Fiche Technique - LED Blanche en Boîtier Céramique 3535 - Format 3,45x3,45x2,20mm - Tension 2,6-3,4V - Couleur Blanc - Puissance jusqu'à 6,8W - Document Technique FR

1. Aperçu du Produit

Ce document technique détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (DEL) blanche haute performance conçue pour des applications d'éclairage exigeantes. La DEL utilise un boîtier céramique pour une gestion thermique supérieure et une fiabilité à long terme, la rendant adaptée à un large éventail d'utilisations industrielles et commerciales.

1.1 Description Générale

La lumière blanche est générée par la combinaison d'une puce semi-conductrice bleue et de matériaux phosphorescents. Le spectre de lumière émis peut être ajusté à différentes températures de couleur blanche. Le boîtier physique est compact, avec des dimensions de 3,45 mm en longueur, 3,45 mm en largeur et une hauteur de 2,20 mm, facilitant l'intégration dans des conceptions à espace limité.

1.2 Caractéristiques Principales

• Construction en Boîtier Céramique: Offre une excellente conductivité thermique, une résistance mécanique et une résistance aux facteurs environnementaux par rapport aux boîtiers plastiques traditionnels.
• Large Angle de Vision: Un angle à mi-intensité de 120 degrés assure une distribution de lumière large et uniforme, idéale pour l'éclairage de zones.
• Niveau de Sensibilité à l'Humidité 1 (MSL 1): Ce classement indique que le composant peut être stocké dans des conditions ambiantes standard en usine (≤ 30°C/60% HR) pendant une durée indéfinie sans nécessiter de séchage préalable au brasage par refusion, simplifiant la logistique.
• Compatibilité SMT Complète: Conçu pour être utilisé avec des lignes d'assemblage standard de technologie de montage en surface, y compris les machines de placement et les fours à refusion.
• Conditionnement en Bandes et Bobines: Fourni dans une bande porteuse emboutie et des bobines standard de l'industrie pour permettre des processus d'assemblage automatisés à grande vitesse.
• Conformité RoHS: Le produit est conforme à la directive sur la Restriction des Substances Dangereuses, garantissant l'absence de matières dangereuses spécifiques comme le plomb ou le mercure.

1.3 Applications Cibles

La combinaison d'un flux lumineux élevé, d'une grande fiabilité et d'une taille compacte rend cette LED adaptée à de nombreux segments d'éclairage :

• Éclairage Général & Architectural: Downlights, spots sur rail, projecteurs à effet mural et projecteurs directionnels pour espaces résidentiels, de bureau et commerciaux.
• Éclairage Extérieur & Industriel: Lampadaires, éclairage de zones, éclairage de hauteur et feux d'avertissement/signalisation.
• Éclairage Spécialisé: Éclairage d'appoint photo et vidéo, éclairage de studio, éclairage horticole et éclairage d'accentuation pour le paysage.

2. Analyse Approfondie des Paramètres Techniques

2.1 Caractéristiques Électro-Optiques

Tous les paramètres sont spécifiés à une température de point de soudure (Ts) de 25°C, fournissant une base de comparaison standardisée.

• Tension Directe (VF): Pour un courant de commande de 350 mA, VF varie d'un minimum de 2,6 V à un maximum de 3,4 V. Ce paramètre est essentiel pour concevoir la plage de tension de sortie de l'alimentation de la DEL. Une valeur typique se situe souvent autour de 3,0 V pour ce type de dispositif.
• Flux Lumineux (Φ_vou IV): Le rendement lumineux visible total dépend du modèle, catégorisé par classes de flux. Par exemple, une variante délivre 150 à 180 lumens à 350 mA, augmentant approximativement de manière linéaire jusqu'à 280-340 lumens à 700 mA. Cette relation super-linéaire est courante mais diminue aux très forts courants en raison de la chute d'efficacité.
• Température de Couleur Corrélée (CCT): Disponible en classes discrètes de 2700 K (blanc chaud) à 6500 K (blanc froid lumière du jour). La CCT spécifique est fixée par numéro de modèle, permettant aux concepteurs de sélectionner la teinte de blanc souhaitée pour l'ambiance et la fonctionnalité de leur application.
• Indice de Rendu des Couleurs (IRC ou Ra): Spécifié avec une valeur minimale de 70. Cela indique la capacité de la DEL à révéler les vraies couleurs des objets éclairés par rapport à une source de lumière naturelle. Un IRC de 70 convient pour l'éclairage général, tandis que des valeurs supérieures à 80 sont préférées pour les applications de vente au détail ou de studio.
• Angle de Vision (2θ_1/2): L'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête est de 120 degrés. Ce faisceau large est caractéristique des DEL avec une conception de puce sans dôme ou faiblement encapsulée.

