) :En mode impulsion, la dissipation de puissance maximale autorisée est de 6,5 Watts. Cette valeur est étroitement liée à la gestion thermique.

Température de jonction (T_J) :La température maximale autorisée à la jonction du semi-conducteur est de 125°C. La durée de vie et les performances du dispositif se dégradent significativement lorsque cette température est approchée ou dépassée.

Résistance thermique (R_θ) :La résistance thermique de la jonction à la patte est spécifiée à 10 °C/W. Ce paramètre est vital pour calculer l'élévation de température de la jonction en fonction de la puissance dissipée (P_d= V_F* I_F). Un dissipateur thermique efficace est nécessaire pour maintenir T_Jdans des limites sûres, en particulier à des courants élevés.

Température de fonctionnement et de stockage :Le dispositif peut fonctionner dans des températures ambiantes de -40°C à +85°C et peut être stocké dans des températures de -40°C à +110°C.

Soudage :La LED peut supporter une température de soudage maximale de 260°C et est conçue pour un maximum de 2 cycles de refusion, ce qui est standard pour les composants CMS.

2.2 Notes de conception critiques

La fiche technique inclut plusieurs avertissements importants :

• La LED n'est pas conçue pour fonctionner en polarisation inverse.
• Évitez de faire fonctionner la LED à sa température de fonctionnement maximale pendant des périodes dépassant une heure pour garantir une fiabilité à long terme.
• Toutes les spécifications sont garanties par un test de fiabilité de 1000 heures, avec une dégradation de la tension directe garantie inférieure à 30%.
• Les tests de fiabilité à 1500mA ont été réalisés avec une bonne gestion thermique en utilisant un PCB à âme métallique (MCPCB) de 1,0cm x 1,0cm. Les tests à 1000mA ont utilisé un PCB FR4 de 1,0cm x 1,0cm.
• Faire fonctionner la LED en continu aux valeurs maximales causera des dommages permanents. L'application simultanée de plusieurs paramètres à leurs valeurs maximales n'est pas autorisée.

3. Caractéristiques électro-optiques

Ces caractéristiques définissent les performances attendues de la LED dans des conditions de fonctionnement normales, mesurées à T_{pastille de soudure}= 25°C et typiquement dans une condition d'impulsion de 50ms pour minimiser les effets d'auto-échauffement.

3.1 Paramètres de performance clés

Flux lumineux (Ф_v) :Le flux lumineux. Le minimum est de 140 lm, le typique est de 160 lm, sans maximum spécifié dans le tableau récapitulatif. La tolérance de mesure est de ±10%.

Tension directe (V_F) :La chute de tension aux bornes de la LED à un courant spécifié. À I_F=1000mA, V_Fa un minimum de 2,95V et un maximum de 4,35V, avec une tolérance de mesure de ±0,1V. La valeur typique n'est pas indiquée dans le tableau principal mais est définie dans les plages de bin.

Température de couleur corrélée (CCT) :S'étend de 4500K à 7000K, avec une valeur typique de 5700K à 1000mA.

Angle de vision (2θ_1/2) :L'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de la valeur de crête est de 120 degrés, avec une tolérance de ±5 degrés. Le diagramme de rayonnement est lambertien, ce qui signifie que l'intensité décroît avec le cosinus de l'angle de vision.

4. Explication du système de binning

Pour gérer les variations de production et permettre aux concepteurs de sélectionner des LED avec des performances cohérentes, les dispositifs sont triés en bins selon des paramètres clés.

4.1 Binning de la tension directe (V_F)

Les LED sont catégorisées en cinq bins de tension à I_F=1000mA :

- Bin 2932 : 2,95V à 3,25V

- Bin 3235 : 3,25V à 3,55V

- Bin 3538 : 3,55V à 3,85V

- Bin 3841 : 3,85V à 4,15V

- Bin 4143 : 4,15V à 4,35V

Cela permet un meilleur appariement des courants lorsque plusieurs LED sont utilisées en série ou pour prévoir les besoins de l'alimentation.

4.2 Binning du flux lumineux

Le flux lumineux est trié en trois catégories à I_F=1000mA :

- Bin J3 : 140 lm à 160 lm

- Bin J4 : 160 lm à 180 lm

- Bin J5 : 180 lm à 200 lm

Cela aide à obtenir une luminosité uniforme dans un réseau ou une application.

4.3 Binning de la couleur (blanc)

Les coordonnées chromatiques (CIE x, y) sont regroupées en trois bins principaux définis par leur CCT cible et une zone quadrilatère sur le diagramme de chromaticité :

1. Bin de couleur (1) - 4550K :Cible 4500K-5000K. Défini par les coordonnées (0,3738, 0,4378), (0,3524, 0,4061), (0,3440, 0,3420), (0,3620, 0,3720).

