Fiche technique LED UVC LTPL-G35UVC275GS - 3,5x3,5mm - 5,0-7,0V - Longueur d'onde pic 275nm - Puissance max 0,7W - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La LTPL-G35UVC275GS est une diode électroluminescente (LED) ultraviolette-C (UVC) haute performance, conçue spécifiquement pour les applications de stérilisation et médicales. Ce produit représente une avancée significative dans la technologie de l'éclairage à semi-conducteurs, offrant une alternative fiable et économe en énergie aux sources UV conventionnelles telles que les lampes à mercure. Le dispositif fonctionne dans la plage de longueur d'onde germicide, typiquement autour de 275 nanomètres, qui est très efficace pour inactiver les micro-organismes, y compris les bactéries et les virus.

Cette série de LED combine les avantages inhérents de la technologie LED - comme une longue durée de vie opérationnelle, une capacité d'allumage/extinction instantanée et un facteur de forme compact - avec la puissance optique spécifique requise pour une désinfection efficace. Elle offre une plus grande liberté de conception aux ingénieurs développant des équipements de stérilisation, des purificateurs d'air, des systèmes de traitement de l'eau et des dispositifs médicaux. En remplaçant les anciennes technologies UV, elle contribue à des systèmes avec des coûts d'exploitation réduits, des besoins de maintenance moindres et un meilleur profil environnemental grâce à l'absence de mercure.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cette LED UVC incluent sa compatibilité avec les systèmes de commande à circuit intégré (CI), sa conformité aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses) et sa construction sans plomb. Ces caractéristiques la rendent adaptée à l'intégration dans les produits électroniques modernes soumis à des exigences réglementaires et environnementales strictes. Les marchés cibles sont principalement les secteurs de la santé, des appareils grand public et des équipements industriels où une désinfection efficace et fiable des surfaces, de l'air ou de l'eau est critique. Les applications vont des stérilisateurs portables et des systèmes CVC aux nettoyeurs spécialisés d'instruments médicaux.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les performances de la LTPL-G35UVC275GS sont définies par un ensemble complet de paramètres électriques, optiques et thermiques mesurés dans des conditions standard (Ta=25°C). La compréhension de ces paramètres est cruciale pour une conception de circuit et une gestion thermique appropriées afin d'assurer la fiabilité et d'atteindre la puissance rayonnante souhaitée.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées au fonctionnement normal. La dissipation de puissance maximale (Po) est de 0,7 Watt, ce qui est la puissance électrique totale pouvant être convertie en chaleur et en lumière sans endommager la LED. Le courant direct continu maximal (IF) est de 100 milliampères (mA). Le dispositif est conçu pour une plage de température de fonctionnement (Topr) de -40°C à +80°C et une plage de température de stockage (Tstg) de -40°C à +100°C. La température de jonction maximale autorisée (Tj) est de 90°C. Le dépassement de la température de jonction est une cause principale de défaillance des LED et d'une dépréciation accélérée du flux lumineux.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test spécifiées. La tension directe (VF) varie d'un minimum de 5,0V à un maximum de 7,0V à un courant de test de 60mA, avec une valeur typique de 5,5V. Cette tension relativement élevée est caractéristique des LED UVC en raison de leur matériau semi-conducteur à large bande interdite. Le flux radiant (Φe), qui est la puissance optique totale émise dans le spectre UVC, est typiquement de 10,0 milliwatts (mW) à 60mA. À un courant plus faible de 20mA, il descend à 3,5 mW, et au courant maximal de 100mA, il atteint 14,0 mW. La longueur d'onde de pic (Wp) est centrée sur 275nm avec une plage de 265nm à 280nm, la plaçant fermement dans la plage germicide la plus efficace (environ 260nm-280nm). L'angle de vision (2θ1/2) est large de 120 degrés, offrant une irradiation étendue. La résistance thermique de la jonction au point de soudure (Rth j-s) est typiquement de 38 K/W, indiquant l'efficacité avec laquelle la chaleur est transférée de la puce semi-conductrice à la carte. Une valeur plus basse est meilleure pour la gestion thermique.

3. Explication du système de code de tri

Pour tenir compte des variations de fabrication, les LED sont triées en catégories de performance. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant aux besoins spécifiques de leur application. La LTPL-G35UVC275GS utilise un système de tri tridimensionnel.

