Fiche technique de DEL SMD bicolore - Puces AlInGaP - Vert & Rouge - 30mA - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications techniques d'une DEL SMD (Dispositif à Montage en Surface) bicolore de haute luminosité. Le composant intègre deux puces semi-conductrices indépendantes dans un seul boîtier : l'une émettant une lumière verte et l'autre une lumière rouge. Utilisant la technologie avancée de puce en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), cette DEL est conçue pour des applications nécessitant deux indicateurs de couleur distincts à partir d'un seul composant compact. Ses principaux avantages incluent une intensité lumineuse élevée, une compatibilité avec les processus d'assemblage automatisés et le respect des normes environnementales.

La DEL est conditionnée sur bande porteuse gaufrée standard de 8 mm, fournie sur bobines de 7 pouces, ce qui la rend adaptée aux lignes de fabrication automatisées à grand volume (pick-and-place). Elle est compatible avec divers procédés de soudure, y compris le refusion infrarouge et en phase vapeur, et est classée comme produit vert, répondant aux directives environnementales pertinentes.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les limites opérationnelles du dispositif sont définies à une température ambiante (Ta) de 25°C. Les puces verte et rouge partagent des valeurs maximales identiques, garantissant des performances symétriques et des marges de sécurité de conception.

• Dissipation de puissance :75 mW par puce. Ce paramètre définit la puissance maximale que la DEL peut dissiper en chaleur de manière sûre en fonctionnement continu.
• Courant direct de crête :80 mA, admissible en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0.1 ms). Cette valeur est cruciale pour les applications de multiplexage ou de signalisation brève à haute intensité.
• Courant direct continu :30 mA. C'est le courant direct continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable et à long terme.
• Déclassement en courant :Déclassement linéaire de 0.4 mA/°C à partir de 25°C. Pour chaque degré Celsius au-dessus de 25°C, le courant continu maximal autorisé doit être réduit de 0.4 mA pour éviter une surcontrainte thermique.
• Tension inverse :5 V. Dépasser cette tension en sens inverse peut causer des dommages immédiats et irréversibles à la puce de la DEL.
• Plage de température :La plage de température de fonctionnement et de stockage est de -55°C à +85°C, indiquant une aptitude aux applications industrielles et environnementales étendues.
• Tolérance de soudure :Le dispositif peut supporter une soudure à la vague ou infrarouge à 260°C pendant 5 secondes, et une soudure en phase vapeur à 215°C pendant 3 minutes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Mesurées à Ta=25°C et un courant de test standard (IF) de 2 mA, ces paramètres définissent les performances principales de la DEL.

• Intensité lumineuse (Iv) :Minimum 1.8 mcd, typique 2.5 mcd pour les deux couleurs. C'est la luminosité perçue de la sortie lumineuse mesurée par un capteur filtré selon la courbe de réponse photopique (œil humain) CIE.
• Angle de vision (2θ1/2) :Typiquement 130 degrés. Cet angle de vision large indique un profil d'émission diffus, non focalisé, adapté aux indicateurs d'état qui doivent être visibles sous une large gamme de perspectives.
• Longueur d'onde de crête (λP) :Vert : 570 nm (Typique). Rouge : 636 nm (Typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance spectrale de sortie est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λd) :Vert : 569 nm (Typique). Rouge : 633 nm (Typique). C'est la longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la DEL, dérivée du diagramme de chromaticité CIE.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :Vert : 15 nm (Typique). Rouge : 20 nm (Typique). Cela définit la pureté spectrale ; une bande passante plus étroite indique une couleur plus saturée et pure.
• Tension directe (VF) :Vert : 1.8V (Typique), 2.2V (Max). Rouge : 1.7V (Typique), 2.2V (Max). La chute de tension aux bornes de la DEL lorsqu'elle conduit le courant spécifié. Ceci est critique pour la conception du circuit et le choix de l'alimentation.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA à VR=5V. Une mesure de la fuite de la jonction à l'état bloqué.
• Capacité (C) :Typiquement 40 pF à VF=0V, f=1MHz. Pertinent pour les applications de commutation haute fréquence.

