Fiche technique LED UV LTPL-C034UVE365 - 3.7x3.7x1.6mm - 3.7V - 2W - 365nm - Document technique français

1. Vue d'ensemble du produit

La LTPL-C034UVE365 est une diode électroluminescente (LED) ultraviolette (UV) haute performance conçue pour les applications d'éclairage à semi-conducteurs nécessitant une émission dans le spectre UV-A. Ce produit représente une alternative économe en énergie et fiable aux sources lumineuses UV conventionnelles, offrant des avantages significatifs en termes de durée de vie opérationnelle, de coûts de maintenance et de flexibilité de conception. Son application principale est dans les procédés de durcissement UV, où une sortie UV puissante et constante est cruciale pour initier les réactions photochimiques dans les adhésifs, encres et revêtements. Le dispositif est conçu pour fournir des performances stables sur une large plage de températures de fonctionnement, le rendant adapté à l'intégration dans des équipements industriels et commerciaux.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

La LED intègre plusieurs caractéristiques avancées qui contribuent à ses performances supérieures. Elle est entièrement conforme aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses) et est fabriquée selon des procédés sans plomb, garantissant la sécurité environnementale. Le dispositif est conçu pour être compatible avec les systèmes de pilotage à circuit intégré (CI), simplifiant le contrôle électronique et l'intégration. Un avantage majeur est la réduction significative des coûts d'exploitation et de maintenance par rapport aux lampes UV traditionnelles, car les LED consomment moins d'énergie et ont une durée de vie opérationnelle beaucoup plus longue sans nécessiter de remplacement fréquent d'ampoule.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des principaux paramètres techniques du dispositif, tels que définis dans ses valeurs maximales absolues et ses caractéristiques électro-optiques.

2.1 Valeurs maximales absolues

Le dispositif est spécifié pour fonctionner de manière fiable dans les limites absolues suivantes, qui ne doivent jamais être dépassées lors de la conception de l'application. Le courant direct continu maximal (If) est de 500 mA. La consommation de puissance maximale (Po) est de 2 Watts. La plage de température ambiante de fonctionnement autorisée (Topr) est de -40°C à +85°C, tandis que la plage de température de stockage (Tstg) s'étend de -55°C à +100°C. La température de jonction maximale admissible (Tj) est de 125°C. Il est crucial de noter qu'un fonctionnement prolongé en polarisation inverse peut entraîner des dommages permanents ou une défaillance du composant.

2.2 Caractéristiques électro-optiques à 25°C

Les métriques de performance principales sont mesurées dans des conditions de test standard avec un courant direct de 350mA et une température ambiante de 25°C. La tension directe (Vf) a une valeur typique de 3,7V, avec un minimum de 2,8V et un maximum de 4,4V. Le flux radiant (Φe), qui est la puissance optique totale mesurée avec une sphère intégrante, a une valeur typique de 600 milliwatts (mW), allant d'un minimum de 470 mW à un maximum de 770 mW. La longueur d'onde de crête (Wp) est centrée sur 365nm, avec une plage spécifiée de 360nm à 370nm. L'angle de vision (2θ1/2), définissant la répartition angulaire du rayonnement émis, est typiquement de 130 degrés. La résistance thermique de la jonction au point de soudure (Rthjs) est typiquement de 9,1 °C/W, avec une tolérance de mesure de ±10%.

3. Explication du système de code de tri

Le processus de fabrication entraîne des variations naturelles des paramètres clés. Pour garantir une cohérence pour les utilisateurs finaux, les LED sont triées en catégories de performance. Le code de tri marqué sur l'emballage permet aux concepteurs de sélectionner des composants aux caractéristiques étroitement regroupées.

3.1 Tri par tension directe (Vf)

Les LED sont catégorisées en quatre classes de tension (V0 à V3) en fonction de leur tension directe à 350mA. Les classes V0 ont des tensions entre 2,8V et 3,2V, V1 entre 3,2V et 3,6V, V2 entre 3,6V et 4,0V, et V3 entre 4,0V et 4,4V. La tolérance pour cette classification est de ±0,1V.

3.2 Tri par flux radiant (Φe)

La puissance optique de sortie est triée en six catégories étiquetées AB à FG. La classe AB couvre 470-510 mW, BC couvre 510-550 mW, CD couvre 550-600 mW, DE couvre 600-655 mW, EF couvre 655-710 mW, et la classe FG couvre la plage de sortie la plus élevée de 710-770 mW. La tolérance pour la mesure du flux radiant est de ±10%.

