Fiche technique LTPL-C16FUVM365 LED UV - 3,5x3,2x1,9mm - 3,5V - 160mW - Longueur d'onde pic 365nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série LTPL-C16 représente une avancée significative dans la technologie de l'éclairage à semi-conducteurs, spécifiquement conçue pour les applications ultraviolettes (UV). Ce produit est une source lumineuse révolutionnaire, écoénergétique et ultra-compacte qui allie la longue durée de vie opérationnelle et la haute fiabilité inhérentes aux diodes électroluminescentes (LED) à l'intensité nécessaire pour remplacer les technologies d'éclairage UV conventionnelles. Il offre aux concepteurs une liberté exceptionnelle grâce à son facteur de forme miniature et délivre une luminosité inégalée pour sa taille, ouvrant de nouvelles possibilités dans divers processus industriels et de fabrication.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

Les avantages fondamentaux de ce composant découlent de sa conception et de son processus de fabrication :

• Compatibilité avec l'automatisation :Le dispositif est entièrement compatible avec les équipements standards de placement automatique, facilitant l'assemblage en grande série et rentable sur les cartes de circuits imprimés (PCB).
• Compatibilité avec le soudage par refusion :Il est conçu pour résister aux processus de soudage par refusion infrarouge (IR) et en phase vapeur, qui sont standards dans la fabrication électronique moderne.
• Boîtier standardisé :Le composant est conforme aux dimensions de boîtier standard EIA (Electronic Industries Alliance), garantissant l'interopérabilité avec les systèmes pick-and-place et les bandes d'alimentation standards de l'industrie.
• Compatibilité avec les circuits intégrés (CI) :Les caractéristiques électriques permettent un pilotage ou un contrôle direct facile à l'aide de circuits intégrés pilotes courants, simplifiant ainsi la conception du circuit.
• Conformité environnementale :Le produit est fabriqué en tant que produit vert et est sans plomb (Pb-free), conformément à la directive RoHS (Restriction des substances dangereuses).

1.2 Applications cibles

Cette LED UV est spécifiquement conçue pour les applications nécessitant une source compacte, fiable et efficace de lumière ultraviolette dans la plage des 365nm. Les principaux domaines d'application incluent :

• Durcissement UV :Durcissement instantané des adhésifs, revêtements, encres et résines dans les processus de fabrication et d'assemblage.
• Marquage et codage UV :Facilitation des réactions photochimiques pour le marquage ou le codage sur divers matériaux.
• Collage UV :Activation et durcissement d'adhésifs spécialisés durcissables aux UV.
• Impression et séchage :Séchage et durcissement des encres d'impression et autres matériaux pigmentés.
• Excitation de fluorescence :Provoquer la fluorescence des matériaux à des fins d'inspection, d'authentification ou de décoration.
• Instrumentation médicale et scientifique :Utilisé dans les équipements de stérilisation, d'analyse ou à des fins thérapeutiques où une exposition UV contrôlée est nécessaire.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des principaux paramètres de performance du dispositif tels que définis dans la fiche technique. Toutes les spécifications sont définies à une température ambiante (Ta) de 25°C sauf indication contraire.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité dans les conceptions fiables.

• Dissipation de puissance (Po) :160 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct continu (If) :40 mA. Le courant direct continu maximal qui peut être appliqué.
• Tension inverse (Vr) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer une rupture immédiate.
• Plage de température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal.
• Plage de température de stockage (Tstg) :-40°C à +100°C.
• Température de jonction (Tj) :90°C. La température maximale admissible au niveau de la jonction semi-conductrice elle-même.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test spécifiées.