3. Explication du système de tri

Les DEL sont triées en lots de performance pour assurer l'homogénéité au sein d'un lot de production. Les concepteurs peuvent spécifier des lots pour répondre à des exigences d'application précises.

3.1 Tri par intensité lumineuse

Les puces verte et rouge utilisent les mêmes codes de lot d'intensité. La tolérance au sein de chaque lot est de +/-15%.

• Code de lot G :1.80 mcd (Min) à 2.80 mcd (Max) @ 2mA.
• Code de lot H :2.80 mcd (Min) à 4.50 mcd (Max) @ 2mA.
• Code de lot J :4.50 mcd (Min) à 7.10 mcd (Max) @ 2mA.

3.2 Tri par longueur d'onde dominante (Vert uniquement)

Seule la puce verte a des lots de longueur d'onde spécifiés pour contrôler la constance des couleurs. La tolérance pour chaque lot est de +/- 1nm.

• Code de lot C :567.5 nm à 570.5 nm.
• Code de lot D :570.5 nm à 573.5 nm.
• Code de lot E :573.5 nm à 576.5 nm.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que des courbes graphiques spécifiques soient référencées dans la fiche technique (ex. Fig.1, Fig.6), leurs caractéristiques typiques peuvent être décrites sur la base de la technologie et des paramètres spécifiés.

Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V) :Les DEL AlInGaP présentent une relation exponentielle I-V caractéristique. Les valeurs typiques de VF d'environ 1.8V indiquent une tension de fonctionnement relativement basse par rapport à d'autres matériaux semi-conducteurs. La courbe montre un seuil de conduction net, suivi d'une région où la tension augmente approximativement linéairement avec le courant.

Intensité lumineuse vs Courant direct (Courbe L-I) :La sortie lumineuse est généralement linéaire avec le courant dans la plage de fonctionnement recommandée (jusqu'à 30mA continu). Cependant, à des courants plus élevés, l'efficacité peut diminuer en raison d'effets thermiques et d'autres non-linéarités au sein du semi-conducteur.

Dépendance à la température :L'intensité lumineuse des DEL diminue typiquement avec l'augmentation de la température de jonction. Le facteur de déclassement en courant spécifié (0.4 mA/°C) est une conséquence directe de ce comportement thermique, mis en œuvre pour maintenir la fiabilité. La tension directe a également un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue légèrement lorsque la température augmente.

Distribution spectrale :La puce verte, avec un pic typique à 570 nm et une bande passante étroite de 15 nm, produira une lumière verte saturée. La puce rouge, avec un pic à 636 nm et une bande passante de 20 nm, produit une couleur rouge standard. Ces longueurs d'onde se situent bien dans les régions de haute sensibilité de l'œil humain.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du dispositif et assignation des broches

La DEL est conforme à une empreinte standard de boîtier SMD EIA. La lentille est incolore. L'assignation interne des broches pour les deux puces est la suivante :

• Puce verte :Connectée aux broches 1 et 3.
• Puce rouge :Connectée aux broches 2 et 4.

Cette configuration permet aux deux DEL d'être pilotées de manière totalement indépendante. Toutes les tolérances dimensionnelles sont de ±0.10 mm sauf indication contraire.

5.2 Schéma de pastilles de soudure recommandé

Un motif de pastilles recommandé (dimensions des plots de soudure) est fourni pour assurer une formation correcte des joints de soudure, une stabilité mécanique et un dégagement thermique pendant le processus de refusion. Respecter ce schéma est essentiel pour obtenir des connexions de montage en surface fiables et éviter le soulèvement (tombstoning) ou le mauvais alignement.

