Fiche technique LED 3030 - Puissance moyenne - Format 3.0x3.0mm - Tension 3.1V - Puissance 0.5W - Blanc froid 6000K

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une LED de puissance moyenne au format 3030 utilisant un boîtier en composé époxy moulé (EMC). Le produit est conçu pour offrir un équilibre optimal entre l'efficacité lumineuse (lm/W) et le rapport coût-efficacité (lm/$) dans le segment de puissance moyenne. Il est conçu pour des applications nécessitant des performances fiables et une qualité de lumière élevée.

1.1 Avantages clés et marché cible

Les principaux avantages de cette série de LED incluent sa conception de boîtier EMC à performance thermique améliorée, qui améliore la dissipation thermique et la fiabilité à long terme. Elle comble l'écart entre les applications de puissance moyenne et haute puissance, pouvant supporter jusqu'à 0,8W. Avec un courant de commande maximal de 240mA et un indice de rendu de couleur (IRC) minimum de 70, elle convient aux applications exigeant une bonne qualité de couleur. Le composant est compatible avec les procédés de soudage par refusion sans plomb. Une application cible clé identifiée est celle des feux de jour (DRL).

2. Analyse des paramètres techniques

Toutes les mesures sont spécifiées dans des conditions d'essai standard de Courant Direct (IF) = 150mA, Température ambiante (Ta) = 25°C et Humidité relative (RH) = 60%, sauf indication contraire.

2.1 Caractéristiques photométriques et colorimétriques

La variante Blanc froid a une température de couleur corrélée (CCT) comprise entre 5300K et 6488K, avec une valeur typique de 6018K. L'IRC minimum (Ra) est de 70, avec une valeur typique de 71,5. Le flux lumineux de sortie a une tolérance de mesure de ±7%, tandis que la tolérance de mesure de l'IRC est de ±2. La CCT est dérivée du diagramme de chromaticité CIE 1931. Il est important de noter que le tableau de maintien du flux lumineux est fourni à titre indicatif uniquement.

2.2 Paramètres électriques et thermiques

La tension directe (VF) mesure typiquement 3,1V, avec une plage allant de 2,8V (Min) à 3,4V (Max) à 150mA. Le courant inverse (IR) est au maximum de 10 µA pour une tension inverse (VR) de 5V. L'angle de vision (2θ½), défini comme l'angle hors axe où l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité de crête, est typiquement de 120°. La résistance thermique de la jonction au point de soudure (Rth j-sp) est typiquement de 11 °C/W. Le composant a une capacité de résistance aux décharges électrostatiques (ESD) de 2000V.

2.3 Valeurs maximales absolues

Faire fonctionner le composant au-delà de ces limites peut entraîner des dommages permanents. Les valeurs maximales absolues sont : Courant direct continu (IF) : 240 mA ; Courant direct pulsé (IFP) : 300 mA (Largeur d'impulsion ≤ 100µs, Cycle de service ≤ 1/10) ; Dissipation de puissance (PD) : 816 mW ; Tension inverse (VR) : 5 V ; Température de fonctionnement (Topr) : -40°C à +105°C ; Température de stockage (Tstg) : -40°C à +105°C ; Température de jonction (Tj) : 125 °C ; Température de soudage (Tsld) : 230°C ou 260°C pendant 10 secondes. Il faut veiller à ce que la dissipation de puissance ne dépasse pas la valeur maximale absolue.

3. Analyse des courbes de performance

3.1 Distribution spectrale et angulaire

La distribution spectrale relative de puissance (Fig. 1) définit les caractéristiques de couleur de la LED Blanc froid. La distribution de l'angle de vision (Fig. 2) montre le diagramme de faisceau typique de 120°, confirmant le profil d'émission lambertien ou quasi-lambertien commun pour ce type de boîtier.

3.2 Caractéristiques du courant direct

La relation entre le courant direct et le flux lumineux relatif (Fig. 3) montre que la sortie lumineuse augmente avec le courant mais finira par saturer et se dégrader à des courants plus élevés en raison des effets thermiques. La courbe tension directe vs. courant direct (Fig. 4) démontre le comportement exponentiel caractéristique de la diode, avec VF augmentant logarithmiquement avec IF.

3.3 Dépendance à la température

Le déplacement des coordonnées de chromaticité CIE (x, y) avec la température ambiante (Fig. 5) est crucial pour les applications critiques en termes de couleur, montrant comment le point blanc peut dériver. Le flux lumineux relatif diminue lorsque la température ambiante augmente (Fig. 6), une considération clé pour la conception de la gestion thermique. De même, la tension directe diminue typiquement avec l'augmentation de la température (Fig. 7).

3.4 Dégradation et courant maximal

La figure 8 illustre le courant direct maximal autorisé en fonction de la température ambiante pour deux valeurs différentes de résistance thermique jonction-ambiante (Rth j-a) : 30°C/W et 35°C/W. Ce graphique est essentiel pour déterminer le courant de fonctionnement sûr dans un environnement thermique donné. Par exemple, à une température ambiante de 85°C avec Rth j-a=35°C/W, le courant maximal est significativement dégradé par rapport au maximum absolu de 240mA.

4. Structure des bacs de couleur

Les LED sont triées en bacs en fonction de leurs coordonnées de chromaticité pour assurer la cohérence des couleurs dans une application. La figure 9 montre le diagramme de chromaticité CIE 1931 avec la structure de bac définie. Le tableau 5 fournit une description détaillée des codes de bac. L'incertitude de mesure pour les coordonnées de couleur est de ± 0,007. Tout tri est effectué dans des conditions standard (IF=150mA, Ta=25°C).

