Fiche technique LED UVC LTPL-G35UV275PR - 3,5x3,5x1,2mm - 6,2V Typ - Flux radiant 37mW - Longueur d'onde pic 275nm

1. Vue d'ensemble du produit

La série de produits LTPL-G35UV représente une avancée significative dans les sources de lumière ultraviolette à semi-conducteurs. Ce produit est conçu spécifiquement pour les applications de stérilisation et médicales, offrant une alternative performante aux technologies UV conventionnelles telles que les lampes à mercure. En exploitant la technologie des diodes électroluminescentes (LED), il combine une efficacité énergétique exceptionnelle avec la fiabilité et la longue durée de vie inhérentes aux dispositifs à semi-conducteurs. Cela offre aux concepteurs une plus grande liberté pour créer des solutions innovantes pour la désinfection, la purification de l'eau et les systèmes de stérilisation de surfaces.

L'avantage principal réside dans sa capacité à délivrer un rayonnement UVC efficace (dans la plage 270-280nm) avec des coûts d'exploitation et de maintenance réduits. Le dispositif est conçu pour être compatible avec les systèmes d'alimentation à circuit intégré (CI) et respecte les normes environnementales, étant conforme RoHS et sans plomb. Ses marchés cibles principaux incluent les fabricants d'équipements médicaux, les intégrateurs de systèmes de purification d'eau et d'air, et les développeurs d'appareils de stérilisation grand public ou industriels.

1.1 Avantages principaux et marché cible

La transition des sources UV traditionnelles vers les LED UVC offre plusieurs avantages distincts. Premièrement, l'allumage instantané et l'absence de temps de préchauffage améliorent la réactivité du système. Deuxièmement, le facteur de forme compact permet une intégration dans des appareils plus petits et plus portables. La nature directionnelle de l'émission LED permet une conception optique plus efficace, concentrant l'énergie là où elle est le plus nécessaire. De plus, l'absence de mercure répond aux préoccupations environnementales et de sécurité liées à l'élimination et à la casse.

L'application cible est principalement l'irradiation germicide, où la lumière UVC autour de 275nm est très efficace pour perturber l'ADN et l'ARN des micro-organismes, y compris les bactéries, les virus et les moisissures, les rendant inactifs. Cela rend la LED adaptée à des applications telles que la désinfection de surface dans les établissements de santé, le traitement de l'eau dans les systèmes de point d'utilisation et la purification de l'air dans les unités CVC.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Le dispositif est spécifié pour fonctionner dans des conditions rigoureuses. Les caractéristiques maximales absolues définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Les paramètres clés incluent une dissipation de puissance maximale (P_O) de 2,1W et un courant direct continu maximal (I_F) de 300mA. La plage de température de fonctionnement (T_opr) est spécifiée de -40°C à +80°C, indiquant une aptitude pour les environnements médicaux contrôlés comme industriels sévères. La plage de température de stockage (T_stg) s'étend de -40°C à +100°C. Un paramètre critique est la température de jonction maximale (T_j) de 115°C. Dépasser cette température accélérera la dégradation et réduira significativement la durée de vie du dispositif. La fiche technique avertit explicitement contre le fonctionnement de la LED en polarisation inverse pendant de longues périodes, car cela peut entraîner une défaillance immédiate.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces caractéristiques sont mesurées dans une condition de test standard à une température ambiante de 25°C (T_a) et fournissent les performances attendues en fonctionnement normal.

• Tension directe (V_F):À un courant d'alimentation de 250mA, la tension directe typique est de 6,2V, avec un maximum de 7,0V et un minimum de 5,0V. La tolérance de mesure est de ±0,1V. Ce paramètre est crucial pour concevoir le circuit d'alimentation de la LED, car il détermine la tension d'alimentation requise et la dissipation de puissance.
• Flux radiant (Φ_e):C'est la puissance optique totale émise dans le spectre UVC. À 250mA, le flux radiant typique est de 37,0mW (min 29,0mW). Lorsqu'elle est alimentée au courant nominal maximal de 300mA, la sortie typique augmente à 43,0mW. La tolérance de mesure est de ±10%. Le flux radiant est la métrique clé pour déterminer l'efficacité germicide de la LED dans une application donnée.
• Longueur d'onde pic (λ_P):La LED émet de la lumière UVC avec une longueur d'onde pic entre 270nm et 280nm, centrée autour de 275nm. Cette longueur d'onde se situe dans la plage optimale pour l'efficacité germicide. La tolérance de mesure est de ±3nm.
• Résistance thermique (R_{th j-s}):La résistance thermique typique de la jonction semi-conductrice au point de soudure est de 12,3 K/W. Cette valeur, mesurée sur un MCPCB en aluminium spécifique, est vitale pour la conception de la gestion thermique. Une résistance thermique plus faible permet d'évacuer la chaleur de la jonction plus efficacement, aidant à maintenir une T_jplus basse et à assurer une fiabilité à long terme.
• Angle de vision (2θ_1/2):L'angle de vision typique est de 120 degrés. Ce large diagramme d'émission est bénéfique pour les applications nécessitant une couverture de grande surface mais peut nécessiter des réflecteurs ou des lentilles pour les applications focalisées.
• Décharge électrostatique (ESD):Le dispositif supporte une tension minimale de décharge électrostatique de 2000V selon la norme JESD22-A114-B (Modèle du corps humain). Des procédures de manipulation ESD appropriées doivent être suivies pendant l'assemblage et l'installation.

