Fiche technique de la LED EL 2020 Cube Light - Boîtier CMS - Blanc Froid - 50lm @ 140mA - 3.0V - Angle de vision de 120° - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La LED EL 2020 Cube Light est un composant CMS (Surface-Mount Device) haute performance conçu pour les applications exigeantes de l'éclairage automobile. Ce composant représente une solution d'éclairage à semi-conducteurs compacte et fiable, offrant un équilibre entre rendement lumineux, efficacité et robustesse requis par les systèmes automobiles modernes. Sa philosophie de conception repose sur la fourniture de performances constantes dans les larges plages de température et les conditions environnementales sévères typiques des environnements automobiles.

Cette LED est proposée en température de couleur Blanc Froid, ciblant les applications nécessitant une lumière blanche vive, neutre à légèrement bleutée. Le boîtier est conçu pour les processus d'assemblage automatisés, facilitant la production en grande série. Un avantage clé de ce composant est sa conformité à la qualification de test de stress AEC-Q102 pour les semi-conducteurs optoélectroniques discrets, la norme industrielle pour les composants de qualité automobile. Cela garantit un niveau de fiabilité et de longévité répondant ou dépassant les exigences des constructeurs automobiles.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et électriques

La caractéristique photométrique principale est le flux lumineux typique de 50 lumens (lm) sous un courant direct (I_F) de 140 mA. Il est crucial de noter la tolérance de mesure spécifiée de ±8% pour le flux lumineux, qui tient compte des variations normales de production. Les valeurs minimale et maximale dans les mêmes conditions sont respectivement de 45 lm et 70 lm, définissant la fenêtre de performance.

Sur le plan électrique, le composant présente une tension directe typique (V_F) de 3,0 volts à 140 mA, avec une plage allant de 2,75 V à 3,5 V. La tolérance de mesure de la tension directe est spécifiée à ±0,05V. Le composant a une large plage de courant direct de fonctionnement, d'un minimum de 10 mA jusqu'à une valeur maximale absolue de 250 mA. La performance optique est caractérisée par un large angle de vision de 120 degrés (avec une tolérance de ±5°), offrant un diagramme de rayonnement large et uniforme adapté à diverses optiques d'éclairage.

2.2 Caractéristiques thermiques et valeurs maximales absolues

La gestion thermique est critique pour la performance et la durée de vie de la LED. La fiche technique spécifie deux valeurs de résistance thermique : la résistance thermique réelle (R_{th JS réel}) de la jonction au point de soudure est typiquement de 24 K/W (max 32 K/W), tandis que la valeur dérivée électriquement (R_{th JS él}) est typiquement de 17 K/W (max 23 K/W). La valeur électrique plus faible sert souvent de ligne directrice de conception conservatrice.

Les valeurs maximales absolues définissent les limites opérationnelles à ne pas dépasser pour éviter des dommages permanents. Les principales valeurs incluent :

• Dissipation de puissance (P_d) : 875 mW
• Courant direct (I_F) : 250 mA (continu)
• Courant de surtension (I_FM) : 750 mA pour des impulsions ≤10 μs à un faible rapport cyclique (D=0,005)
• Température de jonction (T_J) : 150 °C
• Température de fonctionnement & de stockage : -40 °C à +125 °C
• Sensibilité ESD (HBM) : 8 kV
• Température de soudure par refusion : 260°C en pic pendant 30 secondes maximum

Le respect de ces limites est essentiel pour un fonctionnement fiable.

3. Explication du système de tri

Pour gérer les variances de production et permettre une conception de système précise, les LED sont triées en catégories (bins) en fonction de paramètres clés.

3.1 Tri par flux lumineux

Le flux lumineux est catégorisé en trois bins :

• F4 :45 lm (Min) à 52 lm (Max)
• F5 :52 lm (Min) à 60 lm (Max)
• F6 :60 lm (Min) à 70 lm (Max)

La valeur typique de 50 lm se situe dans le bin F4. Les concepteurs doivent sélectionner le bin approprié en fonction du flux lumineux requis pour leur application.

