Fiche technique LED ALFS1J-C0 - Boîtier céramique CMS - 425lm @1000mA - 3,25V - Angle de vision 120° - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

L'ALFS1J-C0 est une LED CMS haute puissance conçue spécifiquement pour les applications exigeantes d'éclairage extérieur automobile. Elle est logée dans un boîtier céramique robuste, offrant une excellente gestion thermique et une fiabilité accrue dans des conditions environnementales sévères. Le composant est qualifié selon les normes AEC-Q102, garantissant qu'il répond aux exigences rigoureuses des composants électroniques automobiles. Ses applications principales incluent les phares, les feux de jour (DRL) et les feux antibrouillard, où des performances constantes, un flux lumineux élevé et une durabilité à long terme sont critiques.

Les avantages clés de cette LED incluent un flux lumineux typique élevé de 425 lumens à un courant de commande de 1000mA, un large angle de vision de 120 degrés pour une bonne répartition de la lumière, et une construction robuste avec une protection ESD jusqu'à 8 kV (HBM). Elle est également conforme aux réglementations RoHS, REACH et sans halogène, la rendant adaptée aux marchés automobiles mondiaux. Sa robustesse au soufre est classée A1, indiquant une haute résistance aux atmosphères corrosives contenant du soufre, courantes dans les environnements automobiles.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et électriques

Les paramètres opérationnels clés sont définis dans une condition de test avec un courant direct (I_F) de 1000mA et la pastille thermique maintenue à 25°C. Le flux lumineux typique (Φ_v) est de 425 lm, avec un minimum de 400 lm et un maximum de 500 lm, soumis à une tolérance de mesure de ±8%. La tension directe (V_F) mesure typiquement 3,25V, avec une plage de 2,90V à 3,80V (tolérance ±0,05V). La longueur d'onde dominante ou la température de couleur corrélée (CCT) se situe dans une plage de 5391K à 6893K, la classant comme une LED blanc froid. L'angle de vision est spécifié à 120 degrés, avec une tolérance de ±5°.

2.2 Valeurs maximales absolues et caractéristiques thermiques

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le courant direct maximal absolu est de 1500 mA. Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en tension inverse. La température de jonction maximale (T_J) est de 150°C, avec une plage de température de fonctionnement de -40°C à +125°C. La résistance thermique de la jonction au point de soudure est un paramètre critique pour la dissipation thermique. La résistance thermique réelle (R_{th JS réel}) est typ. 4,0 K/W (max 4,4 K/W), tandis que l'équivalent électrique (R_{th JS él}) est typ. 3,0 K/W (max 3,4 K/W). La dissipation de puissance maximale est de 5700 mW.

3. Explication du système de binning

Pour assurer la cohérence de couleur et de luminosité en production, les LED sont triées en "bins" basés sur des paramètres clés.

3.1 Binning du flux lumineux

Le flux lumineux est trié en groupes, les données fournies montrant le Groupe "C". Dans ce groupe, les bins sont définis : Bin 6 (400-425 lm), Bin 7 (425-450 lm), Bin 8 (450-475 lm) et Bin 9 (475-500 lm). Le test est effectué au courant direct typique avec une impulsion de 25ms, et la tolérance de mesure est de ±8%.

3.2 Binning de la tension directe

La tension directe est catégorisée en trois groupes : Groupe 1A (2,90V - 3,20V), Groupe 1B (3,20V - 3,50V) et Groupe 1C (3,50V - 3,80V). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des V_F similaires pour un meilleur appariement de courant dans les réseaux multi-LED. La tolérance de mesure est de ±0,05V.

3.3 Binning de la couleur (chromaticité)

Les coordonnées de couleur sur le diagramme de chromaticité CIE 1931 sont triées en régions spécifiques. La fiche technique montre des bins pour les LED blanc froid, incluant 63M, 61M, 58M, 56M, 65L, 65H, 61L et 61H. Chaque bin est défini par une zone quadrilatère sur le tracé des coordonnées x,y. Par exemple, le Bin 63M couvre des coordonnées approximativement de (0,3127, 0,3093) à (0,3212, 0,3175). La tolérance de mesure des coordonnées est de ±0,005.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Courant direct vs. tension directe (Courbe IV)

Le graphique montre la relation non linéaire entre le courant direct et la tension directe à 25°C. La courbe est typique d'une LED de puissance, avec une tension augmentant de manière logarithmique avec le courant. Ces données sont essentielles pour concevoir le circuit pilote afin d'assurer que la LED fonctionne dans sa plage de tension spécifiée au courant désiré.

