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LED, les différentes technologies de boitier

Suite de l'article sur les puces des LED, voici la description des boitiers. Grandes tendances technologiques actuelles et leur impact sur les savoir-faire.
par Benoît Bataillou3 novembre 2015

On peut regrouper l’offre de boitiers LED en quatre familles :

  1. les boitiers PLCC,
  2. les boitiers / embases céramiques
  3. dôme / sans dôme
  4. pas de boitier : COB

1 – boitier PLCC

“Plastic Leaded Chip Carrier” en anglais, le boitier PLCC est historiquement en plastique. Il contient :

  • la puce,
  • le réflecteur,
  • le phosphore.
Nichia 757, 3x3mm, puce latérale, boitier PLCC (source wikipedia)

Nichia 757, 3 x 3 mm, puce latérale, boitier PLCC – photo Wikipédia

Ce type de boitier, comme vu précédemment, a un avantage en extraction de lumière, mais possède une limitation en :

  • taille de source : importante,
  • fiabilité : corrosion,
  • thermique : limitation de puissance.
mise en oeuvre d'une puce latérale dans un boitier PLCC (source wikipedia)

Mise en oeuvre d’une puce latérale dans un boitier PLCC – Illustration Wikipedia

2 – boitier / embase céramique

Ce type de boitier, typiquement en Al2O3 ou AlN, possède la meilleure conduction thermique des boîtiers présentés ici. Il consiste à souder la puce sur une embase céramique, recouvrir la puce de phosphore et éventuellement réaliser une optique primaire, comme un dôme.

exemple de boitier ceramique : embase céramique, puce, phosphore couche mince et dome

Exemple de boitier céramique : embase céramique, puce VTF, phosphore couche mince et dôme – Photo Cree XP-G2

Le principal avantage est thermique. Il permet d’exploiter les capacités d’une puce verticale (forte puissance) ou Flip chip”.

3 – dôme / sans dôme

La présence ou non d’un dôme est indépendante du type de technologie. Le dôme d’une LED est en silicone (ou verre) permettant une adaptation d’indice et un premier contrôle du faisceau. L’adaptation d’indice peut augmenter l’extraction de lumière de la puce de près de 10% et a donc une forte influence sur l’efficacité finale, avec le compromis d’une optique secondaire devant être de taille double. La taille optique double avec un dôme “idéal”.

Exemple de flip chip, embase céramique, sans dôme. Egalement un exemple de CSP - Photo Lumileds Luxeon Z ES White

Exemple de flip chip, embase céramique, sans dôme. Egalement un exemple de CSP – Photo Lumileds Luxeon Z ES White

4 – pas de boitier : COB

Exemple de COB : puces laterales, MCPCB et phosphore sur PCB

Exemple de COB : puces latérales, MCPCB et phosphore sur PCB – Photo Lumileds

On peut également se passer de boitier et souder directement les puces sur le circuit imprimé. On effectuera ensuite un dépôt de phosphore sur ce PCB.

Les puces latérales ont un avantage certain dans ce design car l’émission sera plus homogène, les puces étant noyées dans le phosphore.

  • Les puces verticales peuvent ici présenter un désavantage, l’émission plus directionnelle de ces puces pouvant créer un effet de “pixel lumineux”.
  • Les designs de type “Flip chip”, ayant le substrat présent et un substrat taillé pour forcer une émission latérale, peuvent également être utilisés par ce biais.

En design “Common chip”, ces COB présentent l’avantage d’une forte densité de puce, car il n’y a aucun boitier, palliant en partie à la faible densité de lumière de ces puces.

Noter que des designs en puces verticales et “Flip chip” existent également, permettant de fortes densités.

Exemple de COB a puces VTF : Osram Soleriq P

Exemple de COB a puces VTF – Photo Osram Soleriq P

Optiquement, les sources COB avec phosphore sur l’ensemble de l’ouverture sont intéressantes. L’architecture de la source lissant les effets de « pixels » que l’on peut voir sur les sources individuelles.

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Benoît Bataillou
Benoît Bataillou
Physicien de formation. Membre de la société de conseil en R&D, Pi Lighting, avec une forte compétence LED. Auteur ou co-auteur de 24 brevets et de plus de 50 publications. Expert dans le domaine des LED depuis 10 ans. Ma passion est de transformer les idées en produits et en applications concrètes.

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