Fiche technique LED UV LTPL-C034UVD385 - 3.8V 600mW 385nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La LTPL-C034UVD385 est une diode électroluminescente (LED) ultraviolette (UV) de haute puissance conçue pour les applications professionnelles de polymérisation UV et autres procédés UV courants. Elle représente une solution d'éclairage à semi-conducteurs qui combine l'efficacité énergétique, la longue durée de vie opérationnelle et la fiabilité inhérentes à la technologie LED avec une puissance rayonnante élevée, adaptée pour remplacer les sources lumineuses UV conventionnelles telles que les lampes à vapeur de mercure.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Cette série de LED UV est conçue pour offrir des avantages significatifs par rapport aux technologies UV traditionnelles. Les caractéristiques clés incluent une conformité totale RoHS et l'absence de plomb, garantissant une compatibilité environnementale et réglementaire. Elle offre des coûts d'exploitation et de maintenance inférieurs grâce à sa nature à semi-conducteurs, éliminant le besoin de remplacements fréquents d'ampoules et réduisant la consommation d'énergie. Le dispositif est également compatible I.C., facilitant l'intégration dans les systèmes de contrôle électronique modernes. Le marché cible principal comprend les systèmes industriels de polymérisation UV pour encres, revêtements et adhésifs, ainsi que les équipements scientifiques, médicaux et de désinfection nécessitant une source lumineuse UV-A stable à 385nm.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse détaillée et objective des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés pour la LED UV LTPL-C034UVD385.

2.1 Valeurs maximales absolues

Le dispositif est conçu pour un courant direct continu maximal (If) de 500 mA et une consommation électrique maximale (Po) de 2 Watts. La plage de température de fonctionnement (Topr) est spécifiée de -40°C à +85°C, avec une plage de température de stockage (Tstg) plus large de -55°C à +100°C. La température de jonction maximale admissible (Tj) est de 110°C. Il est crucial de fonctionner dans ces limites pour garantir la fiabilité et éviter les dommages permanents. La fiche technique avertit explicitement contre un fonctionnement prolongé en polarisation inverse.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Mesurées dans des conditions de test standard à une température ambiante de 25°C et un courant direct de 350mA, les paramètres clés sont définis. La tension directe (Vf) a une valeur typique de 3,8V, avec une plage de 2,8V (Min) à 4,4V (Max). Le flux radiant (Φe), qui est la puissance optique totale émise dans le spectre UV, a une valeur typique de 600 milliwatts (mW), allant de 460mW (Min) à 700mW (Max). La longueur d'onde pic (Wp) est centrée dans la région des 385nm, avec une plage de bin de 380nm à 390nm. L'angle de vision (2θ1/2) est typiquement de 130 degrés, définissant le diagramme de rayonnement. La résistance thermique de la jonction au boîtier (Rthjc) est typiquement de 13,2 °C/W, un paramètre crucial pour la conception de la gestion thermique.

2.3 Analyse des caractéristiques thermiques

La valeur de résistance thermique de 13,2 °C/W indique l'élévation de température par watt de puissance dissipée entre la jonction du semi-conducteur et le boîtier. Par exemple, au point de fonctionnement typique de 350mA et 3,8V (1,33W de puissance d'entrée, en supposant ~600mW de sortie optique signifiant ~730mW de chaleur), la différence de température entre la jonction et le boîtier serait d'environ 9,6°C. Un dissipateur thermique efficace est essentiel pour maintenir la température de jonction en dessous de son maximum de 110°C, en particulier dans des environnements à température ambiante élevée ou lors d'un fonctionnement continu.

3. Explication du système de binning

La LTPL-C034UVD385 utilise un système de binning pour catégoriser les unités en fonction des variations de performances clés, permettant aux concepteurs de sélectionner des LED correspondant à des exigences d'application spécifiques.

3.1 Binning de la tension directe (Vf)

Les LED sont triées en quatre bins de tension (V0 à V3). Les bins V0 ont la tension directe la plus basse (2,8V - 3,2V), tandis que les bins V3 ont la plus élevée (4,0V - 4,4V). La tolérance à l'intérieur d'un bin est de +/- 0,1V. Cela permet un meilleur appariement du courant lorsque plusieurs LED sont alimentées en série, car les LED du même bin Vf auront des chutes de tension plus uniformes.

