Fiche technique LED UVC ELUC3535NUB - 3,5x3,5x1,3mm - 5,0-7,5V - 0,13W - 270-285nm - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

La série ELUC3535NUB représente une solution LED à base de céramique, d'une grande fiabilité, spécifiquement conçue pour les applications dans l'ultraviolet C (UVC). Ce produit est conçu pour offrir des performances constantes dans des environnements exigeants où l'efficacité germicide est primordiale. Sa construction repose sur un substrat en céramique, qui assure une gestion thermique supérieure par rapport aux boîtiers plastiques traditionnels, un facteur critique pour maintenir la durée de vie de la LED et la stabilité de sa puissance de sortie dans les applications UVC.

Le marché principal visé par ce composant est le secteur de la désinfection et de la stérilisation. Cela inclut des applications telles que les systèmes de purification d'eau, les dispositifs d'assainissement de l'air, les équipements de désinfection de surfaces et la stérilisation d'instruments médicaux. La conception du produit privilégie les facteurs essentiels pour ces usages : la puissance optique dans la plage germicide, une construction robuste pour la longévité, et la compatibilité avec les processus d'assemblage standard de la technologie de montage en surface (SMT).

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Le dispositif est conçu pour un courant direct continu (I_F) maximal de 100 mA. Cependant, la condition de fonctionnement typique spécifiée dans les informations de commande est de 20 mA. Cette déclassement est crucial pour garantir la fiabilité à long terme et éviter une dégradation accélérée de la jonction semi-conductrice. La température maximale de jonction (T_J) est de 100°C, avec une résistance thermique (R_th) de la jonction à l'ambiant de 65 °C/W. Cette valeur de résistance thermique est un paramètre clé pour la conception du dissipateur thermique ; dépasser la température de jonction peut entraîner une défaillance catastrophique ou une réduction significative du flux radiant de sortie.

Le dispositif offre une protection ESD jusqu'à 2 kV (Modèle du Corps Humain), ce qui est un niveau de protection standard pour la manipulation dans la plupart des environnements de fabrication. La plage de température de fonctionnement est de -30°C à +85°C, et la plage de température de stockage est de -40°C à +100°C, garantissant ainsi une adaptabilité à une grande variété de climats et de conditions de stockage dans le monde.

2.2 Caractéristiques photométriques et électriques

La puissance de sortie photométrique principale est mesurée en flux radiant (mW), et non en flux lumineux (lm), car il s'agit d'un émetteur UV non visible. Le flux radiant typique au courant de commande nominal de 20 mA est de 2 mW, avec une valeur minimale garantie de 1 mW et un maximum de 2,5 mW pour le code de commande listé. La longueur d'onde de crête se situe dans la plage de 270 nm à 285 nm, qui correspond à la bande la plus efficace pour l'action germicide, endommageant l'ADN/ARN des micro-organismes.

Électriquement, la tension directe (V_F) à 20 mA varie de 5,0 V à 7,5 V. Cette tension directe relativement élevée est caractéristique des LED ultraviolet profond. L'angle de vision typique est de 120°, défini comme l'angle où l'intensité est la moitié de la valeur de crête (2θ_1/2).

3. Explication du système de classement (Binning)

Le produit est classé selon un système de classement détaillé pour garantir une cohérence adaptée à l'application. Ce système couvre trois paramètres clés : le Flux Radiant, la Longueur d'Onde de Crête et la Tension Directe.

3.1 Classes de Flux Radiant

Le flux radiant est classé en trois catégories : Q0A (1,0-1,5 mW), Q0B (1,5-2,0 mW) et Q0C (2,0-2,5 mW). Cela permet aux concepteurs de sélectionner les LED en fonction de la puissance optique requise pour leur système, avec des tolérances plus serrées que les spécifications minimales/maximales globales.

3.2 Classes de Longueur d'Onde de Crête

La longueur d'onde de crête est d'une importance critique pour l'efficacité UVC. Les classes sont : U27A (270-275 nm), U27B (275-280 nm) et U28 (280-285 nm). Différents agents pathogènes ont des pics de sensibilité variables dans le spectre UVC, ce classement permet donc une conception de système optimisée.

3.3 Classes de Tension Directe

La tension directe est classée par incréments de 0,5V de 5,0V à 7,5V (par exemple, 5055 pour 5,0-5,5V, 5560 pour 5,5-6,0V, etc.). Une V_Fcohérente au sein d'un réseau simplifie la conception du pilote, garantissant une distribution de courant uniforme lorsque plusieurs LED sont connectées en parallèle.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Spectre

La courbe de distribution spectrale montre un pic d'émission étroit centré autour de la longueur d'onde spécifiée (par exemple, ~275nm), avec une émission minimale en dehors de la bande UVC. Cette pureté spectrale est avantageuse car elle garantit que l'énergie est concentrée dans la plage germicide.