3. Explication du système de code de tri

Pour garantir des performances constantes, les LED sont triées en lots (bins) en fonction de paramètres clés mesurés pendant la production. Le code de tri est marqué sur l'emballage.

3.1 Tri par tension directe (V_F)

Les LED sont catégorisées en quatre lots de tension (V1 à V4) lorsqu'elles sont alimentées à 250mA:

• V1: 5,0V – 5,5V
• V2: 5,5V – 6,0V
• V3: 6,0V – 6,5V
• V4: 6,5V – 7,0V

La tolérance dans chaque lot est de ±0,1V. Ce tri permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec un appariement de tension plus serré pour les applications alimentées en série, assurant une distribution de courant plus uniforme.

3.2 Tri par flux radiant (Φ_e)

La puissance de sortie est triée en quatre lots de flux (X1 à X4) à 250mA:

• X1: 29,0mW – 34,0mW
• X2: 34,0mW – 39,0mW
• X3: 39,0mW – 44,0mW
• X4: 44,0mW et plus

La tolérance est de ±10%. Sélectionner un lot de flux plus élevé fournit une puissance optique plus grande, ce qui peut se traduire par des temps de désinfection plus courts ou permettre l'utilisation de moins de LED dans un réseau.

3.3 Tri par longueur d'onde pic (λ_P)

Pour ce produit, tous les dispositifs appartiennent à un seul lot de longueur d'onde, W1, couvrant 270nm à 280nm avec une tolérance de ±3nm. Cela garantit des performances germicides constantes sur toutes les unités, car les taux d'inactivation microbienne dépendent fortement de la longueur d'onde.

4. Analyse des courbes de performance

Les graphiques fournis donnent un aperçu du comportement de la LED dans différentes conditions.

4.1 Distribution spectrale relative

Cette courbe montre l'intensité de la lumière émise à travers le spectre ultraviolet. Elle confirme la bande d'émission étroite centrée à 275nm, idéale pour maximiser l'effet germicide tout en minimisant l'émission aux longueurs d'onde moins efficaces ou potentiellement nocives.

4.2 Flux radiant relatif en fonction du courant direct

Ce graphique illustre la relation sous-linéaire entre le courant d'alimentation et la sortie optique. Bien qu'augmenter le courant booste la sortie, l'efficacité (flux radiant par unité de puissance électrique) diminue généralement aux courants plus élevés en raison des effets thermiques accrus et de l'affaiblissement (droop). Cela souligne l'importance d'optimiser le courant d'alimentation pour l'équilibre souhaité entre sortie, efficacité et durée de vie.

4.3 Tension directe en fonction du courant direct et de la température de jonction

La tension directe a un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette caractéristique doit être prise en compte dans les conceptions d'alimentation à courant constant, car un V_Fplus bas à haute température pourrait légèrement réduire la dissipation de puissance électrique.

4.4 Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction

C'est l'une des courbes les plus critiques. La sortie des LED UVC est très sensible à la température de jonction. Le graphique montre une diminution significative du flux radiant lorsque T_jaugmente. Une gestion thermique efficace pour maintenir la jonction aussi froide que possible est primordiale pour maintenir une sortie élevée et atteindre la durée de vie nominale.

4.5 Courbe de déclassement du courant direct

Cette courbe définit le courant direct maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température ambiante augmente, le courant maximal autorisé doit être réduit pour empêcher la température de jonction de dépasser sa limite de 115°C. Ce graphique est essentiel pour concevoir des systèmes qui fonctionnent de manière fiable dans leur plage de température spécifiée.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions de contour

Le boîtier de la LED a un encombrement compact d'environ 3,5mm x 3,5mm, avec une hauteur d'environ 1,2mm. Toutes les dimensions ont une tolérance de ±0,2mm sauf indication contraire. Le dessin mécanique spécifie l'emplacement exact de la puce LED, des pastilles de soudure et de toute structure de lentille optique.

