Fiche technique LED UVC LTPL-G35UVC275PR - Dimensions 3,5x3,5x1,2mm - Tension 5,9V Typ - Puissance 2,0W Max - Longueur d'onde pic 274nm - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série de produits LTPL-G35UVC représente une avancée significative dans les sources de lumière ultraviolette à semi-conducteurs conçues pour les applications de stérilisation et médicales. Ce produit combine les avantages inhérents de la technologie des diodes électroluminescentes (LED), tels qu'une longue durée de vie opérationnelle et une haute fiabilité, avec des niveaux de performance adaptés pour remplacer les sources de lumière ultraviolette conventionnelles. Il est conçu pour offrir une flexibilité de conception et permettre de nouvelles applications dans les domaines nécessitant une irradiation UVC efficace.

Les caractéristiques clés de ce produit incluent sa compatibilité avec les systèmes de pilotage à circuit intégré (I.C.), sa conformité aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses) garantissant l'absence de plomb, et des coûts d'exploitation et de maintenance globalement inférieurs par rapport aux technologies UV traditionnelles comme les lampes à mercure. Le marché cible principal comprend les fabricants d'équipements dans les secteurs des dispositifs médicaux, de la purification de l'eau, de la stérilisation de l'air et de la désinfection des surfaces.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Le dispositif est spécifié pour fonctionner dans des limites environnementales et électriques strictes afin d'assurer sa fiabilité. Les valeurs maximales absolues, mesurées à une température ambiante (Ta) de 25°C, définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir.

• Dissipation de puissance (Po) :Maximum 2,0 Watts. C'est la puissance totale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct continu (IF) :Maximum 300 milliampères.
• Plage de température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +80°C. Le dispositif est conçu pour fonctionner dans cette large plage de température.
• Plage de température de stockage (Tstg) :-40°C à +100°C.
• Température de jonction (Tj) :Maximum 105°C. La température au niveau de la puce semi-conductrice elle-même ne doit pas dépasser cette limite.

Une note critique met en garde contre le fonctionnement de la LED en polarisation inverse pendant de longues périodes, car cela peut entraîner une défaillance du composant.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les principales métriques de performance sont définies à Ta=25°C et avec un courant de test (If) de 250mA, qui est considéré comme un point de fonctionnement typique.

• Tension directe (Vf) :La valeur typique est de 5,9V, avec un minimum de 5,2V et un maximum de 7,7V. La tolérance de mesure est de ±0,1V.
• Flux radiant (Φe) :C'est la puissance optique totale émise dans le spectre UVC. La valeur typique est de 35,0 milliwatts (mW), avec un minimum de 25,0 mW. La tolérance de mesure est de ±10%.
• Longueur d'onde pic (λp) :La longueur d'onde à laquelle la LED émet le plus de puissance optique. La valeur typique est de 274 nanomètres (nm), dans une plage allant de 265nm à 280nm. La tolérance est de ±3nm. Cela la place fermement dans la bande UVC (200-280nm), connue pour son efficacité germicide.
• Angle de vision (2θ1/2) :Typiquement 120 degrés, définissant la répartition angulaire du rayonnement émis.
• Résistance thermique (Rth j-s) :La résistance thermique de la jonction semi-conductrice au point de soudure est typiquement de 16,8 K/W. Ce paramètre est crucial pour la conception de la gestion thermique. La mesure de référence utilise une carte de circuit imprimé à âme métallique (MCPCB) en aluminium spécifique.
• Sensibilité aux décharges électrostatiques (ESD) :Résiste jusqu'à 2000V selon le modèle du corps humain (JESD22-A114-B), indiquant une robustesse ESD modérée mais nécessitant toujours une manipulation soigneuse.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour assurer la cohérence dans la conception des applications, les LED sont triées en classes (bins) en fonction de paramètres clés. Le code de classe est marqué sur l'emballage.

3.1 Classement par tension directe (Vf)

Les LED sont catégorisées en cinq classes (V1 à V5) en fonction de leur tension directe à 250mA. Chaque classe couvre une plage de 0,5V, de 5,2-5,7V (V1) jusqu'à 7,2-7,7V (V5). La tolérance au sein de chaque classe est de ±0,1V. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des caractéristiques électriques similaires pour des connexions en parallèle ou des circuits de partage de courant.

3.2 Classement par flux radiant (Φe)

La puissance optique de sortie est classée en quatre catégories (X1 à X4). La classe X2, par exemple, regroupe les LED ayant un flux radiant compris entre 30,0 mW et 35,0 mW à 250mA. La classe X4 spécifie un minimum de 40,0 mW. La tolérance est de ±7%. Ce classement est essentiel pour les applications nécessitant une dose d'irradiance minimale spécifique.

