Fiche technique de la LED blanche 0,2W monochip série 3020 - Dimensions 3,0x2,0mm - Tension 3,2V - Puissance 0,2W - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

La série 3020 est une LED à montage en surface (SMD) compacte et haute performance, conçue pour les applications d'éclairage général nécessitant des sources de lumière blanche fiables et économes en énergie. Cette LED blanche monochip de 0,2W offre un équilibre entre efficacité lumineuse, performance thermique et rapport coût-efficacité, la rendant adaptée à une large gamme de produits d'éclairage commercial et industriel.

Ses principaux avantages incluent un encombrement réduit de 3,0 mm x 2,0 mm, un angle de vision large de 110 degrés et une construction robuste adaptée aux processus standards de soudage par refusion. Le marché cible englobe les unités de rétroéclairage, l'éclairage décoratif, les voyants lumineux et l'intégration dans divers appareils électroniques grand public et enseignes.

2. Paramètres et spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues (T_s=25°C)

Les paramètres suivants définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents à la LED peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Courant direct (I_F) :80 mA (continu)
• Courant direct en impulsion (I_FP) :120 mA (Largeur d'impulsion ≤10ms, Rapport cyclique ≤1/10)
• Puissance dissipée (P_D) :280 mW
• Température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +80°C
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +80°C
• Température de jonction (T_j) :125°C
• Température de soudure (T_sld) :230°C ou 260°C pendant 10 secondes (Refusion)

2.2 Caractéristiques électro-optiques (T_s=25°C, I_F=60mA)

Voici les paramètres de performance typiques dans des conditions de test standard.

• Tension directe (V_F) :Typique 3,2V, Maximum 3,5V
• Tension inverse (V_R) :5V
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 µA
• Angle de vision (2θ_1/2) :110°

3. Explication du système de tri (Binning)

Le produit est classé en "bins" (lots) pour garantir la cohérence de couleur et de luminosité au sein d'une application. Le code de commande définit ces bins.

3.1 Règle de numérotation du modèle

La structure du numéro de pièce est : T [Code Forme] [Nombre de puces] [Code Lentille] [Code Interne] - [Code Flux] [Code CCT]. Par exemple, T3400SLA correspond à une forme 3020 (34), une puce unique de faible puissance (S), sans lentille (00), code interne A, avec des bins de flux et de CCT spécifiques définis par le suffixe final.

3.2 Tri par Température de Couleur Corrélée (CCT)

Les LED sont triées dans des ellipses de chromaticité spécifiques sur le diagramme CIE pour garantir l'uniformité de couleur. Les bins de commande standard sont :

• 2725K ±145K (Bin 27M5)
• 3045K ±175K (Bin 30M5)
• 3985K ±275K (Bin 40M5)
• 5028K ±283K (Bin 50M5)
• 5665K ±355K (Bin 57M7)
• 6530K ±510K (Bin 65M7)

Chaque bin est défini par un point central d'ellipse (x, y), les rayons des axes majeur/mineur et un angle de rotation, conformes aux standards d'ellipse MacAdam à 5 ou 7 pas pour un contrôle serré de la couleur.

3.3 Tri par Flux Lumineux

Le flux est trié par valeur minimale à 60mA. Les tableaux définissent les plages de flux minimales et typiques pour le Blanc Chaud (2700-3700K), le Blanc Neutre (3700-5000K) et le Blanc Froid (5000-7000K), chacun disponible en versions standard (IRC≥70) et à rendu de couleur élevé (IRC≥80). Les codes vont de D1 (ex : 18-19 lm min) à D8 (ex : 25-26 lm min).

3.4 Tri par Tension Directe

Pour faciliter l'appariement du courant dans les conceptions multi-LED, la V_Fest triée par pas de 0,1V. Les bins sont : B (2,8-2,9V), C (2,9-3,0V), D (3,0-3,1V), E (3,1-3,2V), F (3,2-3,3V), G (3,3-3,4V), H (3,5-3,6V).