2. Bin de couleur (2) - 5057K :Cible 5000K-5700K. Défini par les coordonnées (0,3300, 0,3200), (0,3300, 0,3730), (0,3440, 0,3420), (0,3524, 0,4061).

3. Bin de couleur (3) - 5770K :Cible 5700K-7000K. Défini par les coordonnées (0,3030, 0,3330), (0,3300, 0,3730), (0,3300, 0,3200), (0,3110, 0,2920).

La tolérance de mesure des coordonnées de couleur est de ±0,01. Les bins sont définis à I_F= 1000mA sous un fonctionnement en impulsion de 50ms.

5. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant les tendances de performance, tous testés avec une gestion thermique supérieure sur un MCPCB de 1,0x1,0 cm².

5.1 Distribution spectrale

La courbe de distribution spectrale relative montre un large spectre d'émission caractéristique d'une LED blanche à conversion de phosphore, avec un pic dans la région bleue (de la puce InGaN) et un pic plus large dans la région jaune-vert (du phosphore). Cette combinaison produit de la lumière blanche.

5.2 Tension directe en fonction du courant

Cette courbe montre la relation non linéaire entre la tension directe (V_F) et le courant direct (I_F). V_Faugmente avec I_F, mais le taux d'augmentation n'est pas linéaire. Ce graphique est essentiel pour la conception du pilote, en particulier pour les pilotes à courant constant.

5.3 Flux lumineux en fonction du courant

La courbe de flux lumineux relatif démontre que le flux lumineux augmente de manière super-linéaire avec le courant à des courants faibles, mais tend à devenir plus linéaire voire sous-linéaire à des courants très élevés en raison de la baisse d'efficacité et des effets thermiques. Cela souligne l'importance de la gestion thermique pour maintenir l'efficacité.

5.4 Température de couleur en fonction du courant

Le graphique de la température de couleur corrélée (CCT) en fonction du courant direct montre comment la température de couleur varie avec le courant d'alimentation. Typiquement, la CCT peut augmenter (la lumière devient plus froide) avec un courant plus élevé en raison des changements dans l'efficacité de conversion du phosphore par rapport à l'émission de la puce bleue.

5.5 Courbe de déclassement du courant direct

C'est l'un des graphiques les plus critiques pour une conception fiable. Il montre le courant direct maximal autorisé en fonction de la température de la pastille de soudure. Lorsque la température de la pastille augmente, le courant maximal sûr diminue significativement. Par exemple, à une température de pastille de soudure de 100°C, le courant continu maximal autorisé est déclassé à environ 100mA pour maintenir la température de jonction en dessous de 125°C. Cette courbe impose l'utilisation d'un dissipateur thermique efficace pour un fonctionnement à courant élevé.

6. Informations mécaniques et sur le boîtier

6.1 Dimensions du boîtier

La LED est fournie dans un boîtier compact à montage en surface. Les dimensions clés du dessin incluent :

- Taille globale du boîtier : environ 2,04 mm de longueur et 1,64 mm de largeur.

- La position de la puce et le centre optique sont indiqués.

- Les pastilles anode et cathode sont clairement marquées pour l'identification de la polarité.

- Les dimensions sont en millimètres, avec des tolérances standard de ±0,1mm sauf indication contraire.

La vue de dessus montre les pastilles anode et cathode, cruciales pour un placement correct sur le PCB et le soudage. Le centre optique est décalé par rapport au centre géométrique, ce qui peut être important pour une conception optique précise dans des applications comme les flashes d'appareil photo.

7. Directives de soudage, assemblage et manipulation

7.1 Sensibilité à l'humidité et refusion

En tant que dispositif MSL Niveau 1, il a une durée de vie illimitée en stockage à ≤30°C/85% HR. Les conditions standard de trempage pour la refusion sont de 168 heures (+5/-0) à 85°C/85% HR si requises par d'autres composants sur la carte. Le dispositif peut supporter une température de soudage de crête de 260°C pour un profil de refusion standard et est conçu pour un maximum de 2 cycles de refusion.

7.2 Stockage et manipulation

Le stockage doit se faire dans la plage de température spécifiée de -40°C à +110°C. Malgré la protection ESD de 8KV, les précautions ESD standard doivent toujours être observées lors de la manipulation pour éviter d'éventuels dommages latents.

8. Informations sur l'emballage et la commande

8.1 Explication de l'étiquette

L'étiquette d'emballage comprend plusieurs codes essentiels pour la traçabilité et la sélection :

- CPN :Numéro de produit du client.

- P/N :Numéro de produit du fabricant (ex. : EHP-C04/NT01A-P01/TR).

- LOT NO :Numéro de lot de fabrication pour la traçabilité.

- QTY :Quantité de dispositifs dans l'emballage.

- CAT :Code du bin de flux lumineux (luminosité) (ex. : J3, J4, J5).

