Fiche technique de la LED SMD bicolore RF-P3S155TS-B54 - Dimensions 3,2x2,7x0,7mm - Tension 1,8-3,4V - Puissance 72-102mW - Orange/Vert - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes du composant RF-P3S155TS-B54, une LED bicolore pour montage en surface. Ce dispositif est conçu pour les assemblages électroniques modernes nécessitant une indication optique fiable dans un format compact.

1.1 Description générale

La RF-P3S155TS-B54 est une LED bicolore fabriquée à partir d'une puce semi-conductrice verte et d'une puce semi-conductrice orange. Ces puces sont intégrées dans un unique boîtier standard pour montage en surface (SMD). Sa fonction principale est de fournir une indication visuelle d'état, capable d'émettre deux couleurs distinctes (orange et vert) depuis une seule empreinte. Ses dimensions compactes de 3,2 mm de longueur, 2,7 mm de largeur et une hauteur de profil de 0,7 mm la rendent adaptée aux conceptions de PCB haute densité où l'espace est limité.

1.2 Caractéristiques et avantages principaux

• Angle de vision extrêmement large :Le dispositif présente un angle de vision typique (2θ1/2) de 140 degrés. Cette large émission garantit que la lumière de la LED est visible sous une grande variété d'angles, ce qui est crucial pour les indicateurs d'état sur l'électronique grand public, les panneaux industriels et les tableaux de bord automobiles où la position de l'utilisateur peut varier.
• Compatibilité avec l'assemblage SMT :Le boîtier est entièrement compatible avec les lignes d'assemblage standard de la Technologie de Montage en Surface (SMT) et tous les procédés de refusion courants (par ex., utilisant des pâtes à souder sans plomb SAC305 ou similaires). Cela permet une fabrication automatisée à haute vitesse par placement, réduisant les coûts d'assemblage et améliorant le rendement de production.
• Sensibilité à l'humidité :Le composant est classé au Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 3. Selon la norme IPC/JEDEC J-STD-033, cela signifie que le dispositif peut être exposé aux conditions d'atelier (≤ 30°C/60% HR) jusqu'à 168 heures (7 jours) avant de nécessiter un séchage avant la soudure par refusion. Ce niveau offre un bon équilibre entre facilité de manipulation et fiabilité pour la plupart des environnements de fabrication.
• Conformité environnementale :Le produit est conforme à la directive RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), ce qui signifie qu'il est exempt de plomb, mercure, cadmium, chrome hexavalent, polybromobiphényles (PBB) et polybromodiphényléthers (PBDE). Cette conformité est essentielle pour les produits vendus dans l'Union Européenne et de nombreux autres marchés mondiaux.

1.3 Applications cibles et marché

Cette LED bicolore est conçue pour une large gamme d'applications nécessitant une indication à plusieurs états. Ses utilisations principales incluent :

• Indicateurs d'état optiques :Fournir un retour visuel clair pour la mise sous tension/hors tension, le mode veille, l'activité réseau, l'état de charge de la batterie ou les erreurs système dans des appareils tels que routeurs, modems, chargeurs et appareils domotiques.
• Éclairage de commutateurs et symboles :Rétroéclairage pour claviers à membrane, boutons-poussoirs ou symboles gravés sur les panneaux de commande, équipements médicaux et intérieurs automobiles.
• Affichage à usage général :Utilisée dans les afficheurs à segments, les indicateurs groupés ou comme éléments de pixel simples dans les affichages d'information basse résolution.
• Marchés cibles :Électronique grand public, matériel de télécommunications, automatismes industriels, électronique intérieure automobile et dispositifs électroniques portables.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés pour la LED RF-P3S155TS-B54. Comprendre ces paramètres est crucial pour une conception de circuit appropriée et pour garantir la fiabilité à long terme.

2.1 Caractéristiques électro-optiques

Toutes les mesures sont définies dans des conditions de test standard à une température du point de soudure (Ts) de 25°C et un courant direct (IF) de 20mA, sauf indication contraire.