3.1 Tri par tension directe (VF)

Les LED sont classées en quatre catégories de tension : V1 (5,0V - 5,5V), V2 (5,5V - 6,0V), V3 (6,0V - 6,5V) et V4 (6,5V - 7,0V), toutes mesurées à IF=60mA. La sélection de LED provenant de la même catégorie de tension assure une distribution de courant cohérente lorsque plusieurs dispositifs sont pilotés en parallèle.

3.2 Tri par flux radiant (Φe)

La puissance optique est triée en quatre catégories : X1 (7,0 - 8,0 mW), X2 (8,0 - 9,0 mW), X3 (9,0 - 10,0 mW) et X4 (10,0 mW et plus), mesurées à IF=60mA. Cela permet une performance de désinfection prévisible et un calcul de dose.

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

Tous les dispositifs appartiennent à une seule catégorie de longueur d'onde, W1, qui s'étend de 265nm à 280nm. Le contrôle serré autour de 275nm garantit une efficacité germicide optimale, car l'efficacité de la lumière UV pour perturber l'ADN/ARN atteint son maximum dans cette région.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant le comportement du dispositif dans diverses conditions. Ces courbes sont essentielles pour la modélisation dynamique et la compréhension des compromis de performance.

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 sur la longueur d'onde de pic, avec une émission minimale en dehors de la plage UVC, ce qui est important pour la sécurité et l'efficacité.

4.2 Diagramme de rayonnement

Le tracé des caractéristiques de rayonnement (souvent un diagramme polaire) visualise l'angle de vision de 120 degrés, montrant comment l'intensité optique diminue du centre (0 degré) vers les bords (±60 degrés). Cela informe la conception optique pour obtenir une irradiation uniforme.

4.3 Flux radiant relatif en fonction du courant direct

Ce graphique démontre que la puissance rayonnante augmente avec le courant de commande mais pas de manière linéaire. Elle tend à saturer à des courants plus élevés en raison de l'augmentation de la chaleur et de la baisse d'efficacité. Cela souligne l'importance de piloter la LED à un courant optimal pour le meilleur équilibre entre puissance de sortie et longévité.

4.4 Tension directe en fonction du courant direct

La courbe IV montre la relation exponentielle entre la tension et le courant, typique d'une diode. Elle est utilisée pour déterminer le point de fonctionnement lors de la conception du circuit de limitation de courant.

4.5 Courbes de dépendance à la température

Les graphiques montrant le flux radiant relatif et la tension directe en fonction de la température de jonction sont critiques. La puissance de sortie des LED UVC diminue généralement lorsque la température augmente. La tension directe diminue avec l'augmentation de la température. Ces relations doivent être prises en compte pour les conceptions fonctionnant dans des conditions non ambiantes ou avec un dissipateur thermique inadéquat.

4.6 Courbe de déclassement du courant direct

C'est l'un des graphiques les plus importants pour la fiabilité. Il montre le courant direct maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal sûr diminue pour empêcher la température de jonction de dépasser sa limite de 90°C. Cette courbe est obligatoire pour déterminer les exigences du dissipateur thermique.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

La LED est fournie dans un boîtier pour montage en surface (SMD) avec des dimensions d'environ 3,5mm x 3,5mm. Le dessin de contour fournit des mesures précises pour la conception de l'empreinte. Le boîtier inclut des marquages de polarité clairs (généralement un indicateur de cathode) pour éviter un placement incorrect lors de l'assemblage. La disposition recommandée des plots de fixation sur le circuit imprimé (PCB) est fournie pour assurer une soudure et une connexion thermique correctes. La conception des plots est cruciale pour transférer la chaleur du plot thermique de la LED (point de soudure) aux couches de cuivre du PCB, qui agissent comme un dissipateur thermique principal.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation et une soudure appropriées sont vitales pour maintenir les performances et la fiabilité de la LED.

6.1 Profil de soudure par refusion

Un profil de refusion sans plomb est recommandé. Les paramètres clés incluent une étape de préchauffage (150-200°C pendant 60-120s), un temps au-dessus du liquidus (217°C) de 60-150 secondes, et une température de pic de 260°C (avec 245°C recommandé) maintenue pendant 10-30 secondes. Les taux de montée et de descente en température doivent être contrôlés à un maximum de 3°C/s et 6°C/s, respectivement, pour minimiser le choc thermique. Un processus de refroidissement rapide n'est pas conseillé.