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

La longueur d'onde d'émission UV est triée en deux groupes. La classe P3M inclut les LED avec une longueur d'onde de crête entre 360nm et 365nm, tandis que la classe P3N inclut celles entre 365nm et 370nm. La tolérance pour la longueur d'onde de crête est de ±3nm.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques fournissent un aperçu plus approfondi du comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Flux radiant relatif en fonction du courant direct

La courbe montre que le flux radiant augmente avec le courant direct selon une relation non linéaire. Bien que la sortie augmente initialement, le taux d'augmentation diminue à des courants plus élevés en raison des effets thermiques accrus et de la baisse d'efficacité. Ce graphique est essentiel pour déterminer le courant de pilotage optimal afin d'équilibrer la puissance lumineuse avec l'efficacité et l'échauffement du dispositif.

4.2 Distribution spectrale relative

Ce tracé illustre la distribution de la puissance spectrale de la lumière UV émise. Il confirme la nature à bande étroite de la sortie de la LED, avec un pic dominant centré autour de 365nm et une émission minimale à d'autres longueurs d'onde. La pureté spectrale est critique pour les applications sensibles à des énergies d'activation UV spécifiques.

4.3 Diagramme de rayonnement (Angle de vision)

Le diagramme de rayonnement polaire visualise la distribution spatiale de l'intensité lumineuse. L'angle de vision typique de 130 degrés indique un motif d'émission large, de type lambertien. Cette caractéristique est importante pour assurer un éclairage uniforme sur une zone cible dans les applications de durcissement ou d'exposition.

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

Cette caractéristique électrique fondamentale montre la relation exponentielle entre le courant et la tension. La forme de la courbe est déterminée par la physique du semi-conducteur. La tension de seuil, où le courant commence à augmenter brusquement, est un paramètre clé pour la conception du circuit de pilotage, généralement autour de l'extrémité inférieure de la spécification Vf.

4.5 Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction

Cette courbe critique démontre l'impact négatif de l'augmentation de la température de jonction sur la puissance lumineuse. Lorsque la température de jonction augmente, le flux radiant diminue. La pente de cette courbe quantifie le facteur de déclassement thermique, qui doit être pris en compte dans la conception du système de gestion thermique pour maintenir des performances constantes.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions de contour

Le dispositif présente un boîtier pour montage en surface. Les dimensions clés incluent une longueur et une largeur du corps d'environ 3,7mm, une hauteur de lentille et un substrat en céramique. Toutes les dimensions linéaires sont en millimètres. Les tolérances pour la plupart des dimensions sont de ±0,2mm, tandis que la hauteur de la lentille et la longueur/largeur de la céramique ont des tolérances plus strictes de ±0,1mm. Le plot thermique au bas du boîtier est électriquement isolé (neutre) des plots électriques d'anode et de cathode, permettant son utilisation uniquement pour le dissipateur thermique sans provoquer de court-circuit électrique.

5.2 Configuration recommandée des plots de fixation sur CI

Un diagramme détaillé est fourni pour le motif recommandé de plots en cuivre sur le circuit imprimé (CI). Cette configuration est optimisée pour une soudure fiable, une conduction thermique adéquate vers la carte et une connexion électrique. Respecter cette empreinte est crucial pour obtenir une bonne intégrité des joints de soudure et une dissipation thermique efficace du plot thermique vers le plan de masse du CI ou la zone de dissipateur thermique dédiée.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil détaillé temps-température est spécifié pour les procédés de soudage par refusion. Les paramètres clés incluent une phase de préchauffage, une montée en température, une température de pic ne dépassant pas 260°C mesurée sur la surface du corps du boîtier, et une phase de refroidissement contrôlée. Un taux de refroidissement rapide n'est pas recommandé. Le profil est conçu pour les pâtes à souder sans plomb (Pb-free). Il est conseillé d'effectuer le soudage par refusion un maximum de trois fois et d'utiliser la température la plus basse possible permettant une soudure fiable.

6.2 Instructions pour soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire, la température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact avec toute broche doit être limité à un maximum de 2 secondes. Cette opération ne doit être effectuée qu'une seule fois par joint de soudure pour éviter les dommages thermiques à la puce LED et aux matériaux du boîtier.

