Fiche technique LED UVC LTPL-G35UVC275GC - 3.5x3.5mm - 5.7V Typ - 275nm - 19mW Typ - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La série de produits LTPL-G35UVC représente une source lumineuse à semi-conducteur avancée et économe en énergie, conçue pour les applications de stérilisation et médicales. Cette technologie allie la longue durée de vie opérationnelle et la haute fiabilité inhérentes aux diodes électroluminescentes (LED) à une production germicide efficace, constituant une alternative aux sources ultraviolettes conventionnelles. Elle offre une flexibilité de conception et ouvre de nouvelles possibilités pour les solutions de désinfection UVC.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Cette LED UVC est conçue pour les applications nécessitant une inactivation microbienne efficace. Ses principaux avantages incluent des coûts d'exploitation et de maintenance nettement inférieurs à ceux des lampes à vapeur de mercure traditionnelles, grâce à une meilleure efficacité énergétique et une durée de vie prolongée. Le dispositif est conforme à la directive RoHS et sans plomb, en accord avec les réglementations environnementales mondiales. Il est également compatible IC, facilitant son intégration dans les systèmes de contrôle électronique modernes. Les marchés cibles englobent la stérilisation des dispositifs médicaux, les systèmes de purification de l'eau et de l'air, ainsi que les équipements de désinfection de surfaces.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Faire fonctionner le dispositif au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents. La dissipation de puissance maximale (Po) est de 1,1 W. Le courant direct continu maximal absolu (IF) est de 150 mA. Le dispositif peut fonctionner dans une plage de température ambiante (Topr) de -40°C à +80°C et être stocké (Tstg) de -40°C à +100°C. La température de jonction maximale admissible (Tj) est de 105°C. Un fonctionnement prolongé en polarisation inverse n'est pas conseillé car il peut entraîner une défaillance du composant.

2.2 Caractéristiques électro-optiques à Ta=25°C

Les paramètres de performance clés sont mesurés à un courant de test standard de 120mA. La tension directe (Vf) a une valeur typique de 5,7V, avec un minimum de 5,0V et un maximum de 7,5V. Le flux radiant (Φe), représentant la puissance optique totale émise, est typiquement de 19 mW, avec un minimum de 14 mW. La longueur d'onde de crête (λp) est centrée dans le spectre UVC, allant de 265 nm à 280 nm, ciblant le pic d'absorption de l'ADN/ARN pour une désinfection efficace. La résistance thermique de la jonction au point de soudure (Rth j-s) est typiquement de 24 K/W, indiquant la nécessité d'une gestion thermique appropriée. L'angle de vision (2θ1/2) est typiquement de 120 degrés. Le dispositif peut résister à une décharge électrostatique (ESD) jusqu'à 2000V (Modèle du corps humain).

2.3 Caractéristiques thermiques

Un dissipateur thermique efficace est crucial pour les performances et la longévité. La résistance thermique spécifiée (Rth j-s) de 24 K/W est mesurée à l'aide d'une carte de circuit imprimé à âme métallique (MCPCB) en aluminium de 2,0 x 2,0 x 0,17 cm. Dépasser la température de jonction maximale de 105°C accélérera la dépréciation du flux lumineux et peut conduire à une défaillance catastrophique. Les concepteurs doivent calculer le dissipateur thermique nécessaire en fonction de la puissance appliquée et des conditions ambiantes pour maintenir la jonction dans des limites sûres.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour garantir la cohérence dans la conception des applications, les LED sont triées en classes de performance.

3.1 Classement par tension directe (Vf)

Les LED sont catégorisées en cinq classes de tension (V1 à V5) à 120mA, chacune couvrant 0,5V de 5,0V à 7,5V. La tolérance pour chaque classe est de ±0,1V. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des chutes de tension similaires pour un fonctionnement stable en configuration parallèle ou de prédire avec précision les exigences du pilote.