4.2 Flux lumineux relatif vs. courant direct

Ce graphique illustre la sortie lumineuse relative à la valeur à 1000mA en fonction du courant de commande. Le flux lumineux augmente avec le courant mais peut présenter une croissance sous-linéaire à des courants plus élevés en raison de la baisse d'efficacité et de l'augmentation de la température de jonction.

4.3 Courbes de performance thermique

Plusieurs graphiques dépeignent la performance en fonction de la température de jonction (T_J) à I_F=1000mA. Lacourbe Flux lumineux relatif vs. Température de jonctionmontre que la sortie lumineuse diminue lorsque la température augmente, une caractéristique connue sous le nom d'extinction thermique. Lacourbe Tension directe relative vs. Température de jonctionmontre que V_Fdiminue linéairement avec l'augmentation de la température, ce qui peut être utilisé pour l'estimation de la température de jonction. Legraphique Déplacement des coordonnées de chromaticité vs. Température de jonctionmontre comment le point de couleur (CIE x, y) change avec la température, ce qui est crucial pour les applications critiques en termes de couleur.

4.4 Courbe de déclassement du courant direct

Il s'agit d'un graphique de conception critique. Il trace le courant direct maximal autorisé en fonction de la température de la pastille de soudure (T_S). Lorsque T_Saugmente, le courant maximal permis doit être réduit pour empêcher la température de jonction de dépasser 150°C. La courbe fournit des points de déclassement spécifiques : par ex., à T_S=110°C, I_Fpeut être de 1500mA ; à T_S=125°C, I_Fdoit être réduit à 1200mA. Un fonctionnement en dessous de 50mA n'est pas recommandé.

4.5 Distribution spectrale

Le graphique de distribution spectrale relative de puissance montre l'intensité de la lumière émise à travers les longueurs d'onde d'environ 400nm à 800nm à 25°C et 1000mA. Il caractérise la lumière blanc froid de la LED, typiquement produite par une puce LED bleue combinée à une couche de phosphore.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

La LED utilise un boîtier céramique pour montage en surface (CMS). La céramique offre une conductivité thermique supérieure par rapport aux boîtiers plastiques, facilitant un meilleur transfert de chaleur de la jonction de la LED vers la carte de circuit imprimé (PCB). Ceci est vital pour maintenir les performances et la longévité dans les applications haute puissance comme l'éclairage automobile. Les dimensions mécaniques spécifiques, incluant la longueur, la largeur, la hauteur et l'emplacement des pastilles, sont détaillées dans la section du dessin mécanique de la fiche technique. Le boîtier inclut une pastille thermique pour un soudage efficace sur une zone thermique du PCB.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Configuration recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastille recommandé (empreinte) pour la conception de PCB est fourni. Ce motif assure une formation correcte des joints de soudure, une connexion électrique et, surtout, un transfert thermique optimal de la pastille thermique de la LED vers le plan de cuivre du PCB. Respecter cette configuration est crucial pour la fiabilité.

6.2 Profil de soudage par refusion

La fiche technique spécifie un profil de soudage par refusion avec une température de pic de 260°C. Ce profil définit la courbe temps-température que l'assemblage doit suivre pendant le processus de refusion. Les paramètres clés incluent la préchauffe, le trempage, la refusion, ainsi que les vitesses et durées de refroidissement. Suivre ce profil prévient le choc thermique du boîtier céramique et assure des joints de soudure fiables sans endommager la structure interne de la LED.

6.3 Précautions d'utilisation

Les précautions générales de manipulation et d'utilisation sont décrites. Elles incluent des avertissements contre l'application d'une tension inverse, le dépassement des valeurs maximales absolues et les techniques de soudage inappropriées. Elles soulignent également l'importance de la protection contre les décharges électrostatiques (ESD) pendant la manipulation, même si le dispositif possède une protection ESD intégrée jusqu'à 8kV.