5.2 Pastille de fixation recommandée sur CI

Un dessin détaillé du motif de pastilles pour montage en surface est fourni. Respecter cette empreinte recommandée est essentiel pour obtenir des soudures fiables, une conduction thermique correcte vers le CI et un alignement précis. La tolérance de spécification pour les dimensions des pastilles est de ±0,1mm. La conception inclut typiquement des vias thermiques sous la pastille thermique pour transférer la chaleur vers le plan de masse du CI ou une couche de dissipateur dédiée.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion sans plomb détaillé est spécifié pour éviter les dommages pendant le processus d'assemblage par technologie de montage en surface (SMT). Les paramètres clés incluent:

• Préchauffage: 150-200°C pendant 60-120 secondes.
• Temps au-dessus du liquidus (217°C): 60-150 secondes.
• Température de pic: Recommandée 245°C, maximum 260°C.
• Temps à moins de 5°C du pic: 10-30 secondes.
• Taux de montée maximal: 3°C/seconde.
• Taux de descente maximal: 6°C/seconde.

Les températures se réfèrent au sommet du boîtier. Un processus de refroidissement rapide n'est pas recommandé. La LED peut supporter un maximum de trois cycles de refusion.

6.2 Soudage manuel et nettoyage

Si un soudage manuel est nécessaire, la température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact doit être limité à un maximum de 2 secondes par pastille, effectué une seule fois. Pour le nettoyage, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique doivent être utilisés. Des nettoyants chimiques non spécifiés peuvent endommager la lentille en silicone ou le matériau du boîtier.

7. Emballage et informations de commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les LED sont fournies sur bande porteuse embossée et bobines pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Les dimensions de la bande (taille de poche, pas) et de la bobine (diamètre du moyeu, diamètre de la bride) sont conformes aux normes EIA-481-1-B. Une bobine de 7 pouces peut contenir un maximum de 500 pièces. Les quantités minimales d'emballage pour les lots restants sont de 100 pièces. La bande est scellée avec une bande de couverture pour protéger les composants.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Gestion thermique

C'est le facteur de conception le plus critique. La haute sensibilité de la sortie à la température de jonction nécessite une stratégie de dissipation thermique efficace. Utilisez un CI à âme métallique (MCPCB) ou un CI FR4 standard avec une grande surface de cuivre et des vias thermiques connectés à un dissipateur externe. L'objectif est de minimiser la résistance thermique de la jonction LED à l'environnement ambiant (R_{th j-a}). Consultez toujours la courbe de déclassement du courant direct lors de la conception pour des températures ambiantes élevées.

8.2 Alimentation électrique

Un pilote à courant constant est obligatoire pour un fonctionnement stable. Le pilote doit être sélectionné pour fournir le courant souhaité (par exemple, 250mA ou 300mA) tout en s'adaptant à la plage de tension directe du lot sélectionné. Envisagez de mettre en œuvre une modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour l'atténuation ou un fonctionnement en cycle de service, ce qui peut aider à gérer la charge thermique. Assurez-vous que le pilote est protégé contre l'inversion de polarité et les transitoires de tension.

8.3 Considérations optiques et matérielles

Le rayonnement UVC à 275nm est très énergétique et peut dégrader de nombreux matériaux courants, y compris certains plastiques, époxydes et adhésifs. Assurez-vous que tous les matériaux dans le trajet optique et près de la LED (lentilles, réflecteurs, joints, isolation des fils) sont classés pour une exposition prolongée aux UVC. Le verre de quartz est typiquement utilisé pour les fenêtres de protection. Évitez toute exposition directe de la peau et des yeux à la sortie UVC.

9. Fiabilité et durée de vie

La fiche technique décrit un plan de test de fiabilité complet, incluant la durée de vie en fonctionnement à température ambiante (RTOL), la durée de vie en stockage à haute/basse température (HTSL/LTSL), les tests d'humidité-chaleur et les chocs thermiques. Ces tests simulent des années de fonctionnement sous diverses conditions de stress. Les critères de défaillance sont définis comme un décalage de tension directe dépassant 10% ou une chute de flux radiant inférieure à 50% de la valeur initiale. Une conception thermique appropriée et un fonctionnement électrique dans les limites spécifiées sont essentiels pour atteindre la durée de vie projetée sur le terrain.

10. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux lampes à mercure basse pression traditionnelles (qui émettent à 254nm), cette LED UVC offre plusieurs avantages: allumage/extinction instantané, taille compacte, émission directionnelle, robustesse (pas de verre fragile, pas de mercure) et la possibilité d'ajustement de longueur d'onde. Comparée à d'autres LED UVC, les principaux points de différenciation de cette référence spécifique sont sa combinaison de longueur d'onde 275nm, de sortie typique de 37mW à 250mA et du format de boîtier 3,5x3,5mm. Le large angle de vision de 120 degrés peut être un avantage ou un inconvénient selon les exigences de conception optique de l'application.

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

Q: Quelle est la différence entre le flux radiant (mW) et l'efficacité germicide?