• Tension directe (VF) :C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle fonctionne au courant spécifié.
  • Puce orange (Code O) :Varie d'un minimum de 1,8V à un maximum de 2,4V, avec une valeur typique comprise dans cette plage. Le bin spécifique (par ex., 1L) détermine le groupement VF exact.
  • Puce verte (Code G) :A une tension directe plus élevée, allant de 3,0V à 3,4V (bin 3E). Cette différence est due aux différents matériaux semi-conducteurs (par ex., AlInGaP pour l'orange vs InGaN pour le vert) utilisés pour chaque couleur, qui ont des énergies de bande interdite différentes.
• Intensité lumineuse (Iv) :Mesure de la puissance perçue de la lumière émise dans une direction particulière, exprimée en millicandelas (mcd). Le dispositif est disponible en plusieurs bins d'intensité pour chaque couleur, permettant aux concepteurs de sélectionner le niveau de luminosité approprié.
  • Bins orange :Exemples incluant 1AP (90-120 mcd) et G20 (120-150 mcd).
  • Bins verts :Offre une gamme plus large d'intensités plus élevées, de 1AU (260-330 mcd) jusqu'à 1CM (700-900 mcd).
• Longueur d'onde dominante (λd) :La longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la lumière.
  • Orange :Disponible dans des bins comme E00 (620-625 nm) et F00 (625-630 nm), produisant une teinte orange pure.
  • Vert :Disponible dans des bins plus précis tels que E10 (520-522,5 nm), E20 (522,5-525 nm), etc., permettant un appariement de couleur précis, important dans les applications où une tonalité de vert constante est critique.
• Demi-largeur spectrale (Δλ) :La largeur du spectre émis à la moitié de son intensité maximale. La puce orange a une largeur de bande typique de 15nm, tandis que la puce verte a une largeur de bande plus large de 30nm. Une largeur de bande plus étroite indique une couleur spectralement plus pure.
• Courant inverse (IR) :Le courant de fuite lorsqu'une tension inverse (VR) de 5V est appliquée. Le maximum spécifié est de 10 µA. Dépasser la tension inverse absolue maximale (non explicitement indiquée mais impliquée par la cote ESD) peut causer des dommages immédiats.
• Angle de vision (2θ1/2) :L'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité à 0 degré (sur l'axe). L'angle spécifié de 140 degrés confirme la caractéristique "angle de vision extrêmement large".

2.2 Valeurs maximales absolues et gestion thermique

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité pour une performance fiable.

• Dissipation de puissance (Pd) :La puissance maximale pouvant être dissipée sous forme de chaleur.
  • Puce orange : 72 mW
  • Puce verte : 102 mW
  Cette différence est directement liée à la tension directe plus élevée de la puce verte (Pd ≈ IF * VF).
• Courant direct (IF) :Le courant continu maximal est de 30 mA pour les deux puces.
• Courant direct de crête (IFP) :Un courant plus élevé de 60 mA est autorisé uniquement en conditions pulsées (largeur d'impulsion 0,1ms, rapport cyclique 1/10) pour éviter un échauffement excessif.
• Température de jonction (Tj) :La température maximale admissible à la jonction semi-conductrice est de 95°C. C'est un paramètre critique pour la longévité. Le flux lumineux de la LED se dégrade plus rapidement à des températures de jonction plus élevées, et dépasser cette limite peut entraîner une défaillance catastrophique.
• Résistance thermique (RθJ-S) :Ce paramètre, spécifié à 450 °C/W, quantifie l'efficacité avec laquelle la chaleur se propage de la jonction semi-conductrice (J) au point de soudure (S) du boîtier. Un chiffre plus bas est meilleur. Cette valeur est utilisée pour calculer l'élévation de température de jonction au-dessus de la température de la carte : ΔTj = Pd * RθJ-S. Par exemple, faire fonctionner la puce verte à sa Pd maximale de 102mW causerait une élévation de température de jonction d'environ 46°C au-dessus de la température du point de soudure. Par conséquent, maintenir une température de PCB basse est essentiel pour garder Tj en dessous de 95°C.
• Décharge électrostatique (ESD) :Le dispositif peut résister à 1000V selon le Modèle du Corps Humain (HBM). Bien que cela offre une protection de base à la manipulation, des contrôles ESD appropriés pendant l'assemblage restent obligatoires.
• Température de fonctionnement et de stockage :Le dispositif est conçu pour des environnements de -40°C à +85°C.

2.3 Explication du système de binning

Le produit utilise un système de binning complet pour garantir la cohérence des paramètres clés. Les concepteurs doivent spécifier les codes de bin souhaités lors de la commande pour garantir les performances requises.