3.2 Binning du flux radiant (Φe)

La puissance optique de sortie est catégorisée en six bins, étiquetés R1 à R6. R1 représente la plage de sortie la plus basse (460mW - 500mW), et R6 représente la plus haute (660mW - 700mW). La tolérance est de +/- 10%. Ce binning est crucial pour les applications nécessitant une intensité UV constante, comme dans les processus de polymérisation où la dose d'exposition est un paramètre clé.

3.3 Binning de la longueur d'onde pic (Wp)

La longueur d'onde UV est binnée en deux catégories : P3R (380nm - 385nm) et P3S (385nm - 390nm), avec une tolérance de +/- 3nm. La longueur d'onde pic spécifique peut être importante pour les applications où certains photo-initiateurs dans les résines ou revêtements ont des spectres d'activation optimaux.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs courbes caractéristiques qui fournissent un aperçu plus approfondi du comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Flux radiant relatif en fonction du courant direct

Cette courbe montre que la sortie optique (flux radiant) augmente avec le courant direct mais n'est pas parfaitement linéaire, en particulier à des courants plus élevés où l'efficacité peut diminuer en raison d'effets thermiques accrus. Elle aide les concepteurs à choisir un courant de fonctionnement qui équilibre la puissance de sortie avec l'efficacité et la durée de vie.

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

La courbe I-V illustre la relation exponentielle typique des diodes. Elle est essentielle pour concevoir le circuit d'alimentation correct. La courbe se déplace avec la température ; la tension directe diminue lorsque la température de jonction augmente pour un courant donné.

4.3 Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction

C'est l'une des courbes les plus critiques pour la gestion thermique. Elle démontre comment la puissance optique de sortie se dégrade à mesure que la température de jonction augmente. Maintenir une température de jonction basse est primordial pour obtenir une sortie élevée et constante et maximiser la durée de vie opérationnelle de la LED.

4.4 Distribution spectrale relative

Ce graphique représente l'intensité de la lumière émise à travers le spectre UV. Il confirme la nature à bande étroite de la sortie de la LED, centrée autour de 385nm, avec une largeur à mi-hauteur (FWHM) typique de la technologie LED. Ceci contraste avec le large spectre des lampes à mercure traditionnelles.

4.5 Caractéristiques de rayonnement

Ce diagramme polaire visualise la distribution spatiale de la lumière (angle de vision). L'angle de vision typique de 130 degrés indique un motif d'émission large, de type lambertien, utile pour éclairer uniformément une zone.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions de contour

Le boîtier de la LED a des dimensions mécaniques spécifiques fournies dans les dessins de la fiche technique. Les tolérances critiques sont notées : la plupart des dimensions ont une tolérance de ±0,2mm, tandis que la hauteur de la lentille et la longueur/largeur du substrat céramique ont une tolérance plus serrée de ±0,1mm. Le plot thermique au bas du boîtier est noté comme étant électriquement isolé (neutre) des plots électriques d'anode et de cathode, ce qui simplifie la disposition du PCB pour les vias thermiques.

5.2 Plot de fixation PCB recommandé

Un motif de pastilles (empreinte) est fourni pour la conception du PCB. Cela inclut la taille et l'espacement pour les connexions d'anode, de cathode et du plot thermique. Suivre cette disposition recommandée est crucial pour assurer une formation correcte des soudures, une connexion électrique et, surtout, un transfert de chaleur efficace du plot thermique vers la zone de cuivre du PCB et tout dissipateur thermique sous-jacent.

5.3 Identification de la polarité

Le diagramme de la fiche technique indique clairement les plots d'anode et de cathode. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage pour éviter l'application d'une polarisation inverse, qui peut endommager le dispositif.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de soudage par refusion détaillé est fourni, spécifiant des paramètres critiques comme le préchauffage, le maintien, la température de pic de refusion (ne dépassant pas 260°C pendant 10 secondes selon la condition de test de refusion) et les taux de refroidissement. Les notes soulignent que toutes les températures se réfèrent à la surface du corps du boîtier. Un processus de refroidissement rapide n'est pas recommandé. La température de soudage la plus basse possible qui assure un joint fiable est toujours souhaitable pour minimiser la contrainte thermique sur la LED.