6.3 Précautions de nettoyage et de manipulation

Si un nettoyage est requis après soudure, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique doivent être utilisés. Les nettoyants chimiques agressifs ou non spécifiés doivent être évités car ils peuvent endommager la lentille ou le boîtier de la LED. Le dispositif doit être manipulé avec précaution pour éviter les décharges électrostatiques (ESD), bien que des spécifications ESD particulières ne soient pas fournies dans cette fiche technique.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Emballage en bande et bobine

Les LED sont fournies sur des bandes porteuses embossées enroulées sur des bobines pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Les dimensions de la bande et l'espacement des alvéoles sont conformes aux spécifications EIA-481-1-B. La bobine a un diamètre standard de 7 pouces, pouvant contenir un maximum de 500 pièces. La bande est scellée avec un couvercle supérieur pour protéger les composants. Les spécifications de qualité autorisent un maximum de deux composants manquants consécutifs dans la bande.

8. Fiabilité et tests

Un plan de test de fiabilité complet valide les performances à long terme et la robustesse de la LED. Les tests incluent la durée de vie en fonctionnement à basse température (LTOL à -30°C), la durée de vie en fonctionnement à température ambiante (RTOL), la durée de vie en fonctionnement à haute température (HTOL à 85°C), les chocs thermiques entre -40°C et 125°C, le stockage à haute température, la résistance à la chaleur de soudure (simulant la refusion) et les tests de soudabilité. Tous les tests ont été effectués sur des échantillons avec zéro défaillance rapportée, indiquant une haute fiabilité. Les critères de jugement pour une défaillance sont définis comme un changement de tension directe (Vf) au-delà de ±10% de sa valeur initiale ou un changement de flux radiant (Φe) au-delà de ±30% de sa valeur initiale lorsqu'ils sont mesurés au courant de fonctionnement typique.

9. Suggestions d'application et considérations de conception

9.1 Scénarios d'application typiques

L'application principale de cette LED UV 365nm est dans les systèmes de durcissement UV pour adhésifs, encres, résines et revêtements dans la fabrication, l'impression et l'assemblage électronique. D'autres utilisations potentielles incluent l'excitation de fluorescence, la détection de contrefaçon, l'instrumentation médicale et scientifique, et les systèmes de purification d'air/eau où la lumière UV-A est efficace.

9.2 Considérations de conception critiques

Gestion thermique :C'est le facteur de conception le plus important. La résistance thermique typique de 9,1 °C/W signifie que pour chaque watt de puissance dissipée, la température de jonction augmentera d'environ 9,1°C au-dessus de la température du point de soudure. Un dissipateur thermique efficace connecté au plot thermique est obligatoire pour maintenir la température de jonction en dessous de 125°C, surtout lors d'un fonctionnement à ou près du courant maximal de 350-500mA. Une mauvaise conception thermique entraînera une dépréciation rapide du flux lumineux et une réduction de la durée de vie.

Courant de pilotage :La LED doit être pilotée par une source de courant constant, et non par une source de tension constante, pour garantir une sortie lumineuse stable et prévenir l'emballement thermique. Le point de fonctionnement recommandé est de 350mA pour une efficacité et une durée de vie optimales, bien qu'elle puisse être pulsée à des courants plus élevés avec des cycles de service appropriés.

Conception optique :Le large angle de vision de 130 degrés peut nécessiter des optiques secondaires (lentilles ou réflecteurs) pour collimater ou focaliser la lumière UV sur la zone cible pour un durcissement ou une exposition efficace.

Compatibilité des matériaux :Une exposition prolongée au rayonnement UV peut dégrader de nombreux plastiques et polymères. Assurez-vous que les matériaux environnants dans l'assemblage sont stables aux UV.

10. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux sources lumineuses UV traditionnelles comme les lampes à vapeur de mercure, cette LED offre des avantages distincts : capacité d'allumage/extinction instantanée sans temps de préchauffage, durée de vie opérationnelle significativement plus longue (des dizaines de milliers d'heures), absence de mercure dangereux, taille compacte permettant des facteurs de forme flexibles et une consommation énergétique totale plus faible. Sur le marché des LED UV, les principaux facteurs de différenciation pour cette référence spécifique sont sa combinaison d'un flux radiant relativement élevé (600mW typique) à 365nm, son boîtier robuste avec un plot thermique dédié pour une dissipation thermique supérieure, et son système de tri complet garantissant des performances prévisibles pour la production en grande série.

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

Q : Quelle est la différence entre le flux radiant (mW) et le flux lumineux (lm) ?

A : Le flux radiant mesure la puissance optique totale en watts, ce qui est approprié pour les LED UV où la sensibilité de l'œil humain (réponse photopique) n'est pas pertinente. Le flux lumineux mesure la luminosité perçue pondérée par la sensibilité de l'œil humain et est utilisé pour les LED à lumière visible.