- HUE :Code du bin de couleur (ex. : 1, 2, 3).

- REF :Code du bin de tension directe (ex. : 2932, 3235).

- MSL-X :Niveau de sensibilité à l'humidité.

9. Considérations de conception d'application

9.1 Gestion thermique

C'est le facteur le plus critique pour un fonctionnement et des performances fiables. La courbe de déclassement montre clairement la nécessité de maintenir une température basse de la pastille de soudure. Les concepteurs doivent :

1. Utiliser un PCB avec une conductivité thermique adéquate (ex. : MCPCB pour les applications à courant élevé comme le flash, comme utilisé dans les tests de fiabilité).

2. Assurer un chemin de faible résistance thermique de la pastille de la LED au dissipateur thermique ou à l'environnement.

3. Prendre en compte la température ambiante de fonctionnement.

4. Pour un fonctionnement en impulsion (comme un flash d'appareil photo), la masse thermique du système et le cycle de service détermineront l'élévation de température moyenne.

9.2 Alimentation électrique

La LED doit être alimentée par une source de courant constant, et non une source de tension constante, pour assurer un flux lumineux stable et éviter l'emballement thermique. Le pilote doit être conçu pour :

- Fournir le courant requis (ex. : 1000mA pour une luminosité maximale).

- S'adapter à la plage de bins de tension directe (2,95V à 4,35V) pour assurer une régulation de courant correcte sur toutes les unités.

- Pour les applications de flash, fournir le courant de crête élevé (jusqu'à 1500mA dans des conditions d'impulsion spécifiées) avec un contrôle approprié de la largeur d'impulsion et du cycle de service.

9.3 Intégration optique

Le diagramme de rayonnement lambertien et l'angle de vision de 120 degrés la rendent adaptée aux applications nécessitant un éclairage large. Pour des faisceaux focalisés (ex. : lampe torche), des optiques secondaires (lentilles ou réflecteurs) seront nécessaires. Le décalage du centre optique par rapport au centre géométrique du boîtier doit être pris en compte dans les alignements optiques précis.

10. Guide de comparaison et de sélection

Lors de la sélection de cette LED, comparez ses paramètres clés aux exigences de l'application :

- Flux lumineux & Efficacité :160 lm @ 1A et 45 lm/W sont compétitifs pour sa taille de boîtier et l'époque de la fiche technique. Les LED plus récentes peuvent offrir une efficacité supérieure.

- Température de couleur :La CCT typique de 5700K est un blanc froid standard. La disponibilité de bins de 4500K à 7000K offre une flexibilité.

- Taille du boîtier :L'empreinte de 2,04x1,64mm est compacte, adaptée aux conceptions à espace limité comme les téléphones mobiles.

- Courant d'alimentation :Ses performances sont caractérisées à 1000mA, ce qui est un courant d'alimentation courant pour les LED flash haute puissance. La capacité à gérer des impulsions de 1500mA est un avantage clé pour les applications de flash par rapport aux LED conçues uniquement pour des courants plus faibles.

- Performance thermique :La résistance thermique jonction-patte de 10 °C/W nécessite une conception thermique minutieuse. Comparez cette valeur avec des alternatives ; un nombre plus bas indique un boîtier meilleur pour transférer la chaleur.

11. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation 3,3V ?

R : Cela dépend du bin de tension directe de votre LED spécifique et du courant souhaité. Pour une alimentation de 1000mA, le V_Fvarie de 2,95V à 4,35V. Une alimentation 3,3V ne serait suffisante que pour les LED dans les bins V_Finférieurs (ex. : 2932) et nécessiterait un pilote à courant constant à très faible tension de déchet. Une alimentation à tension plus élevée (ex. : 5V) avec un régulateur de courant est plus fiable.

Q : Comment atteindre les 160 lumens nominales dans mon application ?

R : Vous devez alimenter la LED à 1000mA continu ou un courant pulsé équivalent tout en maintenant la température de la pastille de soudure à ou près de 25°C. Dans une application réelle avec une température ambiante plus élevée et un dissipateur thermique limité, le flux lumineux sera plus faible en raison du déclassement thermique et de la baisse d'efficacité.

Q : Quelle est la différence entre les conditions de test à 1000mA et 1500mA ?

R : La condition à 1000mA est utilisée pour caractériser les performances typiques (flux, V_F, CCT). La spécification à 1500mA est pour des impulsions de courte durée (max 50ms, 10% de cycle de service), ce qui est typique pour le fonctionnement du flash d'appareil photo. Les tests de fiabilité ont été réalisés différemment : les tests à 1500mA utilisaient un MCPCB pour un meilleur refroidissement, tandis que les tests à 1000mA utilisaient du FR4.

Q : Pourquoi la tolérance de l'angle de vision est-elle de ±5 degrés ?