7. Informations sur l'emballage et la commande

Le produit est fourni dans un emballage en bande et bobine adapté aux machines d'assemblage automatiques pick-and-place. Les informations d'emballage détaillent les dimensions de la bobine, la largeur de la bande, l'espacement des alvéoles et l'orientation des composants sur la bande. La structure du numéro de pièce (ex. : ALFS1J-C010001H-AM) encode des attributs spécifiques tels que la série, les codes de bin pour le flux et la couleur, et d'autres informations de variante. Les informations de commande guident l'utilisateur sur la manière de spécifier les combinaisons de bins souhaitées lors de la passation d'une commande.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

Les applications principales conçues sont lessystèmes d'éclairage extérieur automobile. Cela inclut :
- Phares (Codes/Feux de route): Où une intensité lumineuse élevée et un contrôle précis du faisceau sont requis.
- Feux de jour (DRL): Nécessitant une haute efficacité et une bonne visibilité.
- Feux antibrouillard: Ayant besoin d'une bonne pénétration dans des conditions météorologiques défavorables.
Le large angle de vision et le flux élevé la rendent adaptée à la fois comme source lumineuse principale et pour des fonctions d'éclairage complémentaires.

8.2 Considérations de conception

1. Gestion thermique: C'est l'aspect le plus critique. Le PCB doit avoir une conception thermique adéquate — utilisant des couches de cuivre épaisses, des vias thermiques et éventuellement un dissipateur thermique externe — pour maintenir la température de la pastille de soudure (T_S) aussi basse que possible. Reportez-vous à la courbe de déclassement pour les limites de courant.
2. Courant de commande: Bien que la LED puisse être pilotée jusqu'à 1500mA, fonctionner à ou en dessous du 1000mA typique offre un meilleur équilibre entre sortie lumineuse, efficacité et charge thermique, améliorant la fiabilité à long terme.
3. Conception optique: L'angle de vision de 120° nécessite des optiques secondaires appropriées (lentilles, réflecteurs) pour façonner le faisceau pour l'application spécifique (ex. : un faisceau focalisé pour les phares).
4. Conception électrique: Utilisez un pilote LED à courant constant compatible avec le bin de tension directe. Pour les réseaux, considérez la sélection des bins et l'utilisation possible de techniques d'équilibrage de courant.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux LED commerciales ou industrielles standard, l'ALFS1J-C0 offre plusieurs différenciateurs clés essentiels pour l'usage automobile :
- Qualification AEC-Q102: Il s'agit d'une norme de fiabilité obligatoire pour les LED automobiles, impliquant des tests rigoureux pour le cyclage thermique, l'humidité, la résistance à la chaleur de soudure, etc.
- Boîtier céramique: Offre de meilleures performances thermiques et une stabilité à long terme sous haute température et humidité que les boîtiers plastiques (ex. : PPA, PCT).
- Robustesse au soufre (Classe A1): Spécifiquement testée et garantie pour résister à la corrosion par les gaz contenant du soufre, un mode de défaillance courant dans les environnements automobiles.
- Indice ESD élevé (8kV HBM): Offre une plus grande protection contre les décharges électrostatiques pendant la manipulation et l'assemblage.
- Plage de température étendue (-40°C à +125°C): Garantit le fonctionnement dans les températures extrêmes rencontrées par les véhicules.

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

Q : Quel est le flux lumineux réel que je peux attendre du Bin C7 ?
A : Le Bin C7 spécifie une plage de flux lumineux de 425-450 lm lorsqu'il est mesuré à I_F=1000mA et T_s=25°C. En considérant la tolérance de mesure de ±8%, la valeur mesurée réelle pour une LED spécifique pourrait être entre environ 391 lm et 486 lm dans ces conditions de test idéales. Dans une application réelle avec une température plus élevée, la sortie sera inférieure.

Q : Comment déterminer le dissipateur thermique requis à partir des données thermiques ?
A : Vous devez effectuer un calcul thermique. Le paramètre clé est la résistance thermique réelle, R_{th JS réel}(typ. 4,0 K/W). C'est la résistance de la jonction au point de soudure. Vous devez ajouter la résistance thermique du point de soudure à l'ambiant (à travers le PCB, l'interface thermique et le dissipateur) pour calculer le R_{th JA} total. En utilisant la formule T_J= T_A+ (R_{th JA}× Puissance dissipée), vous pouvez vous assurer que T_Jreste en dessous de 150°C, de préférence avec une marge de sécurité. La courbe de déclassement fournit un guide simplifié basé sur la température de la pastille de soudure.