4.2 Flux Radiant Relatif en fonction du Courant Direct

La courbe démontre une relation sous-linéaire. Bien que la sortie augmente avec le courant, le rendement (mW/mA) diminue à des courants plus élevés en raison de l'augmentation de la température de jonction et d'autres effets non idéaux. Cela souligne l'importance de la gestion thermique et du fonctionnement dans les conditions recommandées.

4.3 Courant Direct en fonction de la Tension Directe

La courbe I-V montre la relation exponentielle typique d'une diode. La plage spécifiée de V_Fà 20mA est clairement indiquée. Cette courbe est essentielle pour concevoir le pilote à courant constant, car un petit changement de tension peut entraîner un grand changement de courant.

4.4 Flux Radiant Relatif en fonction de la Température Ambiante

Cette courbe montre le coefficient de température négatif de la sortie de la LED. Lorsque la température ambiante (et par conséquent celle de la jonction) augmente, le flux radiant diminue. Cette chute thermique doit être prise en compte dans la conception du système pour garantir des performances de désinfection constantes sur toute la plage de température de fonctionnement.

4.5 Courbe de Déclassement

La courbe de déclassement est le graphique le plus critique pour un fonctionnement fiable. Elle définit le courant direct maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Pour éviter de dépasser la température de jonction maximale, le courant de commande doit être réduit à mesure que la température ambiante augmente. Par exemple, à une température ambiante de 85°C, le courant maximal autorisé est nettement inférieur à la valeur maximale absolue de 100mA.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions mécaniques

Le boîtier a une empreinte compacte de 3,5 mm x 3,5 mm avec une hauteur de 1,3 mm. Le dessin dimensionnel spécifie l'emplacement de l'anode (pastille 2), de la cathode (pastille 1) et de la pastille thermique centrale (pastille 3). La pastille thermique est essentielle pour un dissipateur thermique efficace ; elle doit être correctement soudée à une pastille thermoconductrice sur le PCB, qui doit être connectée aux plans de masse internes ou à un dissipateur thermique externe.

5.2 Conditionnement en bande et bobine

Les LED sont fournies sur une bande porteuse gaufrée, enroulée sur des bobines contenant 1000 pièces. Les dimensions de la bande et les spécifications de la bobine (par exemple, diamètre de bobine de 180mm) sont fournies pour garantir la compatibilité avec les machines de placement automatique. Les composants sont ensuite conditionnés dans un sac en aluminium résistant à l'humidité contenant un dessiccant pour éviter l'absorption d'humidité pendant le stockage, ce qui est crucial pour les boîtiers céramiques afin d'éviter l'effet \"pop-corn\" pendant le soudage par refusion.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

L'ELUC3535NUB est adapté aux processus de soudage par refusion SMT standard. Les recommandations clés incluent : utiliser un profil de refusion sans plomb compatible avec les limites thermiques du composant, éviter les contraintes mécaniques sur la LED pendant le chauffage et le refroidissement, et limiter le nombre de cycles de refusion à un maximum de deux. Après le soudage, le PCB ne doit pas être plié, car cela peut induire des contraintes mécaniques sur les joints de soudure et le corps céramique, pouvant entraîner des fissures ou des défaillances.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Scénarios d'application typiques

• Désinfection statique de l'air :Utilisé dans les systèmes CVC ou les purificateurs d'air, où la lumière UVC irradie une chambre à travers laquelle l'air passe.
• Désinfection de surfaces :Intégré dans des dispositifs pour assainir les téléphones portables, les outils ou les plans de travail.
• Stérilisation de l'eau :Employé dans les purificateurs d'eau au point d'utilisation, où l'eau s'écoule devant une gaine en quartz transparente aux UVC contenant la LED.

7.2 Considérations de conception critiques

• Gestion thermique :C'est le facteur le plus important. Utilisez un PCB avec des vias thermiques sous la pastille thermique connectés à de larges zones de cuivre ou à un dissipateur thermique externe. Surveillez la température de jonction.
• Courant de commande :Fonctionnez à ou en dessous du 20mA recommandé pour la longévité. Utilisez un pilote à courant constant, et non une source de tension constante.
• Matériaux optiques :La fenêtre de sortie est en verre de quartz. Assurez-vous que toute optique secondaire ou couvercle de protection est fabriqué à partir de matériaux transmettant les UVC (par exemple, silice fondue, certains plastiques spéciaux). Le verre standard et la plupart des plastiques absorbent le rayonnement UVC.
• Sécurité :Le rayonnement UVC est nocif pour les yeux et la peau. Les boîtiers doivent empêcher toute fuite de lumière UV pendant le fonctionnement. Incluez des interrupteurs de sécurité si les boîtiers peuvent être ouverts pendant l'utilisation.

