Fiche technique LED CH2525-RGBY0401H-AM - Boîtier CMS Céramique - Rouge 623nm Vert 527nm Bleu 460nm Jaune 590nm - 40mA - Grade Automobile

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit une analyse technique complète de la CH2525-RGBY0401H-AM, une LED CMS (Surface-Mount Device) multicolore haute performance. Le composant est conçu pour la fiabilité et les performances dans des environnements exigeants, avec un boîtier céramique robuste et quatre émetteurs de couleurs distincts intégrés dans une seule unité. Sa conception cible principalement les applications nécessitant un mélange de couleurs précis, une luminosité élevée et une stabilité à long terme.

L'avantage principal de cette LED réside dans son intégration. En combinant des diodes Rouge, Verte, Bleue et Jaune (RGBY) dans un seul boîtier CMS compact, elle simplifie la conception du PCB, réduit le nombre de composants et permet une génération de couleurs sophistiquée dépassant la gamme RGB standard, améliorant notamment la restitution des tons blanc chaud et ambré. Le dispositif est spécifiquement qualifié selon la norme stricte AEC-Q101 pour les semiconducteurs discrets, ce qui en fait un choix adapté pour l'électronique automobile où la fiabilité opérationnelle dans des conditions difficiles est primordiale.

Le marché cible est principalement l'industrie automobile, spécifiquement pour les systèmes d'éclairage intérieur tels que le rétroéclairage du tableau de bord, l'éclairage des commutateurs et l'éclairage d'ambiance. Les applications secondaires incluent l'éclairage décoratif général, la signalétique et l'électronique grand public où une fonctionnalité multicolore et une haute fiabilité sont recherchées.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les caractéristiques électriques et optiques définissent les limites opérationnelles et les attentes de performance de la LED.

2.1 Caractéristiques photométriques et colorimétriques

La LED émet quatre couleurs distinctes, chacune avec des propriétés optiques définies mesurées à un courant de test standard de 40mA et une température de pastille thermique de 25°C. L'intensité lumineuse, une mesure de la luminosité perçue dans une direction donnée, varie selon la couleur : le Rouge produit typiquement 1200 millicandelas (mcd), le Vert 2300 mcd, le Bleu 360 mcd et le Jaune 1300 mcd. Il est crucial de noter que la tolérance de mesure pour l'intensité lumineuse est de ±8%.

L'angle de vision, défini comme l'angle hors axe où l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur maximale, est de 150 degrés pour les émetteurs Vert et Bleu et de 140 degrés pour les émetteurs Rouge et Jaune, avec une tolérance de ±5 degrés. Cela indique un diagramme de rayonnement très large, adapté à l'éclairage de zone.

La couleur est spécifiée à la fois par la longueur d'onde de pic (λp) et la longueur d'onde dominante (λd). Les longueurs d'onde dominantes typiques sont : Rouge : 623 nm, Vert : 527 nm, Bleu : 460 nm et Jaune : 590 nm, avec une tolérance serrée de ±1 nm pour la longueur d'onde dominante. Le graphique de distribution spectrale montre des pics distincts et bien séparés pour chaque couleur, ce qui est essentiel pour un mélange de couleurs précis.

2.2 Paramètres électriques

La plage de fonctionnement du courant direct (I_F) est de 10 mA à 80 mA, 40 mA étant la condition de test typique. Un fonctionnement en dessous de 10 mA n'est pas recommandé. La tension directe (V_F) à 40 mA diffère selon la couleur en raison des propriétés du matériau semiconducteur : Rouge typiquement 2,00V, Vert 2,80V, Bleu 3,00V et Jaune 2,40V, avec une tolérance de mesure de ±0,05V. Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse.

2.3 Paramètres thermiques et de fiabilité

La gestion thermique est critique pour la performance et la durée de vie de la LED. La résistance thermique de la jonction au point de soudure (Rth_JS) est fournie à la fois en valeurs réelles et électriques équivalentes. Par exemple, l'émetteur Rouge a un Rth_JS_réel de 33 K/W et un Rth_JS_élec de 25 K/W. Ces valeurs sont utilisées pour calculer l'élévation de température de jonction en fonction de la dissipation de puissance.