Q : Puis-je piloter cette LED avec une source de tension constante ?
A : C'est fortement déconseillé. Les LED sont des dispositifs à commande par courant. Leur tension directe a un coefficient de température négatif et varie d'une unité à l'autre (comme vu dans les bins de tension). Une source de tension constante pourrait conduire à un emballement thermique : lorsque la LED chauffe, V_Fdiminue, provoquant une augmentation du courant, ce qui génère plus de chaleur, faisant encore baisser V_Fet augmenter le courant jusqu'à la défaillance. Utilisez toujours un pilote à courant constant ou un circuit qui régule activement le courant.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un module de feu de jour (DRL)
Un concepteur crée un module DRL pour une voiture particulière. La conception nécessite 6 LED pour atteindre la luminosité et le facteur de forme souhaités.
1. Sélection des bins: Pour assurer une apparence uniforme, le concepteur spécifie des bins de couleur serrés (ex. : 61M ± 1 pas) et un seul bin de flux lumineux (ex. : C7). Il peut également spécifier un bin de tension directe serré (ex. : 1A) pour améliorer le partage de courant dans une configuration série simple.
2. Conception thermique: Le module sera monté dans un espace confiné. Le concepteur utilise un PCB à âme métallique (MCPCB) avec une couche de cuivre de 2oz. Une simulation thermique est exécutée pour s'assurer que la température de la pastille de soudure ne dépasse pas 110°C dans le pire cas de température ambiante (ex. : 85°C à l'intérieur du bloc optique). Selon la courbe de déclassement, à T_S=110°C, le plein 1500mA est permis, mais le concepteur choisit de piloter à 1000mA pour une meilleure efficacité et longévité.
3. Conception électrique: Les 6 LED sont placées en série. La tension directe totale à 1000mA sera d'environ 6 × 3,25V = 19,5V (typ.), mais pourrait varier de ~17,4V à 22,8V selon le binning. Un pilote LED à courant constant buck-boost est sélectionné pour s'adapter à cette plage de tension à partir d'un système de batterie automobile 12V (nominal 12V, mais fonctionnant de 9V à 16V).
4. Conception optique: Une optique secondaire (une lentille TIR) est conçue au-dessus de chaque LED pour collimater l'émission de 120° en un faisceau en éventail horizontal contrôlé, adapté à une signature DRL.

12. Introduction au principe de fonctionnement

L'ALFS1J-C0 est une LED blanche à conversion de phosphore. Le principe fondamental implique une puce semi-conductrice (typiquement en nitrure de gallium-indium - InGaN) qui émet de la lumière bleue lorsqu'elle est polarisée en direct (électroluminescence). Cette lumière bleue est partiellement absorbée par une couche de phosphore au grenat d'yttrium-aluminium dopé au cérium (YAG:Ce) déposée sur la puce. Le phosphore convertit une partie des photons bleus en longueurs d'onde plus longues, 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 le bleu et le jaune, et l'inclusion d'autres phosphores, déterminent la température de couleur corrélée (CCT) et l'indice de rendu des couleurs (IRC). Le boîtier céramique sert de substrat robuste pour monter la puce et le phosphore, et de dissipateur de chaleur efficace.

13. Tendances d'évolution

L'évolution des LED automobiles comme l'ALFS1J-C0 suit plusieurs tendances claires de l'industrie :
1. Augmentation de l'efficacité lumineuse (lm/W): Des améliorations continues dans la conception des puces, l'efficacité des phosphores et la gestion thermique des boîtiers visent à fournir plus de lumière pour la même puissance électrique d'entrée, réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique.
2. Densité de puissance plus élevée et miniaturisation: Il y a une poussée pour obtenir un flux plus élevé à partir d'empreintes de boîtier plus petites, permettant des conceptions d'éclairage plus compactes et stylisées.
3. Amélioration de la cohérence et de la stabilité des couleurs: Les avancées dans la technologie des phosphores et les processus de binning conduisent à des tolérances de couleur plus serrées et à une réduction du déplacement de couleur avec la température et dans le temps.
4. Fiabilité et robustesse améliorées: Des normes comme l'AEC-Q102 évoluent continuellement, et de nouveaux tests sont ajoutés pour traiter les modes de défaillance réels, comme la résistance au soufre, devenue une exigence clé.
5. Intégration et éclairage intelligent: L'avenir pointe vers des modules intégrés combinant LED, pilotes, capteurs et interfaces de communication pour des systèmes d'éclairage avant adaptatifs (AFS) et la communication par la lumière (Li-Fi ou signalisation V2X).
6. Spectres spécialisés: Le développement de spectres optimisés pour des usages spécifiques, comme une visibilité améliorée dans le brouillard ou un éblouissement réduit pour le trafic venant en sens inverse, est un domaine de recherche actif.