3.2 Tri par tension directe

La tension directe est également triée pour faciliter la conception du circuit d'alimentation et la gestion de l'énergie :

• 2730 :2,75 V (Min) à 3,0 V (Max)
• 3032 :3,0 V (Min) à 3,25 V (Max)
• 3235 :3,25 V (Min) à 3,5 V (Max)

3.3 Tri par couleur (chromaticité)

L'émission Blanc Froid est définie dans l'espace colorimétrique CIE 1931. La fiche technique fournit les coordonnées des coins pour quatre bins distincts (63M, 61M, 58M, 56M) qui correspondent aux plages de température de couleur corrélée (CCT) :

• 63M :~6100K à 6600K
• 61M :~5800K à 6300K
• 58M :~5600K à 6100K
• 56M :~5300K à 5800K

Une représentation graphique sur le diagramme de chromaticité CIE montre ces bins sous forme de quadrilatères. La tolérance de mesure spécifiée pour les coordonnées de couleur est de ±0,005. Ce tri garantit la cohérence de couleur entre plusieurs LED dans un assemblage.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Courbe IV et flux lumineux relatif

Le graphique Courant direct vs Tension directe montre la relation exponentielle caractéristique. Au point de fonctionnement typique de 140 mA, V_Fest d'environ 3,0V. Cette courbe est essentielle pour concevoir le circuit de limitation de courant.

Le graphique Flux lumineux relatif vs Courant direct démontre que la sortie lumineuse est sous-linéaire par rapport au courant. Bien que la sortie augmente avec le courant, l'efficacité (lumens par watt) diminue généralement aux courants plus élevés en raison de l'augmentation de la température de jonction et d'autres facteurs. La courbe est normalisée au flux à 140 mA.

4.2 Dépendance à la température

Deux graphiques critiques illustrent la variation des performances avec la température de jonction (T_j).

• Flux lumineux relatif vs Température de jonction :Montre que la sortie lumineuse diminue lorsque T_jaugmente. Un dissipateur thermique efficace est primordial pour maintenir la luminosité souhaitée.
• Tension directe relative vs Température de jonction :Démontre que V_Fa un coefficient de température négatif, diminuant linéairement lorsque T_jaugmente. Cette propriété peut parfois être utilisée pour la détection de température.
• Décalage de chromaticité vs Température de jonction :Trace le changement des coordonnées CIE x et y, montrant un décalage minimal sur la plage de température, ce qui est important pour la stabilité de la couleur.

4.3 Distribution spectrale et diagramme de rayonnement

Le graphique de Distribution spectrale relative trace l'intensité en fonction de la longueur d'onde de 400nm à 800nm. Il montre un pic dans la région bleue (autour de 450-455nm) provenant de l'émission primaire de la puce LED, avec un pic secondaire plus large dans la région jaune (autour de 550-600nm) généré par le revêtement de phosphore, qui se combine pour produire la lumière Blanc Froid.

Le Diagramme typique des caractéristiques de rayonnement représente visuellement l'angle de vision de 120°, montrant la distribution angulaire de l'intensité lumineuse par rapport à l'axe central (0°).

4.4 Dérating et gestion des impulsions

La Courbe de dérating du courant direct est un outil de conception vital. Elle trace le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température de la pastille de soudure (T_S). Lorsque T_Saugmente, le courant maximal autorisé doit être réduit pour éviter de dépasser la T_J(max) de 150°C. Par exemple, à une T_Sde 125°C, le I_Fmax est de 250 mA.

Le graphique de Capacité de gestion d'impulsion admissible définit le courant d'impulsion de crête (I_FP) autorisé pour une largeur d'impulsion (t_p) et un rapport cyclique (D) donnés, avec le point de soudure à 25°C. Ceci est crucial pour les applications utilisant des schémas d'alimentation par impulsions.

5. Informations mécaniques, de boîtier et d'assemblage

5.1 Dimensions mécaniques

La fiche technique inclut un dessin mécanique détaillé du boîtier de la LED. Les dimensions clés (en millimètres) définissent l'empreinte, la hauteur et la position des broches. Les tolérances sont typiquement de ±0,1mm sauf indication contraire. Ce dessin est essentiel pour la conception de l'empreinte PCB et pour assurer un bon ajustement dans l'assemblage final.

