Fiche technique de la LED à puissance moyenne en boîtier EMC 3020 - 3.0x2.0mm - Tension 3.4V - Puissance 0.5W/0.8W - Blanc froid/neutre/chaud - Document technique

1. Présentation du produit

Ce document détaille les spécifications techniques et les caractéristiques de performance des LED de puissance moyenne de la série 3020, utilisant un boîtier avancé en EMC (moule composé en résine époxy). Conçue pour les applications d'éclairage général, cette série offre un équilibre optimal entre efficacité lumineuse, rentabilité et fiabilité.

1.1 Positionnement du produit et avantages concurrentiels

La LED 3020 se positionne sur le marché de la puissance moyenne, ciblant principalement les applications exigeant des performances élevées et un excellent rapport qualité-prix. Ses avantages clés découlent de sa technologie de boîtier et de sa conception électrique.

• Boîtier EMC à performances thermiques améliorées : Comparé aux plastiques PPA ou PCT traditionnels, le matériau EMC offre une conductivité thermique et une résistance aux températures élevées supérieures, ce qui permet un meilleur maintien du flux lumineux et une durée de vie plus longue.
• Haute efficacité lumineuse et rapport qualité-prix (lumen/dollar) : Ce produit vise à offrir les meilleures performances en lumens par watt et en lumens par dollar de sa catégorie, ce qui le rend idéal pour les projets d'éclairage à grand volume sensibles aux coûts.
• Flexibilité de puissance : Bien que classée dans la série 0.5W, son boîtier robuste permet un fonctionnement jusqu'à 0.8W, offrant une flexibilité de conception pour différents besoins en courant d'alimentation.
• Haute qualité de couleur : Un indice de rendu des couleurs (IRC) minimum de 80 assure une bonne fidélité de reproduction des couleurs, adapté à l'éclairage intérieur général exigeant en matière de précision des couleurs.
• Forte capacité de pilotage : Prend en charge un courant direct maximal (IF) de 240 mA et un courant d'impulsion (IFP) de 300 mA, permettant de s'adapter à divers schémas de pilotage.

1.2 Marché cible et applications clés

La polyvalence de la LED 3020 la rend adaptée à un large éventail d'applications d'éclairage.

• Lampes et ampoules de remplacement : Remplacent directement les ampoules à incandescence traditionnelles, les lampes fluocompactes ou les anciens modules LED dans les ampoules, les tubes et les spots encastrés.
• Éclairage général : Source lumineuse principale pour les luminaires résidentiels, commerciaux et industriels (tels que les panneaux lumineux, les luminaires à grille, les projecteurs pour hauts plafonds).
• Éclairage par rétroéclairage : Utilisé pour l'éclairage de signalisation intérieure et extérieure, de caissons lumineux et de panneaux décoratifs.
• Éclairage architectural et décoratif : Éclairage d'accentuation, éclairage de niche et autres applications nécessitant une sortie lumineuse stable et une cohérence des couleurs.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Tous les paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard : courant direct (IF) = 150mA, température ambiante (Ta) = 25°C, humidité relative (RH) = 60%.

2.1 Caractéristiques optoélectroniques

Principaux indicateurs de performance définissant la sortie lumineuse et la couleur des LED.

• Flux lumineux : À 150 mA, la plage typique est de 58 lm à 68 lm, selon le bin de température de couleur corrélée (CCT). Chaque bin spécifie également une valeur minimale garantie. La tolérance de mesure est de ±7 %.
• Tension directe (VF) : À 150 mA, la chute de tension typique aux bornes de la LED est de 3,4 V, avec une plage allant de 3,1 V (min) à 3,4 V (typ). La tolérance est de ±0,1 V. Ce paramètre est crucial pour la conception de l'alimentation et la gestion thermique.
• Angle de vue (2θ1/2) : L'angle de vue large typique de 110 degrés offre une distribution de lumière vaste et uniforme, idéale pour l'éclairage général.
• Indice de rendu des couleurs (CRI/Ra) : Le Ra minimum est de 80, avec une tolérance de mesure de ±2. Cela indique une bonne fidélité des couleurs.
• Courant inverse (IR) : À une tension inverse (VR) de 5V, le courant maximum est de 10 μA, ce qui indique une bonne intégrité de la jonction.