• Flux radiant (Φe) :14-26 mW (Min-Typ-Max) à un courant direct (If) de 20mA. C'est la puissance optique totale émise dans le spectre UV. La tolérance de mesure est de ±10%.
• Angle de vision (2θ1/2) :135 degrés (Typique). Cela définit l'étalement angulaire de la lumière UV émise où l'intensité est la moitié de la valeur de crête.
• Longueur d'onde de crête (λp) :362,5-370 nm à If=20mA. La longueur d'onde spécifique à laquelle la LED émet le plus de puissance optique, centrée autour de 365nm. La tolérance est de ±3nm.
• Tension directe (Vf) :2,8-4,0 V à If=20mA. La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit le courant spécifié. La tolérance de mesure est de ±0,1V.
• Courant inverse (Ir) :10 µA à une tension inverse (Vr) de 1,2V (Max). Ce paramètre est testé pour vérifier la caractéristique de type Zener, mais le dispositif estnon conçu pour fonctionner en inverse. Une polarisation inverse prolongée peut entraîner une défaillance.
• Résistance thermique (Rθj-s) :53 °C/W (Typique). Ce paramètre critique indique l'efficacité avec laquelle la chaleur se propage de la jonction semi-conductrice (j) au point de soudure ou au boîtier (s). Une valeur plus basse signifie une meilleure dissipation thermique.

2.3 Considérations sur la gestion thermique

La résistance thermique de 53°C/W est un facteur de conception clé. Par exemple, à la dissipation de puissance maximale nominale de 160mW, l'élévation de température du point de soudure à la jonction serait d'environ 160mW * 53°C/W = 8,5°C. Les concepteurs doivent s'assurer que la conception du PCB et du système maintient la température du point de soudure suffisamment basse pour que la température de jonction (Tj) ne dépasse pas son maximum de 90°C, en particulier lors d'un fonctionnement à des courants élevés ou à des températures ambiantes élevées. Dépasser Tj réduit la durée de vie et le flux radiant.

3. Explication du système de code de tri

Les dispositifs sont triés en lots de performance basés sur des paramètres clés pour assurer l'uniformité au sein d'un lot de production. Le code de tri est marqué sur l'emballage.

3.1 Tri par tension directe (Vf)

Les dispositifs sont classés en trois lots de tension (V1, V2, V3) lorsqu'ils sont mesurés à If=20mA. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des chutes de tension similaires pour les applications où l'égalisation du courant dans des branches parallèles est critique, ou pour prédire plus précisément les exigences de l'alimentation électrique.

3.2 Tri par flux radiant (Φe)

La puissance optique de sortie est triée en six catégories (R3 à R8), chacune représentant une plage de 2mW de 14mW à 26mW (à If=20mA). Cela permet une sélection basée sur l'intensité UV requise, permettant un appariement de la luminosité dans les réseaux multi-LED.

3.3 Tri par longueur d'onde de crête (λp)

La longueur d'onde d'émission centrale est triée en trois plages étroites (P3M2, P3N1, P3N2), chacune couvrant 2,5nm autour de la cible de 365nm. Ceci est crucial pour les applications sensibles à des longueurs d'onde UV spécifiques, comme l'initiation de photo-initiateurs particuliers dans les processus de durcissement.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions réelles.

4.1 Flux radiant relatif en fonction du courant direct

Cette courbe montre que la puissance optique de sortie (flux radiant) augmente de manière super-linéaire avec le courant direct. Bien qu'un fonctionnement à des courants plus élevés produise plus de sortie UV, cela augmente également la dissipation de puissance et la température de jonction, ce qui peut entraîner une baisse d'efficacité et un vieillissement accéléré. La condition de test typique de 20mA représente un point de fonctionnement équilibré.

4.2 Courant direct en fonction de la tension directe (Courbe I-V)

La courbe I-V démontre la relation exponentielle typique d'une diode. La tension de "genou" est d'environ 3V. Cette courbe est vitale pour concevoir le circuit de limitation de courant, qu'il utilise une simple résistance ou un pilote à courant constant.

4.3 Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction

Ce graphique illustre le coefficient de température négatif de la sortie de la LED. Lorsque la température de jonction (Tj) augmente, le flux radiant diminue. Cela souligne l'importance cruciale d'une gestion thermique efficace dans l'application pour maintenir une sortie UV constante dans le temps et dans différentes conditions de fonctionnement.

