Fiche technique de la série 65-21 - LED Mini Top View Rouge Brillant - 20mA - Angle de vision 120° - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série 65-21 représente une famille de diodes électroluminescentes (LED) compactes, à montage en surface et à émission par le dessus (top-view). Ces composants sont conçus pour des applications nécessitant un large angle de vision et un couplage lumineux efficace. Le modèle principal décrit dans ce document émet une couleur rouge brillant, obtenue grâce à une puce semi-conductrice AlGaInP encapsulée dans une résine transparente. La conception unique du boîtier permet un montage où la lumière est émise à travers la carte de circuit imprimé (PCB), ce qui le rend particulièrement adapté à une utilisation avec des guides de lumière ou des tuyaux optiques.

Les principaux avantages de cette série incluent son aptitude aux processus d'assemblage automatisés comme le soudage par refusion IR, sa disponibilité en bande et bobine pour la production en grande série, et sa conformité aux normes environnementales RoHS et sans plomb. Le large angle de vision de 120 degrés garantit une bonne visibilité sous différents angles, ce qui est crucial pour les applications d'indication et de rétroéclairage.

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. Le dépassement de ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Tension inverse (V_R):5 V. L'application d'une tension inverse supérieure à cette limite risque de provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct continu (I_F):50 mA. C'est le courant continu maximal que la LED peut supporter en permanence.
• Courant direct de crête (I_FP):100 mA. Cette valeur de courant pulsé (à un cycle de service de 1/10, 1 kHz) permet de brèves conditions de surintensité, utiles pour le multiplexage ou les impulsions de luminosité.
• Dissipation de puissance (P_d):110 mW. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur, calculée à partir de la tension et du courant directs.
• Décharge électrostatique (ESD) HBM :2000 V. Cette valeur selon le modèle du corps humain indique une sensibilité modérée aux décharges électrostatiques ; des précautions de manipulation appropriées sont nécessaires.
• Température de fonctionnement (T_opr):-40°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour des plages de températures industrielles.
• Température de stockage (T_stg):-40°C à +90°C.
• Température de soudage :Pour le soudage par refusion, une température de pic de 260°C pendant 10 secondes est spécifiée. Pour le soudage manuel, la limite est de 350°C pendant 3 secondes.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les performances sont mesurées à Ta=25°C et avec un courant de test standard (I_F) de 20 mA.

• Intensité lumineuse (I_v):S'étend d'un minimum de 72 mcd à un maximum de 180 mcd, avec une valeur typique dans cette plage. Une tolérance de ±11% s'applique.
• Angle de vision (2θ_1/2):120 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête.
• Longueur d'onde de crête (λ_p):632 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d):S'étend de 616,5 nm à 634,5 nm, avec une tolérance de ±1 nm. Ce paramètre définit la couleur perçue (rouge brillant).
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :20 nm (typique). C'est la largeur du spectre émis à mi-puissance.
• Tension directe (V_F):S'étend de 1,75 V à 2,35 V à 20mA, avec une tolérance de ±0,1 V.
• Courant inverse (I_R):Maximum de 10 μA lorsqu'une tension inverse de 5V est appliquée.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour garantir l'uniformité de couleur et de luminosité en production, les LED sont triées en classes (bins) en fonction de paramètres clés.

3.1 Classement par longueur d'onde dominante (Groupe A)

Ce paramètre définit le point de couleur. Les classes sont étiquetées de E4 à E7, chacune couvrant une plage de 6 nm (par exemple, E4 : 616,5-622,5 nm, E5 : 620,5-626,5 nm). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des teintes de rouge très spécifiques pour leur application.

3.2 Classement par intensité lumineuse

Ce paramètre définit la luminosité de sortie. Les classes sont Q1 (72-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) et R2 (140-180 mcd). Un code de classe plus élevé indique une luminosité plus importante.

3.3 Classement par tension directe (Groupe B)

Ce paramètre regroupe les LED selon leurs caractéristiques électriques. Les classes sont 0 (1,75-1,95 V), 1 (1,95-2,15 V) et 2 (2,15-2,35 V). L'utilisation de LED d'une même classe de tension peut simplifier la conception des résistances de limitation de courant dans les circuits en parallèle.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour la conception.

4.1 Courbe Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

La courbe montre la relation exponentielle typique d'une diode. Au point de fonctionnement recommandé de 20 mA, la tension directe se situe dans la plage de classement de 1,75V-2,35V. Les concepteurs doivent utiliser une résistance série ou un pilote à courant constant pour limiter le courant, car une petite augmentation de tension peut provoquer une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant.

4.2 Intensité lumineuse relative vs. Courant direct

Cette courbe montre que la sortie lumineuse augmente approximativement de manière linéaire avec le courant jusqu'au courant continu maximal nominal. Un fonctionnement au-delà de 20mA produira une luminosité plus élevée mais augmentera également la dissipation de puissance et la température de jonction, ce qui affecte la longévité.