6.2 Instructions de soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, la condition maximale recommandée est de 300°C pendant un maximum de 2 secondes, et cela ne doit être effectué qu'une seule fois par LED. Le nombre total d'opérations de soudage (refusion ou manuel) ne doit pas dépasser trois fois.

6.3 Précautions de nettoyage et de manipulation

Pour le nettoyage, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique doivent être utilisés. Des nettoyants chimiques non spécifiés peuvent endommager le boîtier de la LED. Le dispositif doit être manipulé avec soin pour éviter les décharges électrostatiques (ESD) et les dommages mécaniques à la lentille.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Emballage en bande et bobine

Les LED sont fournies sur une bande porteuse embossée et une bobine pour l'assemblage automatisé pick-and-place. La fiche technique fournit des dimensions détaillées pour les alvéoles de la bande et la bobine standard de 7 pouces. Les spécifications clés incluent : les alvéoles vides sont scellées avec une bande de couverture, un maximum de 500 pièces par bobine, et un maximum de deux composants manquants consécutifs autorisés sur la bande, conformément aux normes EIA-481-1-B.

7.2 Marquage du code de bin

Le code de classification de bin (pour Vf, Φe et Wp) est marqué sur chaque sac d'emballage, permettant la traçabilité et la sélection de grades de performance spécifiques.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

L'application principale est la polymérisation UV pour les processus industriels, y compris le durcissement des encres sur les équipements d'impression, des revêtements sur divers substrats et des adhésifs dans l'assemblage électronique. D'autres utilisations potentielles incluent l'analyse de fluorescence, la détection de contrefaçon et les dispositifs de thérapie médicale nécessitant des longueurs d'onde UV-A spécifiques. Sa nature à semi-conducteurs la rend adaptée aux équipements portables ou à mise en marche instantanée.

8.2 Considérations de conception et exigences d'alimentation

Une LED est un dispositif fonctionnant en courant. Pour assurer une intensité uniforme et un fonctionnement stable, en particulier lors de l'alimentation de plusieurs LED, un pilote à courant constant est obligatoire, et non une source de tension constante. Le pilote doit être conçu pour fournir le courant requis (par exemple, 350mA) tout en s'adaptant à la plage de tension directe de(s) la LED. Pour les connexions en série, la tension du pilote doit être supérieure à la somme des Vf maximum de toutes les LED de la chaîne. La connexion en parallèle de LED n'est généralement pas recommandée sans équilibrage de courant individuel. La gestion thermique est l'aspect le plus critique de la conception mécanique. Une interface thermique de haute qualité et un dissipateur thermique adéquat sont nécessaires pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres, assurant la stabilité de la sortie et une longue durée de vie.

9. Fiabilité et tests

La fiche technique décrit un plan de test de fiabilité complet, démontrant la robustesse du produit. Les tests incluent la durée de vie opérationnelle à basse, ambiante et haute température (LTOL, RTOL, HTOL), la durée de vie opérationnelle en ambiance humide et chaude (WHTOL), le choc thermique (TMSK), la résistance à la chaleur de soudage (Refusion) et la soudabilité. Tous les tests ont montré 0 défaillance sur 10 échantillons dans les conditions spécifiées. Les critères pour juger un dispositif comme défaillant après test sont un décalage de la tension directe (Vf) au-delà de ±10% ou un décalage du flux radiant (Φe) au-delà de ±30% de la valeur typique initiale.

10. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux sources lumineuses UV traditionnelles comme les lampes à arc au mercure, cette LED UV offre des avantages distincts : capacité de mise en marche/arrêt instantanée, aucun temps de préchauffage, durée de vie plus longue (typiquement des dizaines de milliers d'heures), efficacité énergétique plus élevée, absence de mercure dangereux et taille compacte permettant de nouvelles formes. Comparée à d'autres LED UV, la combinaison spécifique de longueur d'onde 385nm, de flux radiant typique élevé (600mW), d'angle de vision large de 130 degrés et d'un boîtier robuste avec un plot thermique isolé pour un refroidissement efficace constitue sa différenciation clé. Le système de binning détaillé permet également une plus grande précision dans la conception du système par rapport aux alternatives non binnées ou faiblement binnées.

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

Q : Quel courant d'alimentation dois-je utiliser ?

