Spécifications de la LED UV SMD 3,7x3,7x3,45mm - Tension directe 4,6-7,6V - Flux radiant jusqu'à 20mW - Longueur d'onde 260-270nm - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) ultraviolette (UV) à montage en surface, de haute fiabilité. Le dispositif est conçu pour des applications nécessitant une émission ultraviolette efficace, telles que la désinfection, la stérilisation et les systèmes de purification d'air. Son boîtier compact SMD (Dispositif à Montage en Surface) est conçu pour être compatible avec les processus d'assemblage automatisés, offrant de bonnes performances thermiques pour un fonctionnement stable.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cette LED UV incluent son empreinte SMT standardisée, qui permet une intégration aisée dans les conceptions modernes de cartes de circuits imprimés (PCB), et sa haute fiabilité déclarée. Le produit cible le marché en croissance des sources de lumière ultraviolette à semi-conducteurs, qui remplacent de plus en plus les lampes à vapeur de mercure traditionnelles dans des applications telles que :

• Irradiation germicide :Pour désinfecter les surfaces, l'eau et l'air en inactivant les micro-organismes.
• Systèmes de purification d'air :Intégrés dans les systèmes CVC ou les purificateurs d'air autonomes pour neutraliser les pathogènes aéroportés et les composés organiques volatils (COV).
• Équipements médicaux et de laboratoire :Pour la stérilisation des outils et des surfaces.
• Durcissement UV général :Bien que des données de performance spécifiques au durcissement ne soient pas fournies, la gamme de longueurs d'onde suggère une utilisation potentielle pour initier des réactions photochimiques.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les performances de la LED sont définies par un ensemble complet de paramètres électriques, optiques et thermiques mesurés dans des conditions contrôlées (Ts=25°C).

2.1 Caractéristiques électriques et optiques

Les principaux indicateurs de performance sont résumés dans les tableaux de spécifications. Un paramètre critique est laLongueur d'onde de crête (λp), qui se situe dans la plage de 260 à 270 nanomètres (nm). Cela place l'émission fermement dans la bande UVC (100-280 nm), connue pour sa haute efficacité germicide. Le bin de longueur d'onde spécifique (par exemple, UA33 pour 260-265nm, UA34 pour 265-270nm) doit être sélectionné en fonction des exigences de l'application, car l'efficacité contre différents pathogènes peut varier avec la longueur d'onde.

LeFlux radiant total (Φe), ou puissance optique de sortie, est spécifié jusqu'à 20 milliwatts (mW) à un courant de commande de 150 mA. Les concepteurs doivent noter qu'il s'agit d'un flux radiant, et non d'un flux lumineux, car la lumière UVC est invisible à l'œil humain. LaTension directe (V_F)présente une structure de binning allant de 4,6V à 7,6V à 150mA. Cette large plage est typique des LED UV profondes et a des implications significatives pour la conception du circuit pilote, affectant l'efficacité et la gestion thermique.

L'Angle de vision (2θ_1/2)) est de 60 degrés, indiquant une sortie lumineuse modérément directionnelle. LaLargeur à mi-hauteur du spectre (Δλ)est typiquement de 10 nm, ce qui décrit la pureté spectrale de la lumière émise.

2.2 Valeurs maximales absolues et gestion thermique

Le respect des valeurs maximales absolues est crucial pour la longévité du dispositif et pour prévenir les défaillances catastrophiques. Les limites clés incluent :

• Température maximale de jonction (T_J) :60°C. Il s'agit d'une contrainte critique. La température de jonction doit être maintenue en dessous de cette limite pendant le fonctionnement, ce qui est directement lié à la conception thermique du PCB et à ses capacités de dissipation thermique.
• Dissipation de puissance maximale (P_D) :1,2 Watt.
• Courant direct de crête (I_FP) :200 mA (dans des conditions pulsées, largeur d'impulsion de 0,1 ms, rapport cyclique de 1/10).

LaRésistance thermique (R_θJ-S)) de la jonction au point de soudure est spécifiée à 45°C/W. En utilisant cette valeur, les ingénieurs peuvent calculer l'élévation de température de jonction attendue au-dessus de la température du point de soudure pour une puissance de fonctionnement donnée (P_D= V_F* I_F). Par exemple, avec une V_Ftypique de 6,0V et un I_Fde 150mA, la puissance est de 0,9W. L'élévation de température serait d'environ 0,9W * 45°C/W = 40,5°C. Par conséquent, si le point de soudure du PCB est à 35°C, la jonction atteindrait ~75,5°C, dépassant le maximum de 60°C. Cela souligne la nécessité d'une gestion thermique efficace, nécessitant potentiellement un courant de commande plus faible, une conception améliorée du plot thermique ou un refroidissement actif.

2.3 Explication du système de binning

Le produit utilise un système de binning pour catégoriser les unités en fonction de paramètres clés, assurant ainsi la cohérence au sein d'un lot de production. Les concepteurs doivent spécifier les bins requis lors de la commande.