4.3 Intensité lumineuse relative vs. Température ambiante

L'intensité lumineuse diminue lorsque la température ambiante augmente. La courbe montre le déclassement, ce qui est crucial pour les applications fonctionnant dans des environnements à température élevée. La sortie de la LED est spécifiée à 25°C ; à 85°C, la sortie sera nettement inférieure.

4.4 Courbe de déclassement du courant direct

Ce graphique définit le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal sûr diminue pour éviter la surchauffe. À 85°C, le courant maximal est inférieur à la valeur absolue maximale de 50mA à 25°C.

4.5 Distribution spectrale

Le spectre est une courbe étroite de type gaussienne centrée autour de 632 nm (crête) avec une largeur de bande de 20 nm, confirmant l'émission monochromatique rouge brillant.

4.6 Diagramme de rayonnement

Le diagramme polaire illustre l'angle de vision de 120 degrés. La distribution d'intensité est relativement lambertienne (de type cosinus), offrant un aspect uniforme sur le large cône de vision, ce qui est idéal pour les indicateurs.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier

Le boîtier CMS a des dimensions spécifiques de longueur, largeur et hauteur (en millimètres) avec des tolérances typiques de ±0,1mm sauf indication contraire. Le dessin détaille la forme en vue de dessus, le profil latéral et le motif de pastilles recommandé sur le PCB (empreinte) pour le soudage.

5.2 Identification de la polarité

La cathode est généralement marquée, souvent par une encoche, un marquage vert ou une taille de pastille différente sur le fond du boîtier. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage.

5.3 Spécifications du conditionnement en bande et bobine

Le composant est fourni sur bande porteuse pour les machines de placement automatique. Les dimensions clés incluent la taille de la poche (pour maintenir la LED), la largeur de la bande, le pas (distance entre les poches) et le diamètre de la bobine. La bobine standard contient 2000 pièces.

5.4 Conditionnement résistant à l'humidité

Les bobines sont scellées dans des sacs étanches à l'humidité en aluminium avec un dessiccant pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui est crucial pour prévenir l'effet "pop-corn" (fissuration du boîtier) pendant le soudage par refusion.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Le profil recommandé comprend une phase de préchauffage, une zone de maintien, une zone de refusion avec une température de pic ne dépassant pas 260°C pendant 10 secondes, et une phase de refroidissement contrôlé. Le profil doit respecter la valeur maximale Tsol spécifiée.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, la température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 350°C, et le temps de contact doit être limité à 3 secondes par pastille. Utilisez un dissipateur thermique si possible.

6.3 Précautions de stockage et de manipulation

• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Utilisez des postes de travail et des bracelets de mise à la terre.
• Sensibilité à l'humidité :N'ouvrez pas le sac étanche à l'humidité avant d'être prêt à l'emploi. Si le sac est ouvert, utilisez les composants dans le délai de vie au sol spécifié ou procédez à un rebaking selon les procédures appropriées.
• Conditions de stockage :Stockez les sacs non ouverts à 30°C ou moins et à une humidité relative de 90% ou moins.

7. Notes d'application et considérations de conception

7.1 Scénarios d'application typiques

• Indicateurs optiques :Voyants d'état sur l'électronique grand public, les équipements industriels et les tableaux de bord automobiles.
• Couplage avec guide de lumière :L'émission par le dessus à travers le PCB est idéale pour injecter de la lumière dans des guides de lumière en acrylique ou en polycarbonate pour le rétroéclairage de boutons ou l'éclairage de panneaux.
• Rétroéclairage :Pour les écrans LCD, claviers, interrupteurs et panneaux à membrane.
• Éclairage décoratif général :Dans la signalétique, l'éclairage d'accentuation et la publicité lumineuse.
• Éclairage intérieur automobile :Rétroéclairage du tableau de bord, éclairage des interrupteurs, etc.

7.2 Considérations de conception critiques

• La limitation de courant est obligatoire :Une résistance série externe ou un pilote à courant constant DOIT être utilisé. La tension directe a une tolérance et un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue lorsque la jonction chauffe. Sans limitation de courant, un emballement thermique peut se produire, entraînant une défaillance rapide.
• Gestion thermique :Bien que le boîtier soit petit, la dissipation de puissance (jusqu'à 110mW) génère de la chaleur. Assurez-vous d'avoir une surface de cuivre suffisante sur le PCB (pastilles de décharge thermique) pour évacuer la chaleur, surtout lors d'un fonctionnement à fort courant ou dans des environnements chauds.
• Conception optique :Pour les applications avec guide de lumière, la distance entre la LED et le point d'entrée du guide, ainsi que la géométrie du guide, doivent être optimisées pour maximiser l'efficacité de couplage.
• Classement pour l'uniformité :Pour les applications nécessitant une couleur et une luminosité uniformes sur plusieurs LED, spécifiez des classes étroites (par exemple, une seule classe de longueur d'onde dominante et une seule classe d'intensité lumineuse).