3.5 Tolérances de mesure

• Flux lumineux : ±7%
• Tension directe : ±0,08V
• Indice de Rendu des Couleurs (IRC) : ±2
• Coordonnées de chromaticité : ±0,005

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Courbe caractéristique Courant-Tension (I-V)

Le graphique montre la relation entre la tension directe et le courant direct. La courbe est typique d'une LED à base de GaN, présentant une montée exponentielle après la tension de seuil (~2,7V). Fonctionner au courant recommandé de 60mA garantit une efficacité et une longévité optimales, évitant la région de fort courant où l'efficacité chute et la génération de chaleur augmente significativement.

4.2 Flux lumineux relatif en fonction du courant direct

Cette courbe démontre la dépendance de la sortie lumineuse au courant d'alimentation. Bien que le flux augmente avec le courant, il devient sous-linéaire à des courants plus élevés en raison de la baisse d'efficacité et de l'augmentation de la température de jonction. Le point de fonctionnement à 60mA est choisi pour équilibrer la sortie et l'efficacité. Fonctionner au-delà de la valeur maximale absolue (80mA continu) réduit drastiquement la durée de vie et la fiabilité.

4.3 Distribution spectrale de puissance (DSP)

La courbe d'énergie spectrale relative montre le spectre d'émission pour différentes plages de CCT (2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K). Les LED blanc froid ont un pic bleu plus fort provenant de la puce et moins de lumière jaune/rouge convertie par le phosphore, tandis que les LED blanc chaud montrent une émission large du phosphore plus prononcée, résultant en un contenu spectral rouge plus élevé et une température de couleur corrélée plus basse.

4.4 Température de jonction en fonction de l'énergie spectrale relative

Ce graphique illustre l'effet de la température de jonction (T_j) sur le spectre de la LED. Lorsque T_jaugmente, la sortie spectrale globale diminue généralement (baisse d'efficacité), et la longueur d'onde de crête peut se décaler légèrement. Une gestion thermique efficace est cruciale pour maintenir un point de couleur et une sortie lumineuse constants tout au long de la vie du produit.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions de contour

Le boîtier de la LED a des dimensions de 3,0 mm (longueur) x 2,0 mm (largeur). Le dessin dimensionnel spécifie toutes les mesures critiques, y compris la hauteur de la lentille et l'emplacement des pastilles. Les tolérances sont définies comme ±0,10 mm pour les dimensions .X et ±0,05 mm pour les dimensions .XX.

5.2 Disposition des pastilles et conception du pochoir

Des diagrammes séparés sont fournis pour le motif de pastilles recommandé sur le PCB (disposition des pastilles) et la conception du pochoir à pâte à souder. Le motif de pastilles assure une formation correcte des joints de soudure et une stabilité mécanique. La conception du pochoir contrôle le volume de pâte à souder déposé, ce qui est essentiel pour obtenir des joints de soudure fiables sans pontage ou soudure insuffisante. Suivre ces directives est essentiel pour un assemblage à haut rendement.

5.3 Identification de la polarité

La cathode est généralement marquée sur le boîtier de la LED. Le diagramme de disposition des pastilles indique également les connexions anode et cathode. La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage pour éviter une polarisation inverse, qui peut endommager la LED à des tensions dépassant la tension inverse nominale (5V).

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Sensibilité à l'humidité et séchage (Baking)

Le boîtier de la LED 3020 est sensible à l'humidité (classé MSL selon IPC/JEDEC J-STD-020C). L'exposition à l'humidité ambiante après ouverture du sac barrière contre l'humidité peut entraîner des fissures "popcorn" ou un délaminage pendant le soudage par refusion en raison de l'expansion rapide de la vapeur.

• Stockage :Les sacs non ouverts doivent être stockés en dessous de 30°C/85% HR. Après ouverture, stocker à 5-30°C avec une humidité aussi basse que possible (<20% HR recommandé).
• Durée de vie en atelier (Floor Life) :Le temps entre l'ouverture du sac et la refusion doit être contrôlé. Vérifiez immédiatement la carte indicateur d'humidité à l'intérieur du sac dès l'ouverture.
• Conditions de séchage (Baking) :Si les LED ont été exposées à une humidité au-delà des spécifications, elles doivent être séchées avant refusion. Séchage recommandé : 60°C pendant 24 heures sur la bobine d'origine. Ne pas dépasser 60°C. Utiliser dans l'heure suivant le séchage ou stocker dans un cabinet sec (<20% HR).