2.2 Paramètres Électriques et Valeurs Limites Absolues

Ces valeurs définissent les limites opérationnelles qui ne doivent pas être dépassées pour assurer la fiabilité du dispositif et éviter une détérioration permanente.

• Puissance Maximale Dissipée (P_D): 6800 mW. C'est la perte de puissance maximale admissible sous forme de chaleur à l'intérieur du boîtier de la DEL. Dépasser cette limite risque de provoquer un emballement thermique et une défaillance catastrophique.
• Courant Direct Continu Maximum (I_F): 2000 mA. La DEL peut fonctionner en continu à des courants allant jusqu'à ce niveau, à condition que la température de jonction soit maintenue dans des limites sûres grâce à un dissipateur thermique adéquat.
• Courant Direct de Crête Maximum (I_FP): 3000 mA. Ce courant plus élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées, définies ici comme une largeur d'impulsion de 0,1 ms avec un cycle de service de 10% (1/10). Ceci est utile pour les applications nécessitant de courtes impulsions de haute luminosité.
• Tension Inverse Maximum (V_R): 5 V. L'application d'une tension inverse supérieure à ce niveau peut causer des dommages immédiats en raison de la faible tension de claquage inverse de la jonction semi-conductrice. La conception du circuit doit inclure une protection contre l'inversion de polarité.
• Courant Inverse (I_R): Typiquement inférieur à 10 µA lorsqu'une polarisation inverse de 5 V est appliquée, indiquant une bonne qualité de jonction.

2.3 Caractéristiques Thermiques

Une dissipation thermique efficace est primordiale pour les performances et la durée de vie de la DEL.

• Résistance Thermique Jonction-Point de Soudure (R_θJ-S): Mesurée à 2,19 °C/W dans des conditions spécifiques (I_F=700 mA, T_a=85°C). Cette faible valeur est un avantage direct du boîtier céramique, qui fournit un excellent chemin thermique de la jonction semi-conductrice aux pastilles de soudure sur le PCB. Elle permet aux concepteurs de calculer l'élévation de température de jonction attendue en fonction de la puissance dissipée : ΔT_J= P_D* R_θJ-S.

3. Explication du Système de Classement

Pour garantir l'uniformité des systèmes d'éclairage, les DEL sont triées (classées) après fabrication selon des paramètres clés.

3.1 Classement par Température de Couleur (CCT)

La famille de produits couvre le spectre complet du blanc. Chaque variante de modèle correspond à une CCT nominale spécifique : 2700 K, 3000 K, 3500 K, 4000 K, 4500 K, 5000 K, 5700 K, 6000 K et 6500 K. Cela permet une sélection précise pour les applications où l'uniformité de couleur est critique, comme dans les luminaires à multiples DEL ou entre différents lots de production.

3.2 Classement par Flux Lumineux

Le flux est classé à des courants de test standard. Par exemple, un modèle peut être garanti pour produire entre 170 et 200 lumens lorsqu'il est piloté à 350 mA. Ce classement garantit des niveaux de sortie lumineuse prévisibles, permettant aux concepteurs de calculer avec précision le nombre de DEL nécessaires pour atteindre un flux lumineux cible pour leur produit.

3.3 Plage de Tension Directe (V_F)

Bien que non explicitement séparée en classes discrètes dans ce document, la plage V_Fspécifiée de 2,6 V à 3,4 V à 350 mA est elle-même une forme de tri électrique. Pour les conceptions utilisant des DEL en série, il est important de considérer la variation cumulée de la chute de tension. Les connexions en parallèle nécessitent une attention au partage du courant en raison des variations potentielles de V_F mismatches.

4. Analyse des Courbes de Performance

Comprendre le comportement de la DEL dans différentes conditions est crucial pour une conception de système robuste.

4.1 Caractéristique Courant-Tension (I-V)

La courbe I-V est non linéaire, typique d'une diode. La tension directe augmente avec le courant. Fonctionner vers le haut de la plage de courant (par exemple, 700 mA vs 350 mA) entraînera un V_Fplus élevé, augmentant la puissance électrique d'entrée et la charge thermique. Les circuits d'alimentation doivent être conçus pour s'adapter à cette plage de tension.