4.4 Spectre d'émission relatif

Le tracé spectral montre une distribution étroite, de type gaussienne, centrée sur la longueur d'onde de crête (par exemple, ~365nm). La largeur à mi-hauteur (FWHM) est typique d'une LED UV, indiquant qu'elle émet une bande relativement pure de lumière UV-A sans fuite significative dans le visible ou l'infrarouge.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions de contour

Le dispositif présente un boîtier ultra-compact pour montage en surface. Les dimensions clés (en millimètres) sont : environ 3,5mm de longueur, 3,2mm de largeur et 1,9mm de hauteur. La cathode est généralement identifiée par un marqueur sur le boîtier. Un dessin coté détaillé est fourni dans le document source avec une tolérance standard de ±0,1mm.

5.2 Configuration recommandée des plots de fixation sur PCB

Un motif de pastilles est fourni pour le soudage par refusion infrarouge ou en phase vapeur. Ce motif est optimisé pour assurer une formation correcte des joints de soudure, une stabilité mécanique et un transfert de chaleur efficace de la pastille thermique de la LED (si présente) ou des broches vers le cuivre du PCB. Suivre cette recommandation est essentiel pour la fiabilité.

6. Guide d'assemblage, de soudage et de manipulation

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil détaillé température/temps est spécifié pour les processus de soudage sans plomb (Pb-free). Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :150-200°C pendant jusqu'à 120 secondes.
• Température de crête :Maximum de 260°C, mesurée sur la surface du corps du boîtier.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :Recommandé d'être conforme aux directives standards IPC.
• Taux de refroidissement :Un refroidissement rapide à partir de la température de crête n'est pas recommandé, car un choc thermique peut induire des contraintes.

La température de soudage la plus basse possible qui permet d'obtenir un joint fiable est toujours souhaitable pour minimiser les contraintes thermiques sur la LED.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est de mise :

• Température du fer :Maximum 300°C.
• Temps de soudage :Maximum 3 secondes par joint de soudure.
• Limite :Le soudage ne doit être effectué qu'une seule fois. La retouche est fortement déconseillée.

6.3 Nettoyage

Des nettoyants chimiques non spécifiés peuvent endommager le boîtier de la LED. Si un nettoyage après soudage est nécessaire, la seule méthode recommandée est d'immerger la LED dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température normale pendant moins d'une minute.

6.4 Précautions contre les décharges électrostatiques (ESD)

Les LED UV sont sensibles aux décharges électrostatiques et aux surtensions. Des contrôles ESD appropriés doivent être mis en place pendant la manipulation et l'assemblage :

• Utiliser des bracelets ou des gants antistatiques.
• S'assurer que tous les équipements, outils et postes de travail sont correctement mis à la terre.
• Utiliser des tapis conducteurs ou dissipatifs.

6.5 Sensibilité à l'humidité et stockage

Le produit est classé au niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) 3 selon la norme JEDEC J-STD-020.

• Sac scellé :Conserver à ≤30°C et ≤90% d'humidité relative (HR). La durée de conservation est d'un an dans le sac d'origine étanche à l'humidité avec dessiccant.
• Sac ouvert :Après ouverture, conserver à ≤30°C et ≤60% HR. La "durée de vie hors sac" pour le soudage est de 168 heures (7 jours) à partir du moment où le sac est ouvert.
• Séchage :Si la carte indicateur d'humidité devient rose (≥10% HR) ou si la durée de vie hors sac est dépassée, les LED doivent être séchées à 60°C pendant au moins 48 heures avant utilisation. Après séchage, tout dispositif restant doit être rescellé dans l'emballage d'origine avec un dessiccant frais.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les composants sont fournis sur une bande porteuse emboutie pour l'assemblage automatisé.

• Taille de la bobine :Bobine standard de 7 pouces (178mm).
• Quantité par bobine :Typiquement 1500 pièces.
• Scellement des alvéoles :Les alvéoles vides sont scellées avec une bande de couverture.
• Composants manquants :Un maximum de deux lampes manquantes consécutives est autorisé par spécification.
• Standard :L'emballage est conforme aux spécifications EIA-481-1-B.

Les dimensions détaillées de la bande porteuse, de la bande de couverture et de la bobine sont fournies dans le document source.