3.2 Classement par flux radiant (Φe)

La puissance optique est triée en quatre classes de flux (X1 à X4) à 120mA. X1 couvre 14-17 mW, X2 couvre 17-20 mW, X3 couvre 20-23 mW, et X4 inclut les dispositifs de 23 mW et plus. La tolérance est de ±7%. Ce classement est crucial pour les applications nécessitant un contrôle précis de la dose, car le flux radiant impacte directement l'efficacité de stérilisation.

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

Tous les dispositifs appartiennent à une seule classe de longueur d'onde, W1, qui s'étend de 265 nm à 280 nm, avec une tolérance de mesure de ±3 nm. Le code de classe est marqué sur le sachet d'emballage pour la traçabilité.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Flux radiant relatif en fonction du courant direct

La puissance optique augmente de manière super-linéaire avec le courant. Bien qu'un fonctionnement à des courants plus élevés (jusqu'au maximum absolu de 150mA) produise plus de puissance, il génère également beaucoup plus de chaleur, qui doit être gérée pour éviter l'emballement thermique et une dégradation accélérée.

4.2 Distribution spectrale relative

La courbe de sortie spectrale montre une bande d'émission étroite centrée dans la gamme UVC. La longueur d'onde de crête exacte dans la classe 265-280 nm affecte l'efficacité d'inactivation microbienne, car différents pathogènes ont des spectres d'absorption légèrement variables.

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

Cette courbe démontre la relation exponentielle de la diode entre tension et courant. Elle est essentielle pour concevoir des pilotes à courant constant, car un petit changement de tension peut provoquer un grand changement de courant, affectant à la fois la puissance lumineuse et la température du dispositif.

4.4 Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction

L'efficacité des LED UVC est très sensible à la température. Le flux radiant diminue à mesure que la température de jonction augmente. Ce graphique quantifie la déclassement, soulignant l'importance cruciale de maintenir une température de jonction basse pour des performances optiques constantes tout au long de la vie du dispositif.

4.5 Diagramme de rayonnement

Le diagramme polaire illustre l'angle de vision typique de 120 degrés, montrant la distribution spatiale du rayonnement UVC émis. Ceci est important pour concevoir des optiques ou des réflecteurs afin de diriger efficacement la lumière germicide sur la surface ou le volume cible.

4.6 Courbe de déclassement du courant direct

Cette courbe définit le courant direct maximal autorisé en fonction de la température ambiante. À mesure que la température ambiante augmente, le courant de fonctionnement maximal sûr doit être réduit pour empêcher la température de jonction de dépasser 105°C.

4.7 Tension directe en fonction de la température de jonction

La tension directe a un coefficient de température négatif ; elle diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette propriété peut parfois être utilisée pour la surveillance indirecte de la température dans les systèmes de gestion thermique en boucle fermée.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions de contour

L'encombrement du boîtier est d'environ 3,5mm x 3,5mm. Toutes les dimensions ont une tolérance de ±0,2mm sauf indication contraire. Le dessin mécanique exact doit être référencé pour la conception du motif de pastilles sur le PCB.

5.2 Identification de la polarité et conception des pastilles

La disposition recommandée des pastilles de fixation sur le circuit imprimé est fournie pour assurer une soudure et une connexion thermique fiables. Les pastilles d'anode et de cathode sont clairement désignées. Le respect de ce motif de pastilles est critique pour un alignement correct, la connexion électrique et le transfert de chaleur de la jonction de la LED vers le PCB.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion sans plomb est recommandé. Les paramètres clés incluent : une température de pic (Tp) maximale de 260°C (245°C recommandé), avec un temps au-dessus de 217°C (tL) entre 60 et 150 secondes. La température de préchauffage doit être entre 150 et 200°C pendant 60 à 120 secondes. La vitesse de montée ne doit pas dépasser 3°C/seconde, et la vitesse de descente ne doit pas dépasser 6°C/seconde. Le temps total de 25°C à la température de pic doit être inférieur à 8 minutes. Un processus de refroidissement rapide n'est pas recommandé.