5.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure

Un dessin séparé fournit le motif recommandé de pastilles de cuivre sur le PCB pour une soudure optimale. Cela inclut les dimensions des pastilles et l'espacement pour les bornes électriques et la pastille thermique. Suivre cette recommandation assure une bonne formation des joints de soudure, un transfert thermique approprié vers le PCB et une stabilité mécanique.

6. Recommandations de soudure, d'assemblage et de manipulation

6.1 Profil de soudure par refusion

Le composant est spécifié pour une température de pic de refusion maximale de 260°C pendant 30 secondes. Un profil de refusion typique doit être utilisé, avec des phases de préchauffage, de stabilisation, de refusion et de refroidissement contrôlées pour minimiser le choc thermique et assurer des joints de soudure fiables sans endommager le boîtier LED ou les matériaux internes.

6.2 Précautions d'utilisation

Les précautions générales de manipulation incluent d'éviter les contraintes mécaniques sur le boîtier, de prévenir la contamination de la lentille et d'utiliser des contrôles ESD appropriés pendant la manipulation et l'assemblage, car le composant est spécifié pour 8kV ESD HBM.

6.3 Sensibilité à l'humidité et stockage

La LED a un Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) de 2. Cela signifie que le boîtier peut être exposé aux conditions d'atelier (≤30°C/60% HR) jusqu'à un an avant de nécessiter un séchage (baking) avant la soudure par refusion. Pour un stockage plus long ou après ouverture du sachet, des procédures de séchage spécifiques selon les normes IPC/JEDEC doivent être suivies pour éviter le phénomène de "popcorning" pendant la refusion.

7. Conformité environnementale et fiabilité

Le composant est conforme aux réglementations RoHS (Restriction des Substances Dangereuses) et REACH. Il est également spécifié comme sans halogène, avec des limites sur la teneur en Brome (Br) et Chlore (Cl) (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

Une caractéristique de fiabilité significative est sa performance dans les environnements riches en soufre. Le composant répond aux critères du Test Soufre Classe A1, indiquant une haute résistance à la corrosion causée par le soufre atmosphérique, ce qui est une préoccupation courante dans les environnements automobiles et industriels.

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Application principale : Éclairage automobile

L'application principale prévue est l'éclairage automobile. Les cas d'utilisation potentiels incluent l'éclairage intérieur (plafonniers, lampes de lecture, éclairage des pieds, éclairage d'ambiance), la signalisation extérieure (troisième feu stop - CHMSL) et éventuellement l'éclairage auxiliaire. La qualification AEC-Q102, la large plage de température et la résistance au soufre le rendent adapté à ces environnements sévères.

8.2 Conception du circuit d'alimentation

Les concepteurs doivent mettre en œuvre un circuit d'alimentation à courant constant, et non une alimentation à tension constante, pour garantir une sortie lumineuse stable et éviter l'emballement thermique. L'alimentation doit être conçue pour s'adapter à la plage de bins de tension directe. La gestion thermique est non négociable ; le PCB doit fournir un chemin thermique adéquat depuis la pastille thermique de la LED vers un dissipateur ou les plans de cuivre de la carte pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres, surtout lors d'un fonctionnement à fort courant ou à haute température ambiante.

8.3 Conception optique

L'angle de vision de 120° offre une grande flexibilité. Pour les applications nécessitant un faisceau focalisé, des optiques secondaires (réflecteurs, lentilles) seront nécessaires. Le large angle est bénéfique pour les applications nécessitant un éclairage uniforme et diffus sur une zone.

9. Comparaison technique et positionnement

Comparé aux LED de qualité commerciale standard, les principaux points différenciants de ce composant sont sa qualification de qualité automobile (AEC-Q102), sa plage de température de fonctionnement étendue (-40°C à +125°C) et sa résistance spécifique à la corrosion sulfurique. Ces caractéristiques se font au détriment d'un coût plus élevé mais sont obligatoires pour les normes de sécurité et de fiabilité automobile. Sur le marché des LED automobiles, sa sortie de 50lm à 140mA la positionne comme un dispositif de puissance moyenne adapté à un large éventail d'applications au-delà des simples fonctions de témoin.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est l'efficacité typique (lumens par watt) de cette LED ?

