Fiche technique LED infrarouge 850nm 3,0x3,0x2,1mm 1,7V 1,7W boîtier EMC

1. Présentation du produit

Cette LED infrarouge est conçue dans un boîtier EMC avec une haute fiabilité, adaptée à la surveillance de sécurité, à l'éclairage infrarouge des caméras et aux systèmes de vision industrielle. Les dimensions du boîtier sont 3,00mm x 3,00mm x 2,10mm. Elle présente une longueur d'onde de crête de 850nm, une faible tension directe et est conforme RoHS. Le niveau de sensibilité à l'humidité est de niveau 3.

1.1 Description générale

Ce produit utilise une structure de boîtier EMC (composé de moulage époxy) qui offre une excellente fiabilité et résistance mécanique. Il est largement appliqué dans divers produits électroniques de surveillance de sécurité et de capteurs. L'encombrement carré compact de 3,0mm permet des conceptions de réseaux denses.

1.2 Caractéristiques

• Faible tension directe (typique 1,7V à 1000mA)
• Longueur d'onde de crête λp=850nm
• Application de soudure par refusion sans plomb
• Niveau de sensibilité à l'humidité : Niveau 3 (durée de vie au sol de 168 heures)
• Conforme RoHS

1.3 Applications

• Systèmes de surveillance
• Éclairage infrarouge pour caméras
• Systèmes de vision industrielle

2. Analyse des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques optiques et électriques

Le tableau suivant résume les principaux paramètres optiques et électriques mesurés à Ts=25°C avec un courant direct de 1000mA (sauf indication contraire) :

La tension directe varie de 1,4V à 2,0V à 1000mA, avec une valeur typique de 1,7V. Cette faible tension directe réduit la dissipation de puissance et améliore l'efficacité du système. La longueur d'onde de crête est centrée à 850nm, idéale pour les capteurs de caméra à base de silicium qui ont une sensibilité maximale autour de cette longueur d'onde. La largeur à mi-hauteur spectrale de 37nm offre un bon équilibre entre efficacité et compatibilité des filtres. Le flux radiant total varie de 450mW à 1120mW, permettant une sortie optique élevée pour un éclairage à longue portée. L'angle de vision de 90° offre un faisceau large adapté à l'éclairage de zone. La résistance thermique de la jonction au point de soudure est de 16°C/W, indiquant de bonnes performances thermiques.

2.2 Valeurs limites absolues maximales

Pour garantir un fonctionnement sûr, la LED ne doit pas dépasser les valeurs limites absolues suivantes :

Notez que le courant direct de 1000mA est pour un fonctionnement pulsé (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1ms). Pour un fonctionnement continu, la dissipation thermique doit être soigneusement gérée pour maintenir la température de jonction en dessous de 115°C. Une protection ESD lors de la manipulation est essentielle.

3. Système de classement des lots

Les LED sont triées et classées par lots en fonction du flux radiant total (Φe) et de la longueur d'onde de crête (WLP) pendant la fabrication. Le code de lot est imprimé sur l'étiquette avec les valeurs spécifiques de Φe et WLP. Cela permet des performances optiques cohérentes dans les applications nécessitant des réseaux de LED appariés, comme les panneaux d'éclairage de caméra.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Tension directe en fonction du courant direct

La figure 1-6 montre la tension directe typique en fonction du courant direct. À 1000mA, VF est d'environ 1,7V. La courbe suit le comportement exponentiel typique des diodes. Les concepteurs doivent tenir compte de cette variation lors de la conception de drivers à courant constant.

4.2 Courant direct vs. intensité relative

La figure 1-7 montre que l'intensité radiative relative augmente presque linéairement avec le courant direct jusqu'à 1000mA, indiquant une bonne efficacité. À des courants plus faibles, la sortie est proportionnellement plus faible, mais la linéarité suggère des performances constantes sur une large plage de fonctionnement.