6.2 Soudure manuelle et notes générales

Si une soudure manuelle est nécessaire, la température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact doit être limité à 2 secondes maximum, pour une seule opération. Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de trois fois. Toutes les références de température concernent la face supérieure du corps du boîtier. L'utilisation de la soudure par immersion n'est pas garantie. Le profil de soudure peut nécessiter un ajustement en fonction de la pâte à souder spécifique utilisée.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage est requis après soudure, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique doivent être utilisés. Des nettoyants chimiques non spécifiés peuvent endommager le matériau du boîtier de la LED et ses propriétés optiques.

7. Emballage et informations de commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les LED sont fournies sur une bande porteuse gaufrée scellée avec une bande de couverture, enroulée sur des bobines de 7 pouces. Une bobine standard contient un maximum de 500 pièces, avec une quantité d'emballage minimale de 100 pièces pour les restes. L'emballage est conforme aux spécifications EIA-481-1-B. Un maximum de deux composants manquants consécutifs dans la bande est autorisé.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

Cette LED UVC convient à diverses applications germicides, notamment : la désinfection des surfaces dans les équipements médicaux et de laboratoire, la stérilisation d'outils, les systèmes de purification d'eau pour applications ponctuelles ou à petite échelle, et la purification de l'air dans les systèmes CVC ou les appareils portables. Sa nature à semi-conducteur la rend idéale pour les conceptions compactes ou alimentées par batterie où les lampes à mercure sont peu pratiques.

8.2 Considérations de conception

Méthode d'alimentation :Les LED sont des dispositifs à commande par courant. Un pilote à courant constant est obligatoire pour assurer une puissance lumineuse stable et éviter l'emballement thermique. Lors de la connexion de plusieurs LED, une connexion en série est préférable pour l'uniformité du courant. Si une connexion en parallèle est inévitable, il est fortement recommandé d'utiliser des résistances de limitation de courant individuelles ou des pilotes séparés pour chaque branche afin de compenser les légères variations de Vf entre les dispositifs.
Gestion thermique :C'est le facteur de conception le plus critique. Utilisez une MCPCB appropriée ou une autre méthode de dissipation thermique efficace pour maintenir la température de jonction aussi basse que possible, idéalement en dessous de 85°C pour une durée de vie maximale et une stabilité de puissance. Le chemin thermique du point de soudure à l'ambiant doit être soigneusement conçu.
Conception optique :Prenez en compte l'angle de vision de 120 degrés. Pour les applications nécessitant une focalisation, des optiques secondaires (lentilles ou réflecteurs) fabriquées à partir de matériaux transparents aux UVC comme le quartz ou des plastiques spécialisés peuvent être nécessaires. Assurez-vous que tous les matériaux dans le chemin optique résistent à la dégradation par les UVC.
Sécurité :Le rayonnement UVC est nocif pour la peau et les yeux humains. Les boîtiers doivent empêcher toute fuite de lumière UVC pendant le fonctionnement. Intégrez des verrouillages de sécurité et des étiquettes d'avertissement si nécessaire.

9. Fiabilité et durée de vie

9.1 Plan de test de fiabilité

Le produit subit un régime complet de tests de fiabilité incluant : Durée de vie en fonctionnement à température ambiante (RTOL) à 120mA pendant 3000 heures et à 150mA pendant 1000 heures ; Durée de vie en stockage à haute et basse température (HTSL/LTSL) à 100°C et -40°C pendant 1000 heures chacune ; Stockage à haute température et humidité (WHTSL) à 60°C/90% HR pendant 1000 heures ; et Choc thermique sans fonctionnement (TS) de -30°C à 85°C pour 100 cycles. Les tests de durée de vie sont effectués avec la LED montée sur un dissipateur thermique métallique de 90x70x4mm.

9.2 Critères de défaillance

Un dispositif est considéré comme défaillant si, après test, la tension directe (Vf) à 120mA change de plus de ±10% par rapport à sa valeur initiale, ou si le flux radiant (Φe) à 120mA tombe en dessous de 50% de sa valeur initiale.

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

Q : Quelle est la puissance optique typique ?
A : À un courant d'alimentation de 120mA et 25°C, le flux radiant typique est de 19 mW, avec des dispositifs classés de 14 mW (min) à 23 mW et plus.