2.2 Caractéristiques électriques et limites absolues

Ces valeurs définissent les limites d'opération au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir.

• Courant direct maximal (IF_max) : 240 mA (courant continu).
• Courant de crête direct en impulsion (IFP_max) : 300 mA dans des conditions spécifiques (largeur d'impulsion ≤ 100 µs, rapport cyclique ≤ 1/10).
• Puissance dissipée maximale (PD_max) : 816 mW. Il s'agit de la puissance thermique maximale autorisée au niveau de la jonction.
• Tension inverse maximale (VR_max) : 5 V.
• Température de jonction (Tj_max) : 115 °C. Température absolue maximale de la jonction du semi-conducteur.
• Température de fonctionnement et de stockage : -40 °C à +85 °C.
• Température de soudure : Peut supporter 230°C ou 260°C pendant 10 secondes, compatible avec les profils de refusion standard sans plomb.

2.3 Caractéristiques thermiques

Une gestion thermique efficace est cruciale pour les performances et la durée de vie.

• Résistance thermique (Rθ_J-SP) : 21 °C/W (typique). Il s'agit de la résistance thermique de la jonction de la LED au point de soudure. Une valeur plus basse indique un meilleur transfert de chaleur de la puce à la carte de circuit imprimé. Ce paramètre est essentiel pour calculer l'élévation de température de la jonction par rapport au point de soudure : ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• Capacité de résistance aux décharges électrostatiques (ESD) : Peut supporter 1000V (modèle du corps humain), offrant une bonne robustesse opérationnelle.

3. Description du système de classement

Pour garantir la cohérence de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées dans différentes classes. Cette série utilise un système de classement multi-paramètres.

3.1 Classement de la température de couleur et de la chromaticité

Ce produit propose six gammes principales de CCT, du blanc chaud au blanc froid, conformément aux définitions de gamme ENERGY STAR pour 2600K-7000K.

• Modèle et plage de CCT :
  • T3427811C-**AA : Blanc chaud (valeur typique 2725K, plage 2580K-2870K)
  • T3430811C-**AA : Blanc chaud (valeur typique 3045K, plage 2870K-3220K)
  • T3440811C-**AA : Blanc neutre (valeur typique 3985K, plage 3710K-4260K)
  • T3450811C-**AA : Blanc neutre (valeur typique 5028K, plage 4745K-5311K)
  • T3457811C-**AA : Blanc froid (valeur typique 5665K, plage 5310K-6020K)
  • T3465811C-**AA : Blanc froid (valeur typique 6530K, plage 6020K-7040K)
• Structure de classement chromatique (Tableau 5) : Chaque classe CCT (par exemple 27M5, 30M5) est définie par une ellipse sur le diagramme de chromaticité CIE 1931. Le tableau spécifie les coordonnées du centre de l'ellipse (x, y), le demi-grand axe (a), le demi-petit axe (b) et son angle de rotation (Φ). L'incertitude de mesure des coordonnées chromatiques est de ±0.007.

3.2 Classement du flux lumineux

À l'intérieur de chaque bin de chromaticité, les LED sont ensuite triées en fonction de leur flux lumineux à 150 mA.

• Code de flux lumineux : Des codes tels que E7, E8, E9, F1, F2 représentent des plages spécifiques de lumens. Par exemple, dans le classement chromatique 27M5 :
  • Code E7 : 54 lm (minimum) à 58 lm (maximum)
  • Code E8 : 58 lm à 62 lm
  • Code E9 : 62 lm à 66 lm
• Les codes de flux lumineux disponibles varient selon le bin de chromaticité ; généralement, un bin CCT plus élevé offre des codes de flux lumineux plus élevés (par exemple, jusqu'à F2 : 70-72 lm).

