LED 3,2x1,25x1,1mm Vert 3,0V 105mW Spécification - Fiche Technique et Guide de Conception

1. Présentation du produit

Cette LED SMD verte est conçue pour les applications générales d'indication optique et d'affichage. Elle se présente dans un boîtier compact de 3,2 mm x 1,25 mm x 1,1 mm (empreinte standard PLCC-2) et utilise une puce verte à haute efficacité. La LED offre un large angle de vision de 140 degrés, ce qui la rend adaptée au rétroéclairage et aux indicateurs. Avec une dissipation de puissance maximale de 105 mW et un courant direct nominal de 30 mA, elle offre des performances fiables sur une plage de température de fonctionnement de -40 °C à +85 °C. Le dispositif est conforme à la directive RoHS et présente un niveau de sensibilité à l'humidité de 3 (MSL-3).

2. Paramètres techniques - Analyse approfondie

2.1 Caractéristiques électriques et optiques (à Ts=25°C, IF=20mA)

La LED est caractérisée sous un courant direct de 20 mA. Les paramètres clés sont les suivants :

• Tension directe (VF) :Le dispositif est disponible en plusieurs bins de tension : G1 (2,8-2,9 V), G2 (2,9-3,0 V), H1 (3,0-3,1 V), H2 (3,1-3,2 V), I1 (3,2-3,3 V), I2 (3,3-3,4 V), J1 (3,4-3,5 V). La VF typique pour le bin médian (H1) est de 3,0 V. Ce binning permet aux concepteurs de sélectionner la tension exacte pour l'optimisation de la résistance en série ou l'adaptation du courant.
• Longueur d'onde dominante (λD) :L'émission verte est centrée autour de 520 nm, avec les bins D20 (517,5-520 nm), E10 (520-522,5 nm), E20 (522,5-525 nm), F10 (525-527,5 nm), F20 (527,5-530 nm). Ce contrôle serré de la longueur d'onde garantit une apparence de couleur cohérente d'un lot de production à l'autre.
• Intensité lumineuse (IV) :Plusieurs bins de luminosité sont spécifiés : 1AU (260-330 mcd), 1AV (330-430 mcd), 1CG (430-560 mcd), 1CL (560-700 mcd), 1CM (700-900 mcd). Le bin le plus élevé (1CM) offre un excellent rendement lumineux pour les applications à haute visibilité.
• Largeur de bande spectrale à mi-hauteur :30 nm (typique), indiquant une couleur verte relativement pure.
• Angle de vision (2θ1/2) :140 degrés, permettant une large couverture d'éclairage.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA à VR=5 V, garantissant une faible fuite en polarisation inverse.
• Résistance thermique (RTHJ-S) :450 °C/W (typique), important pour la gestion thermique dans les conceptions à haute puissance.

2.2 Caractéristiques maximales absolues

La LED ne doit pas être utilisée au-delà de ces limites pour éviter tout dommage :

• Dissipation de puissance (Pd) : 105 mW
• Courant direct (IF) : 30 mA (continu)
• Courant direct de crête (IFP) : 60 mA (impulsion, rapport cyclique 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms)
• ESD (HBM) : 1000 V
• Température de fonctionnement (Topr) : -40 °C ~ +85 °C
• Température de stockage (Tstg) : -40 °C ~ +85 °C
• Température de jonction (Tj) : 95 °C

Il faut veiller à ce que la dissipation de puissance ne dépasse pas la valeur maximale. Le courant direct doit être réduit en fonction de la température de jonction réelle, qui doit rester inférieure à 95 °C.

3. Explication du système de binning

La LED est triée selon trois paramètres : la tension directe (VF), la longueur d'onde dominante (λD) et l'intensité lumineuse (IV). Cela permet aux clients de commander des pièces strictement spécifiées pour des performances constantes dans les matrices ou les unités de rétroéclairage.

Bins de tension :G1, G2, H1, H2, I1, I2, J1. Chaque bin couvre une plage de 0,1 V, permettant une régulation précise du courant.

