Fiche technique LED ELCH08 - LED blanche haute efficacité - 290lm @ 1A - 2,85-3,9V - Angle de vision 120° - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant diode électroluminescente (LED) blanche à haute efficacité. Le dispositif se caractérise par sa conception de boîtier compact, qui délivre un flux lumineux élevé, le rendant adapté aux applications à encombrement limité nécessitant un éclairage puissant. Ses principaux avantages incluent un flux lumineux typique de 290 lumens sous un courant de commande de 1 Ampère, correspondant à une efficacité optique d'environ 87 lumens par watt. La LED intègre une protection ESD robuste, améliorant sa fiabilité lors de la manipulation et de l'assemblage. Elle est entièrement conforme aux directives RoHS et est fabriquée selon des procédés sans plomb.

1.1 Applications cibles

La LED est conçue pour une large gamme d'applications d'éclairage. Les applications principales incluent son utilisation comme source lumineuse de flash ou de stroboscope dans les appareils mobiles et les équipements vidéo numériques. Elle est également bien adaptée pour l'éclairage intérieur général, le rétroéclairage d'écrans TFT, et divers systèmes d'éclairage décoratif ou de divertissement. De plus, elle trouve son utilité dans l'éclairage automobile pour les fonctions intérieures et extérieures, ainsi que dans l'éclairage de sécurité et d'orientation comme les panneaux de sortie et les marqueurs de marche.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Les sections suivantes fournissent une analyse détaillée des principaux paramètres techniques du dispositif, dérivés des valeurs maximales absolues et des conditions de fonctionnement typiques.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement normal.

• Courant continu direct (Mode torche) : 350 mA. C'est le courant direct continu maximal que la LED peut supporter.
• Courant de crête en impulsion : 1500 mA. Ce courant élevé ne peut être appliqué que dans des conditions d'impulsion spécifiques (durée max. 400 ms, cycle de service de 10 %), typiques des opérations de flash d'appareil photo.
• Résistance aux décharges électrostatiques (HBM) : 8 kV. Le dispositif offre une protection élevée contre les décharges électrostatiques selon la norme JEDEC JS-001-2017 (anciennement JEDEC 3b), ce qui est crucial pour la fiabilité de l'assemblage et de la manipulation.
• Température de jonction (Tj) : 150 °C. La température maximale admissible au niveau de la jonction semi-conductrice.
• Température de fonctionnement et de stockage : -40 °C à +85 °C (fonctionnement), -40 °C à +100 °C (stockage).
• Résistance thermique (Rth) : 3,4 °C/W. Ce paramètre indique l'efficacité avec laquelle la chaleur est transférée de la jonction vers l'environnement. Une valeur plus basse signifie de meilleures performances thermiques.
• Dissipation de puissance (Mode impulsionnel) : 6,42 W. La puissance maximale que le dispositif peut dissiper en conditions d'impulsion.
• Angle de vision (2θ1/2) : 120 degrés ± 5°. Ceci définit l'étendue angulaire où l'intensité lumineuse est au moins la moitié de l'intensité de crête, résultant en un motif d'émission large, de type lambertien.

Notes critiques : Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse. Un fonctionnement continu aux valeurs maximales absolues est interdit car il entraînera une dégradation et une panne potentielle. Toutes les spécifications de fiabilité sont validées sous gestion thermique contrôlée sur une carte de circuit imprimé à âme métallique (MCPCB) de 1,0 cm².

2.2 Caractéristiques électro-optiques (Ts=25°C)

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test typiques (impulsion de 50 ms, pastille de soudure à 25°C) et représentent les performances attendues.

• Flux lumineux (Iv) : 260 lm (Min), 300 lm (Typ) à IF=1000mA.
• Tension directe (VF) : 2,85V (Min), 3,90V (Max) à IF=1000mA. La valeur typique se situe dans cette plage.
• Température de couleur corrélée (CCT) : 5500K à 6500K, la plaçant dans la gamme de température de couleur "blanc froid" ou "blanc lumière du jour".

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour garantir l'uniformité en production de masse, les LED sont triées en classes (bins) en fonction de paramètres de performance clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences d'application spécifiques en termes de luminosité, chute de tension et couleur.

3.1 Classement par tension directe

Les LED sont catégorisées en trois classes de tension à IF=1000mA :
- Classe 2832 : VF = 2,85V à 3,25V.
- Classe 3235 : VF = 3,25V à 3,55V.
- Classe 3539 : VF = 3,55V à 3,90V.
Ce classement aide à concevoir des circuits d'alimentation stables en tenant compte de la variation de la tension directe.

