Fiche technique LED Orange SMD LTST-M670KFKT - AlInGaP - Angle de vision 120° - 20mA - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes d'une diode électroluminescente (LED) pour montage en surface (SMD). Le dispositif est une LED orange utilisant un matériau semi-conducteur à base de phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium (AlInGaP) comme source lumineuse, logée dans un boîtier à lentille transparente. Il est conçu pour les processus d'assemblage automatisés et est compatible avec les techniques de soudage par refusion infrarouge, le rendant adapté à la fabrication en grande série sur cartes de circuits imprimés (PCB). Le produit est conforme aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses), le classant comme un produit écologique.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cette LED incluent sa compatibilité avec les équipements automatisés de pick-and-place, ce qui rationalise la production, et sa qualification pour les profils de soudage par refusion infrarouge sans plomb, en accord avec les normes environnementales et de fabrication modernes. Son boîtier standard EIA (Electronic Industries Alliance) assure une compatibilité mécanique avec les systèmes de placement standards de l'industrie. Le dispositif est également décrit comme compatible avec les circuits intégrés (I.C.), indiquant que ses caractéristiques de commande sont adaptées à une interface directe avec des sorties de niveau logique typiques. Les applications cibles sont larges, englobant les équipements électroniques généraux où un éclairage indicateur fiable est requis.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Dissipation de puissance (Pd) :72 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur sans dépasser ses limites thermiques.
• Courant direct de crête (IFP) :80 mA. C'est le courant direct instantané maximal autorisé, généralement spécifié dans des conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms) pour éviter la surchauffe.
• Courant direct continu (IF) :30 mA. C'est le courant direct continu maximal qui peut être appliqué à la LED dans des conditions de régime permanent.
• Tension inverse (VR) :5 V. L'application d'une tension supérieure à cette valeur dans le sens inverse peut provoquer un claquage et endommager la jonction de la LED.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est garanti de fonctionner dans ses paramètres spécifiés.
• Plage de température de stockage :-40°C à +100°C. La plage de température pour un stockage sûr lorsque le dispositif n'est pas alimenté.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés à Ta=25°C et un courant de test (IF) de 20 mA, sauf indication contraire.

• Intensité lumineuse (Iv) :S'étend d'un minimum de 140 mcd à un maximum typique de 450 mcd. Cela mesure la luminosité perçue de la LED par l'œil humain, en utilisant un filtre qui se rapproche de la courbe de réponse photopique CIE.
• Angle de vision (2θ1/2) :120 degrés. C'est l'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur mesurée sur l'axe central (0°). Un angle de 120° indique un diagramme de vision large.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λP) :611 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance spectrale de sortie de la LED est à son maximum.
• Longueur d'onde dominante (λd) :S'étend de 600 nm à 612 nm. Elle est dérivée du diagramme de chromaticité CIE et représente la longueur d'onde unique qui décrit le mieux la couleur perçue de la lumière. C'est le paramètre clé pour la spécification de la couleur.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :17 nm. C'est la largeur du spectre d'émission à la moitié de sa puissance maximale (Largeur à mi-hauteur - FWHM). Une valeur de 17 nm est typique pour une LED orange AlInGaP, indiquant une couleur relativement pure.
• Tension directe (VF) :S'étend de 1,8 V à 2,4 V à IF=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit du courant.
• Courant inverse (IR) :Maximum de 10 μA à VR=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la tension inverse spécifiée est appliquée.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour assurer la cohérence de la production, les LED sont triées en classes (bins) en fonction de paramètres clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences spécifiques de couleur et de performance électrique.

3.1 Classement par tension directe (Unité : V @20mA)

Les LED sont catégorisées par leur chute de tension directe :
Code de classe D2 : 1,8V (Min) à 2,0V (Max)
Code de classe D3 : 2,0V (Min) à 2,2V (Max)
Code de classe D4 : 2,2V (Min) à 2,4V (Max)
La tolérance sur chaque classe est de +/-0,1V.