• Binning de tension directe :Les puces orange sont groupées sous le code "1L" (1,8-2,4V), et les puces vertes sous "3E" (3,0-3,4V).
• Binning de longueur d'onde dominante :Ceci est particulièrement détaillé pour la puce verte, avec plusieurs bins de 2,5nm de large (E10, E20, F10, F20) permettant une sélection de couleur précise. L'orange a des bins plus larges (E00, F00).
• Binning d'intensité lumineuse :Les deux couleurs ont plusieurs bins d'intensité. Par exemple, l'intensité verte varie de 1AU (260-330 mcd) à 1CM (700-900 mcd). Le choix dépend de la luminosité requise et du courant d'attaque utilisé.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit des courbes caractéristiques typiques essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

3.1 Tension directe vs Courant direct (Courbe IV)

La courbe fournie (Fig.1-6) montre la relation non linéaire entre la tension et le courant pour une LED. La courbe démontre la caractéristique de tension de "seuil de conduction" : une petite augmentation de tension au-delà du seuil entraîne une augmentation exponentielle importante du courant. C'est pourquoi les LED sont toujours pilotées avec un dispositif limitant le courant (résistance ou pilote à courant constant) et non directement avec une source de tension. La courbe confirme visuellement les différentes tensions de seuil pour les puces orange et verte.

3.2 Courant direct vs Intensité lumineuse relative

La courbe (Fig.1-7) illustre comment le flux lumineux augmente avec le courant d'attaque. Elle montre généralement une relation quasi linéaire dans la plage de fonctionnement normale (par ex., jusqu'à 20-30mA). Cependant, les concepteurs doivent être conscients que l'efficacité (lumens par watt) diminue souvent à des courants très élevés en raison d'une génération de chaleur accrue (effet de droop). Cette courbe aide à sélectionner le courant d'attaque approprié pour obtenir la luminosité souhaitée tout en maintenant l'efficacité et en restant dans les limites thermiques.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier et tolérances

Les dessins mécaniques (Fig.1-1 à 1-4) fournissent toutes les dimensions critiques pour la conception de l'empreinte PCB et les vérifications d'encombrement.

• Dimensions globales :3,20mm (L) x 2,70mm (l) x 0,70mm (H). Les tolérances sont de ±0,2mm sauf indication contraire.
• Détails des bornes :Les quatre bornes de soudure sont sur un pas de 2,35mm. Les bornes elles-mêmes ont des dimensions de 0,80mm x 0,50mm.
• Identification de la polarité :La figure 1-4 indique clairement la polarité. La cathode est généralement identifiée par un marquage sur le dessus du boîtier (comme un point, une encoche ou une bande colorée) et/ou une forme ou taille différente de la pastille de soudure au dos. Le marquage exact doit être vérifié sur le dessin pour une orientation correcte pendant l'assemblage.

4.2 Conception recommandée des pastilles de soudure

La figure 1-5 fournit une recommandation de motif de pastilles pour la conception PCB. Suivre ce motif est crucial pour obtenir des joints de soudure fiables, un bon auto-alignement pendant la refusion et un transfert de chaleur efficace de la LED vers le PCB. Le motif recommandé inclut généralement des connexions de décharge thermique vers une pastille de cuivre pour le dissipateur thermique, ce qui est vital pour gérer la température de jonction.

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Instructions de soudage par refusion SMT

Une section dédiée (Section 3) est incluse pour le soudage par refusion. Bien que les profils de température spécifiques ne soient pas détaillés dans l'extrait fourni, les profils de refusion standard sans plomb (SAC305) sont généralement applicables. Les considérations clés incluent :

• Préconditionnement :En raison du classement MSL 3, si les dispositifs ont été exposés au-delà de la durée de vie en atelier de 168 heures, ils doivent être séchés selon les normes IPC/JEDEC (par ex., 125°C pendant 5-48 heures selon l'emballage) pour éliminer l'humidité et prévenir le "popcorning" (fissuration du boîtier) pendant la refusion.
• Paramètres du profil :La température de pic de refusion doit être contrôlée pour éviter d'endommager les matériaux internes et les fils de liaison de la LED. Le profil doit avoir une montée contrôlée, un temps suffisant au-dessus du liquidus (TAL) et une vitesse de refroidissement contrôlée.
• Flux sans nettoyage :L'utilisation d'un flux sans nettoyage est recommandée. Si un nettoyage est nécessaire, il doit être compatible avec le matériau de la lentille époxy de la LED pour éviter l'opacification ou une attaque chimique.