R : Au point de fonctionnement typique (140mA, 3,0V, 50lm), la puissance d'entrée est de 0,42W (140mA * 3,0V). L'efficacité est d'environ 119 lm/W (50lm / 0,42W).

Q : Puis-je alimenter cette LED directement avec une batterie automobile 12V ?

R : Non. La LED nécessite une alimentation à courant constant. La connecter directement à une source 12V provoquerait un courant excessif, détruisant immédiatement le composant. Un circuit d'alimentation qui régule le courant au niveau souhaité (par ex. 140mA) est requis.

Q : Comment interpréter les deux valeurs de résistance thermique différentes ?

R : Utilisez la valeur "réelle" plus élevée (R_{th JS réel}typ. 24 K/W) pour des calculs de conception thermique conservateurs. La valeur électrique est dérivée d'une technique de mesure et est souvent plus faible.

Q : Que signifie MSL 2 pour mon processus de production ?

R : MSL 2 signifie que les composants peuvent être stockés dans leur sachet scellé anti-humidité jusqu'à 12 mois dans des conditions contrôlées (≤30°C/60%HR). Une fois le sachet ouvert, vous disposez généralement d'une semaine pour terminer la soudure par refusion avant que les pièces puissent nécessiter un séchage.

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un plafonnier automobile intérieur.

Un concepteur a besoin d'une lumière blanche vive pour un assemblage de plafonnier. Il sélectionne cette LED dans le bin de flux lumineux F5 (52-60 lm) et le bin de couleur 61M (~5800-6300K) pour un aspect blanc neutre. Il conçoit un PCB avec la configuration exacte recommandée des pastilles de soudure. Un circuit intégré d'alimentation abaisseur à courant constant est sélectionné pour fournir 140mA à partir du système 12V du véhicule. Une analyse thermique est réalisée en utilisant la courbe de dérating et la résistance thermique : si la gestion thermique du PCB maintient la pastille de soudure en dessous de 85°C, la LED peut fonctionner à son courant nominal complet de 140mA. Le large angle de vision de 120° est parfait pour éclairer l'habitacle uniformément sans nécessiter d'optiques secondaires complexes. La qualification AEC-Q102 donne confiance dans la fiabilité à long terme du composant pour cette application automobile.

12. Principe de fonctionnement

Il s'agit d'une LED blanche à conversion de phosphore. Le cœur est une puce semi-conductrice, typiquement en nitrure de gallium-indium (InGaN), qui émet de la lumière dans le spectre bleu lorsqu'un courant électrique la traverse (électroluminescence). Cette lumière bleue est partiellement absorbée par une couche de phosphore au grenat d'yttrium-aluminium dopé au cérium (YAG:Ce) déposée sur ou près de la puce. Le phosphore absorbe certains photons bleus et ré-émet de la lumière sur un spectre plus large, principalement dans la région jaune. Le mélange de la lumière bleue restante et de la lumière jaune convertie est perçu par l'œil humain comme de la lumière blanche. Le rapport exact entre l'émission bleue et jaune, contrôlé par la composition et l'épaisseur du phosphore, détermine la température de couleur corrélée (CCT), résultant en la sortie "Blanc Froid" spécifiée.

13. Tendances technologiques

La tendance générale dans l'éclairage LED automobile va vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt), une densité de puissance plus élevée et une fiabilité améliorée. Il y a également une poussée pour un contrôle des couleurs plus précis et un Indice de Rendu des Couleurs (IRC) plus élevé pour une meilleure perception visuelle. L'intégration est une autre tendance, avec des boîtiers multi-puces et des boîtiers intégrant des alimentations ou circuits de contrôle devenant plus courants. De plus, l'accent est de plus en plus mis sur les systèmes d'éclairage intelligents et adaptatifs, qui peuvent nécessiter des LED capables de commutation ou d'atténuation très rapides. Bien que cette fiche technique décrive un composant discret à une seule puce, la technologie sous-jacente continue d'évoluer pour répondre à ces demandes pour les futurs systèmes d'éclairage automobile, y compris l'éclairage avant avancé et l'éclairage de signalisation dynamique.