3.2 Classement par flux lumineux

Les LED sont triées selon leur rendement lumineux à IF=1000mA :
- Classe J7 : Iv = 260 lm à 300 lm.
- Classe J8 : Iv = 300 lm à 330 lm.
- Classe J9 : Iv = 330 lm à 360 lm.
Cela garantit des niveaux de luminosité prévisibles dans l'application finale.

3.3 Classement par chromaticité (Couleur)

La chromaticité de la lumière blanche est définie par les coordonnées de couleur CIE 1931 (x, y). La classe principale pour ce dispositif est5565, qui cible une plage de CCT de 5500K à 6500K. Le point de référence spécifique pour cette classe se situe aux coordonnées (0,3166, 0,3003), avec une tolérance quadrilatérale définie sur le diagramme CIE. La marge de mesure pour les coordonnées de couleur est de ±0,01.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques donnent un aperçu du comportement du dispositif sous différentes conditions de fonctionnement.

4.1 Distribution spectrale relative

La courbe de distribution spectrale de puissance montre l'intensité de la lumière émise à chaque longueur d'onde. Pour une LED blanche basée sur une puce InGaN bleue avec un revêtement de phosphore, le spectre présente typiquement un pic bleu dominant provenant de la puce et une bande d'émission jaune/rouge plus large provenant du phosphore. La sortie combinée produit de la lumière blanche. La longueur d'onde de crête (λp) et la forme spectrale complète influencent l'Indice de Rendu des Couleurs (IRC) et la qualité de couleur perçue.

4.2 Diagramme de rayonnement typique

Le diagramme de rayonnement polaire illustre la distribution spatiale de l'intensité lumineuse. La courbe fournie indique un motif quasi-lambertien, où l'intensité est approximativement proportionnelle au cosinus de l'angle de vision. Cela se traduit par un éclairage large et uniforme adapté aux applications d'éclairage général et de flash. Les diagrammes des axes X et Y sont similaires, indiquant une émission symétrique.

4.3 Tension directe en fonction du courant direct (Courbe V-I)

Cette courbe démontre la relation exponentielle typique d'une diode. La tension directe augmente avec le courant mais pas de manière linéaire. Comprendre cette courbe est essentiel pour la gestion thermique et la conception du pilote, car la puissance dissipée (Vf * If) génère de la chaleur.

4.4 Flux lumineux relatif en fonction du courant direct

Ce graphique montre comment la sortie lumineuse évolue avec le courant de commande. Initialement, le flux augmente presque linéairement avec le courant. Cependant, à des courants plus élevés, une baisse d'efficacité (droop) se produit en raison de l'augmentation de la température de jonction et d'autres effets de physique des semi-conducteurs, entraînant une diminution de l'augmentation relative du flux. Un fonctionnement au-delà du courant recommandé réduit l'efficacité et accélère le vieillissement.

4.5 CCT en fonction du courant direct

Cette courbe révèle comment la température de couleur corrélée se déplace avec le courant de commande. Typiquement, pour les LED blanches à conversion de phosphore, la CCT peut augmenter (la lumière devient plus froide/bleue) à des courants très élevés en raison de changements d'efficacité différentiels entre la LED bleue de pompage et le phosphore. Le graphique montre que la CCT reste relativement stable sur la plage de courant opérationnelle, ce qui est souhaitable pour une performance de couleur constante.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

Les dimensions physiques et la construction du boîtier de la LED sont critiques pour la conception du PCB, la gestion thermique et la conception optique.

5.1 Dessin des dimensions du boîtier

La fiche technique inclut un dessin coté détaillé du boîtier CMS (Composant Monté en Surface). Les dimensions clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur globales, ainsi que la taille et l'espacement des pastilles (terminaisons). Les tolérances sont typiquement de ±0,1 mm sauf indication contraire. Ce dessin est essentiel pour créer l'empreinte PCB (land pattern) dans un logiciel de CAO.

5.2 Identification de la polarité

Le boîtier comporte un marqueur de polarité. Une orientation correcte lors de l'assemblage est obligatoire pour éviter une polarisation inverse, qui n'est pas supportée et peut endommager le dispositif. La polarité est également indiquée sur la bande porteuse pour les machines de placement automatique.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudage par refusion

Le dispositif peut supporter une température de soudage de crête de 260°C, ce qui est compatible avec les profils de refusion standard sans plomb (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020). Le nombre maximum de cycles de refusion autorisé est de 3. Il est crucial de suivre le profil de température recommandé (montée, maintien, pic de refusion et vitesses de refroidissement) pour éviter les chocs thermiques et assurer des soudures fiables sans endommager le composant LED.