4.3 Température vs. intensité relative

La figure 1-8 révèle que l'intensité relative diminue à mesure que la température du point de soudure (Ts) augmente. À 85°C, l'intensité est réduite à environ 80% de sa valeur à 25°C. Cet effet thermique doit être pris en compte dans les environnements à haute température ou lors de l'alimentation de la LED près de son courant maximal.

4.4 Distribution spectrale

La figure 1-9 montre le spectre d'émission centré à 850nm avec une largeur à mi-hauteur de 37nm. Le spectre est typique des LED infrarouges à base de GaAs. Cette émission étroite correspond bien aux photodétecteurs au silicium courants.

4.5 Diagramme de rayonnement

La figure 1-10 illustre le diagramme de rayonnement avec un demi-angle de 45° (largeur totale à mi-hauteur 90°). Le diagramme est approximativement lambertien, fournissant un éclairage uniforme sur une large zone.

4.6 Température vs. courant direct

La figure 1-11 montre le courant direct maximal admissible en fonction de la température du point de soudure. À Ts=25°C, le courant maximal est de 1000mA ; à Ts=85°C, il chute à environ 500mA. Cette courbe de déclassement est cruciale pour la gestion thermique.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions du boîtier

Le boîtier de la LED a des dimensions de 3,00mm x 3,00mm x 2,10mm (LxPxH). Le corps du boîtier est noir avec une lentille transparente aux infrarouges. Les pastilles d'anode et de cathode sont identifiées sur la vue de dessous. La pastille de cathode a une surface plus grande pour l'évacuation de la chaleur. Le motif de pastille de soudure recommandé est fourni à la figure 1-5 avec des dimensions spécifiques (0,69mm, 1,45mm, 0,46mm, etc.) pour assurer une fixation mécanique et thermique correcte.

5.2 Identification de polarité

La polarité est marquée sur le boîtier : l'anode (positive) et la cathode (négative) sont indiquées. La vue de dessous montre les positions des pastilles.

5.3 Dimensions du ruban porteur et de la bobine

Les LED sont emballées dans un ruban porteur avec des dimensions comme indiqué à la figure 2-1. Chaque bobine contient 3000 pièces. Les dimensions de la bobine sont : A=12,7±0,3mm, B=330,2±2mm, C=79,5±1mm, D=14,3±0,2mm. Le ruban a un repère de polarité pour indiquer l'orientation.

5.4 Informations sur l'étiquette

L'étiquette comprend le numéro de pièce, le numéro de spécification, le numéro de lot, le code de lot (y compris le flux radiant total et le lot de longueur d'onde de crête), le lot de tension directe, la quantité et la date. L'étiquette contient également un code-barres pour la traçabilité.

6. Guide de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion CMS

Le profil de soudure par refusion recommandé est présenté à la figure 3-1. Paramètres clés : préchauffage de 150°C à 200°C pendant 60-120s ; temps au-dessus de 217°C : max 60s ; température de crête : 260°C pendant max 10s ; taux de refroidissement : max 6°C/s. Le temps total de 25°C à la crête doit être inférieur à 8 minutes. La soudure par refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois. Si plus de 24 heures s'écoulent entre les deux refusions, les LED peuvent être endommagées en raison de l'absorption d'humidité.

6.2 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire, la température du fer doit être inférieure à 300°C et le temps de contact inférieur à 3 secondes. Une seule opération de soudure manuelle est autorisée.

6.3 Réparation

La réparation après soudure est déconseillée. Si inévitable, utilisez un fer à souder à double tête et vérifiez que les caractéristiques de la LED ne sont pas compromises.

6.4 Précautions

L'encapsulant est en silicone, qui est mou. N'appliquez pas de pression excessive sur la surface supérieure. Évitez de monter les LED sur un PCB voilé et ne pliez pas la carte après soudure. N'appliquez pas de force mécanique ou de vibration pendant le refroidissement. Un refroidissement rapide doit être évité.

7. Informations d'emballage et de commande

7.1 Quantité d'emballage

Emballage standard : 3000 pièces par bobine. Les LED sont placées dans un ruban porteur et enroulées sur une bobine conformément à la norme EIA-481.