Bins de longueur d'onde :D20, E10, E20, F10, F20. Chaque bin couvre 2,5 nm, garantissant la cohérence des couleurs au sein d'un lot de production.

Bins d'intensité :1AU, 1AV, 1CG, 1CL, 1CM. Ces bins s'étendent de 260 mcd à 900 mcd, couvrant une large gamme d'exigences de luminosité.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Tension directe en fonction du courant direct

La courbe I-V typique montre qu'à IF=20 mA, VF est d'environ 3,0 V. Lorsque le courant augmente, la tension augmente de manière non linéaire. À des courants élevés, une gestion thermique soigneuse est nécessaire en raison de l'auto-échauffement.

4.2 Courant direct en fonction de l'intensité relative

L'intensité lumineuse relative augmente avec le courant direct, mais pas de manière linéaire en raison de l'échauffement de la jonction. À IF=30 mA, l'intensité est environ 1,5 fois celle à IF=20 mA (selon la courbe typique).

4.3 Température de la broche en fonction de l'intensité relative et du courant direct

À mesure que la LED chauffe, l'intensité relative diminue. La résistance thermique de 450 °C/W signifie qu'à 20 mA, l'élévation de température de la jonction par rapport à l'ambiante est modérée. Cependant, au courant maximal et à la température ambiante maximale, la jonction peut approcher la limite de 95 °C, nécessitant un dissipateur thermique ou une réduction de courant.

4.4 Courant direct en fonction de la longueur d'onde dominante

La longueur d'onde dominante se déplace légèrement avec le courant. Généralement, les LED vertes présentent un léger décalage vers le bleu à des courants plus élevés. La dérive est de quelques nanomètres, ce qui est acceptable pour la plupart des applications d'indicateurs.

4.5 Intensité relative en fonction de la longueur d'onde

La distribution spectrale montre un pic unique autour de 520 nm avec une largeur à mi-hauteur de 30 nm, confirmant une émission verte pure. Aucun pic secondaire n'est présent.

4.6 Diagramme de rayonnement

La LED émet avec une distribution de type lambertienne, l'intensité tombant à la moitié à 70° de l'axe optique. Ce faisceau large la rend idéale pour le rétroéclairage ou la signalétique.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est logée dans un boîtier de 3,20 mm x 1,25 mm x 1,10 mm. La vue de dessus montre une forme rectangulaire avec deux bornes (anode et cathode) comme indiqué. La vue de dessous indique la disposition des plots : un plot de 1,20 mm x 0,60 mm pour la borne 1 (cathode) et un plot de 1,20 mm x 0,45 mm pour la borne 2 (anode). Le motif de pastille de soudure recommandé est de 5,00 mm x 2,00 mm pour une dissipation thermique et une stabilité mécanique appropriées. La polarité est indiquée par un repère sur le boîtier.

5.2 Polarité et motifs de soudure

Le marquage de polarité est illustré aux Fig.1-4. La cathode est généralement indiquée par une encoche ou un point. Le motif de soudure recommandé (Fig.1-5) assure une bonne connexion thermique et électrique. Toutes les dimensions ont une tolérance de ±0,2 mm sauf indication contraire.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion SMT

Le profil de refusion standard (basé sur JEDEC J-STD-020) comprend :

• Préchauffage : 150 °C à 200 °C pendant 60 à 120 secondes
• Temps au-dessus de 217 °C (TL) : 60 à 150 secondes
• Température de crête (TP) : 260 °C, avec un maximum de 10 secondes au-dessus de 255 °C
• Refroidissement : 6 °C/s max
• Temps total de 25 °C à la crête : maximum 8 minutes

Le soudage par refusion ne doit pas dépasser deux passes. Si plus de 24 heures s'écoulent entre les passes, la LED peut absorber l'humidité et être endommagée. Un étuvage à 60 ± 5 °C pendant 24 heures est recommandé si les conditions de stockage sont dépassées.