6.2 Niveau de sensibilité à l'humidité (MSL)

Le composant est classé MSL Niveau 1. C'est le niveau de résistance à l'humidité le plus élevé, ce qui signifie que le dispositif a une durée de vie illimitée en stockage dans des conditions ≤ 30°C / 85 % d'humidité relative et ne nécessite pas de pré-séchage avant utilisation s'il est stocké dans ces conditions. Cela simplifie la gestion des stocks par rapport aux niveaux MSL plus élevés.

6.3 Conditions de stockage

La plage de température de stockage recommandée est de -40°C à +100°C. Les composants doivent être conservés dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine avec dessicant jusqu'à leur utilisation pour maintenir le classement MSL 1.

7. Emballage et informations de commande

7.1 Spécifications d'emballage

Les LED sont fournies sur des bandes porteuses gaufrées enroulées sur des bobines, ce qui est la norme pour l'assemblage CMS automatisé. La fiche technique fournit les dimensions de la bande porteuse (pas des alvéoles, largeur, etc.) et de la bobine (diamètre, taille du moyeu). Une bobine standard contient 2000 pièces. La bande indique la polarité et le sens d'avancement pour la machine de placement.

7.2 Étiquetage du produit

La bobine et l'emballage sont étiquetés avec des informations clés pour la traçabilité et l'utilisation correcte :
- P/N : Le numéro de pièce du fabricant (par exemple, ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH).
- LOT NO : Numéro de lot de fabrication pour le contrôle qualité.
- QTY : Quantité de pièces dans l'emballage.
- CAT : Code de classe de flux lumineux (par exemple, J7).
- HUE : Code de classe de couleur (par exemple, 5565).
- REF : Code de classe de tension directe (par exemple, 2832, 3235, 3539).
- MSL-X : Niveau de sensibilité à l'humidité.

8. Recommandations d'application

8.1 Considérations de conception

Gestion thermique : C'est le facteur le plus critique pour les performances et la durée de vie de la LED. La faible résistance thermique (3,4°C/W) n'est efficace qu'avec un dissipateur thermique adéquat. Utilisez un PCB avec une surface de cuivre suffisante ou un PCB à âme métallique (MCPCB) dédié pour évacuer la chaleur des pastilles de soudure. La température maximale du substrat est spécifiée à 70°C à IF=1000mA.
Alimentation en courant : Utilisez un pilote LED à courant constant, et non une source à tension constante, pour assurer une sortie lumineuse stable et éviter l'emballement thermique. Respectez les valeurs maximales absolues de courant pour les modes continu (torche) et impulsionnel (flash).
Conception optique : Le large angle de vision de 120 degrés convient aux applications nécessitant une couverture étendue. Pour des faisceaux focalisés, des optiques secondaires (lentilles, réflecteurs) seront nécessaires. Le motif d'émission lambertien simplifie la modélisation optique.

8.2 Précautions contre les décharges électrostatiques (ESD)

Bien que le dispositif ait une protection ESD élevée (8kV HBM), les pratiques standard de contrôle ESD doivent toujours être suivies lors de la manipulation et de l'assemblage (utilisation de postes de travail mis à la terre, bracelets antistatiques, etc.) pour éviter les dommages cumulatifs ou les défauts latents.

9. Comparaison et différenciation techniques

Bien qu'une comparaison directe côte à côte avec d'autres modèles spécifiques ne soit pas fournie dans la fiche technique, les principales caractéristiques différenciatrices de cette LED peuvent être déduites :
- Haute efficacité lumineuse : 87 lm/W à 1A est une efficacité compétitive pour une LED CMS de puissance dans sa catégorie, conduisant à une consommation d'énergie plus faible et une charge thermique réduite pour un flux lumineux donné.
- Capacité d'impulsion à courant élevé : La valeur de crête d'impulsion de 1500mA pour les applications flash est une caractéristique importante, permettant des éclairs très lumineux et de courte durée adaptés aux flashes d'appareil photo.
- Robustesse ESD élevée : 8kV HBM offre une robustesse de manipulation supérieure par rapport à de nombreuses LED ayant des classements ESD inférieurs ou non spécifiés.
- Classement complet : Le classement à trois paramètres (flux, tension, couleur) permet un contrôle plus précis des performances du système, ce qui est avantageux pour les applications exigeant une cohérence de couleur et de luminosité.