6.2 Nettoyage et manipulation

Si un nettoyage est nécessaire après la soudure, 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. Les LED sont sensibles aux décharges électrostatiques (ESD), avec une tension de tenue maximale de 2000V (Modèle du corps humain). Les précautions ESD standard doivent être observées pendant la manipulation.

7. Conditionnement et informations de commande

Les LED sont fournies sur bande et bobine pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Les dimensions de la bande et les spécifications de la bobine (bobine de 7 pouces contenant jusqu'à 500 pièces) sont conformes à la norme EIA-481-1-B. Le code de classification de tri est marqué sur chaque sachet d'emballage, permettant la traçabilité des caractéristiques électriques et optiques du lot.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application typiques

L'application principale concerne les dispositifs germicides : désinfecteurs de surface pour téléphones ou petits objets, unités de stérilisation de l'eau pour les systèmes de point d'utilisation, modules de purification d'air dans les systèmes CVC ou les purificateurs d'air portables, et chambres de stérilisation pour outils médicaux ou dentaires. Sa petite taille permet une intégration dans des produits compacts et portables.

8.2 Considérations de conception critiques

Circuit de commande :Un pilote à courant constant est essentiel, et non une source de tension constante, pour assurer une puissance optique stable et éviter l'emballement thermique. Le pilote doit être capable de fournir la tension requise (≥ VF max) au courant défini.

Gestion thermique :C'est l'aspect le plus critique de la conception d'un système à LED UVC. La résistance thermique élevée (38 K/W) signifie que la chaleur s'accumule rapidement au niveau de la jonction. Un circuit imprimé à âme métallique (MCPCB) ou une autre solution de gestion thermique efficace est obligatoire pour maintenir la température de jonction en dessous de 90°C, en particulier lors d'un fonctionnement à ou près du courant maximal. La courbe de déclassement doit être respectée.

Conception optique :Le faisceau large de 120 degrés peut nécessiter des réflecteurs ou des lentilles pour diriger la lumière UVC sur la surface cible pour une désinfection efficace. Les matériaux doivent être stables aux UVC (par exemple, certaines qualités d'aluminium, PTFE, quartz) car de nombreux plastiques se dégradent sous exposition aux UVC.

Sécurité :Le rayonnement UVC est nocif pour la peau et les yeux humains. Les produits doivent incorporer des verrouillages de sécurité, des minuteries et un blindage pour empêcher l'exposition des utilisateurs. Un étiquetage approprié est requis.

9. Fiabilité et durée de vie

La fiche technique inclut un plan de test de fiabilité complet. Des tests tels que la durée de vie en fonctionnement à température ambiante (RTOL), la durée de vie en fonctionnement à haute/basse température (HTOL/LTOL) et le cyclage thermique sont effectués jusqu'à 3000 heures. Les critères de défaillance sont définis comme un décalage de la tension directe dépassant 10%, une chute du flux radiant en dessous de 50% de la valeur initiale, ou un décalage de la longueur d'onde de pic au-delà de ±2nm. Ces tests valident la robustesse du produit sous diverses contraintes environnementales, étayant les affirmations d'une longue durée de vie opérationnelle lorsqu'il est utilisé dans les spécifications.

10. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux lampes UVC traditionnelles au mercure, cette LED offre des avantages significatifs : démarrage instantané (pas de temps de préchauffage), pas de contenu en mercure dangereux, durée de vie plus longue, taille compacte et possibilité de gradation numérique. Comparée à d'autres LED UVC, sa combinaison spécifique de puissance optique (10mW typ @60mA), de longueur d'onde (275nm) et de taille de boîtier (3,5x3,5mm) la positionne pour des applications nécessitant un équilibre entre puissance de sortie et facteur de forme. Le système de tri détaillé offre une prévisibilité pour la fabrication en grande série.

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

Q : De quelle tension de pilote ai-je besoin ?

A : La tension de sortie de votre pilote à courant constant doit être supérieure à la tension directe maximale (VF max) de la catégorie de LED que vous utilisez, typiquement 7,0V, plus une certaine marge pour les pertes dans les pistes et les connexions.