3.3 Classement de la tension directe

Les LED sont également classées en fonction de leur tension directe, afin de simplifier la conception des alimentations et d'assurer un comportement homogène des chaînes lorsqu'elles sont connectées en série.

• Code de tension :
  • Code 1 : VF = 2.8V à 3.0V
  • Code 2 : VF = 3.0V à 3.2V
  • Code 3 : VF = 3.2V à 3.4V
• La tolérance de mesure du VF est de ±0.1V.

4. Analyse de la courbe de performance

Les graphiques fournis offrent des informations clés sur le comportement des LED dans différentes conditions de fonctionnement.

4.1 Caractéristique IV et flux lumineux relatif

Figure 3 (IF vs flux lumineux relatif) : Elle illustre la relation entre le courant de commande et la sortie lumineuse. Le flux lumineux augmente de manière sous-linéaire avec le courant. Bien qu'une commande à des courants plus élevés (par exemple, 240 mA) produise une quantité totale de lumière plus importante, l'efficacité lumineuse (lumens par watt) diminue généralement en raison de l'augmentation des pertes thermiques et électriques. Le concepteur doit trouver un équilibre entre les exigences de sortie, l'efficacité lumineuse et la charge thermique.

Figure 4 (IF vs. VF) : Elle illustre la caractéristique I-V de la diode. La tension directe augmente avec le courant. Cette courbe est essentielle pour calculer la dissipation de puissance (PD = IF * VF) à tout point de fonctionnement, ce qui a un impact direct sur la conception thermique.

4.2 Dépendance à la température

Figure 6 (Ta vs flux lumineux relatif) : Cela démontre l'impact négatif de l'augmentation de la température ambiante/des soudures sur la sortie lumineuse. Lorsque la température passe de 25°C à 85°C, le flux lumineux peut diminuer d'environ 20 à 30%. Cela souligne la nécessité d'une conception thermique efficace du PCB et de dissipateurs thermiques.

Figure 7 (Ta vs. Forward Voltage) : La tension directe diminue linéairement avec l'augmentation de la température (environ -2mV/°C pour une LED InGaN typique). Cette caractéristique peut parfois être utilisée pour estimer la température de jonction.

Figure 8 (Maximum IF vs. Ambient Temperature) : Une courbe de déclassement cruciale. Le courant direct continu maximal autorisé doit être réduit avec l'augmentation de la température ambiante pour éviter de dépasser la température de jonction maximale (115°C). Par exemple, à une température ambiante de 85°C, le courant maximal autorisé est bien inférieur à 240 mA.

4.3 Comportement spectral et chromatique

Figure 1 (Distribution spectrale) : Spectre typique d'une LED blanche, composé d'une puce bleue et d'un phosphore. Ce graphique montre le pic d'émission bleue de la puce et l'émission plus large du phosphore jaune. La forme exacte détermine la CCT et le CRI.

Figure 5 (Ta vs. déplacement CIE x, y) : Il montre comment les coordonnées chromatiques évoluent avec la température à courant constant. Les coordonnées se déplacent le long d'une trajectoire spécifique. Comprendre ce déplacement est crucial pour les applications nécessitant une stabilité de couleur stricte sur une plage de températures.

Figure 2 (Distribution angulaire) : Un mode d'émission quasi lambertien lié à une perspective de 110 degrés a été confirmé, montrant la variation de l'intensité en fonction de l'angle central.

5. Guide d'application et considérations de conception

5.1 Gestion thermique

C'est le facteur le plus important pour garantir les performances et la durée de vie.

• Conception de PCB : Utilisez un substrat métallique (MCPCB) ou une carte FR4 standard avec suffisamment de vias thermiques sous le pad thermique des LED pour évacuer la chaleur du point de soudure.
• Calcul de la température de jonction : Surveillez et contrôlez en permanence Tj. On peut l'estimer : Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP), où Tsp est la température mesurée au point de soudure. Maintenez toujours Tj en dessous de 115°C, et pour une durée de vie plus longue, il est préférable de rester bien en dessous de cette valeur.
• Suivre la courbe de déclassement : Respecter strictement la courbe du courant maximal en fonction de la température ambiante (Figure 8).