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

Q1 : Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation 3,3V ?
R : Pas directement. La tension directe (Vf) varie de 2,85V à 3,90V à 1A. Une source de 3,3V pourrait à peine allumer une unité à faible Vf mais ne peut pas fournir une régulation de courant appropriée. Un circuit pilote à courant constant est requis.

Q2 : Quelle est la différence entre le "Mode torche" (350mA) et la condition de test (1000mA) ?
R : "Mode torche" fait référence au courant continucontinumaximal (350mA). La spécification 1000mA est pour un fonctionnementen impulsion(par exemple, impulsions de 50 ms), typiquement utilisé pour l'évaluation des performances et les applications flash. Un fonctionnement continu à 1000mA dépasserait les valeurs maximales absolues et provoquerait une panne.

Q3 : Comment interpréter les classes de flux lumineux J7, J8, J9 ?
R : Ce sont des classes de luminosité. Si votre conception nécessite un minimum de 300 lumens, vous devez sélectionner les classes J8 ou J9. L'utilisation de la classe J7 pourrait entraîner des unités en dessous de la luminosité requise. Spécifiez la classe requise lors de la commande.

Q4 : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?
R : Absolument. La dissipation de puissance à 1A en impulsion peut atteindre près de 4W (3,9V * 1A). Sans un dissipateur thermique approprié, la température de jonction dépassera rapidement sa limite, entraînant une dépréciation rapide du flux lumineux, un décalage de couleur et une panne catastrophique.

11. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Conception d'un flash d'appareil photo de téléphone mobile
1. Sélection du pilote : Choisissez un circuit intégré pilote à courant constant à découpage compact et haute efficacité, capable de délivrer une impulsion de 1500mA avec un contrôle précis de la largeur d'impulsion (par exemple, ~400 ms) et du cycle de service (<10 %).
2. Conception du PCB : Placez la LED sur une pastille thermique dédiée connectée à de larges zones de cuivre ou à un plan de masse interne. Utilisez plusieurs vias sous la pastille pour conduire la chaleur vers les autres couches. Gardez le circuit intégré pilote à proximité pour minimiser l'inductance des pistes.
3. Intégration optique : Une simple lentille plastique ou guide de lumière sera placé au-dessus de la LED pour diffuser la lumière et éliminer les points chauds, assurant un éclairage uniforme pour la scène photographiée. Le large angle de vision de la LED facilite cette diffusion.
4. Sélection des composants : Pour une couleur et une luminosité de flash cohérentes sur des millions de téléphones, spécifiez des classes strictes : par exemple, Classe de couleur 5565, Classe de flux J8 ou J9, et une Classe de tension spécifique pour simplifier la conception du pilote.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Il s'agit d'une LED blanche à conversion de phosphore. Le cœur est une puce semi-conductrice en Nitrure de Gallium-Indium (InGaN), qui émet de la lumière bleue lorsqu'une tension directe est appliquée et que les électrons se recombinent avec les trous à travers la bande interdite de la puce. Cette lumière bleue est partiellement absorbée par une couche de phosphore au grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au cérium (YAG:Ce) recouvrant la puce. Le phosphore convertit une partie des photons bleus en longueurs d'onde plus longues dans le spectre 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 entre l'émission bleue et jaune détermine la Température de Couleur Corrélée (CCT).

13. Tendances technologiques

Le développement des LED blanches suit plusieurs trajectoires clés :
- Augmentation de l'efficacité (lm/W) : Des améliorations continues de l'efficacité quantique interne de la puce bleue, de l'extraction de lumière du boîtier et de l'efficacité de conversion du phosphore augmentent l'efficacité, réduisant la consommation d'énergie.
- Amélioration de la qualité de couleur : Dépassement des systèmes simples bleu+YAG vers des systèmes à multi-phosphores ou à pompe violette pour atteindre un Indice de Rendu des Couleurs (IRC) plus élevé et une couleur plus uniforme selon l'angle (Uniformité angulaire de la couleur).
- Densité de puissance plus élevée et miniaturisation : Comme le montre ce dispositif, la tendance est de concentrer plus de lumens dans des boîtiers plus petits, exigeant des solutions de gestion thermique toujours meilleures comme des substrats et matériaux de boîtier avancés.
- Fiabilité améliorée : Les améliorations des matériaux (phosphores, encapsulants) et des techniques de conditionnement continuent d'allonger la durée de vie opérationnelle et le maintien du flux lumineux (classements L70, L90).
- Solutions intelligentes et intégrées : Le marché voit une croissance des LED avec pilotes intégrés, capteurs ou capacités de communication (Li-Fi), bien que cette fiche technique décrive un composant discret et traditionnel.