6.2 Soudage manuel et reprise

Le soudage manuel avec un fer à souder doit être limité à 300 °C pendant moins de 3 secondes. Une seule reprise est autorisée. Pour la reprise, un fer à souder à double panne est recommandé pour éviter les contraintes thermiques.

6.3 Précautions de manipulation

Évitez de monter sur des circuits imprimés voilés. N'appliquez pas de force mécanique pendant ou après le soudage. Le refroidissement rapide après le soudage n'est pas autorisé. La LED est sensible aux décharges électrostatiques (classe 1, 1000 V HBM), une protection ESD appropriée doit donc être utilisée pendant la manipulation et l'assemblage.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Emballage en bande et bobine

Les LED sont fournies dans une bande porteuse avec 3000 pièces par bobine (diamètre 7 pouces). Dimensions de la bande : largeur 8,00 mm, pas 4,00 mm. La bobine a un diamètre de 178 mm, un diamètre de moyeu de 60 mm et un trou de broche de 13,0 mm. Une étiquette comprend le numéro de pièce, le numéro de spécification, le numéro de lot, le code de bin (pour flux, chromaticité, tension, longueur d'onde), la quantité et le code de date.

7.2 Sac barrière à l'humidité et carton

Chaque bobine est scellée dans un sac barrière à l'humidité avec un dessiccant et une carte indicatrice d'humidité. Le sac est ensuite emballé dans un carton pour l'expédition. Conditions de stockage : avant ouverture du sac, stocker à ≤30 °C et ≤75 % HR jusqu'à 1 an. Après ouverture, utiliser dans les 168 heures à ≤30 °C et ≤60 % HR. Un étuvage à 60 ± 5 °C pendant ≥24 heures est nécessaire si l'indicateur d'humidité montre une exposition ou si le temps de stockage est dépassé.

8. Recommandations d'application

8.1 Applications typiques

• Indicateurs optiques sur les appareils électroniques (par exemple, LED d'état, rétroéclairage de bouton-poussoir)
• Rétroéclairage d'interrupteurs et de symboles dans les produits automobiles ou grand public
• Signalétique générale et rétroéclairage d'affichage
• Éclairage décoratif où la taille compacte et le grand angle sont requis

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours une résistance en série pour limiter le courant à ≤30 mA. Sans résistance, de légères variations de tension peuvent provoquer d'importants changements de courant et des dommages.
• Gestion thermique :Pour un courant maximal ou une température ambiante élevée, prévoyez une zone de cuivre sur le circuit imprimé pour la dissipation thermique. La résistance thermique de 450 °C/W nécessite une disposition soignée pour maintenir la température de jonction en dessous de 95 °C.
• Protection environnementale :Évitez l'exposition aux composés soufrés (>100 PPM), au brome (>900 PPM), au chlore (>900 PPM) et aux COV pouvant se dégager des adhésifs ou des matériaux d'encapsulation. Ceux-ci peuvent provoquer une décoloration et une dégradation du flux lumineux.
• Fonctionnement en parallèle :Si plusieurs LED sont utilisées en parallèle, chacune doit avoir sa propre résistance en série pour équilibrer le courant.

9. Comparaison technique

Comparée aux LED vertes standard dans des boîtiers PLCC-2 similaires, ce dispositif offre un large angle de vision (140°) et plusieurs bins de luminosité jusqu'à 900 mcd. Le binning serré de la longueur d'onde (±2,5 nm par bin) garantit une cohérence des couleurs supérieure, essentielle pour les assemblages multi-LED. La faible résistance thermique de 450 °C/W (typique) est compétitive pour un boîtier de 3,2 x 1,25 mm, permettant des courants de commande plus élevés lorsqu'un dissipateur thermique approprié est utilisé. De plus, la classification MSL-3 et la conformité RoHS le rendent adapté à l'assemblage SMT automatisé.