3.3 Classement par longueur d'onde pic (Wp)

Actuellement, tous les dispositifs appartiennent à une seule classe de longueur d'onde, W1, qui s'étend de 265nm à 280nm. La tolérance est de ±3nm. Cela garantit que tous les dispositifs émettent dans la plage germicide efficace.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions. Toutes les courbes sont basées sur une température ambiante de 25°C sauf indication contraire.

4.1 Flux radiant relatif en fonction du courant direct

Cette courbe montre que la sortie optique augmente avec le courant de pilotage mais n'est pas parfaitement linéaire. Elle démontre la relation entre l'entrée électrique et la sortie optique, aidant à déterminer le point de fonctionnement optimal pour l'efficacité et la puissance de sortie.

4.2 Distribution spectrale relative

Ce graphique représente le spectre d'émission, montrant l'intensité lumineuse à différentes longueurs d'onde. Il confirme l'émission pic autour de 274nm et la largeur de bande spectrale, ce qui est important pour comprendre l'efficacité de la LED contre des micro-organismes spécifiques.

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

La caractéristique électrique fondamentale d'une diode. Cette courbe est essentielle pour concevoir le circuit de pilotage de courant, car elle montre la tension requise pour obtenir un courant souhaité.

4.4 Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction

Cette courbe critique montre comment la sortie optique diminue lorsque la température de jonction (Tj) augmente. Une gestion thermique efficace est primordiale pour maintenir une puissance de sortie élevée tout au long de la durée de vie de la LED.

4.5 Caractéristiques de rayonnement (Distribution spatiale)

Un diagramme polaire illustrant la distribution angulaire de l'intensité, confirmant l'angle de vision de 120 degrés. Ceci est vital pour la conception du système optique afin d'assurer une irradiation uniforme d'une surface cible.

4.6 Courbe de déclassement du courant direct

Ce graphique définit le courant direct maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal de sécurité diminue pour empêcher la température de jonction de dépasser sa limite de 105°C.

4.7 Tension directe en fonction de la température de jonction

Montre la relation entre la tension directe et la température de la jonction semi-conductrice, qui peut être utilisée pour la surveillance indirecte de la température ou pour comprendre le comportement dépendant de la température.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions de contour

Le boîtier de la LED a un empreinte carrée. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec une tolérance standard de ±0,2mm sauf indication contraire. La taille physique est un facteur clé pour la disposition du PCB et l'intégration dans les produits finaux.

5.2 Pastille de soudure recommandée sur PCB

Un diagramme détaillé du motif de pastille pour la carte de circuit imprimé (PCB) est fourni. Respecter ces dimensions et espacements de pastilles recommandés est crucial pour obtenir des joints de soudure fiables, un transfert thermique approprié et une stabilité mécanique. La tolérance de spécification pour la pastille est de ±0,1mm.

5.3 Identification de la polarité

La fiche technique inclut des marquages ou des diagrammes indiquant les connexions anode et cathode. La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage pour éviter tout dommage.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion suggéré

Un profil de refusion détaillé pour l'assemblage avec soudure sans plomb est spécifié. Les paramètres clés incluent :

• Température de pic (Tp) : 260°C maximum (245°C recommandé).
• Temps au-dessus du liquidus (217°C) : 60-150 secondes.
• Température de préchauffage : 150-200°C pendant 60-120 secondes.
• Les taux de montée et de descente maximaux sont définis pour minimiser la contrainte thermique.

Le temps total de 25°C à la température de pic ne doit pas dépasser 8 minutes. La soudure par refusion ne doit être effectuée que trois fois maximum.

6.2 Soudure manuelle

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.

6.3 Nettoyage

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

6.4 Méthode de pilotage

La LED est un dispositif piloté par courant. Pour assurer une sortie lumineuse uniforme lors de la connexion de plusieurs LED, elles doivent être pilotées en configuration série ou en utilisant des régulateurs de courant individuels pour chaque branche parallèle. Les pilotes à courant constant sont fortement recommandés par rapport aux sources de tension constante.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Emballage en bande et bobine

Les LED sont fournies dans une bande porteuse en relief sur des bobines pour l'assemblage automatisé. Les spécifications clés de l'emballage incluent :

• Taille de la bobine : 7 pouces.
• Quantité maximale par bobine : 500 pièces.
• Quantité d'emballage minimale : 100 pièces pour les restes.
• La bande est scellée avec un couvercle supérieur.
• L'emballage est conforme aux normes EIA-481-1-B.