8. Comparaison et différenciation technique

La série 65-21 se différencie par sa combinaison spécifique d'attributs :

• Comparaison avec les LED side-view standard :L'émission par le dessus à travers le PCB est un avantage distinct pour les applications avec guide de lumière, car elle permet de monter la LED à plat sur la carte directement sous le guide, simplifiant la conception mécanique.
• Comparaison avec les LED à angle étroit :L'angle de vision de 120 degrés offre une visibilité beaucoup plus large, ce qui la rend supérieure pour les indicateurs de face avant où la position d'observation n'est pas fixe.
• Comparaison avec les boîtiers non automatisables :Le boîtier CMS et la disponibilité en bande et bobine le rendent très adapté aux lignes d'assemblage automatisées modernes et rapides, réduisant le coût de fabrication par rapport aux LED traversantes.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED directement à partir d'une alimentation logique 3,3V ou 5V ?

R : Non. Vous devez TOUJOURS utiliser une résistance série de limitation de courant. La valeur de la résistance est calculée comme suit : R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Utilisez la valeur maximale de V_Findiquée dans la fiche technique (2,35V) pour une conception prudente afin de garantir que le courant ne dépasse pas 20mA.

Q : Que se passe-t-il si je fais fonctionner la LED à 30mA au lieu de 20mA ?

R : L'intensité lumineuse sera plus élevée, mais la dissipation de puissance et la température de jonction augmenteront. Vous devez vérifier la courbe de déclassement pour vous assurer que 30mA est sûr à votre température ambiante maximale. La fiabilité à long terme peut être réduite.

Q : Comment interpréter le numéro de pièce / code pour la commande ?

R : Le code (par exemple, d'après l'explication de l'étiquette : CAT/HUE/REF) spécifie les sélections de classement. Vous commanderez en fonction des classes d'Intensité Lumineuse (CAT), de Longueur d'Onde Dominante (HUE) et de Tension Directe (REF) requises.

Q : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?

R : Généralement pas pour une seule LED à 20mA. Cependant, si plusieurs LED sont placées proches les unes des autres ou fonctionnent à des courants/températures ambiantes élevés, la chaleur collective peut nécessiter une gestion thermique sur le PCB.

10. Exemple de conception pratique

Scénario :Conception d'un indicateur d'état pour un appareil alimenté par une ligne 5V. La LED doit être pilotée au courant standard de 20mA.

1. Calcul de la résistance série :En utilisant une V_Ftypique de 2,0V pour l'estimation : R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ω. Pour une robustesse face aux variations de V_F, utilisez la V_Fminimale (1,75V) pour calculer le courant maximal : I_max= (5V - 1,75V) / 150Ω ≈ 21,7mA, ce qui est sûr. Une résistance standard de 150Ω, 1/10W est adaptée.
2. Implantation PCB :Placez la LED selon le motif de pastilles recommandé. Incluez une certaine surface de cuivre autour des pastilles pour la dissipation thermique. Assurez-vous que le marquage de polarité sur la sérigraphie correspond à l'indicateur de cathode de la LED.
3. Interface optique :Si vous utilisez un guide de lumière, modélisez la distance et l'alignement. Un petit espace d'air ou l'utilisation d'un gel de silicone transparent peut améliorer l'efficacité du couplage lumineux.

11. Principe de fonctionnement

Cette LED est basée sur une puce semi-conductrice AlGaInP (Phosphure d'Aluminium Gallium Indium). Lorsqu'une tension directe supérieure au potentiel de jonction de la diode est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active où ils se recombinent. Dans les matériaux AlGaInP, cette recombinaison libère de l'énergie principalement sous forme de photons dans la partie rouge à ambre du spectre visible (environ 590-650 nm). La composition spécifique des couches AlGaInP détermine la longueur d'onde dominante, qui est de 632 nm pour cette variante rouge brillant. La résine époxy transparente encapsulante protège la puce, assure la stabilité mécanique et façonne le faisceau lumineux pour obtenir le large angle de vision de 120 degrés.

12. Tendances technologiques

Les LED CMS miniatures à émission par le dessus comme la série 65-21 font partie d'une tendance plus large en optoélectronique vers la miniaturisation, une efficacité accrue et une plus grande intégration avec la fabrication automatisée. Les développements en cours dans l'industrie qui influencent ces composants incluent :

• Efficacité accrue :Les améliorations continues en science des matériaux visent à produire plus de lumens par watt (efficacité plus élevée) à partir d'une même taille de puce, permettant une sortie plus lumineuse ou une consommation d'énergie plus faible.
• Uniformité de couleur améliorée :Les progrès dans la croissance épitaxiale et les processus de classement continuent de resserrer les tolérances sur la longueur d'onde dominante et l'intensité lumineuse, offrant aux concepteurs des sources lumineuses plus uniformes.
• Fiabilité améliorée :La recherche sur de meilleurs matériaux d'encapsulation et techniques de conditionnement conduit à des durées de vie opérationnelles plus longues et à une meilleure résistance aux cycles thermiques, à l'humidité et à d'autres contraintes environnementales.
• Intégration avec les pilotes :Une tendance du marché est l'intégration de circuits de commande (pilotes à courant constant, contrôleurs PWM) directement dans les boîtiers LED, simplifiant la conception des circuits pour l'utilisateur final.