5.3 Conditionnement en bande et bobine

Le dispositif est fourni dans une bande porteuse gaufrée de 8 mm de large. Les principales spécifications de conditionnement incluent :

• Taille de la bobine :7 pouces de diamètre.
• Quantité par bobine :3000 pièces.
• Quantité minimale de commande (MOQ) :500 pièces pour les quantités restantes.
• Bande de couverture :Les alvéoles vides sont scellées avec une bande de couverture supérieure.
• Composants manquants :Un maximum de deux DEL manquantes consécutives est autorisé selon la norme de conditionnement.
• Norme :Le conditionnement est conforme aux spécifications ANSI/EIA 481-1-A-1994.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

6.1 Profils de refusion recommandés

Deux profils de soudure par refusion infrarouge (IR) sont proposés : un pour le processus standard (étain-plomb) et un pour le processus sans plomb (Pb-free). Le profil sans plomb est spécifiquement conçu pour être utilisé avec des pâtes à souder à base d'alliage Sn-Ag-Cu (SAC). Les deux profils définissent des paramètres critiques comme la température et le temps de préchauffage, la température de pic et le temps au-dessus du liquidus pour assurer une formation correcte des joints de soudure sans soumettre le boîtier de la DEL à une contrainte thermique excessive.

6.2 Conditions générales de soudure

• Soudure par refusion :Préchauffage : 120-150°C max 120 sec. Température de pic : 240°C max. Temps au-dessus du liquidus : 10 sec max.
• Soudure à la vague :Préchauffage : 100°C max pendant 60 sec max. Vague de soudure : 260°C max pendant 10 sec max.
• Soudure manuelle (fer) :Température : 300°C max. Temps de soudure : 3 secondes max par joint (une seule fois).

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après soudure, seuls les agents chimiques spécifiés doivent être utilisés. Des produits chimiques non spécifiés peuvent endommager le matériau du boîtier de la DEL. Il est recommandé d'immerger la DEL dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante normale pendant moins d'une minute.

6.4 Stockage et manipulation

• Environnement de stockage :Ne doit pas dépasser 30°C et 70% d'humidité relative.
• Sensibilité à l'humidité :Les DEL retirées de leur emballage d'origine, barrière à l'humidité, doivent être soudées par refusion dans la semaine. Pour un stockage plus long hors du sachet d'origine, elles doivent être stockées dans un contenant hermétique avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote.
• Séchage (Baking) :Les composants stockés hors du sachet pendant plus d'une semaine nécessitent un séchage à environ 60°C pendant au moins 24 heures avant l'assemblage pour éliminer l'humidité absorbée et éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Cette DEL bicolore est idéale pour les applications nécessitant une indication multi-états à partir d'un seul point, telles que :

• Indicateurs d'état :Alimentation (Vert=Marche, Rouge=Arrêt/Erreur), activité réseau, état de charge de la batterie (Rouge=Charge, Vert=Pleine).
• Électronique grand public :Indicateurs sur appareils électroménagers, équipements audio/vidéo et périphériques informatiques.
• Panneaux de contrôle industriels :Indication de l'état des machines (Vert=En fonctionnement, Rouge=Arrêté/Défaut).
• Éclairage intérieur automobile :Indicateurs de tableau de bord ou de console à double fonction.

7.2 Considérations de conception de circuit

Méthode de pilotage :Les DEL sont des dispositifs pilotés en courant. Pour assurer une luminosité uniforme, en particulier lorsque plusieurs DEL sont utilisées en parallèle, il estfortement recommandéd'utiliser une résistance de limitation de courant en série pour chaque DEL (Modèle de circuit A). Le pilotage de plusieurs DEL en parallèle directement depuis une source de tension (Modèle de circuit B) n'est pas recommandé, car de légères variations de la caractéristique de tension directe (VF) entre les DEL individuelles entraîneront des différences significatives dans le partage du courant et, par conséquent, dans la luminosité.

La valeur de la résistance série (R_s) peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R_s= (V_alimentation- V_F) / I_F, où V_Fest la tension directe de la DEL au courant souhaité I_F.

7.3 Protection contre les décharges électrostatiques (ESD)

La DEL est sensible aux décharges électrostatiques, qui peuvent dégrader ou détruire la jonction semi-conductrice. Des précautions doivent être prises lors de la manipulation et de l'assemblage :

• Le personnel doit porter des bracelets de mise à la terre ou des gants antistatiques.
• Tous les postes de travail, outils et équipements doivent être correctement mis à la terre.
• Utiliser des tapis conducteurs ou dissipatifs sur les surfaces de travail.
• Stocker et transporter les DEL dans un emballage de protection ESD.