3.2 Classement par intensité lumineuse (Unité : mcd @20mA)

Les LED sont triées par leur luminosité de sortie :
Code de classe R2 : 140,0 à 180,0 mcd
Code de classe S1 : 180,0 à 224,0 mcd
Code de classe S2 : 224,0 à 280,0 mcd
Code de classe T1 : 280,0 à 355,0 mcd
Code de classe T2 : 355,0 à 450,0 mcd
La tolérance sur chaque classe est de +/-11%.

3.3 Classement par longueur d'onde dominante (Unité : nm @20mA)

Les LED sont classées par leur couleur précise (longueur d'onde dominante) :
Code de classe P : 600,0 à 603,0 nm
Code de classe Q : 603,0 à 606,0 nm
Code de classe R : 606,0 à 609,0 nm
Code de classe S : 609,0 à 612,0 nm
La tolérance pour chaque classe est de +/- 1 nm.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques typiques qui sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans différentes conditions. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas reproduits en texte, leurs implications sont analysées ci-dessous.

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

La courbe I-V d'une LED est exponentielle. Pour la plage de tension directe spécifiée de 1,8V à 2,4V à 20mA, les concepteurs peuvent s'attendre à ce que le point de fonctionnement se situe dans cette fenêtre. La courbe aide à sélectionner des résistances de limitation de courant appropriées et à comprendre les exigences en tension du circuit de commande.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

Cette courbe montre typiquement que l'intensité lumineuse augmente avec le courant direct, mais pas nécessairement de manière linéaire, surtout lorsque le courant approche la valeur maximale. Elle est cruciale pour déterminer le courant de commande nécessaire pour atteindre un niveau de luminosité souhaité.

4.3 Caractéristiques thermiques

La performance des LED dépend de la température. Typiquement, la tension directe diminue avec l'augmentation de la température de jonction, tandis que l'intensité lumineuse diminue également. Comprendre ces courbes est vital pour les applications fonctionnant sur toute la plage de -40°C à +85°C afin d'assurer une performance constante.

4.4 Distribution spectrale

La courbe de sortie spectrale montre l'intensité de la lumière émise à différentes longueurs d'onde, centrée autour de la longueur d'onde de crête de 611 nm avec une demi-largeur de 17 nm. Cela définit la pureté de la couleur orange.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier du dispositif

La LED est fournie dans un boîtier SMD standard. La fiche technique inclut un dessin dimensionnel détaillé avec toutes les mesures critiques en millimètres (et pouces). Les dimensions clés incluent la longueur, la largeur, la hauteur du corps, l'espacement des broches et les recommandations de pastilles. Les tolérances sont typiquement de ±0,2 mm sauf indication contraire. Ces informations sont critiques pour la conception du motif de pastilles sur le PCB.

5.2 Identification de la polarité

Les LED SMD doivent être orientées correctement sur le PCB. Le dessin de la fiche technique indique les bornes cathode (négative) et anode (positive), souvent via un marquage sur le corps du boîtier ou une caractéristique asymétrique.

5.3 Conditionnement en bande et bobine

Pour l'assemblage automatisé, les LED sont fournies sur bande porteuse emboutie et en bobines.
Dimensions de la bande :La largeur de la bande, les dimensions des alvéoles et les spécifications de la bande de couverture sont fournies pour assurer la compatibilité avec les chargeurs.
Spécifications de la bobine :Les LED sont conditionnées sur des bobines d'un diamètre de 7 pouces (178 mm). Chaque bobine contient 2000 pièces. La quantité minimale d'emballage pour les restes est de 500 pièces. Le conditionnement est conforme aux spécifications ANSI/EIA-481. Des notes précisent que les alvéoles vides sont scellées et qu'un maximum de deux composants manquants consécutifs est autorisé.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion infrarouge

Le dispositif est compatible avec les processus de soudage par refusion infrarouge. Un profil suggéré conforme à la norme J-STD-020B pour le soudage sans plomb est fourni. Les paramètres clés de ce profil incluent :
Préchauffage :150-200°C.
Durée de préchauffage :Maximum 120 secondes.
Température de crête :Maximum 260°C.
Temps au-dessus du liquidus :Critique pour la formation correcte des joints de soudure (temps spécifique référencé à partir de la courbe de profil à la page 3).
Le profil est une cible générique ; les profils finaux au niveau de la carte doivent être caractérisés en fonction de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four utilisé.