8. Considérations de conception d'application

8.1 Méthode de pilotage

Une LED est un dispositif fonctionnant en courant. Pour un fonctionnement fiable et constant, elledoitêtre pilotée par une source de courant constant, et non par une source de tension constante. Un pilotage par source de tension risque un emballement thermique et la destruction. Lors de la connexion de plusieurs LED, une connexion en série est préférable car elle garantit un courant identique à travers chaque dispositif. Si une connexion en parallèle est inévitable, il est fortement recommandé d'utiliser des résistances de limitation de courant individuelles ou des pilotes séparés pour chaque branche afin de compenser les variations naturelles de la tension directe (Vf) et d'assurer l'uniformité de l'intensité.

8.2 Dissipateur thermique et conception du PCB

Étant donné la résistance thermique (Rθj-s) de 53°C/W, le PCB agit comme le dissipateur thermique principal. Utilisez un PCB avec une épaisseur de cuivre adéquate (par exemple, 2 oz). Concevez la pastille de cuivre sous et autour de la LED pour qu'elle soit aussi grande que possible en pratique. Les vias thermiques reliant la pastille aux plans de masse internes ou aux zones de cuivre sur la face inférieure améliorent considérablement la dissipation thermique. Dans les applications à haute puissance ou à température ambiante élevée, envisagez une gestion thermique supplémentaire telle que des PCB à âme métallique (MCPCB) ou un refroidissement actif.

8.3 Conception optique

L'angle de vision de 135 degrés fournit un motif d'émission large. Pour les applications nécessitant une lumière UV focalisée ou collimatée, des optiques secondaires telles que des lentilles ou des réflecteurs doivent être utilisées. Le matériau de ces optiques doit être transparent à la lumière UV-A (par exemple, des verres spécialisés, du quartz ou des plastiques transparents aux UV comme l'acrylique). Les matériaux optiques standards peuvent absorber le rayonnement UV.

8.4 Clause de non-responsabilité sur la sécurité et la fiabilité

Le dispositif est destiné à être utilisé dans des équipements électroniques ordinaires. Il n'est pas conçu ou qualifié pour des applications où une défaillance pourrait directement mettre en danger la vie, la santé ou la sécurité - comme dans l'aviation, les transports, les systèmes de support de vie médical ou le contrôle nucléaire. Pour de telles applications, une consultation avec le fabricant du composant et l'utilisation potentielle de composants spécifiquement qualifiés pour une haute fiabilité (hi-rel) ou un usage médical est obligatoire.

9. Comparaison technique et contexte du marché

9.1 Avantages par rapport aux sources UV conventionnelles

Comparée aux sources UV traditionnelles comme les lampes à vapeur de mercure, cette LED offre :

• Allumage/Extinction instantané :Pas de temps de préchauffage ou de refroidissement.
• Longue durée de vie :Des dizaines de milliers d'heures contre des milliers pour les lampes.
• Efficacité énergétique :Une efficacité radiative plus élevée, convertissant plus de puissance électrique en lumière UV utile.
• Taille compacte et flexibilité de conception :Permet l'intégration dans des appareils petits et portables.
• Fonctionnement à froid :Rayonnement infrarouge (chaleur) minimal dans le faisceau.
• Sécurité environnementale :Ne contient pas de mercure.
• Spécificité de longueur d'onde :Émet une bande étroite, réduisant les réactions secondaires indésirables ou l'échauffement.

9.2 Compromis et considérations de conception

Bien que puissante pour sa taille, la sortie UV totale d'une seule LED est inférieure à celle d'une lampe traditionnelle. Atteindre une irradiance totale équivalente nécessite souvent un réseau de LED, ce qui introduit des défis de conception en matière de gestion thermique, de pilotage du courant et d'uniformité optique. Le coût initial du composant par unité de puissance optique peut être plus élevé, mais cela est souvent compensé par des économies d'énergie, de maintenance et une durée de vie du système plus longue.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Quel est le courant de fonctionnement recommandé ?

La fiche technique caractérise le dispositif à 20mA, ce qui est un point de fonctionnement courant et fiable. Il peut être piloté jusqu'à son maximum absolu de 40mA, mais cela augmentera la température de jonction, réduira potentiellement la durée de vie et diminuera l'efficacité (lumens par watt). Une analyse détaillée de la conception thermique est nécessaire avant de fonctionner au-dessus de 20mA.