• Binning de la tension directe (V_F) :Codés B19 à B33, couvrant 4,6V à 7,6V par pas d'environ 0,2V à 150mA.
• Binning de la longueur d'onde de crête (λp) :Codés UA33 (260-265nm) et UA34 (265-270nm).
• Binning du flux radiant (Φe) :Codés 1J03 (6-10mW), 1J04 (10-15mW, avec 14mW typique), et un autre bin 1J04 (15-20mW). Notez la réutilisation du code pour différentes plages de flux, ce qui nécessite une attention particulière au tableau de valeurs associé.

3. Analyse des courbes de performance

Les courbes caractéristiques fournies offrent des informations précieuses sur le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

3.1 Tension directe vs. Courant direct (Courbe IV)

Cette courbe montre la relation non linéaire entre la tension et le courant. Elle est essentielle pour déterminer le point de fonctionnement et pour concevoir des pilotes à courant constant, qui sont obligatoires pour les LED. La courbe se déplace avec la température ; typiquement, la tension directe diminue lorsque la température de jonction augmente.

3.2 Courant direct vs. Puissance radiant relative

Cette courbe illustre la dépendance de la sortie lumineuse au courant de commande. Elle est généralement sous-linéaire ; doubler le courant ne double pas la sortie optique en raison de l'affaiblissement d'efficacité, un phénomène courant dans les LED, en particulier à des courants et températures plus élevés. Il est conseillé de faire fonctionner la LED à ou en dessous du courant de test recommandé (150mA) pour une efficacité et une durée de vie optimales.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions et tolérances

Le boîtier a une empreinte de 3,7mm x 3,7mm avec une hauteur de 3,45mm. Toutes les tolérances dimensionnelles sont de ±0,2mm sauf indication contraire. Les dessins fournissent des vues de dessus, de côté et de dessous, nécessaires pour la conception de l'empreinte PCB et les vérifications d'encombrement.

4.2 Conception des plots et identification de la polarité

Une disposition recommandée des plots de soudure est fournie (Fig. 1-5). Les dimensions des plots sont de 3,20mm x 2,20mm pour le plot thermique/électrique principal et de 1,20mm x 1,20mm pour le plot électrique secondaire. La polarité est clairement indiquée sur la vue de dessous du composant. L'orientation correcte est vitale, car l'application d'une tension inverse dépassant la valeur maximale (10V) peut endommager le dispositif.

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Soudage par refusion SMT

Le composant convient à tous les processus d'assemblage SMT standard. Un profil de refusion standard sans plomb avec une température de crête ne dépassant généralement pas 260°C est sous-entendu. Le Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) est le niveau 3. Cela signifie que le dispositif peut être exposé aux conditions d'atelier (≤30°C/60% HR) pendant jusqu'à 168 heures (7 jours) avant d'être soudé. Si ce délai est dépassé, les pièces doivent être cuites selon les normes IPC/JEDEC pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" (fissuration du boîtier) pendant la refusion.

5.2 Précautions de manipulation et de stockage

• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Le dispositif est classé pour une décharge électrostatique selon le modèle du corps humain (HBM) de 1000V, avec un rendement supérieur à 90%. Il s'agit d'une classification ESD relativement modeste. La manipulation doit avoir lieu dans une zone protégée contre les ESD en utilisant des bracelets de mise à la terre et des tapis conducteurs.
• Conditions de stockage :La plage de température de stockage est de -20°C à +65°C. Un stockage à long terme en dehors de cette plage doit être évité.
• Sac barrière à l'humidité :Conformément au MSL-3, les composants sont expédiés dans un sac barrière à l'humidité avec une carte indicateur d'humidité. Le sac ne doit être ouvert que dans un environnement contrôlé, et le temps hors du sac doit être suivi.

6. Conditionnement et informations de commande

Le produit est fourni sur bande et bobine pour les machines de placement automatique. La spécification inclut les dimensions de la bande porteuse et de la bobine. Les spécifications d'étiquetage pour la bobine sont également fournies pour assurer la traçabilité. Le numéro de modèle fourni (par exemple, RF-C37P6-UPH-AR) encode probablement des informations sur la taille du boîtier, la technologie de la puce et éventuellement les bins de performance, bien que la règle de dénomination exacte ne soit pas détaillée dans l'extrait.

7. Considérations de conception d'application

7.1 Conception du circuit pilote

Un pilote à courant constant est obligatoire. Le pilote doit être capable de fournir le courant requis (par exemple, 150mA) sur toute la plage de bins de tension directe (4,6V-7,6V). Cette large plage impacte significativement l'efficacité du pilote et les exigences de marge de tension. Pour les appareils alimentés par batterie, un convertisseur élévateur peut être nécessaire pour garantir qu'une tension suffisante est disponible pour les LED dans les bins V_F bins.

7.2 Conception thermique

Comme calculé à partir de la résistance thermique, la gestion de la température de jonction est primordiale. Le PCB doit utiliser un motif de décharge thermique sous le plot central de la LED, connecté à de larges plans de cuivre ou à un dissipateur thermique externe. Des vias thermiques sous le plot peuvent aider à transférer la chaleur vers les couches internes ou inférieures. Le courant de commande maximal peut devoir être déclassé dans des environnements à température ambiante élevée ou dans des applications avec une mauvaise circulation d'air.