4.2 Flux Lumineux vs. Courant Direct

La sortie lumineuse augmente généralement avec le courant de commande, mais la relation n'est pas parfaitement linéaire. L'efficacité (lumens par watt) atteint souvent un pic à un courant modéré et diminue aux courants plus élevés en raison de la chute d'efficacité, un phénomène où l'efficacité quantique interne diminue. Par conséquent, un pilotage à 700 mA peut ne pas donner un flux double de celui à 350 mA, comme indiqué dans les tableaux de paramètres.

4.3 Effets Thermiques sur la Performance

Les performances de la DEL sont fortement dépendantes de la température. Lorsque la température de jonction (T_j) augmente :

• Diminution du Flux Lumineux: Le rendement lumineux peut chuter significativement. Le boîtier céramique atténue ce phénomène en maintenant T_jplus basse pour un niveau de puissance donné.
• Diminution de la Tension Directe: V_Fa un coefficient de température négatif, généralement d'environ -2 mV/°C pour les DEL bleues/blanches. Cela peut affecter les schémas d'alimentation à tension constante.
• Déplacement de Couleur Possible: La longueur d'onde de crête de la puce bleue et l'efficacité de conversion des phosphores peuvent changer avec la température, provoquant potentiellement un léger décalage de la CCT et de la chromaticité.

5. Informations Mécaniques et sur le Boîtier

5.1 Dimensions et Schémas du Boîtier

La DEL a un empreinte carrée de 3,45 mm x 3,45 mm avec une hauteur nominale de 2,20 mm. Les schémas détaillés montrent généralement des vues de dessus, de côté et de dessous avec des dimensions critiques telles que la taille des pastilles (par exemple, 1,30 mm x 0,85 mm), l'espacement des pastilles et les tolérances générales (généralement ±0,2 mm). Ces dimensions sont cruciales pour la conception du motif de pastilles sur le PCB (empreinte) afin d'assurer un brasage et un alignement corrects.

5.2 Conception des Pastilles et Identification de la Polarité

Le dessous du boîtier comporte deux pastilles de soudure métallisées. Une pastille est connectée électriquement à l'anode (borne positive) et l'autre à la cathode (borne négative). La polarité est généralement marquée sur le dessus ou le dessous du composant, par exemple avec une marque d'indicateur de cathode (comme une encoche, un point ou un coin biseauté). La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage du PCB pour assurer le fonctionnement de la DEL.

6. Recommandations de Brasage et d'Assemblage

6.1 Instructions pour le Brasage par Reflux SMT

Cette DEL est conçue pour les procédés de brasage par reflux sans plomb. Un profil de refusion standard avec une température de pic ne dépassant pas 260 °C est recommandé. Le matériau du boîtier céramique peut résister à ces températures. Les étapes clés du profil incluent le préchauffage (montée en température pour activer la flux), le maintien thermique (pour égaliser la température de la carte), la refusion (où la soudure fond, température de pic pendant 20 à 40 secondes) et le refroidissement contrôlé. Il est essentiel de suivre les recommandations du profil pour éviter le choc thermique ou les défauts de joints de soudure.

6.2 Manipulation et Conditions de Stockage

En raison de son classement MSL 1, aucun conditionnement sous vide n'est requis pour le stockage. Cependant, les précautions standard ESD (décharge électrostatique) doivent être prises pendant la manipulation, car la puce semi-conductrice est sensible à l'électricité statique. Utilisez des postes de travail et des bracelets de mise à la terre. Évitez les contraintes mécaniques sur le boîtier, en particulier sur la zone de la lentille/dôme si présente. Stockez dans un environnement propre et sec.

7. Informations sur le Conditionnement et la Commande

7.1 Spécifications de Conditionnement

Les DEL sont livrées dans un conditionnement standard de l'industrie pour l'assemblage automatisé :

• Bande Porteuse: Bande plastique emboutie qui maintient les DEL individuelles dans des alvéoles. Les dimensions des alvéoles, le pas et la largeur totale de la bande sont spécifiés pour être compatibles avec les systèmes d'alimentation standard.
• Bobine: La bande est enroulée sur une bobine. Les dimensions des bobines (diamètre, taille du moyeu, largeur de la bride) sont standardisées (par exemple, bobines de 13 pouces ou 7 pouces) pour s'adapter aux machines de placement.
• Étiquetage: Chaque bobine comporte une étiquette avec des informations telles que le numéro de pièce, la quantité, le numéro de lot et le code de date pour la traçabilité.

7.2 Règle de Numérotation des Modèles

Le numéro de pièce (par exemple, RF-AL-C3535L2K1**-M1) code des attributs clés. Bien que le décodage complet puisse nécessiter un guide séparé, les conventions typiques incluent : "C3535" désigne la taille du boîtier 3,45x3,45 mm, "L2" peut indiquer un niveau de performance ou de flux, et le segment "K1**" spécifie la classe de température de couleur exacte (par exemple, 27 pour 2700 K, 30 pour 3000 K). Le suffixe "M1" désigne souvent une révision spécifique ou un ensemble de matériaux.