R : Cette tolérance tient compte des variations mineures dans le placement de la puce, le revêtement de phosphore et la géométrie de la lentille lors de la fabrication, qui peuvent légèrement altérer le diagramme de rayonnement.

12. Exemples de conception et de cas d'utilisation

12.1 Flash d'appareil photo de téléphone mobile

Scénario :Conception d'un flash à une seule LED pour un appareil photo de smartphone.

Mise en œuvre :

1. Circuit d'alimentation :Utiliser un circuit intégré pilote de flash LED dédié capable de délivrer des impulsions de 1500mA avec un contrôle précis de la largeur d'impulsion (ex. : 400ms max pour la lumière d'assistance photo). Le pilote doit avoir un convertisseur élévateur haute tension pour générer une tension suffisante (ex. : >5V) pour couvrir le V_F bin.

2. Gestion thermique :La LED doit être montée sur une pastille thermique dédiée sur le PCB, connectée à des plans de masse internes ou à un châssis métallique intermédiaire pour la diffusion de la chaleur. Le cycle de service du flash doit être limité par logiciel pour éviter la surchauffe.

3. Optique :Une lentille plastique ou un guide de lumière est placé sur la LED pour diffuser la lumière et réduire les points chauds, en alignant le centre optique décalé avec l'axe de la lentille.

12.2 Lumière vidéo portable

Scénario :Une lampe torche à allumage constant pour une caméra vidéo numérique.

Mise en œuvre :

1. Circuit d'alimentation :Un pilote à courant constant réglé à 350mA (la valeur DC maximale) ou moins pour privilégier l'efficacité et la longévité. Un régulateur linéaire simple ou un convertisseur à découpage peut être utilisé.

2. Gestion thermique :Un petit dissipateur thermique en aluminium est fixé à la zone du PCB derrière la LED. Le boîtier doit permettre une certaine circulation d'air.

3. Optique :Un réflecteur peu profond ou une lentille dépoli crée un faisceau large et uniforme adapté à l'éclairage vidéo.

13. Principes techniques

La EHP-C04 est une LED blanche à conversion de phosphore. Le principe fondamental implique une puce semi-conductrice en Nitrure de Gallium-Indium (InGaN) qui émet de la lumière bleue lorsqu'un courant électrique la traverse (électroluminescence). Cette lumière bleue est partiellement absorbée par une couche de phosphore au grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au cérium (YAG:Ce) recouvrant la puce. Le phosphore convertit une partie des photons bleus en longueurs d'onde plus longues, principalement dans la région jaune. Le mélange de la lumière bleue restante et de la lumière jaune émise est perçu par l'œil humain comme de la lumière blanche. Le rapport exact entre l'émission bleue et jaune, contrôlé par la composition et l'épaisseur du phosphore, détermine la Température de Couleur Corrélée (CCT). Le boîtier compact intègre la puce, le phosphore et une lentille primaire en silicone qui façonne le diagramme de rayonnement initial.

14. Contexte industriel et tendances

Cette fiche technique, avec une date de publication de 2015, représente une génération mature de LED blanches haute puissance. À l'époque, une efficacité de 45 lm/W à un courant d'alimentation de 1A était compétitive pour sa classe de boîtier. Les tendances clés de l'industrie depuis lors que les concepteurs doivent considérer lors de l'évaluation de cette pièce pour de nouvelles conceptions incluent :

- Efficacité accrue :Les LED blanches haute puissance modernes peuvent dépasser 150-200 lm/W, réduisant significativement la consommation d'énergie et la charge thermique pour le même flux lumineux.

- Qualité de couleur améliorée :Les LED plus récentes offrent souvent des valeurs d'Indice de Rendu des Couleurs (IRC) plus élevées et un contrôle plus cohérent du point de couleur entre les bins.

- Emballage avancé :Les tendances incluent les boîtiers à l'échelle de la puce (CSP) sans cadre de plomb, qui peuvent offrir de meilleures performances thermiques et une taille plus petite. Aussi, des boîtiers conçus pour une densité de courant plus élevée et une meilleure extraction de la lumière.

- Solutions intégrées :Pour des applications comme le flash d'appareil photo, les LED sont de plus en plus intégrées avec des pilotes, des capteurs et des optiques dans des modules complets.

- Fiabilité et durée de vie :Alors que cette LED garantit moins de 30% de dépréciation du flux lumineux après 1000 heures, les produits plus récents citent souvent des durées de vie L70 ou L90 (temps pour atteindre 70% ou 90% du flux lumineux initial) de dizaines de milliers d'heures dans des conditions spécifiques.

Lors de la sélection des composants, les ingénieurs doivent peser la fiabilité éprouvée et le coût des pièces établies comme la EHP-C04 par rapport aux avantages de performance des nouvelles générations, en considérant les exigences spécifiques et le cycle de vie de leur produit.