10. Foire aux questions

Q1 : Quel est le courant de fonctionnement recommandé pour cette LED ?
R : Le courant de test typique est de 20 mA, offrant un bon équilibre entre luminosité et marge thermique. Le courant continu maximal absolu est de 30 mA, mais la température de jonction doit rester inférieure à 95 °C.

Q2 : Puis-je utiliser cette LED dans une application de modulation de largeur d'impulsion (PWM) ?
R : Oui, le courant de crête peut atteindre 60 mA avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. Pour un PWM à rapport cyclique plus élevé, assurez-vous que le courant moyen ≤30 mA.

Q3 : Comment sélectionner le bin de tension correct pour ma conception ?
R : Si vous avez besoin d'une plage de tension serrée pour la mise en miroir de courant ou la connexion en série, choisissez un bin spécifique (par exemple, H1 pour 3,0-3,1 V). Pour une utilisation générale, le 3,0 V typique (H1) est recommandé.

Q4 : Quelle est la durée de conservation après ouverture du sac barrière à l'humidité ?
R : 168 heures à ≤30 °C et ≤60 % HR. Si elle n'est pas utilisée dans ce délai, étuvez à 60 ± 5 °C pendant au moins 24 heures avant la refusion.

Q5 : Puis-je utiliser cette LED à l'extérieur ?
R : La plage de température de fonctionnement est de -40 °C à +85 °C, adaptée à de nombreuses applications extérieures. Cependant, le dispositif n'est pas conçu pour une exposition directe à l'eau ; un revêtement conforme supplémentaire peut être nécessaire.

11. Exemple de conception pratique

Exemple : Rétroéclairage d'un bouton-poussoir avec deux LED en parallèle.

• Luminosité souhaitée : environ 500 mcd par LED (en utilisant le bin 1CG ou 1CL).
• Tension d'alimentation : 5 V CC.
• Tension directe de la LED (typique) : 3,0 V à 20 mA.
• Résistance en série : R = (5 V - 3,0 V) / 0,04 A (deux LED en parallèle, chacune 20 mA) = 50 Ω. Choisissez une résistance de 51 Ω, 1/4 W.
• Vérification thermique : À 25 °C ambiante, élévation de température de jonction = 20 mA * 3,0 V * 450 °C/W = 0,027 W * 450 = 12,15 °C. Température de jonction = 37,15 °C, bien en dessous de 95 °C. Même à 85 °C ambiante, jonction = 97,15 °C, légèrement au-dessus ; envisagez d'utiliser une zone de pastille plus grande pour réduire la résistance thermique ou réduire le courant à 18 mA.

12. Principes de fonctionnement

La LED est une diode à jonction p-n fabriquée à partir de nitrure de gallium (GaN) ou de matériaux semi-conducteurs composés III-V apparentés qui émettent de la lumière verte lorsqu'ils sont polarisés en direct. La largeur de bande interdite détermine la longueur d'onde. Dans ce cas, la longueur d'onde dominante autour de 520 nm correspond à une bande interdite d'environ 2,38 eV. Le dispositif est encapsulé dans une silicone ou un époxy transparent qui assure l'extraction optique et la protection mécanique. Le grand angle de vision est obtenu grâce à un encapsulant diffusant ou à une conception de boîtier qui étale la lumière émise.

13. Tendances de développement

Les LED vertes continuent de s'améliorer en efficacité (lm/W) grâce à de meilleures techniques de croissance épitaxiale et de conceptions de puces. Les tendances futures pour les LED SMD dans ce facteur de forme incluent une efficacité lumineuse plus élevée, une résistance thermique réduite et des bins de longueur d'onde plus serrés pour un meilleur mélange des couleurs dans les applications RVB. De plus, l'intégration de puces de protection ESD dans le boîtier devient plus courante pour améliorer la robustesse. La demande de LED miniaturisées à haute luminosité pour les appareils portables et IoT stimule de nouvelles innovations dans l'emballage et la gestion thermique.