6.2 Soudage manuel (Fer à souder)

Si un soudage manuel est nécessaire, les limites suivantes s'appliquent :
Température du fer :Maximum 300°C.
Durée de soudage :Maximum 3 secondes par joint.
Le soudage manuel ne doit être effectué qu'une seule fois pour éviter les contraintes thermiques.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage après soudage est requis, seuls les solvants spécifiés doivent être utilisés. Il est recommandé d'immerger la LED dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température normale pendant moins d'une minute. Des produits chimiques non spécifiés peuvent endommager le boîtier.

6.4 Conditions de stockage

Un stockage approprié est essentiel pour maintenir la soudabilité, en particulier pour les composants sensibles à l'humidité.
Emballage scellé :Stocker à ≤30°C et ≤70% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation est d'un an lorsqu'il est stocké dans le sac étanche à l'humidité d'origine avec dessiccant.
Emballage ouvert :Pour les composants retirés de leur sac scellé, l'ambiance de stockage ne doit pas dépasser 30°C et 60% HR. Il est recommandé de terminer le soudage par refusion IR dans les 168 heures (7 jours) suivant l'exposition. Pour un stockage plus long, les composants doivent être conservés dans un conteneur scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote. Les composants exposés pendant plus de 168 heures doivent être cuits à environ 60°C pendant au moins 48 heures avant l'assemblage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet \"pop-corn\" pendant la refusion.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

Les LED sont des dispositifs à commande de courant. La méthode de commande la plus courante consiste à utiliser une résistance de limitation de courant en série. La valeur de la résistance (R) est calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (Vcc - VF) / IF, où Vcc est la tension d'alimentation, VF est la tension directe de la LED (utiliser la valeur max de la classe ou de la fiche technique pour la fiabilité), et IF est le courant direct souhaité (par ex., 20mA). Pour plusieurs LED, les connecter en série assure un courant identique à travers chacune, favorisant une luminosité uniforme. La connexion en parallèle n'est pas recommandée sans résistances individuelles, car de légères variations de VF peuvent provoquer un déséquilibre de courant significatif.

7.2 Conception des pastilles PCB (Motif de pastilles)

La fiche technique fournit une disposition de pastilles recommandée pour le soudage par refusion infrarouge ou en phase vapeur. Suivre cette recommandation est crucial pour obtenir des joints de soudure fiables, un bon alignement et minimiser l'effet \"tombstoning\". La conception des pastilles tient compte de la masse thermique et du volume de soudure.

7.3 Gestion thermique

Bien que la dissipation de puissance soit relativement faible (72 mW max), une conception thermique appropriée sur le PCB peut aider à maintenir des températures de jonction plus basses, ce qui améliore l'efficacité lumineuse et la fiabilité à long terme. Cela peut impliquer l'utilisation de vias thermiques ou de s'assurer d'une surface de cuivre adéquate connectée aux pastilles de la LED.

7.4 Champ d'application et précautions

La LED est destinée à être utilisée dans des équipements électroniques ordinaires tels que des équipements de bureau, des dispositifs de communication et des appareils ménagers. Pour les applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé (par ex., aviation, systèmes médicaux, dispositifs de sécurité), une consultation et une qualification spécifiques sont nécessaires avant utilisation.

8. Comparaison et différenciation technique

Cette LED orange AlInGaP offre des avantages spécifiques. Comparée aux technologies plus anciennes, l'AlInGaP offre une efficacité plus élevée et une meilleure stabilité de la couleur dans le temps et avec la température. L'angle de vision de 120 degrés est remarquablement large pour une LED indicatrice SMD, offrant une bonne visibilité depuis des positions hors axe. Sa compatibilité avec les profils de refusion IR standards pour le soudage sans plomb en fait un choix moderne et écologique adapté aux lignes de fabrication contemporaines. La structure de classement complète permet une sélection précise basée sur les besoins de couleur et de luminosité, ce qui est critique pour les applications nécessitant une cohérence visuelle sur plusieurs indicateurs.

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

Q : À quel courant dois-je commander cette LED ?
R : La condition de test typique est de 20 mA, et le courant continu maximal est de 30 mA. Pour une utilisation générale comme indicateur et une bonne longévité, une commande à 20 mA est standard. Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série.