5.2 Précautions de manipulation et de stockage

La section 4 décrit les précautions générales de manipulation :

• Protection ESD :Manipuler dans une zone protégée contre l'ESD en utilisant un équipement mis à la terre.
• Contrainte mécanique :Éviter d'appliquer une force directe sur la lentille transparente.
• Contamination :Garder la lentille propre des empreintes digitales, de la poussière et des résidus de flux, car ceux-ci peuvent affecter le flux lumineux et l'apparence.
• Stockage :Stocker dans le sac barrière à l'humidité d'origine avec un dessiccant dans un environnement frais et sec. Respecter les limites d'exposition MSL 3.

6. Informations sur l'emballage et la commande

6.1 Spécification de l'emballage

Le produit est fourni dans un emballage bande et bobine adapté aux machines d'assemblage SMT automatisées.

• Bande porteuse :Les dimensions de la poche emboutie contenant la LED sont spécifiées pour garantir la compatibilité avec les équipements d'alimentation.
• Dimensions de la bobine :Les tailles de bobine standard (par ex., diamètre 7 pouces ou 13 pouces) sont spécifiées, incluant la largeur de la bobine, le diamètre du moyeu et la quantité maximale de composants par bobine.
• Informations de l'étiquette :L'étiquette de la bobine contient des informations critiques telles que le numéro de pièce (RF-P3S155TS-B54), la quantité, les codes de bin pour la longueur d'onde et l'intensité, le code date et le numéro de lot pour la traçabilité.

6.2 Emballage résistant à l'humidité

Pour le stockage à long terme et l'expédition, les bobines sont emballées dans des sacs barrière à l'humidité scellés (MBB) avec une carte indicateur d'humidité (HIC) et un dessiccant pour maintenir le classement MSL 3.

7. Fiabilité et assurance qualité

7.1 Éléments et conditions des tests de fiabilité

La section 2.4 liste les tests de fiabilité standard effectués pour qualifier le produit, tels que :

• Durée de vie en stockage à haute température (HTSL) :Exposer le dispositif à sa température de stockage maximale (+85°C) pendant une période prolongée (par ex., 1000 heures) pour tester la stabilité des matériaux.
• Cyclage thermique (TC) :Cyclage entre des températures extrêmes (par ex., -40°C à +85°C) pour tester les défaillances dues à l'inadéquation de dilatation thermique des matériaux.
• Test d'humidité :Tests comme 85°C/85% HR pour évaluer la résistance à la pénétration d'humidité.
• Résistance à la chaleur de soudure :Soumettre le dispositif à plusieurs cycles de refusion pour simuler les conditions d'assemblage.

7.2 Critères de défaillance

La section 2.5 définit les critères pour juger un dispositif comme défaillant après les tests de fiabilité. Cela inclut typiquement :

• Défaillance catastrophique (aucune émission de lumière).
• Défaillance paramétrique (par ex., l'intensité lumineuse se dégrade de plus de 30%, la tension directe dépasse les limites spécifiées).
• Défauts visuels (fissures dans le boîtier, décoloration de la lentille).

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Conception du circuit de pilotage

La limitation de courant est obligatoire :En raison de la caractéristique IV exponentielle, une simple résistance en série est la méthode de pilotage la plus courante et économique pour les applications d'indicateurs. La valeur de la résistance est calculée avec la loi d'Ohm : R = (Vcc - VF) / IF, où Vcc est la tension d'alimentation, VF est la tension directe du bin LED spécifique, et IF est le courant d'attaque souhaité (par ex., 20mA).

Exemple pour la LED verte :Avec Vcc = 5V, VF = 3,2V (typique), IF = 20mA. R = (5 - 3,2) / 0,02 = 90 Ω. La puissance nominale de la résistance doit être d'au moins P = IF² * R = (0,02)² * 90 = 0,036W, donc une résistance standard 1/8W (0,125W) ou 1/10W est suffisante.

Contrôle bicolore :Pour contrôler indépendamment les deux couleurs, deux circuits de pilotage séparés (résistances ou transistors) sont nécessaires, connectés aux bornes d'anode respectives tout en partageant une cathode commune (ou vice-versa, selon la configuration interne des puces montrée dans le diagramme de polarité).

8.2 Gestion thermique dans la conception du PCB

Pour garantir que la température de jonction (Tj) reste en dessous de 95°C, la chaleur doit être dissipée efficacement.