5.2 Entraînement électrique

• Alimentation à courant constant : Utilisez toujours un pilote LED à courant constant. En raison du coefficient de température négatif de VF, l'utilisation d'une alimentation à tension constante entraînera un emballement thermique et une défaillance.
• Sélection du courant : Bien que les LED puissent supporter des courants allant jusqu'à 240 mA, un fonctionnement à un courant de test de 150 mA ou moins offre généralement le meilleur équilibre entre l'efficacité lumineuse, la durée de vie et la charge thermique. Utilisez la courbe de la Figure 3 pour sélectionner le courant approprié correspondant au flux lumineux souhaité.
• Configuration série/parallèle : Lors de la mise en série de plusieurs LED, assurez-vous que la tension de compliance de l'alimentation est suffisante pour couvrir la somme des tensions VF de la chaîne. Pour les branches en parallèle, utilisez une limitation de courant individuelle ou appairez soigneusement les LED par bin de VF pour éviter un déséquilibre de courant.

5.3 Conception optique

• Un large angle de vision de 110 degrés convient aux applications nécessitant un éclairage étendu sans dispositifs optiques secondaires. Pour un faisceau focalisé, une lentille ou un réflecteur approprié sera nécessaire.
• Lors du mélange de LED provenant de lots de production différents, tenez compte du binning chromatique pour maintenir l'uniformité de la couleur à l'intérieur du luminaire.

5.4 Soudage et opération

• Soudage par refusion : Compatible avec les profils de soudage par refusion sans plomb standard avec un pic de température de 230°C ou 260°C pendant une durée ne dépassant pas 10 secondes. Suivre les taux recommandés de montée en température, de maintien et de refroidissement pour éviter les contraintes sur le boîtier.
• Mesures de prévention ESD : Bien que classé 1000V HBM, les précautions ESD standard (poste de travail mis à la terre, bracelet antistatique) doivent être respectées pendant la manipulation et l'assemblage.
• Stockage : Conserver dans un environnement sec et contrôlé, dans la plage de température spécifiée (-40°C à +85°C).

6. Comparaison technique et différenciation

Bien que la fiche technique ne fournisse pas de comparaison côte à côte directe avec des composants concurrents spécifiques, on peut déduire les principaux avantages différenciateurs de ce boîtier 3020 EMC :

• Comparaison entre l'EMC et l'encapsulation plastique (PPA/PCT) : Par rapport aux plastiques standards, l'encapsulation EMC offre des performances thermiques supérieures et une meilleure résistance au jaunissement/brunissement sous haute température et exposition aux UV. Cela se traduit par un meilleur maintien du flux lumineux (durée de vie L70/L90) et une stabilité de couleur dans le temps.
• Densité de puissance : Capable de fonctionner de manière fiable jusqu'à 0,8 W dans un boîtier de format 3020, offrant une densité de puissance supérieure à de nombreuses LED de puissance moyenne traditionnelles, ce qui peut réduire le nombre de LED nécessaires pour un flux lumineux donné.
• Binning complet : Le binning multiparamétrique (chromaticité, flux lumineux, tension) fournit aux fabricants un outil pour atteindre une grande uniformité de couleur et de luminosité dans leurs produits finis, une exigence clé pour des luminaires de haute qualité.

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

Question : Puis-je alimenter cette LED en continu avec le courant maximum de 240 mA ?
Réponse : Oui, à condition que vous puissiez garantir que la température de jonction (Tj) reste inférieure à 115°C. Cela nécessite une gestion thermique exceptionnelle (très faible résistance thermique de la jonction à l'ambiance). Pour la plupart des conceptions pratiques, il est recommandé de fonctionner à un courant plus faible (par exemple 150 mA) pour une efficacité lumineuse et une fiabilité optimales.

Question : Quelle est la consommation électrique réelle au point de fonctionnement typique ?
Réponse : Avec IF=150mA et VF=3.4V (valeurs typiques), la puissance électrique d'entrée est P = 0.15A * 3.4V = 0.51W (510mW). La différence entre cette valeur et la puissance dissipée maximale nominale (816mW) constitue la marge de conception thermique.