Des dimensions détaillées pour les alvéoles de la bande et la bobine sont fournies dans la fiche technique.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Désinfection de surface :Intégration dans des appareils pour assainir les téléphones portables, les outils ou les plans de travail.
• Purification de l'eau :Utilisation dans des systèmes de traitement de l'eau au point d'utilisation ou d'entrée pour inactiver les bactéries et les virus.
• Stérilisation de l'air :Mise en œuvre dans les systèmes CVC, les purificateurs d'air ou les dispositifs de désinfection de l'air en hauteur.
• Stérilisation d'équipements médicaux :Pour désinfecter les chambres intérieures des appareils ou des outils.

8.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :En raison de la résistance thermique typique de 16,8 K/W, un dissipateur thermique correctement conçu (utilisant un MCPCB comme référence) est essentiel pour maintenir la température de jonction dans les limites et assurer une sortie de flux radiant à long terme.
• Conception optique :L'angle de vision de 120 degrés peut nécessiter des réflecteurs ou des lentilles pour collimater ou diriger efficacement la lumière UVC sur la zone cible.
• Conception électrique :Utilisez un pilote à courant constant adapté à la plage de tension directe (5,2V-7,7V) et capable de délivrer jusqu'à 300mA. Prenez en compte le classement pour les conceptions multi-LED.
• Compatibilité des matériaux :Assurez-vous que les matériaux du boîtier exposés au rayonnement UVC résistent à la dégradation (par exemple, certains plastiques peuvent jaunir ou devenir cassants).
• Sécurité :Le rayonnement UVC est nocif pour les yeux et la peau. Les conceptions doivent intégrer un blindage approprié, des verrouillages et des avertissements pour empêcher l'exposition humaine.

9. Fiabilité et tests

9.1 Plan de test de fiabilité

Le produit subit une série complète de tests de fiabilité pour assurer sa robustesse dans diverses conditions de stress. Les tests clés incluent :

• Durée de vie en fonctionnement à température ambiante (RTOL) :3 000 heures à 250mA et 1 000 heures au courant maximum de 300mA.
• Durée de vie en stockage à haute/basse température (HTSL/LTSL) :1 000 heures à 100°C et -40°C, respectivement.
• Stockage en atmosphère humide à haute température (WHTSL) :1 000 heures à 60°C et 90% d'humidité relative.
• Choc thermique (TS) :100 cycles entre -30°C et 85°C.

Tous les tests de durée de vie en fonctionnement sont effectués avec la LED montée sur un dissipateur thermique métallique spécifié.

9.2 Critères de défaillance

Un dispositif est considéré comme défaillant si, après les tests, sa tension directe augmente de plus de 10% par rapport à la valeur initiale, ou si son flux radiant tombe en dessous de 50% de la mesure initiale, les deux étant mesurés à 250mA.

10. Comparaison technique et avantages

Comparé aux lampes germicides traditionnelles (par exemple, les lampes à vapeur de mercure basse pression émettant à 254nm), cette LED UVC offre plusieurs avantages distincts :

• Allumage/Extinction instantané :Les LED atteignent leur pleine puissance immédiatement, contrairement aux lampes qui nécessitent un temps de préchauffage.
• Taille compacte et liberté de conception :Le petit facteur de forme permet une intégration dans des appareils portables et à espace limité.
• Durabilité et durée de vie :La construction à semi-conducteurs les rend plus résistantes aux vibrations et aux chocs physiques. Bien que les données de durée de vie soient fournies via les tests de fiabilité, les LED offrent généralement une durée de vie opérationnelle plus longue que les lampes conventionnelles lorsqu'elles sont correctement refroidies.
• Sans mercure :Ne contient pas de mercure dangereux, simplifiant l'élimination et améliorant la sécurité environnementale.
• Flexibilité de longueur d'onde :La longueur d'onde pic de 274nm peut être efficace contre un large éventail d'agents pathogènes. Le spectre étroit permet des applications ciblées sans rayonnement inutile.
• Coûts d'exploitation réduits :Une efficacité plus élevée et une durée de vie plus longue contribuent à réduire les coûts énergétiques et de remplacement au fil du temps.

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

Q : Quel est le courant de fonctionnement typique pour cette LED ?

R : Les caractéristiques électro-optiques sont spécifiées à 250mA, ce qui est un point de fonctionnement courant. Le courant maximal absolu est de 300mA.

Q : Comment puis-je m'assurer que plusieurs LED ont la même luminosité ?

R : Utilisez les informations de classement. Sélectionnez des LED de la même classe de flux radiant (Φe) (par exemple, X2) et pilotez-les avec un courant identique, de préférence en configuration série ou avec une régulation de courant individuelle pour les branches parallèles.

Q : Pourquoi la gestion thermique est-elle si importante pour cette LED ?