7.2 Emballage résistant à l'humidité

Chaque bobine est placée dans un sachet barrière à l'humidité (MBB) avec un dessiccant et une carte indicatrice d'humidité. Le sachet est ensuite scellé pour maintenir un environnement à faible humidité. L'étiquette comprend des informations sur le niveau de sensibilité à l'humidité.

7.3 Boîte en carton

Plusieurs bobines sont emballées dans une boîte en carton avec un rembourrage approprié pour le transport.

7.4 Conditions de stockage

Avant d'ouvrir le sachet en aluminium, stockez à ≤30°C et ≤75% HR pendant un maximum d'un an à compter de la date d'emballage. Après ouverture, les LED doivent être utilisées dans les 168 heures (7 jours) lorsqu'elles sont stockées à ≤30°C et ≤60% HR. Si la durée de stockage est dépassée ou si le dessiccant s'est décoloré, un cuisson à 60±5°C pendant ≥24 heures est nécessaire avant utilisation.

8. Précautions de manipulation

8.1 Restrictions de soufre et d'halogène

L'environnement de fonctionnement et les matériaux de contact ne doivent pas contenir d'éléments soufrés ou de composés dépassant 100PPM. La teneur en brome et en chlore doit chacune être inférieure à 900PPM, avec leur total inférieur à 1500PPM. Cela permet d'éviter la corrosion et la décoloration de la LED.

8.2 COV et compatibilité des matériaux

Les composés organiques volatils (COV) provenant des matériaux des luminaires peuvent pénétrer dans l'encapsulant en silicone et provoquer une décoloration lorsqu'ils sont exposés à la chaleur et à la lumière. Il est recommandé de tester tous les matériaux pour leur compatibilité dans l'environnement d'application spécifique. N'utilisez pas d'adhésifs qui dégagent des vapeurs organiques.

8.3 Manipulation de la surface en silicone

La surface de la lentille en silicone est molle et attire facilement la poussière. Manipulez le composant par le côté à l'aide de pinces ou d'outils appropriés. Évitez de toucher directement la surface de la lentille. Si un nettoyage est nécessaire, utilisez de l'alcool isopropylique. Le nettoyage par ultrasons n'est pas recommandé car il pourrait endommager la LED.

8.4 Considérations de conception du circuit

Concevez le circuit de commande pour limiter le courant en dessous de la valeur maximale absolue. Utilisez une résistance de limitation de courant ou un driver à courant constant. De légers changements de tension peuvent provoquer de grandes variations de courant en raison de la courbe I-V abrupte. N'appliquez pas de tension inverse à la LED car cela pourrait provoquer une migration et des dommages.

8.5 Conception thermique

La gestion thermique est cruciale. La température de jonction ne doit pas dépasser 115°C à tout moment. Assurez une dissipation thermique adéquate via la zone de cuivre du PCB et les vias thermiques. La résistance thermique de la jonction au point de soudure est de 16°C/W, donc pour une dissipation de puissance de 1,7W, l'élévation de température du point de soudure à la jonction est d'environ 27°C. Assurez-vous que la température ambiante plus l'élévation reste inférieure à 115°C.

8.6 Protection ESD

La LED a une tension de résistance ESD de 2000V (HBM). Cependant, une protection ESD pendant la manipulation et l'assemblage est nécessaire. Utilisez des postes de travail mis à la terre, des bracelets antistatiques et un emballage conducteur.

9. Recommandations d'application

La LED infrarouge 850nm est idéale pour les caméras de sécurité, l'éclairage de vision nocturne et l'éclairage de vision industrielle. Pour des performances optimales, concevez un driver à courant constant avec une fonction de gradation par modulation de largeur d'impulsion (PWM). Utilisez des techniques de dissipation thermique telles que des vias thermiques et des plages de cuivre sur le PCB. L'angle de vision de 90° est adapté à l'éclairage de grandes zones ; pour un faisceau plus étroit, des optiques externes peuvent être utilisées. Assurez-vous que la sortie spectrale de la LED correspond au pic de sensibilité du capteur de la caméra (généralement autour de 850nm pour les capteurs au silicium).