Q : Comment interpréter la valeur d'intensité lumineuse ?
R : L'intensité lumineuse (mcd) est une mesure de la luminosité dans une direction spécifique. La plage de 140-450 mcd à 20 mA, combinée à l'angle de vision de 120°, signifie qu'elle apparaîtra brillante lorsqu'elle est vue sur l'axe et restera visible sur une large zone.

Q : Puis-je utiliser cette LED à l'extérieur ?
R : La plage de température de fonctionnement de -40°C à +85°C suggère qu'elle peut résister à une large gamme de conditions ambiantes. Cependant, le boîtier n'est pas spécifiquement conçu pour être étanche ou résistant aux UV. Pour une utilisation en extérieur, une protection environnementale supplémentaire (vernis de protection, boîtiers) serait nécessaire.

Q : Pourquoi la condition de stockage est-elle si importante ?
R : Les boîtiers SMD peuvent absorber l'humidité de l'air. Si un composant humide est soumis aux hautes températures du soudage par refusion, la vaporisation rapide de l'humidité peut provoquer un délaminage interne ou des fissures (effet \"pop-corn\"), entraînant une défaillance. Respecter les directives de stockage et de cuisson prévient cela.

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs d'état pour un routeur réseau.
Le panneau nécessite plusieurs LED orange pour indiquer différents états de liaison et d'activité. Une couleur et une luminosité uniformes sont importantes pour l'expérience utilisateur.
Étapes de conception :
1. Sélection des classes :Spécifiez des classes pour la longueur d'onde dominante (par ex., Classe R : 606-609 nm) et l'intensité lumineuse (par ex., Classe T1 : 280-355 mcd) pour garantir que toutes les LED du panneau paraissent identiques.
2. Conception du circuit :L'alimentation logique du routeur est de 3,3 V. En utilisant la VF max de 2,4 V (de la classe D4) et un IF cible de 20 mA, calculez la résistance série : R = (3,3 V - 2,4 V) / 0,020 A = 45 Ohms. Une résistance standard de 47 ohms serait utilisée.
3. Implantation PCB :Utilisez les dimensions de pastilles recommandées de la fiche technique. Placez les LED avec un espacement suffisant pour le large angle de vision de 120° afin d'éviter les interférences optiques.
4. Assemblage :Assurez-vous que l'usine suit le profil de refusion J-STD-020B fourni. Vérifiez que les composants des bobines ouvertes sont utilisés dans les 168 heures ou sont correctement cuits.
5. Résultat :Un panneau avec des indicateurs orange uniformément lumineux et colorés, clairement visibles depuis un large éventail d'angles.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Les diodes électroluminescentes sont des dispositifs semi-conducteurs qui émettent de la lumière par électroluminescence. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, les électrons du matériau de type n se recombinent avec les trous du matériau de type p dans la région active. Cette recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé. Dans ce dispositif, le semi-conducteur composé AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium) a une bande interdite qui correspond à la lumière orange, avec une longueur d'onde dominante dans la plage de 600-612 nm. La lentille en époxy transparente encapsule la puce semi-conductrice, fournit une protection mécanique et façonne le faisceau lumineux pour obtenir l'angle de vision spécifié de 120 degrés.

12. Tendances technologiques

Le développement de la technologie LED continue de se concentrer sur plusieurs domaines clés pertinents pour les LED indicatrices comme celle-ci. Les améliorations d'efficacité (plus de lumière par unité d'entrée électrique) sont une tendance continue, permettant potentiellement une luminosité similaire à des courants de commande plus faibles, ce qui réduit la consommation d'énergie et la génération de chaleur. Les progrès dans les matériaux de conditionnement visent à améliorer la fiabilité à long terme et la stabilité des couleurs dans des conditions de haute température et d'humidité élevée. Il y a également une tendance vers une miniaturisation accrue des boîtiers tout en maintenant ou en améliorant les performances optiques. De plus, l'intégration de l'électronique de commande ou de fonctionnalités de contrôle (comme la régulation de courant intégrée ou le gradateur PWM) directement dans le boîtier de la LED est un domaine de développement pour des applications indicatrices plus avancées, simplifiant la conception du circuit pour l'utilisateur final.