R : Comme le montre la courbe \"Flux radiant relatif en fonction de la température de jonction\", la sortie optique diminue significativement lorsque la température augmente. Dépasser la température de jonction maximale (105°C) peut également entraîner une dégradation accélérée et une défaillance prématurée. Un refroidissement adéquat est non négociable pour la performance et la fiabilité.

Q : Puis-je piloter cette LED avec une alimentation à tension constante ?

R : Ce n'est pas recommandé. Les LED sont des dispositifs pilotés par courant. Un petit changement de tension directe (comme on le voit dans le classement Vf) peut provoquer un grand changement de courant en raison de la caractéristique I-V exponentielle de la diode, entraînant une sortie incohérente et des dommages potentiels par surintensité. Utilisez toujours un pilote à courant constant.

Q : Quels matériaux sont sûrs à utiliser près de la fenêtre de sortie de la LED ?

R : Le rayonnement UVC dégrade de nombreux matériaux organiques. Utilisez des matériaux résistants aux UVC tels que certaines qualités de verre de quartz, du PTFE (Téflon) ou des plastiques spécialisés stables aux UVC pour les lentilles, les fenêtres et les composants du boîtier dans le trajet lumineux.

12. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'une bouteille d'eau stérilisante portable.

Un concepteur crée une bouteille d'eau réutilisable avec stérilisation UVC intégrée. La LTPL-G35UVC275PR est sélectionnée pour sa taille compacte et sa sortie à 274nm.

Mise en œuvre :

1. Conception électrique :Une petite batterie lithium rechargeable alimente un convertisseur élévateur/pilote à courant constant réglé à 250mA pour piloter une seule LED en série avec le pilote.

2. Conception thermique :La LED est montée sur un petit MCPCB en aluminium sur mesure qui est thermiquement lié à la paroi métallique intérieure de la chambre de la bouteille, l'utilisant comme dissipateur thermique passif.

3. Conception optique :Le faisceau de 120 degrés de la LED est utilisé pour irradier directement le volume d'eau. Un revêtement réfléchissant sur les parois de la chambre améliore l'uniformité.

4. Conception de sécurité :Le circuit inclut un minuteur pour assurer qu'une dose suffisante (par exemple, 60 secondes) est délivrée. Un verrouillage mécanique empêche la LED de s'activer si le bouchon de la bouteille n'est pas complètement scellé, et la chambre est opaque pour bloquer toute fuite d'UVC.

5. Sélection des composants :Des LED des classes de flux X2 ou X3 sont choisies pour garantir une sortie radiant minimale, et le pilote est spécifié pour gérer la plage de tension V1-V5.

13. Introduction au principe

Les diodes électroluminescentes UVC fonctionnent sur le principe de l'électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, les électrons et les trous se recombinent, 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. Pour l'émission UVC (200-280nm), des matériaux comme le nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN) sont utilisés. La composition spécifique des couches d'AlGaN est conçue pour produire une émission pic à 274nm, ce qui correspond à une énergie de photon d'environ 4,52 électrons-volts (eV). Cette lumière ultraviolette de haute énergie est absorbée par l'ADN et l'ARN des micro-organismes, provoquant des dimères de thymine qui perturbent la réplication et conduisent à l'inactivation ou à la mort de la cellule, fournissant ainsi l'effet germicide.

14. Tendances de développement

Le domaine des LED UVC évolue rapidement. Les tendances clés observables dans cette fiche technique et sur le marché en général incluent :

• Augmentation de la puissance de sortie :Des dispositifs comme le LTPL-G35UVC275PR, avec des dizaines de milliwatts de sortie, représentent un progrès par rapport aux générations précédentes de plus faible puissance. Le développement continu vise à obtenir un flux radiant plus élevé à partir d'un seul boîtier.
• Amélioration de l'efficacité (Efficacité énergétique) :La recherche se concentre sur la réduction de la tension directe et l'augmentation de l'efficacité quantique externe (le rapport entre les photons de sortie et les électrons d'entrée) pour réduire la consommation d'énergie et la charge thermique.
• Fiabilité et durée de vie améliorées :Les innovations continues en science des matériaux et en emballage visent à prolonger encore la durée de vie opérationnelle, rendant les LED UVC plus compétitives par rapport aux lampes traditionnelles dans 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 devrait diminuer, ouvrant de nouvelles applications de masse.
• Optimisation de la longueur d'onde :La recherche continue sur les longueurs d'onde les plus efficaces pour inactiver des agents pathogènes spécifiques (par exemple, virus vs bactéries) et le développement de LED émettant à ces longueurs d'onde optimales.

Ces tendances favorisent l'adoption de la technologie UVC à semi-conducteurs dans un éventail croissant d'applications de stérilisation et de purification.