5. Guide d'application et considérations de conception

5.1 Scénarios d'application typiques

Cette LED est bien adaptée à une variété d'applications d'éclairage général grâce à son équilibre entre efficacité, coût et qualité. La fiche technique mentionne spécifiquement les feux de jour (DRL). D'autres applications potentielles incluent l'éclairage intérieur (ampoules, tubes, panneaux), l'éclairage architectural, la signalisation et le rétroéclairage d'écrans où une température de couleur blanc froid est souhaitée.

5.2 Gestion thermique

Une gestion thermique efficace est primordiale pour atteindre les performances nominales et la longévité. La résistance thermique typique de 11 °C/W de la jonction au point de soudure signifie que la conception du PCB doit fournir un chemin à faible impédance thermique vers l'ambiant. L'utilisation de vias thermiques appropriés, d'une surface de cuivre suffisante et éventuellement d'un PCB à âme métallique (MCPCB) est recommandée pour un fonctionnement à courant élevé ou à température ambiante élevée. Se référer toujours à la courbe de dégradation (Fig. 8) pour sélectionner le courant de commande approprié.

5.3 Considérations sur l'alimentation électrique

Un pilote à courant constant est fortement recommandé plutôt qu'une source à tension constante pour assurer une sortie lumineuse stable et éviter l'emballement thermique. Le pilote doit être sélectionné pour fonctionner dans la plage de courant spécifiée (jusqu'à 240mA en continu). La variation de tension directe (2,8V à 3,4V) doit être prise en compte dans la tension de conformité du pilote. Pour le fonctionnement en impulsion (IFP), le respect strict des limites de largeur d'impulsion (≤100µs) et de cycle de service (≤1/10) est requis.

5.4 Soudage et manipulation

Le composant est compatible avec les profils de soudage par refusion sans plomb. La température de soudage maximale est de 230°C ou 260°C pendant 10 secondes. Les directives standard IPC/JEDEC J-STD-020 concernant la sensibilité à l'humidité et les profils de refusion doivent être suivies. Les précautions ESD standard doivent être observées pendant la manipulation et l'assemblage, car le composant est classé pour 2000V HBM.

6. Comparaison et différenciation

Comparée aux LED de puissance moyenne traditionnelles en boîtier plastique, le boîtier EMC offre des performances thermiques supérieures et une résistance au jaunissement dû à l'exposition aux UV, conduisant à un meilleur maintien du flux lumineux et une durée de vie plus longue. L'empreinte 3030 offre un plot thermique plus grand que les boîtiers plus petits (par exemple, 2835), permettant une dissipation de puissance plus élevée (jusqu'à 0,8W) tout en conservant un format modéré. L'IRC spécifié de 70+ offre une meilleure qualité de couleur que de nombreuses LED de puissance moyenne standard, la rendant adaptée aux applications où la restitution des couleurs est un critère.

7. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q: What is the main advantage of the EMC package?
A: The EMC package provides enhanced thermal conductivity compared to standard PPA plastic, leading to lower junction temperature, higher maximum drive current capability, and improved long-term reliability and lumen maintenance.

Q: How do I interpret the derating curve (Fig. 8)?
A: The curve shows the maximum continuous current you can safely apply at a given ambient temperature for a specific thermal resistance (Rth j-a) of your system. You must know your system's effective Rth j-a to use the correct curve. Exceeding these limits risks overheating and premature failure.

Q: Can I drive this LED at 240mA continuously?
A: You can only drive it at 240mA if the junction temperature is kept at or below 125°C. In most practical applications, especially at higher ambient temperatures, the current will need to be derated according to Fig. 8 to stay within the Tj limit.

Q: What is the purpose of the color binning?
A: Manufacturing variations cause slight differences in chromaticity between individual LEDs. Binning groups LEDs with very similar color coordinates together. Using LEDs from the same or adjacent bins in a fixture ensures uniform white color appearance without visible color differences (color mismatch).

8. Principes de fonctionnement et tendances

8.1 Principe de fonctionnement de base

Il s'agit d'une source de lumière à semi-conducteur basée sur une diode. Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil de la diode est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active de la puce semi-conductrice (typiquement basée sur InGaN pour les LED bleues/blanches), libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La lumière blanche froide est générée par la combinaison d'une puce LED bleue et d'un revêtement de phosphore. La lumière bleue de la puce excite les phosphores jaunes (et parfois rouges/verts), et le mélange de lumière bleue et jaune est perçu comme blanc.

8.2 Tendances de l'industrie

Le segment des LED de puissance moyenne, en particulier dans des boîtiers comme le 3030 et le 2835, continue d'être une force dominante dans l'éclairage général grâce à son excellent rapport performance/prix. Les tendances incluent des améliorations continues de l'efficacité lumineuse (lm/W) grâce aux avancées technologiques des puces et des phosphores, la poussée vers un IRC plus élevé et une meilleure cohérence des couleurs (tri plus serré), et le développement de boîtiers avec une résistance thermique encore plus faible pour permettre des courants de commande et des densités de puissance plus élevés à partir de la même empreinte. Le passage des plastiques standard vers l'EMC et d'autres matériaux de boîtier haute performance est une tendance claire pour une fiabilité accrue dans les applications exigeantes.