R : Le dispositif est caractérisé à 350mA, ce qui est un point de fonctionnement typique offrant un bon équilibre entre sortie et efficacité. Il peut être alimenté jusqu'à la valeur maximale absolue de 500mA, mais cela augmentera la température de jonction et peut réduire la durée de vie ; une gestion thermique robuste est essentielle.

Q : Comment interpréter la valeur du Flux radiant ?

R : Le Flux radiant (Φe) est la puissance optique totale émise en watts (ou milliwatts), mesurée sur toutes les longueurs d'onde. Pour cette LED UV, il représente la puissance UV utile, et non la lumière visible. C'est une métrique clé pour calculer la dose d'exposition (Énergie = Puissance × Temps) dans les applications de polymérisation.

Q : Pourquoi la gestion thermique est-elle si importante ?

R : Comme le montre la courbe \"Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction\", la puissance de sortie diminue lorsque la température augmente. Une température excessive accélère également les mécanismes de dégradation à l'intérieur de la LED, raccourcissant considérablement sa durée de vie. La résistance thermique de 13,2 °C/W définit l'efficacité avec laquelle la chaleur peut être évacuée.

Q : Puis-je utiliser une alimentation à tension constante ?

R : Non. La tension directe d'une LED varie avec la température et entre les unités individuelles. Une source de tension constante peut conduire à un emballement thermique, où un courant accru génère plus de chaleur, ce qui abaisse Vf, provoquant encore plus de courant, pouvant détruire la LED. Utilisez toujours un pilote à courant constant.

12. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'une station de polymérisation UV de paillasse pour masque de soudure PCB.

Un concepteur a besoin d'une exposition UV uniforme sur une zone de 10cm x 10cm. En utilisant la LTPL-C034UVD385 avec son angle de vision de 130°, il peut calculer la hauteur nécessaire et l'espacement du réseau de LED pour obtenir une irradiance uniforme. Il sélectionne des LED des bins de flux R5 ou R6 pour une intensité plus élevée, et du même bin Vf (par exemple, V1) pour une consommation de courant cohérente lorsqu'elles sont câblées en série. Un pilote à courant constant capable de délivrer le courant total requis pour la chaîne série est sélectionné. Le PCB en aluminium est conçu avec la disposition de pastilles recommandée, incorporant une grande zone de cuivre et des vias thermiques connectés à un dissipateur thermique externe avec un ventilateur. Le profil de refusion de la fiche technique est programmé dans la machine pick-and-place. Après assemblage, la station fournit un durcissement instantané et constant sans la chaleur et l'ozone associés aux lampes à mercure.

13. Introduction au principe de fonctionnement

Une LED est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, l'énergie est libérée sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde (couleur) de la lumière émise est déterminée par le gap d'énergie des matériaux semi-conducteurs utilisés dans la région active. Pour la LTPL-C034UVD385, des composés semi-conducteurs spécifiques (généralement à base de nitrure d'aluminium-gallium - AlGaN) sont conçus pour avoir un gap correspondant aux photons dans la plage ultraviolette (UV-A) de 385nm. Le boîtier comprend une optique primaire (lentille) pour façonner la sortie lumineuse et protéger la puce semi-conductrice.

14. Tendances technologiques et perspectives

Le marché des LED UV est stimulé par l'élimination mondiale des lampes à base de mercure (Convention de Minamata) et la demande de sources lumineuses plus efficaces, compactes et contrôlables. Les tendances clés incluent l'amélioration continue de l'Efficacité Wall-Plug (WPE), qui est le rapport entre la puissance optique de sortie et la puissance électrique d'entrée. Une efficacité plus élevée signifie moins de chaleur perdue pour la même sortie UV. Il y a également un développement continu pour augmenter la puissance optique maximale par boîtier LED unique et pour améliorer la fiabilité et la durée de vie à des températures et courants de fonctionnement plus élevés. De plus, la recherche se concentre sur l'expansion des plages de longueurs d'onde disponibles, en particulier dans le spectre UV-C plus profond pour les applications germicides, bien que des matériaux différents comme le nitrure d'aluminium (AlN) soient nécessaires. La tendance vers l'intégration au niveau système, combinant LED, pilotes et capteurs en modules intelligents, est également évidente.