• Connexion de la pastille thermique :Connecter les pastilles de soudure, en particulier la pastille de cathode si elle est thermiquement améliorée, à une zone généreuse de cuivre sur le PCB. Ce cuivre agit comme un dissipateur thermique.
• Vias vers les plans internes :Utiliser plusieurs vias thermiques sous ou près des pastilles de la LED pour conduire la chaleur vers les plans de masse ou d'alimentation internes, qui ont une grande masse thermique.
• Éviter l'isolation :Ne pas isoler les pastilles de la LED sur de petites "îles thermiques". Les connecter à de plus grandes surfaces de cuivre.
• Calcul de Tj :Estimer Tj avec la formule : Tj = Ts + (Pd * RθJ-S). Ts (température du point de soudure) peut être estimée légèrement au-dessus de la température ambiante (Ta) près du PCB. Si Ta=50°C et l'élévation de température de la carte est de 10°C, alors Ts=60°C. Pour la LED verte à Pd=102mW, Tj = 60 + (0,102 * 450) = 60 + 45,9 = 105,9°C. Cela dépasse la limite de 95°C, indiquant un besoin d'un meilleur dissipateur thermique (plus grande surface de cuivre, vias) ou d'une réduction du courant d'attaque/de la dissipation de puissance.

8.3 Considérations de conception optique

• Angle de vision :L'angle de vision de 140 degrés signifie que la lumière est émise selon un motif quasi hémisphérique. Pour les applications nécessitant un faisceau plus directionnel, une optique secondaire (lentille) peut être placée sur la LED.
• Mélange des couleurs :Lorsque les deux puces orange et verte sont alimentées simultanément, elles se mélangent de manière additive. La couleur perçue résultante sera une teinte jaunâtre, selon l'intensité relative de chaque puce. Cela peut être utilisé pour créer un troisième état de couleur sans ajouter un autre composant.
• Rapport de contraste :Lors de la conception de l'environnement de l'indicateur ou du guide de lumière, considérer le contraste entre l'état "allumé" de la LED et la surface non éclairée. Des environnements sombres améliorent la luminosité perçue.

9. Comparaison et différenciation techniques

La RF-P3S155TS-B54 offre des avantages spécifiques dans sa catégorie :

• vs. LED monochromes :L'avantage principal est l'économie d'espace et l'assemblage simplifié. Elle fournit deux états d'indicateur distincts (ou trois, incluant la couleur mixte) dans l'empreinte d'un seul composant, réduisant la surface PCB et le temps de placement machine par rapport à l'utilisation de deux LED séparées.
• vs. LED RVB :Ce dispositif est plus simple et souvent plus économique qu'une LED RVB complète lorsque seules deux couleurs spécifiques (orange et vert) sont nécessaires, comme pour les indicateurs standard "statut/activité" ou "OK/avertissement". Il évite la complexité et le coût d'un pilote à trois canaux.
• vs. Boîtiers plus grands :L'empreinte de 3,2x2,7mm est une taille industrielle courante, offrant un bon équilibre entre facilité de manipulation/fabrication et économie d'espace par rapport aux boîtiers plus grands comme les LED rondes 5,0mm ou les LED CMS 0603/0805.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?

R : Non. Une broche GPIO de microcontrôleur ne peut généralement pas fournir 20mA en continu et est une source de tension, pas une source de courant. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série et éventuellement un transistor si la broche du MCU ne peut pas fournir le courant requis.

Q2 : Que se passe-t-il si je dépasse la température de jonction maximale de 95°C ?

R : Dépasser Tj max accélérera la dégradation du flux lumineux de la LED (dépréciation des lumens). Cela peut aussi entraîner une augmentation de la tension directe, un décalage de couleur et, finalement, une défaillance catastrophique comme la rupture du fil de liaison ou le délaminage de la puce.

Q3 : Comment sélectionner les bons codes de bin ?

R : Sélectionnez les bins en fonction des exigences de votre application. Pour une couleur cohérente entre les produits, spécifiez des bins de longueur d'onde serrés (par ex., E20 pour le vert). Pour la luminosité, choisissez un bin d'intensité qui répond à vos objectifs de conception au courant d'attaque choisi. Consultez la liste complète des codes de bin du fabricant pour les combinaisons disponibles.

Q4 : La lentille est-elle en silicone ou en époxy ?

R : La fiche technique ne spécifie pas, mais la plupart des LED SMD de ce type utilisent un époxy haute température ou un époxy modifié pour la lentille d'encapsulation. Ce matériau est choisi pour sa clarté optique, sa stabilité thermique pendant la refusion et sa capacité à protéger la puce.

11. Étude de cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un indicateur à double état pour un commutateur réseau

Un concepteur a besoin d'un indicateur pour chaque port d'un commutateur réseau : vert fixe pour "Lien Actif" et orange clignotant pour "Activité des Données".