Les valeurs maximales absolues établissent des limites strictes : la dissipation de puissance (P_d) est de 220 mW pour le Rouge/Jaune et de 280 mW pour le Vert/Bleu. La température maximale de jonction (T_J) est de 125°C. La plage de température de fonctionnement (T_opr) est de -40°C à +110°C, confirmant son adéquation au grade automobile. Le dispositif peut résister à une décharge électrostatique (ESD) jusqu'à 8 kV (Modèle du Corps Humain).

3. Explication du système de classement (Binning)

La fiche technique inclut une structure de classement par intensité lumineuse pour catégoriser les LED en fonction de leur sortie. Les classes sont étiquetées avec des codes alphanumériques (L1, L2, M1... R1) représentant une plage d'intensité lumineuse minimale et maximale. Par exemple, la classe L1 couvre les LED avec une intensité de 11,2 mcd à 14 mcd, tandis que la classe R1 commence à 112 mcd. Ce système permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec des niveaux de luminosité cohérents pour un aspect uniforme dans un réseau ou un système. Le tableau fourni semble être un modèle générique, et les classes spécifiques pour chaque couleur de la CH2525-RGBY0401H-AM seraient définies dans les spécifications produit détaillées ou les guides de commande.

4. Analyse des courbes de performance

Les graphiques caractéristiques fournissent des informations vitales sur le comportement de la LED dans des conditions variables.

4.1 Courbe IV et efficacité lumineuse

Le graphique Courant Direct vs Tension Directe montre la relation exponentielle typique des diodes. Chaque trace de couleur a une tension de seuil différente. Le graphique Intensité Lumineuse Relative vs Courant Direct montre que la sortie augmente avec le courant mais peut ne pas être parfaitement linéaire, surtout aux courants plus élevés où l'efficacité diminue en raison de l'échauffement.

4.2 Dépendance à la température

Le graphique Intensité Lumineuse Relative vs Température de Jonction est crucial pour la conception thermique. Il montre que la sortie lumineuse diminue lorsque la température de jonction augmente. Le taux de diminution (extinction thermique) varie selon le matériau semiconducteur ; par exemple, les LED Rouge et Jaune montrent généralement moins de sensibilité à la température que les LED Bleue et Verte. Le graphique Longueur d'Onde Dominante vs Température de Jonction montre un décalage de couleur (typiquement vers des longueurs d'onde plus longues) lorsque la température augmente, ce qui doit être pris en compte dans les applications critiques pour la couleur.

La Courbe de Dérating du Courant Direct dicte le courant direct maximal autorisé en fonction de la température de la pastille de soudure. Pour garantir que la température de jonction reste inférieure à 125°C, le courant doit être réduit à mesure que la température ambiante/de la pastille augmente. Le graphique fournit des lignes de dérating spécifiques pour les groupes de couleurs (Rouge/Jaune, Vert, Bleu).

4.3 Distribution spatiale et spectrale

Les Diagrammes Caractéristiques Typiques de Rayonnement (diagrammes polaires) pour chaque couleur confirment visuellement les larges angles de vision. Le graphique de Distribution Spectrale Relative trace l'intensité normalisée en fonction de la longueur d'onde, montrant clairement le pic d'émission principal pour chaque diode de couleur, ce qui est essentiel pour comprendre le potentiel de mélange de couleurs et les exigences de filtrage.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

La LED utilise un boîtier CMS (Surface-Mount Device) en céramique. Les boîtiers céramiques offrent une conductivité thermique supérieure et une robustesse mécanique par rapport aux boîtiers plastiques, ce qui est bénéfique pour les applications haute puissance ou haute fiabilité. Les dimensions mécaniques spécifiques, y compris la longueur, la largeur, la hauteur et l'espacement des broches/pastilles, sont détaillées dans la section "Dimensions Mécaniques" (référencée page 17). Un schéma de pastilles de soudure recommandé (page 18) est fourni pour assurer une formation correcte des joints de soudure, un transfert thermique et une stabilité mécanique pendant le refusion et le fonctionnement. La polarité ou l'affectation des broches pour les quatre canaux de couleur et toute configuration de cathode/anode commune seraient définies dans cette section.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