7.3 Conception optique et de sécurité

Le rayonnement UVC est nocif pour la peau et les yeux humains. La conception du produit final doit intégrer des dispositifs de sécurité tels que des interrupteurs de sécurité, des écrans de protection et des étiquettes d'avertissement pour empêcher l'exposition des utilisateurs. L'angle de vision de 60 degrés doit être pris en compte lors de la conception de réflecteurs ou de lentilles pour diriger efficacement la lumière UV sur la zone cible. Les matériaux utilisés dans le chemin optique (lentilles, fenêtres) doivent être transparents aux longueurs d'onde UVC ; de nombreux plastiques courants comme le polycarbonate ne conviennent pas.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux anciennes sources de lumière UV comme les lampes à mercure, cette LED offre une capacité de mise en marche/arrêt instantanée, une durée de vie plus longue (lorsqu'elle est correctement refroidie), l'absence de matériaux dangereux comme le mercure, une taille compacte et une flexibilité de conception. Au sein du marché des LED UV, les principaux facteurs de différenciation pour cette pièce spécifique seraient la taille de son boîtier (3,7x3,7mm est une empreinte courante), sa sortie de flux radiant dans la plage de 10-20mW, et ses bins de longueur d'onde spécifiques dans la plage germicide de 260-270nm. Les concepteurs compareraient ces paramètres avec des alternatives pour trouver le meilleur équilibre entre puissance optique, efficacité, coût et taille pour leur application.

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

9.1 Pourquoi la plage de tension directe est-elle si large (4,6V-7,6V) ?

C'est caractéristique des LED UV profondes à base de nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN). Les variations dans la croissance épitaxiale et le traitement des puces entraînent des différences dans la résistance du semi-conducteur et la composition précise des couches actives, ce qui se traduit par une distribution des tensions directes. Le binning garantit que vous obtenez des LED avec un comportement électrique cohérent au sein de votre commande.

9.2 Puis-je piloter cette LED avec une source de tension constante ?

No.La luminosité d'une LED est contrôlée par le courant. Une source de tension constante entraînerait un flux de courant non contrôlé, risquant de dépasser la valeur maximale et de détruire la LED en raison de la caractéristique IV exponentielle de la diode et de son coefficient de température négatif. Un pilote à courant constant est essentiel.

9.3 La température de jonction maximale n'est que de 60°C. Est-ce normal pour les LED UV ?

Oui, il est courant que les LED UVC aient des températures de jonction maximales plus basses que les LED à lumière visible. Les photons à haute énergie et les matériaux utilisés dans les émetteurs UV profonds les rendent plus sensibles à la dégradation thermique. Une gestion thermique méticuleuse est non négociable pour les performances et la fiabilité.

10. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'une lampe de désinfection de surface compacte et alimentée par batterie.

Étapes de conception :

1. Sélection des paramètres :Choisir un bin à haut flux radiant (par exemple, 15-20mW) pour l'efficacité. Sélectionner un bin V_Fde gamme moyenne (par exemple, B25, 5,8-6,0V) pour simplifier la conception du pilote.
2. Conception du pilote :Utiliser un circuit intégré pilote à courant constant avec convertisseur élévateur qui peut prendre une entrée de batterie Li-ion 3,7V et fournir une sortie stable de 150mA jusqu'à au moins 6,5V pour couvrir le bin V_F bin.
3. Conception thermique :Concevoir un petit PCB à âme métallique (MCPCB) ou utiliser une carte FR4 standard avec un large plot thermique et de multiples vias servant de dissipateur thermique. Limiter le temps de fonctionnement continu basé sur la modélisation thermique ou des tests empiriques pour maintenir T_J <60°C.
4. Conception optique/sécurité :Enfermer la LED dans un boîtier avec une fenêtre en quartz transparente aux UVC. Inclure un capteur de proximité ou une protection physique qui doit être en contact avec une surface pour que la LED s'allume, empêchant ainsi une exposition accidentelle.

11. Principe de fonctionnement

Il s'agit d'une source de lumière à semi-conducteur. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Leur recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons. La longueur d'onde spécifique de ces photons (dans la gamme UVC) est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé, typiquement du nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN) avec une teneur élevée en aluminium pour des longueurs d'onde plus courtes.

12. Tendances technologiques

Le marché des LED UV, en particulier pour les applications UVC, se concentre sur l'augmentation de l'efficacité énergétique (puissance optique sortante / puissance électrique entrante), qui a historiquement été inférieure à celle des LED visibles. Les améliorations dans la croissance épitaxiale, les techniques d'extraction de la lumière et le conditionnement conduisent régulièrement à une puissance de sortie plus élevée et à des durées de vie plus longues tout en réduisant le coût par milliwatt. Cela permet l'expansion de la technologie des LED UV des applications de niche vers des marchés grand public et industriels plus larges pour la désinfection et la détection.