8. Comparaison et différenciation technique

Les principaux points de différenciation de l'ELUC3535NUB sont son boîtier céramique (AIN - Nitrure d'Aluminium) et sa lentille en verre de quartz. Le boîtier céramique offre une conductivité thermique nettement meilleure que le plastique (par exemple, PPA, PCT), conduisant à des températures de jonction de fonctionnement plus basses à courant de commande identique, ce qui se traduit directement par une durée de vie plus longue et une sortie plus stable. La lentille en verre de quartz offre une transmission UV supérieure et une résistance au noircissement (solarisation) par rapport aux lentilles en silicone ou en époxy, qui peuvent se dégrader sous une exposition prolongée aux UVC.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED à 100mA pour une sortie plus élevée ?

R : Non. La valeur de 100mA est une Valeur Maximale Absolue, et non une condition de fonctionnement. Dépasser le courant de commande typique de 20mA augmentera considérablement la température de jonction, entraînant une dégradation rapide de la sortie et une défaillance potentielle du dispositif. Suivez toujours la courbe de déclassement.

Q : Pourquoi la tension directe est-elle si élevée et variable (5,0-7,5V) ?

R : L'énergie de bande interdite élevée requise pour émettre des photons UVC entraîne une tension directe plus élevée. La variation est inhérente aux processus de fabrication des semi-conducteurs, c'est pourquoi le système de classement est fourni. Concevez votre circuit de commande pour s'adapter à toute la plage de tension de la classe que vous avez sélectionnée.

Q : Comment interpréter le \"Flux Radiant Minimum\" de 1mW ?

R : C'est la limite inférieure garantie pour le code de commande spécifique. La valeur typique est de 2mW, et la plupart des dispositifs fonctionneront près de cette valeur. Le système de classement (Q0A/B/C) vous permet d'acheter des pièces avec un minimum garanti plus serré, à l'intérieur de cette plage globale.

10. Étude de cas de conception pratique

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

Étapes de conception :

1. Budget de puissance :Le port USB fournit 5V, ~500mA max. La V_Fde la LED (5-7,5V) est supérieure à la source. Un pilote à courant constant avec convertisseur élévateur est requis.

2. Conception thermique :Le boîtier de la lampe est petit. Sélectionnez un PCB à âme métallique (MCPCB) à haute conductivité thermique. Soudez la pastille thermique de la LED directement sur le MCPCB. La base métallique du MCPCB sert de dissipateur thermique principal et fait partie du corps de la lampe.

3. Conception optique :Utilisez un réflecteur peu profond pour diriger le faisceau de 120° vers la surface cible. Assurez-vous que le matériau du réflecteur est stable aux UVC (par exemple, aluminium avec un revêtement protecteur).

4. Sécurité :Concevez un obturateur qui ne s'ouvre que lorsque la lampe est pressée contre une surface, bloquant ainsi toute fuite d'UVC. Incluez un circuit temporisateur pour limiter la durée d'exposition par activation.

5. Sélection des composants :Choisissez des LED d'une même classe de Tension Directe (par exemple, 5055) pour simplifier la conception du pilote si vous utilisez plusieurs LED. Sélectionnez la classe de Flux Radiant appropriée en fonction de la dose souhaitée et du temps de traitement.

11. Principe de fonctionnement

Les LED UVC sont des dispositifs semi-conducteurs qui émettent des photons dans le spectre ultraviolet (spécifiquement 200-280nm pour l'UVC) par électroluminescence. Lorsqu'une tension directe est appliquée à 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 de ces photons est déterminée par l'énergie de la bande interdite des matériaux semi-conducteurs utilisés dans la région active (typiquement du nitrure d'aluminium-gallium - AlGaN). Une bande interdite plus étroite donne des longueurs d'onde plus longues (visibles/infrarouges), tandis que la très large bande interdite nécessaire pour l'émission UVC est obtenue avec une teneur élevée en aluminium dans les couches d'AlGaN.

12. Tendances technologiques

Le marché des LED UVC est tiré par la demande de solutions de désinfection sans mercure, à allumage instantané, compactes et robustes. Les tendances clés incluent :

Augmentation de l'Efficacité Électro-Optique (WPE) :La recherche se concentre sur l'amélioration de l'efficacité quantique interne (IQE) et de l'efficacité d'extraction de la lumière (LEE) pour convertir davantage d'entrée électrique en sortie optique UVC, réduisant ainsi la consommation d'énergie et la génération de chaleur.

Puissance de sortie plus élevée :Le développement de boîtiers multi-puces et l'amélioration des procédés épitaxiaux augmentent régulièrement le flux radiant par dispositif, permettant de traiter des volumes plus importants ou de réduire le temps d'exposition.

Durées de vie plus longues :Les améliorations des matériaux de conditionnement (comme la céramique et le quartz utilisés ici), des techniques de fixation des puces et de la fiabilité des semi-conducteurs prolongent la durée de vie opérationnelle (L70/B50) des LED UVC, les rendant plus viables pour les applications à fonctionnement continu.

Réduction des coûts :À mesure que les volumes de fabrication augmentent et que les processus mûrissent, le coût par milliwatt de sortie UVC diminue, élargissant la gamme des applications réalisables au-delà des marchés de niche.