Le dispositif est conçu pour le soudage par refusion avec une température de pic de 260°C pendant jusqu'à 30 secondes, ce qui est compatible avec les processus de soudure standard sans plomb. Un graphique détaillé du profil de refusion (page 18) doit être consulté, montrant typiquement les étapes de montée en température, préchauffage, liquéfaction, pic et refroidissement. Le respect de ce profil est nécessaire pour éviter les chocs thermiques, les défauts de soudure ou les dommages à la puce LED ou au boîtier. Le Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) est classé Niveau 2, indiquant que le boîtier peut être exposé aux conditions d'atelier jusqu'à un an avant de nécessiter un séchage avant le soudage par refusion. Les précautions d'utilisation (page 21) incluent probablement la manipulation pour éviter l'ESD, les conditions de stockage et les recommandations de nettoyage.

7. Conditionnement et informations de commande

Les informations de conditionnement (page 19) spécifient comment les LED sont fournies, typiquement sur bande et bobine pour l'assemblage automatisé pick-and-place. Les détails incluent les dimensions de la bobine, l'espacement des alvéoles et l'orientation. Le numéro de pièce "CH2525-RGBY0401H-AM" suit un système de codage interne probable où "CH2525" peut indiquer le type/taille du boîtier, "RGBY" les couleurs, "0401" pourrait être lié à une classe de performance ou une version, et "AM" peut désigner le Grade Automobile. Les informations de commande (page 16) détailleraient comment spécifier différentes classes ou variantes.

8. Recommandations d'application

Les applications principales déclarées sont l'éclairage intérieur automobile et l'éclairage d'ambiance. Dans l'habitacle automobile, cette LED peut être utilisée pour le rétroéclairage multicolore des groupes d'instruments, des commandes d'infodivertissement et pour créer des zones d'éclairage d'ambiance personnalisables. Pour l'éclairage d'ambiance, sa capacité RGBY permet de générer une gamme de couleurs plus large, incluant des blancs plus saturés et plus chauds, par rapport aux LED RGB standard.

Considérations de conception :

• Circuit de pilotage :Nécessite un pilote à courant constant capable de contrôler indépendamment quatre canaux. Les différentes tensions directes doivent être prises en compte, nécessitant potentiellement des régulateurs de courant séparés ou un circuit intégré de pilotage LED multicanal sophistiqué.
• Gestion thermique :La dissipation de puissance, surtout lorsque plusieurs couleurs sont pilotées simultanément, nécessite une surface de cuivre PCB (pastille thermique) adéquate et éventuellement une connexion à un dissipateur thermique pour maintenir une basse température de jonction afin d'optimiser le flux lumineux, la stabilité des couleurs et la longévité.
• Optique :Le large angle de vision peut nécessiter des optiques secondaires (lentilles, diffuseurs) pour façonner le faisceau lumineux pour des applications spécifiques.
• Mélange de couleurs & Contrôle :Obtenir des couleurs constantes et souhaitées nécessite un étalonnage et potentiellement une rétroaction de couleur en boucle fermée utilisant des capteurs, car la sortie de chaque canal varie avec le courant et la température.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux LED RGB CMS plastique standard, les principaux points de différenciation de ce composant sont son boîtier céramique (pour une meilleure dissipation thermique et fiabilité) et l'ajout d'un émetteur Jaune dédié. La puce Jaune améliore significativement l'Indice de Rendu des Couleurs (IRC) de la lumière blanche générée et permet la création directe de couleurs ambrées sans mélanger le Rouge et le Vert, ce qui est souvent inefficace et peut produire une couleur terne. La qualification AEC-Q101 est un différenciateur majeur pour les applications automobiles, car elle valide les performances lors de tests de température, d'humidité et de durée de vie opérationnelle que les LED de grade commercial standard ne subissent pas.