Q : Puis-je piloter cette LED directement à partir d'une alimentation 5V ou 12V ?

A : Non. La LED nécessite un circuit de pilotage à courant constant. La connecter directement à une source de tension entraînera un courant excessif, une surchauffe immédiate et la destruction du dispositif en raison du coefficient de température négatif de la diode.

Q : Comment interpréter les codes de tri lors de la commande ?

A : Spécifiez la combinaison requise des classes Vf, Φe et Wp en fonction des besoins de votre application en matière de cohérence de tension, de niveau de puissance lumineuse et de longueur d'onde précise. Par exemple, une commande pourrait spécifier les classes V1, DE, P3N pour des LED avec Vf~3,4V, Φe~625mW et Wp~367,5nm.

Q : Quel dissipateur thermique est nécessaire ?

A : La résistance thermique du dissipateur nécessaire dépend de votre courant de fonctionnement, de la température ambiante et de la température de jonction cible. En utilisant la formule Tj = Ta + (Po * Rthjs) + (Po * Rth_dissipateur), vous pouvez calculer les performances nécessaires du dissipateur. Po est la puissance dissipée (If * Vf).

12. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un système de durcissement ponctuel sur CI.

Un fabricant doit durcir de petits points d'adhésif UV sur une ligne d'assemblage de circuits imprimés. Une conception utilisant quatre LED LTPL-C034UVE365 est proposée. Chaque LED est pilotée à 350mA en courant constant par un circuit intégré de pilotage dédié, résultant en une tension directe d'environ 3,7V et un flux radiant de 600mW par LED. Les LED sont montées sur un petit CI à âme en aluminium qui sert de dissipateur thermique. La puissance dissipée calculée par LED est d'environ 1,3W (0,35A * 3,7V). Avec la Rthjs de la LED de 9,1 °C/W et une résistance thermique estimée du dissipateur (CI) de 15 °C/W vers l'ambiant, la résistance thermique totale est de 24,1 °C/W. Dans un environnement ambiant à 40°C, la température de jonction serait Tj = 40°C + (1,3W * 24,1 °C/W) = 71,3°C, ce qui est bien en dessous du maximum de 125°C. Les quatre LED sont disposées en carré avec des réflecteurs simples pour concentrer la puissance UV combinée de 2,4W sur un spot de 5mm de diamètre, fournissant une irradiance suffisante pour un temps de durcissement rapide de 2-3 secondes. Le système bénéficie d'un fonctionnement instantané, de longs intervalles de maintenance et d'une faible consommation d'énergie par rapport à un système traditionnel à lampe au mercure.

13. Introduction au principe de fonctionnement

Cette LED UV est un dispositif à semi-conducteur basé sur des systèmes de matériaux en nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Ces porteurs de charge se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons. La longueur d'onde spécifique de ces photons (365nm, dans la bande UV-A) est déterminée par l'énergie de la bande interdite des matériaux semi-conducteurs utilisés dans la couche active. La nature à large bande interdite des alliages AlGaN permet l'émission de lumière ultraviolette à haute énergie. La lumière générée s'échappe à travers une lentille en époxy transparente conçue pour protéger la puce semi-conductrice et façonner le diagramme de rayonnement.

14. Tendances et évolutions technologiques

Le domaine des LED UV évolue rapidement. Les tendances clés incluent des améliorations continues de l'efficacité énergétique (puissance optique sortie / puissance électrique entrée), ce qui réduit la génération de chaleur et les coûts énergétiques. Des développements sont en cours pour augmenter la puissance de sortie maximale (flux radiant) des émetteurs à une seule puce et des boîtiers multi-puces. La recherche se concentre également sur l'extension de la plage de longueur d'onde plus loin dans la bande UV-C (200-280nm) pour les applications germicides, bien que des défis d'efficacité subsistent. Une autre tendance est l'amélioration de la durée de vie et de la fiabilité des dispositifs dans des conditions de fonctionnement à haute température et à fort courant, ce qui est crucial pour l'adoption industrielle. La technologie des boîtiers progresse pour fournir une résistance thermique encore plus faible et des interfaces plus robustes pour les environnements difficiles. À mesure que les volumes de fabrication augmentent et que les efficacités s'améliorent, le coût par milliwatt de sortie UV continue de diminuer, rendant les solutions basées sur LED économiquement viables pour un éventail toujours plus large d'applications auparavant dominées par les lampes UV traditionnelles.