10. Tests de fiabilité

10.1 Éléments et conditions de test

Le produit a subi des tests de fiabilité selon les normes JEDEC, notamment : Refusion (260°C, 10s, 3 fois), Cycle de température (-40°C à 100°C, 100 cycles), Choc thermique (-40°C à 100°C, 300 cycles), Stockage à haute température (100°C, 1000h), Stockage à basse température (-40°C, 1000h), Test de durée de vie (25°C, 1000mA, 1000h), et Test de durée de vie à haute température et haute humidité (85°C/85%RH, 1000mA, 1000h). Tous les tests ont été réussis avec un critère d'acceptation de 0 défaillance sur 10 échantillons.

10.2 Critères de défaillance

La défaillance est définie comme : Tension directe dépasse la limite supérieure de spécification (LSS) x 1,1 ; Courant inverse dépasse LSS x 2,0 ; Flux radiant total tombe en dessous de la limite inférieure de spécification (LIS) x 0,7.

11. Principe de fonctionnement

Cette LED infrarouge est basée sur une jonction p-n semi-conductrice en arséniure de gallium (GaAs) ou des composés III-V apparentés. Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons se recombinent avec les trous dans la région active, libérant de l'énergie sous forme de photons. L'énergie de la bande interdite détermine la longueur d'onde du photon ; pour 850nm, le matériau est généralement du GaAs avec une certaine teneur en aluminium. Le boîtier EMC encapsule la puce et assure la dissipation thermique et la protection.

12. Tendances de développement

La demande de LED infrarouges continue de croître avec l'expansion des systèmes de surveillance, des véhicules autonomes (LiDAR) et de l'automatisation industrielle. Les tendances futures incluent des densités de puissance plus élevées, des boîtiers plus petits et une efficacité améliorée. L'intégration de LED IR avec des drivers avancés et des systèmes de contrôle intelligents permettra un éclairage adaptatif. De plus, la tendance vers des longueurs d'onde plus longues (940nm) pour l'éclairage discret augmente, mais 850nm reste dominant pour les caméras standard en raison d'une meilleure sensibilité du capteur.

13. Questions fréquemment posées

Q : Quel est le courant direct continu maximal ? R : Le maximum absolu est de 1000mA, mais uniquement pour un fonctionnement pulsé (cycle de service 1/10). Pour un fonctionnement continu en courant continu, le courant doit être réduit en fonction de la température. À 25°C ambiant avec une bonne dissipation thermique, le courant continu typique est d'environ 500mA pour maintenir la température de jonction en sécurité.

Q : Comment dois-je manipuler les composants de niveau MSL 3 ? R : Stockez dans un sachet barrière à l'humidité scellé. Après ouverture, utilisez dans les 168 heures ou faites cuire à 60°C pendant 24 heures avant refusion.

Q : Puis-je utiliser cette LED dans des caméras extérieures ? R : Oui, mais assurez-vous que la plage de température de fonctionnement est comprise entre -40°C et +85°C et que le boîtier assure une gestion thermique adéquate.

Q : Quel est le driver LED recommandé ? R : Un driver à courant constant avec un courant nominal basé sur votre conception thermique. Par exemple, si vous conduisez à 700mA, un driver de 1,5W peut suffire.

14. Cas d'application pratiques

Cas 1 : Vision nocturne de caméra bullet – Un réseau 3x3 de ces LED est utilisé dans une caméra bullet, fournissant un éclairage efficace jusqu'à 30 mètres. L'angle de faisceau de 90° couvre le champ de vision de la caméra. La conception thermique utilise un PCB à noyau en aluminium pour dissiper la chaleur.

Cas 2 : Inspection par vision industrielle – Dans une usine, une caméra linéaire utilise un réseau de LED IR haute puissance (12 LED) pour éclairer des pièces en mouvement. Un fonctionnement pulsé à 500mA, cycle de service 50%, assure un éclairage constant sans surchauffe.