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

Q : Pourquoi l'intensité lumineuse de l'émetteur Bleu (360 mcd) est-elle beaucoup plus faible que celle du Vert (2300 mcd) au même courant de 40mA ?

A : Cela est principalement dû à la courbe de sensibilité photopique de l'œil humain (V(λ)). L'œil est plus sensible à la lumière verte (~555 nm) et moins sensible à la lumière bleue (~460 nm). Par conséquent, pour la même puissance rayonnante (watts optiques), la lumière verte apparaîtra beaucoup plus brillante en termes d'unités photométriques (lumens, candelas). La différence d'efficacité quantique interne des matériaux semiconducteurs joue également un rôle.

Q : Puis-je piloter cette LED avec une source de tension constante ?

A : C'est fortement déconseillé. Les LED sont des dispositifs pilotés en courant. Leur tension directe a une tolérance et varie avec la température. Une source de tension constante pourrait entraîner un courant excessif, une surchauffe et une défaillance rapide. Utilisez toujours un pilote à courant constant ou un circuit limiteur de courant.

Q : Quelle est la différence entre Rth_JS_réel et Rth_JS_élec mentionnés dans les paramètres de résistance thermique ?

A : Rth_JS_réel est la résistance thermique réelle mesurée de la jonction semiconductrice au point de soudure. Rth_JS_élec est une valeur équivalente "électrique" souvent dérivée du paramètre de tension directe sensible à la température. Les concepteurs utilisent généralement Rth_JS_réel pour la modélisation thermique, tandis que Rth_JS_élec pourrait être utilisé pour des techniques d'estimation de température de jonction en circuit.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Exemple 1 : Contrôleur d'éclairage d'ambiance automobile :Un module utilise quatre de ces LED, une dans chaque coin du plancher d'une voiture. Un microcontrôleur avec des sorties PWM pilote un pilote à courant constant à quatre canaux. Le micrologiciel permet à l'utilisateur de choisir parmi des couleurs prédéfinies (ex. : blanc froid, blanc chaud, bleu, orange) ou de créer des couleurs personnalisées en ajustant le rapport cyclique de chaque canal. Le boîtier céramique assure la fiabilité malgré les températures ambiantes potentiellement élevées près du plancher du véhicule.

Exemple 2 : Projecteur encastré à couleur réglable architectural :Dans un projecteur encastré, un réseau de ces LED est monté sur un PCB à âme métallique pour la dissipation thermique. Un pilote avancé avec étalonnage des couleurs et compensation de température est utilisé. Le système peut déplacer dynamiquement le point blanc d'un blanc froid et énergisant (mélange élevé Bleu/Vert) le matin à un blanc chaud et relaxant (mélange élevé Rouge/Jaune) le soir, tout en maintenant un rendu des couleurs élevé.

12. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans les matériaux semiconducteurs. Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant l'énergie de bande interdite de la diode est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semiconducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de bande interdite du matériau semiconducteur utilisé pour chaque puce : différents semiconducteurs composés (ex. : AlInGaP pour Rouge/Jaune, InGaN pour Vert/Bleu) sont employés pour obtenir les couleurs souhaitées. Les quatre puces sont logées dans un seul boîtier céramique avec des connexions électriques séparées pour un contrôle indépendant.

13. Tendances et contexte technologiques

L'intégration de plusieurs émetteurs de couleurs (au-delà du RGB) dans un seul boîtier est une tendance croissante, motivée par la demande d'une lumière de meilleure qualité et d'un contrôle des couleurs plus flexible dans les applications automobile, d'éclairage professionnel et d'affichage. L'inclusion d'un émetteur blanc ou ambré dédié, ou dans ce cas Jaune, améliore le rendu des couleurs et l'efficacité pour certaines teintes. Il y a également une poussée continue vers une densité de puissance et une efficacité plus élevées (plus de lumens par watt), ce qui met davantage l'accent sur la gestion thermique, rendant les matériaux de conditionnement avancés comme la céramique plus prévalents. De plus, l'intégration de l'électronique de contrôle (ex. : circuits intégrés de pilotage) directement avec le boîtier LED est une tendance émergente pour simplifier la conception du système.