6.2 Profil de soudure par refusion

La LED peut supporter une température de pic de refusion de 230°C ou 260°C pendant un maximum de 10 secondes. Un profil de refusion standard sans plomb (SAC305) est applicable. Assurez-vous que la vitesse de montée en température est contrôlée pour minimiser le choc thermique. La valeur maximale de température de soudure fournie ne doit pas être dépassée pour éviter d'endommager la lentille en époxy, le phosphore ou les fils de liaison.

7. Emballage et informations de commande

Les LED sont généralement fournies sur bande et bobine pour l'assemblage automatique par pick-and-place. La taille spécifique de la bobine et la quantité d'emballage doivent être confirmées avec le fournisseur. La commande s'effectue en utilisant le numéro de modèle complet, qui spécifie tous les paramètres triés : forme, nombre de puces, lentille, CCT et flux lumineux. Des combinaisons de bins personnalisées en dehors de l'offre standard peuvent être disponibles sur demande.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application typiques

• Rétroéclairage :Panneaux à éclairage latéral ou direct pour écrans LCD, enseignes et affichages.
• Éclairage décoratif :Éclairage d'accentuation, éclairage de contour et éclairage d'ambiance.
• Éclairage général :Intégrées dans des ampoules, tubes et panneaux sous forme de matrice.
• Voyants indicateurs :Indicateurs d'état sur appareils ménagers et électroniques.

8.2 Considérations de conception

• Alimentation en courant :Utilisez un pilote à courant constant, et non une source de tension constante, pour une sortie lumineuse stable et uniforme. Le courant de fonctionnement recommandé est de 60mA.
• Gestion thermique :Malgré sa faible puissance, un dissipateur thermique efficace est vital pour maintenir le flux lumineux, la stabilité de la couleur et une longue durée de vie. Assurez-vous que le PCB dispose de vias thermiques et d'une surface de cuivre adéquates connectées à la pastille thermique de la LED (le cas échéant) ou aux pastilles de cathode.
• Conception optique :L'angle de vision de 110 degrés fournit un éclairage large et diffus. Pour des faisceaux focalisés, des optiques secondaires (lentilles, réflecteurs) sont nécessaires.
• Disposition électrique :Gardez les pistes d'alimentation courtes et larges pour minimiser la chute de tension. Dans les matrices, envisagez de connecter les LED en série lorsque cela est possible pour garantir un courant identique, ou utilisez des branches parallèles avec des résistances de limitation de courant individuelles, en sélectionnant des LED du même bin V_Fpour un meilleur équilibre du courant.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux boîtiers plus anciens comme le 3528, le 3020 offre un encombrement plus compact, permettant potentiellement une densité de conception plus élevée. Sa conception monochip de 0,2W offre un bon équilibre pour les applications nécessitant plus de lumière qu'une LED typique de 0,1W mais où le défi thermique d'une LED de 0,5W ou 1W est prohibitif. Le large angle de faisceau de 110 degrés est un différenciateur clé par rapport aux LED à angle plus étroit, éliminant le besoin de diffuseurs dans de nombreuses applications et fournissant un éclairage plus uniforme.

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

10.1 Quelle est la différence entre la tension directe typique et maximale ?

La V_Ftypique (3,2V) est la valeur attendue pour la plupart des unités dans des conditions de test. La V_Fmaximale (3,5V) est la limite supérieure garantie par la spécification. Votre circuit pilote doit être conçu pour fournir le courant requis même si la V_Fde la LED est à la valeur maximale, en particulier lorsque les LED sont connectées en série.

10.2 Puis-je alimenter cette LED à 80mA en continu ?

Bien que 80mA soit le courant continu maximal absolu, fonctionner à cette limite générera plus de chaleur, réduira l'efficacité lumineuse (lm/W), accélérera la dépréciation des lumens et pourrait raccourcir la durée de vie de la LED. Pour des performances et une fiabilité optimales, le courant de fonctionnement recommandé de 60mA doit être utilisé.