8. Comparaison et différenciation technique

Les principales caractéristiques différenciantes de ce produit sont sacapacité bicolore dans un seul boîtier SMDet l'utilisation de latechnologie de puce AlInGaP.

Comparée aux DEL monochromes, ce dispositif économise de l'espace sur le PCB, réduit le nombre de composants et simplifie l'assemblage pour les applications nécessitant deux couleurs. Comparée à d'autres technologies bicolores (ex. une seule puce avec phosphore), l'utilisation de deux puces discrètes AlInGaP offre des avantages :

• Saturation des couleurs :L'AlInGaP fournit des couleurs verte et rouge hautement saturées et pures sans nécessiter de conversion par phosphore, ce qui se traduit par une pureté de couleur plus élevée.
• Efficacité :L'AlInGaP est connue pour son haut rendement quantique externe, en particulier dans les régions rouge et ambre, contribuant à la haute luminosité du dispositif.
• Contrôle indépendant :Les deux puces sont électriquement isolées, permettant un contrôle totalement indépendant de la couleur, de la luminosité et des motifs de clignotement.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Puis-je piloter simultanément les DEL verte et rouge à leur courant continu maximal (30mA chacune) ?

R1 : Oui, mais vous devez considérer la dissipation de puissance totale. À 30mA, avec une VF typique de 1.8V (Vert) et 1.7V (Rouge), la puissance totale serait d'environ (0.03A * 1.8V) + (0.03A * 1.7V) = 0.105W ou 105 mW. Cela dépasse la valeur nominale individuelle de la puce de 75 mW. Par conséquent, un fonctionnement simultané à plein courant peut nécessiter une gestion thermique ou un déclassement basé sur la température ambiante et la conception du PCB pour garantir que la température de jonction reste dans des limites sûres.

Q2 : Quelle est la différence entre la Longueur d'onde de crête et la Longueur d'onde dominante ?

R2 : La Longueur d'onde de crête (λP) est la longueur d'onde physique à laquelle la DEL émet le plus de puissance optique. La Longueur d'onde dominante (λd) est une valeur calculée basée sur le diagramme de couleur CIE qui représente la couleur perçue comme une longueur d'onde unique. Pour une source monochromatique comme une DEL AlInGaP, elles sont souvent très proches, mais λd est le paramètre le plus pertinent pour la spécification des couleurs dans les applications.

Q3 : Comment interpréter les codes de tri lors de la commande ?

R3 : Vous pouvez spécifier le lot d'intensité souhaité (ex. "J" pour la luminosité la plus élevée) et, pour la puce verte, le lot de longueur d'onde dominante (ex. "D" pour une teinte verte spécifique). Cela garantit que vous recevez des DEL avec des performances cohérentes. Si non spécifié, vous pouvez recevoir un mélange de la production.

Q4 : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?

R4 : Pour un fonctionnement continu à ou près du courant continu maximal, en particulier à des températures ambiantes élevées ou lorsque les deux couleurs sont allumées, une conception thermique minutieuse est importante. Bien qu'un dissipateur thermique dédié ne soit pas nécessaire pour un seul indicateur, il est recommandé d'assurer un bon chemin thermique des pastilles de la DEL vers le cuivre du PCB (en utilisant des vias thermiques ou de larges zones de cuivre) pour aider à dissiper la chaleur et maintenir les performances et la longévité.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un indicateur d'alimentation double état pour un appareil portable

Exigences :Indiquer "En charge" (Rouge) et "Pleine charge/Marche" (Vert). L'appareil est alimenté par une source USB 5V. L'indicateur doit être clairement visible mais pas trop lumineux pour économiser l'énergie.

Étapes de conception :

1. Sélection du courant :Choisir un courant direct (I_F) qui fournit une luminosité adéquate. À partir de l'Intensité lumineuse typique de 2.5 mcd à 2 mA, 5 mA pourrait être un bon point de départ pour un indicateur clair.
2. Calcul de la résistance :
   
   Pour laDEL rouge(V_Ftyp = 1.7V) à 5 mA :
   
   R_Rouge= (5V - 1.7V) / 0.005A = 660 Ω. Utiliser une résistance standard de 680 Ω.
   