Q : Comment calculer la dose de désinfection ?

A : La dose (en Joules par centimètre carré, J/cm²) est le produit de l'éclairement énergétique (puissance optique par unité de surface, W/cm²) et du temps d'exposition (secondes). Vous devez mesurer ou calculer l'éclairement énergétique à la surface cible en fonction du flux radiant de la LED, de l'angle du faisceau, de la distance et de l'optique. Comparez cela à la dose requise pour inactiver votre agent pathogène cible.

Q : Puis-je la piloter à 100mA en continu ?

A : Vous ne pouvez la piloter à 100mA que si vous pouvez garantir que la température de jonction reste inférieure à 90°C, ce qui nécessite une gestion thermique exceptionnelle. Reportez-vous à la courbe de déclassement du courant ; à des températures ambiantes élevées, le courant maximal autorisé est nettement inférieur.

Q : Pourquoi la tension directe est-elle si élevée ?

A : Les LED UVC sont basées sur des semi-conducteurs en nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN) avec une très large bande interdite, ce qui nécessite intrinsèquement une tension plus élevée pour exciter les électrons à travers la bande et produire des photons de courte longueur d'onde.

12. Étude de cas de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'une bouteille stérilisatrice d'eau portable.Un concepteur vise à créer une bouteille capable de stériliser 500ml d'eau en 60 secondes. En utilisant la LTPL-G35UVC275GS (catégorie X3, 9-10mW), il prévoit d'utiliser 4 LED. Le flux radiant total est d'environ 36-40mW. L'eau est circulée devant les LED dans une chambre mince. En supposant une efficacité de couplage optique de 50% et une dose UV requise pour les bactéries courantes de 40 mJ/cm², ils calculent la surface de chambre requise et le débit. Un pilote à courant constant réglé à 60mA par LED avec une capacité de sortie de 9V est sélectionné. Un petit dissipateur thermique en aluminium est intégré au MCPCB de la LED pour gérer la chaleur pendant le cycle d'une minute, maintenant la température de jonction bien dans les limites. Les caractéristiques de sécurité incluent un interrupteur de verrouillage du couvercle et une coque extérieure opaque.

13. Introduction au principe de fonctionnement

Une LED UVC est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, des électrons sont injectés à travers la jonction et se recombinent avec des trous dans la région active. Dans une LED UVC, la largeur de la bande interdite du matériau semi-conducteur (AlGaN) est très grande (~4,5 électrons-volts). Lorsque la recombination se produit, cette énergie est libérée sous forme d'un photon (particule de lumière). La longueur d'onde de ce photon est inversement proportionnelle à l'énergie de la bande interdite (λ = hc/Eg). Une bande interdite d'environ 4,5 eV correspond à une longueur d'onde photonique d'environ 275 nanomètres, qui se situe dans la plage UVC. Cette lumière à haute énergie est absorbée par l'ADN et l'ARN des micro-organismes, provoquant des dimères de thymine qui empêchent la réplication, inactivant ainsi l'agent pathogène.

14. Tendances et évolutions technologiques

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

Augmentation de l'efficacité énergétique (WPE) :La recherche se concentre sur l'amélioration de l'efficacité quantique interne (combien d'électrons produisent des photons) et de l'efficacité d'extraction de la lumière (faire sortir les photons de la puce), ce qui augmente directement le flux radiant pour une entrée électrique donnée, réduisant ainsi la puissance du système et la charge thermique.

Longueurs d'onde plus longues >280nm :Bien que ~275nm soit optimal pour l'action germicide, les LED émettant à des longueurs d'onde légèrement plus longues (par exemple, 280-285nm) peuvent offrir une puissance de sortie et une efficacité plus élevées tout en maintenant une capacité de désinfection significative, créant des options de compromis pour les concepteurs.

Amélioration de la durée de vie et de la fiabilité :Les progrès dans la conception des puces, les matériaux d'encapsulation (en particulier les encapsulants stables aux UVC) et la gestion thermique augmentent régulièrement la durée de vie opérationnelle (L70, temps jusqu'à 70% de la puissance initiale) 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 rendements s'améliorent, le coût par milliwatt de puissance optique UVC diminue, accélérant l'adoption de la technologie LED dans davantage de segments de marché, des produits professionnels aux produits grand public.