10.2 Puis-je piloter cette LED directement à partir d'une alimentation logique 3,3V ou 5V ?

Pas directement. La tension directe varie de 2,8V à 4,0V. Une simple résistance en série peut être utilisée avec une alimentation 5V pour limiter le courant. Pour une alimentation 3,3V, si la Vf de la LED est dans la partie haute (par exemple, 3,6V-4,0V), il se peut qu'il n'y ait pas assez de marge de tension, et un convertisseur élévateur ou un circuit intégré pilote LED dédié serait nécessaire. Utilisez toujours un circuit à courant constant pour des performances et une longévité optimales.

10.3 Comment interpréter le code de tri sur le sac ?

Le code de tri est une combinaison de lettres et de chiffres (par exemple, V2R5P3N1) indiquant le groupe de performance pour la Tension Directe (V), le Flux Radiant (R) et la Longueur d'Onde de Crête (P). Reportez-vous aux tableaux de codes de tri de la Section 3 pour comprendre la plage spécifique de chaque paramètre pour votre lot de composants.

10.4 Une protection oculaire est-elle requise ?

Yes.Le rayonnement UV-A (315-400nm) n'est pas aussi immédiatement dommageable que les UV-B ou UV-C, mais une exposition prolongée ou de haute intensité peut causer des dommages aux yeux (photokératite) et à la peau (vieillissement prématuré, risque accru de cancer). Utilisez toujours un équipement de protection individuelle (EPI) approprié tel que des lunettes de sécurité ou des écrans faciaux bloquant les UV lorsque vous travaillez avec ou testez ces LED.

11. Exemple d'application pratique

Scénario : Conception d'une petite lampe de poche portable pour le durcissement UV d'adhésifs.

1. Circuit de pilotage :Utiliser un circuit intégré pilote LED à courant constant capable de délivrer 20mA à partir d'une batterie lithium-ion (3,7V nominal). Le pilote compensera la baisse de tension de la batterie dans le temps.
2. Conception thermique :Monter la LED sur une petite carte étoile dédiée à âme métallique (MCPCB). Cette MCPCB est ensuite fixée au boîtier en aluminium de l'appareil, qui sert de dissipateur thermique.
3. Optique :Une simple fenêtre en verre de quartz protège la LED. Pour un faisceau plus focalisé, une petite lentille de collimation en matériau transparent aux UV pourrait être ajoutée.
4. Contrôle :Inclure un interrupteur momentané et un circuit temporisateur pour contrôler la durée d'exposition, assurant des durcissements constants et évitant la surchauffe due à un fonctionnement continu.

12. Principes et tendances technologiques

12.1 Principe de fonctionnement

Une LED UV fonctionne sur le même principe fondamental qu'une LED visible : l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active (typiquement en nitrure d'aluminium-gallium - AlGaN pour cette longueur d'onde). L'énergie libérée lors de cette recombination est émise sous forme de photons. La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. Une bande interdite correspondant à ~3,4 eV produit des photons autour de 365nm (UV-A).

12.2 Tendances de l'industrie

Le marché des LED UV est porté par plusieurs tendances clés :

• Augmentation de la puissance de sortie et de l'efficacité :Des améliorations continues dans la croissance épitaxiale et la conception des puces poussent le flux radiant plus haut et l'efficacité énergétique vers le haut, permettant des systèmes plus puissants et compacts.
• Longueurs d'onde plus courtes :Des R&D importantes se concentrent sur le développement de LED UV-B et UV-C efficaces (jusqu'à 250nm) pour la stérilisation, la purification de l'eau et la thérapie médicale, concurrençant les lampes à mercure traditionnelles sur de nouveaux marchés.
• Réduction des coûts :Les économies d'échelle et les améliorations des processus de fabrication réduisent régulièrement le coût par milliwatt de sortie UV, accélérant l'adoption dans toutes les industries.
• Intégration système :Les tendances incluent l'intégration de pilotes, de capteurs et de plusieurs puces LED dans des boîtiers émetteurs UV intelligents et modulaires pour une conception plus facile et une application plus contrôlée.