   Pour laDEL verte(V_Ftyp = 1.8V) à 5 mA :
   
   R_Vert= (5V - 1.8V) / 0.005A = 640 Ω. Utiliser une résistance standard de 620 Ω ou 680 Ω.
3. Vérification de la puissance :Puissance par DEL : P = V_F* I_F≈ 1.7V * 0.005A = 8.5 mW (Rouge) et 1.8V * 0.005A = 9 mW (Vert). Les deux sont bien en dessous du maximum de 75 mW, même si les deux étaient allumées simultanément (ce qui ne sera pas le cas dans ce scénario).
4. Mise en œuvre du circuit :Connecter la DEL rouge (broches 2,4) avec sa résistance de 680Ω à une broche GPIO d'un microcontrôleur configurée en sortie haute pendant la charge. Connecter la DEL verte (broches 1,3) avec sa résistance à une autre broche GPIO, activée lorsque la charge est terminée ou que l'appareil est allumé. La configuration à cathode/anode commune (impliquée par les broches indépendantes) permet ce pilotage indépendant simple.
5. Conception du PCB :Suivre les dimensions recommandées des pastilles de soudure. S'assurer qu'aucune masque de soudure n'est présent entre les pastilles pour éviter les ponts de soudure. Inclure une petite zone de cuivre connectée au plan de masse sous la DEL pour un léger dégagement thermique.

11. Introduction au principe technologique

Cette DEL est basée sur le matériau semi-conducteurPhosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP)C'est un semi-conducteur composé III-V où l'énergie de la bande interdite - la différence d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction - peut être précisément ajustée en variant les rapports d'Al, In, Ga et P. Cette capacité de réglage permet aux ingénieurs de concevoir des matériaux qui émettent de la lumière à des longueurs d'onde spécifiques dans les régions rouge, orange, ambre et verte du spectre visible.

Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n de la puce AlInGaP, les électrons sont injectés de la région n vers la région p, et les trous de la région p vers la région n. Ces porteurs de charge se recombinent dans la région active de la jonction. Dans un semi-conducteur à bande interdite directe comme l'AlInGaP, cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photon (particule de lumière). La longueur d'onde (couleur) de ce photon est directement déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau (E_photon= hc/λ ≈ E_{bande interdite}). Le boîtier bicolore contient deux de ces puces fabriquées indépendamment, chacune constituée de matériau AlInGaP avec une composition différente pour produire respectivement de la lumière verte et rouge.

12. Tendances et évolutions de l'industrie

Le marché des DEL indicatrices SMD continue d'évoluer. Les principales tendances pertinentes pour ce type de composant incluent :

• Miniaturisation :Bien que ce dispositif utilise un boîtier standard, il y a une poussée constante pour des empreintes plus petites (ex. 0402, 0201) pour économiser de l'espace sur des PCB de plus en plus denses, en particulier dans l'électronique portable grand public.
• Efficacité accrue :Les améliorations continues en science des matériaux et en conception de puces visent à extraire plus de lumière (lumens) par watt électrique d'entrée, réduisant la consommation d'énergie pour un niveau de luminosité donné.
• Fiabilité et robustesse améliorées :Les améliorations des matériaux de boîtier et des technologies de collage des puces améliorent la capacité du dispositif à résister à des températures, une humidité et des contraintes mécaniques plus élevées, élargissant son utilisation dans les applications automobiles et industrielles.
• Solutions intégrées :Une tendance vers l'intégration du circuit de pilotage de la DEL (source de courant constant, contrôleur PWM) soit dans le boîtier de la DEL elle-même, soit dans des CI étroitement associés pour simplifier la conception de l'utilisateur final et améliorer la constance des performances.
• Constance des couleurs et de la luminosité :Les progrès dans la croissance épitaxiale et les processus de tri continuent de resserrer les tolérances sur des paramètres comme la longueur d'onde dominante et l'intensité lumineuse, offrant aux concepteurs des résultats plus prévisibles et uniformes sur de grandes séries de production.