8. Recommandations d'Application

8.1 Scénarios d'Application Typiques

Basé sur ses spécifications, cette DEL excelle dans :

• Éclairage Intérieur Haute Fiabilité: Downlights de bureau et éclairage d'ambiance d'hôtel où la longue durée de vie et la constance des couleurs sont primordiales.
• Environnements Thermiquement Exigeants: Appareils encapsulés ou luminaires extérieurs où les performances thermiques du boîtier céramique préviennent une dépréciation prématurée du flux lumineux.
• Applications à Fort Courant de Commande: Lorsqu'un rendement lumineux maximal depuis une source compacte est nécessaire, comme dans des projecteurs compacts ou modules à haut lumen, en tirant parti de sa capacité de courant continu de 2000 mA avec un refroidissement approprié.

8.2 Considérations de Conception

Une mise en œuvre réussie nécessite de prêter attention à plusieurs facteurs :

• Interface Thermique: Utilisez un PCB thermiquement conducteur (comme un PCB à âme métallique ou FR4 avec des vias thermiques) et appliquez une pâte thermique ou des coussinets entre le boîtier de la DEL et le dissipateur pour minimiser la résistance thermique.
• Circuit d'Alimentation: Employez un pilote à courant constant plutôt qu'une source de tension constante. Cela garantit une sortie lumineuse stable et protège la DEL des pics de courant. Adaptez la conformité en courant et tension du pilote à la plage V_Fde la DEL et au point de fonctionnement souhaité.
• Conception Optique: Le faisceau natif de 120 degrés peut nécessiter des optiques secondaires (réflecteurs, lentilles TIR) pour obtenir des profils de faisceau spécifiques (spot étroit, flood large).
• Implantation Électrique: Gardez les pistes d'alimentation courtes et larges pour minimiser la chute de tension et l'inductance. Incluez des diodes de protection contre l'inversion de polarité ou des blocs de circuit en cas de risque d'installation incorrecte.

9. Comparaison Technique

Évaluée par rapport aux DEL de puissance moyenne conventionnelles avec boîtiers plastiques (par exemple, types 3030, 2835), cette DEL en boîtier céramique offre des avantages distincts :

• Chemin Thermique Supérieur: La céramique (souvent de l'oxyde d'aluminium ou du nitrure d'aluminium) a une conductivité thermique supérieure de plusieurs ordres de grandeur aux composés de moulage plastique. Cela se traduit directement par une température de jonction plus basse à puissance égale, conduisant à un rendement lumineux soutenu plus élevé et une durée de vie projetée plus longue (L70/B50).
• Robustesse Mécanique et Chimique Améliorée: La céramique est plus dure, plus stable dimensionnellement et moins sujette au jaunissement ou à la fissuration sous exposition aux UV ou lors de cycles thermiques par rapport aux silicones ou époxydes utilisés dans les boîtiers plastiques.
• Courant de Commande Maximum Plus Élevé: La conception thermique améliorée permet un fonctionnement à des courants continus de 2000 mA et au-delà, lui permettant de fonctionner comme une source DEL haute puissance, tandis que de nombreux boîtiers plastiques sont limités à des courants inférieurs à 1000 mA.

10. Questions Fréquemment Posées

Q : Quelle est la durée de vie attendue de cette DEL ?
R : La durée de vie d'une DEL est généralement définie comme le moment où le flux lumineux se déprécie à 70% de la sortie initiale (L70). Bien que non explicitement indiqué dans cette fiche technique, les DEL avec boîtier céramique et une gestion thermique adéquate dépassent souvent 50 000 heures jusqu'au L70 dans les conditions de fonctionnement recommandées.

Q : Puis-je alimenter cette DEL avec une source de tension ?
R : C'est fortement déconseillé. Les DEL sont des dispositifs commandés en courant. Un petit changement de tension directe (dû à la température ou à la variation de classe) peut provoquer un grand changement de courant, conduisant potentiellement à un emballement thermique. Utilisez toujours un pilote à courant constant.

Q : Comment l'angle de vision de 120 degrés affecte-t-il ma conception optique ?
R : Il fournit un faisceau "brut" très large. Si un faisceau plus étroit est requis (par exemple pour un projecteur), vous devrez utiliser une lentille de collimation ou un réflecteur. Le grand angle est bénéfique pour les applications nécessitant un éclairage uniforme et diffus sans points chauds.