Q : Comment alimenter cette LED ?
A : Vous devez utiliser un pilote à courant constant. Le courant maximal absolu est de 150mA. Un point de fonctionnement typique est de 120mA, produisant une tension directe typique de 5,7V. Ne la connectez jamais directement à une source de tension sans limitation de courant.

Q : Pourquoi la gestion thermique est-elle si importante ?
A : L'efficacité des LED UVC chute considérablement avec la température (voir la courbe Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction). Les températures de jonction élevées réduisent également considérablement la durée de vie opérationnelle du dispositif. Un dissipateur thermique approprié est non négociable pour des performances fiables.

Q : Puis-je l'utiliser pour la stérilisation de l'eau ?
A : Oui, elle convient à la purification de l'eau. La longueur d'onde de 265-280 nm est efficace contre les bactéries, les virus et les protozoaires. La conception doit assurer que la lumière UVC pénètre efficacement dans l'eau, et le boîtier de la LED doit être correctement étanche à l'environnement.

Q : Combien de fois puis-je souder ce composant par refusion ?
A : Le maximum recommandé est de trois cycles de refusion. La soudure manuelle ne doit être effectuée qu'une seule fois, avec des limites strictes de temps et de température.

11. Exemple de conception et de cas d'utilisation

Scénario : Conception d'une baguette portable de désinfection de surface.
1. Conception électrique :Utilisez une batterie lithium-ion (3,7V nominal) avec un circuit pilote à courant constant élévateur réglé à 120mA. Le pilote doit convertir efficacement la tension de la batterie en les ~5,7V requis par la LED. 2.Conception thermique :Montez la LED sur un petit dissipateur thermique en aluminium à ailettes. La résistance thermique de l'ensemble du chemin (jonction-soudure, soudure-dissipateur, dissipateur-ambiant) doit être calculée pour garantir que Tj reste inférieure à 85°C pendant le cycle d'opération typique de 30 à 60 secondes. Envisagez un refroidissement actif (un petit ventilateur) si la baguette est destinée à une utilisation prolongée. 3.Conception mécanique/optique :Logez la LED et le dissipateur dans une tête de baguette. Utilisez une lentille en quartz pour focaliser le faisceau de 120 degrés sur un point plus petit pour une irradiance plus élevée sur la surface cible. Le boîtier doit bloquer complètement toute fuite d'UVC vers l'utilisateur. 4.Fonctionnalités de sécurité :Intégrez un capteur de proximité ou une protection physique qui doit être en contact avec une surface avant que la LED ne s'allume. Incluez un minuteur pour limiter la durée d'exposition par activation.

12. Introduction technologique et tendances

12.1 Principe de fonctionnement

Les LED UVC sont des dispositifs à semi-conducteurs qui émettent de la lumière dans la gamme de 200 à 280 nanomètres lorsqu'un courant électrique les traverse. Cette émission se produit lorsque les électrons se recombinent avec les trous d'électrons dans la région active du dispositif, libérant de l'énergie sous forme de photons. La longueur d'onde spécifique est déterminée par l'énergie de la bande interdite des matériaux semi-conducteurs utilisés, généralement des composés à base de nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN) pour l'UVC. Le rayonnement UVC émis inactive les micro-organismes en endommageant leur ADN et ARN, empêchant la réplication.

12.2 Tendances de développement

Le marché des LED UVC se concentre sur l'augmentation de l'efficacité énergétique (puissance optique par puissance électrique d'entrée), qui a historiquement été inférieure à celle des LED visibles. Les améliorations dans la croissance épitaxiale, la conception des puces et l'efficacité d'extraction du boîtier augmentent régulièrement l'efficacité. Une autre tendance clé est l'augmentation de la puissance de sortie par puce et par boîtier, permettant des systèmes de désinfection plus compacts et puissants. La recherche se poursuit également pour améliorer la durée de vie et la fiabilité des dispositifs dans des conditions de fonctionnement à courant élevé et haute température. La réduction des coûts grâce à l'échelle de fabrication et l'amélioration du rendement reste un moteur critique pour une adoption plus large du marché face à la technologie conventionnelle des lampes à mercure.