10.3 Pourquoi le séchage (baking) est-il nécessaire, et comment savoir si mes LED en ont besoin ?

Le séchage élimine l'humidité absorbée par le boîtier plastique pour éviter les dommages pendant le processus de soudure par refusion à haute température. Vérifiez immédiatement la carte indicateur d'humidité à l'intérieur du sac barrière scellé dès l'ouverture. Si la carte indique que la limite d'exposition à l'humidité a été dépassée (par exemple, le point rose est plus foncé que la référence), ou si le sac a été ouvert dans un environnement humide au-delà de la durée de vie en atelier autorisée, un séchage est requis.

10.4 Comment interpréter le code de bin de flux lumineux (par exemple, D5) ?

Le code de flux (D5) correspond à une valeur de flux lumineux minimale à 60mA pour un bin CCT et IRC donné. Par exemple, une LED Blanc Froid (5000-7000K), IRC≥70 avec le code D5 a un flux minimal de 22 lumens et un maximum typique de 23 lumens. Vous devez concevoir votre système sur la base de la valeur minimale pour garantir que les objectifs de performance sont atteints même avec des unités de bin inférieur.

11. Étude de cas d'application pratique

Scénario : Conception d'une barre lumineuse LED linéaire.Un concepteur crée une barre lumineuse de 24V, 0,6 mètre en utilisant la LED 3020. Visant une éclairement spécifique, il calcule avoir besoin de 60 LED. Pour l'alimentation en 24V, il décide de mettre 7 LED en série (7 * 3,2V_typ= 22,4V), laissant une marge pour le régulateur de courant. Il créerait 8 branches parallèles de 7 LED en série (56 LED au total). Pour garantir une luminosité uniforme, il spécifie que toutes les LED proviennent du même bin CCT (par exemple, Blanc Neutre 4000K, bin 40M5) et d'un bin de flux serré (par exemple, D5). Il spécifie également le même bin V_F(par exemple, bin F : 3,2-3,3V) pour améliorer l'équilibre du courant entre les 8 branches parallèles. Le PCB est conçu avec une couche de cuivre de 2 oz et des vias thermiques sous les pastilles de LED connectés à un substrat en aluminium pour la dissipation thermique. Les instructions d'assemblage imposent de sécher les bobines si l'humidité de l'atelier est élevée, suivi d'un processus de refusion contrôlé utilisant le profil recommandé.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Une LED blanche est fondamentalement une diode semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant son énergie de bande interdite est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active (la puce), libérant de l'énergie sous forme de photons. Cette émission primaire est typiquement dans le spectre bleu ou ultraviolet pour les puces à base de GaN. Pour produire de la lumière blanche, une partie de cette lumière primaire est absorbée par un revêtement de phosphore (du grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au cérium - YAG:Ce est courant) déposé sur ou autour de la puce. Le phosphore convertit les photons bleus/UV de haute énergie en un large spectre de lumière jaune de plus basse énergie. Le mélange de la lumière bleue restante de la puce et de la lumière jaune convertie par le phosphore apparaît blanc à l'œil humain. En ajustant la composition et l'épaisseur du phosphore, différentes Températures de Couleur Corrélées (CCT) du blanc chaud au blanc froid peuvent être obtenues.

13. Tendances et évolutions technologiques

La tendance générale des LED SMD comme la 3020 va vers une efficacité lumineuse plus élevée (plus de lumens par watt), un rendu de couleur amélioré (valeurs IRC et R9 plus élevées pour le rendu du rouge) et une plus grande cohérence des couleurs (tri plus serré). L'accent est également mis sur une fiabilité et une longévité accrues sous des températures de fonctionnement plus élevées, poussées par les demandes de luminaires plus compacts. De plus, l'industrie continue de développer des matériaux de boîtier plus robustes et résistants à l'humidité pour simplifier les processus de manipulation et d'assemblage. La poussée vers un éclairage "centré sur l'humain" conduit à des LED avec une CCT réglable et une optimisation spectrale pour soutenir les rythmes circadiens. Bien que cette fiche technique décrive une LED blanche standard, la technologie de boîtier sous-jacente est une plateforme qui peut être adaptée pour ces caractéristiques de performance avancées.