Q : Y a-t-il une courbe de déclassement pour un fonctionnement à haute température ambiante ?
R : Bien qu'une courbe spécifique ne soit pas fournie ici, les valeurs limites absolues et les données de résistance thermique permettent le calcul. La température de jonction maximale admissible (souvent 150°C) ne doit pas être dépassée. En utilisant la formule T_j= T_s+ (P_D* R_θJ-S), vous pouvez calculer la puissance dissipable maximale pour une température de point de soudure donnée, elle-même influencée par la température ambiante et le dissipateur thermique.

11. Cas d'Utilisation Pratiques

Étude de Cas : Downlight Commercial Haut Rendement
Un fabricant conçoit un downlight encastré pour plafonds de bureaux. Il utilise 6 de ces DEL céramiques sur un PCB circulaire à âme métallique (MCPCB). Chaque DEL est pilotée à 500 mA par un seul pilote à courant constant efficace. Le boîtier céramique transfère efficacement la chaleur au MCPCB, lui-même fixé au boîtier en aluminium du luminaire servant de dissipateur. Cela maintient les températures de jonction basses, garantissant une sortie lumineuse stable (>100 lumens par watt d'efficacité système) et conservant l'uniformité des couleurs sur une durée de vie de 50 000 heures, répondant aux exigences strictes de garantie commerciale.

Étude de Cas : Projecteur à Effet Mural Extérieur Durable
Pour l'éclairage de façades de bâtiments, un appareil linéaire intègre plusieurs DEL espacées le long d'un profilé aluminium extrudé. La résistance du boîtier céramique à l'humidité et aux UV est cruciale pour la durabilité extérieure. Le large angle de faisceau de 120 degrés est idéal pour créer un lavage de lumière doux et continu sur la surface du mur. Le courant maximum élevé permet au concepteur de réduire le nombre de DEL par mètre tout en maintenant une haute luminosité, réduisant ainsi le nombre de composants et le coût.

12. Introduction au Principe de Fonctionnement

Une DEL blanche est une source de lumière à l'état solide qui convertit l'énergie électrique directement en lumière visible par électroluminescence. L'élément central est une puce semi-conductrice, typiquement faite de nitrure de gallium-indium (InGaN), qui émet de la lumière bleue lorsqu'un courant direct est appliqué à sa jonction p-n. Pour créer de la lumière blanche, la puce bleue est recouverte d'une couche de matériaux phosphorescents jaunes (ou d'un mélange rouge et vert). Une partie de la lumière bleue est absorbée par les phosphores, qui ré-émettent ensuite de la lumière à des longueurs d'onde plus longues, jaunes. L'œil humain perçoit le mélange de la lumière bleue directe restante et de la lumière jaune convertie comme du blanc. Le rapport spécifique entre les émissions bleues et jaunes détermine la température de couleur corrélée (CCT) de la lumière blanche. Le substrat céramique sert à la fois de plate-forme d'interconnexion électrique pour la puce et de chemin principal pour la dissipation thermique.

13. Tendances de l'Industrie

L'industrie des DEL évolue continuellement, avec plusieurs tendances clés influençant des produits comme cette DEL céramique :

• Repousser les Limites de l'Efficacité: La recherche se concentre sur la réduction de la chute d'efficacité aux forts courants et l'amélioration de l'efficacité de conversion des phosphores pour atteindre un plus grand nombre de lumens par watt (lm/W), réduisant la consommation d'énergie pour le même rendement lumineux.
• Emballage Avancé: Des innovations comme l'emballage à l'échelle de la puce (CSP) et les conceptions à puce retournée sont combinées avec des matériaux comme la céramique pour créer des sources lumineuses encore plus petites, robustes et performantes.
• Accent sur la Qualité de la Lumière: Au-delà de l'IRC (Ra), des métriques comme TM-30 (Rf, Rg) et des normes pour une lumière sans scintillement et sans éblouissement deviennent importantes pour un éclairage centré sur l'humain dans les applications de bien-être et de productivité.
• Intégration et Miniaturisation: Il y a une tendance à intégrer davantage de fonctions (circuits intégrés pilotes, capteurs, communications) plus près du boîtier de la DEL ou sur le même substrat, rendue possible par la stabilité et la surface disponible des boîtiers céramiques.
• Durabilité et Économie Circulaire: Accent mis sur la conception de DEL pour un démontage plus facile, la recyclabilité des matériaux comme la céramique, et l'élimination supplémentaire de substances dangereuses au-delà de la RoHS.