R: Le flux radiant est la puissance optique UVC totale. L'efficacité germicide dépend de cette puissance, du spectre d'émission (longueur d'onde pic), de la distance à la cible, du temps d'exposition et de la sensibilité du micro-organisme spécifique. La longueur d'onde de 275nm est très efficace contre un large éventail d'agents pathogènes.

Q: Puis-je alimenter cette LED avec une source de tension constante?

R: Non. Les LED sont des dispositifs à commande par courant. Une source de tension constante ne régulera pas le courant, conduisant à un emballement thermique et à une défaillance rapide. Utilisez toujours un pilote à courant constant.

Q: Comment calculer le dissipateur thermique requis?

R: Vous devez déterminer le chemin de résistance thermique total. Commencez par la résistance jonction-soudure (R_{th j-s}= 12,3 K/W). Ajoutez la résistance thermique de votre matériau d'interface thermique, du CI et du dissipateur externe. En utilisant la formule T_j= T_a+ (P_diss* R_{th j-a}), assurez-vous que T_jreste inférieure à 115°C à votre température ambiante maximale et à votre puissance d'alimentation (P_diss≈ I_F* V_F).

Q: Pourquoi la sortie est-elle si sensible à la température?

R: C'est une caractéristique fondamentale des sources de lumière à semi-conducteurs, particulièrement dans la gamme ultraviolette. L'augmentation de la température accroît la recombinaison non radiative au sein du matériau semi-conducteur, réduisant l'efficacité quantique interne et donc la sortie lumineuse.

12. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas: Conception d'une baguette de stérilisation de surface portable.

Un concepteur souhaite créer une baguette manuelle pour désinfecter des surfaces comme les plans de travail, claviers et téléphones. Il sélectionne la LED LTPL-G35UV275PR pour sa taille compacte et sa sortie à 275nm. Il prévoit d'utiliser un réseau de 4 LED pour augmenter la zone de couverture. Chaque LED sera alimentée à 250mA (V_Ftypique =6,2V, P_diss=1,55W). La puissance totale du système est d'environ 6,2W. Un dissipateur thermique en aluminium léger avec ailettes est intégré dans le corps de la baguette pour dissiper les ~6W de chaleur. Un pilote à courant constant alimenté par une batterie lithium-ion rechargeable est conçu. Un verrouillage de sécurité assure que les LED ne s'activent que lorsque la baguette est tenue à la bonne distance d'une surface. La conception optique utilise le faisceau natif de 120 degrés pour créer une large tache de stérilisation. Le concepteur sélectionne des LED du lot de flux X2 (34-39mW) pour des performances constantes et utilise la PWM pour contrôler le temps d'exposition (par exemple, cycles de 10 secondes).

13. Introduction au principe

Les LED UVC sont basées sur des matériaux semi-conducteurs, typiquement du nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN). Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semi-conducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons. La longueur d'onde de ces photons est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. En contrôlant soigneusement la teneur en aluminium dans les couches d'AlGaN, la bande interdite peut être conçue pour émettre de la lumière dans la gamme UVC (200-280nm). L'émission à 275nm est obtenue grâce à des procédés de croissance épitaxiale précis. Les photons UVC générés sont très énergétiques et peuvent rompre les liaisons moléculaires, plus particulièrement dans l'ADN/ARN des micro-organismes, les empêchant de se répliquer.

14. Tendances de développement

Le domaine des LED UVC évolue rapidement. Les tendances clés incluent:

• Augmentation de l'efficacité de conversion électrique-optique (WPE):La recherche continue vise à améliorer l'efficacité de conversion de la puissance électrique en puissance optique, ce qui réduit directement la génération de chaleur et les besoins en puissance du système.
• Puissance de sortie plus élevée:Développement de LED avec un flux radiant plus élevé à partir d'un seul émetteur ou d'un boîtier plus petit, permettant des systèmes de désinfection plus compacts et puissants.
• Durée de vie plus longue (L70/B50):Les améliorations des matériaux, du boîtier et de la gestion thermique prolongent la durée de vie opérationnelle, rendant les LED plus compétitives par rapport aux lampes traditionnelles pour les applications à cycle de service élevé.
• Réduction des coûts:À mesure que les volumes de fabrication augmentent et que les procédés mûrissent, le coût par milliwatt de sortie UVC diminue régulièrement, élargissant la gamme des applications réalisables.
• Optimisation de la longueur d'onde:La recherche se poursuit sur la longueur d'onde optimale pour des agents pathogènes et applications spécifiques, pouvant conduire à des LED sur mesure pour les soins de santé, la purification de l'eau et de l'air.

La transition vers des sources UVC à semi-conducteurs est une tendance à long terme claire, motivée par leurs avantages inhérents en termes de facteur de forme, de sécurité et de contrôlabilité.