Question : Comment interpréter le code de classement "T3450811C-**AA, 50M5, F1, 2" ?
Réponse : Ceci spécifie une LED de couleur blanc neutre (5028K typique, classement 50M5), avec un flux lumineux dans la plage F1 (66-70 lm à 150mA) et une tension directe de code 2 (3.0V-3.2V). Les "**" dans la référence peuvent représenter un code spécifique de flux lumineux/tension.

Question : Pourquoi la puissance lumineuse diminue-t-elle avec l'augmentation de la température ?
Réponse : Deux raisons principales : 1) L'efficacité quantique interne de la puce semi-conductrice diminue à des températures plus élevées. 2) L'efficacité de conversion de la couche de phosphore diminue et un éventuel quenching thermique peut se produire. Un refroidissement efficace peut atténuer cette baisse.

Question : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. Introduction au principe de fonctionnement

La LED 3020 est une source lumineuse solide basée sur la physique des semi-conducteurs. Son composant central est une puce fabriquée en matériau nitrure d'indium-gallium (InGaN). Lorsqu'une tension directe supérieure à la tension de seuil de la diode est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la zone active de la puce, libérant de l'énergie sous forme de photons. Dans cette LED blanche, la puce émet principalement de la lumière bleue. Une couche de phosphore (généralement du grenat d'yttrium-aluminium dopé au cérium, YAG) est déposée sur la puce. Une partie de la lumière bleue est absorbée par le phosphore et réémise sous forme de lumière jaune. La lumière bleue restante, combinée à la lumière jaune convertie, crée la perception visuelle de la lumière blanche. Le rapport précis entre le bleu et le jaune ainsi que la composition spécifique du phosphore déterminent la température de couleur corrélée (CCT) et les propriétés de rendu des couleurs (CRI) de la lumière blanche émise. Le rôle du boîtier EMC est de protéger la puce semi-conductrice délicate et le phosphore, d'assurer la stabilité mécanique, de former la lentille optique principale et, surtout, de fournir un chemin efficace pour l'évacuation de la chaleur de la jonction à haute température.

9. Tendances technologiques

Le domaine des LED de puissance moyenne, représenté par des boîtiers tels que le 3020, continue de se développer. Les principales tendances sectorielles liées à ce produit incluent :

• Efficacité lumineuse en constante amélioration : Les améliorations continues dans l'épitaxie des puces, la technologie des phosphores et la conception des boîtiers permettent d'augmenter constamment le nombre de lumens par watt, réduisant ainsi la consommation d'énergie pour un même flux lumineux.
• Amélioration de la qualité et de la cohérence des couleurs : 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• Fiabilité et durée de vie améliorées : Se concentrer sur les matériaux de renforcement (comme l'EMC) et les procédés de fabrication pour améliorer la résistance aux contraintes thermiques, à l'humidité et à la dégradation lumineuse, prolongeant ainsi la durée de vie L90.
• Miniaturisation et densité de puissance plus élevée : La tendance est à l'intégration d'une plus grande puissance lumineuse dans des boîtiers plus petits (par exemple, passer du 3528 au 3030 puis au 2835, ou traiter une puissance plus élevée dans la même taille), ce qui découle de la demande pour des luminaires plus compacts et plus élégants.
• Éclairage intelligent et gradable : Bien qu'il s'agisse d'une LED blanche standard, le marché plus large évolue vers des LED capables d'ajuster dynamiquement la CCT (blanc réglable) ou d'intégrer des composants électroniques de contrôle, bien que ces fonctionnalités soient généralement mises en œuvre au niveau du module ou du système, et non au niveau du boîtier de puce unique.

La série de LED EMC 3020 se positionne dans ce paysage en évolution comme un "cheval de bataille" éprouvé, rentable et fiable, répondant aux besoins fondamentaux de l'éclairage général grâce à ses solides bases techniques.