Fiche technique LED Blanc Froid PLCC-2 - 3.1mm x 2.8mm x 1.9mm - Tension 3.1V - Puissance 0.062W - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une LED haute performance pour montage en surface utilisant un boîtier PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier). Le composant est conçu pour la fiabilité et les performances dans des environnements exigeants, avec une température de couleur Blanc Froid. Ses cibles de conception principales sont les applications d'éclairage intérieur automobile, où une sortie lumineuse constante, de larges angles de vision et une construction robuste sont primordiaux. La LED est qualifiée selon la norme AEC-Q102 pour les semi-conducteurs optoélectroniques discrets en applications automobiles, garantissant qu'elle répond aux exigences strictes de qualité et de fiabilité concernant les cycles thermiques, la résistance à l'humidité et le fonctionnement à long terme.

Les avantages principaux de ce composant incluent son facteur de forme compact, une excellente efficacité lumineuse pour sa taille de boîtier, et un très large angle de vision de 120 degrés, le rendant adapté aux applications de rétroéclairage et d'indicateur où la dispersion de la lumière est importante. Il est également conforme aux principales réglementations environnementales incluant RoHS, REACH et les standards sans halogène, en faisant un choix adapté pour les conceptions électroniques modernes avec des restrictions matérielles strictes.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et électriques

Les paramètres opérationnels clés sont définis dans une condition de test standard avec un courant direct (I_F) de 20mA. L'intensité lumineuse typique est de 1800 millicandelas (mcd), avec une valeur minimale spécifiée de 900 mcd et un maximum allant jusqu'à 3550 mcd selon le classement de production. La tension directe (V_F) mesure typiquement 3.1V, avec une plage de 2.5V à 3.75V. Ce paramètre est crucial pour concevoir le circuit de limitation de courant. La longueur d'onde dominante est caractérisée par ses coordonnées chromatiques CIE 1931, avec des valeurs typiques x et y autour de 0.3, définissant son point Blanc Froid. Une tolérance de ±0.005 est appliquée à ces coordonnées.

Le dispositif présente un large angle de vision (2φ) de 120 degrés, défini comme l'angle hors axe où l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête. Cette caractéristique est vitale pour les applications nécessitant un éclairage uniforme sur une large zone.

2.2 Valeurs maximales absolues et gestion thermique

Pour garantir une fiabilité à long terme, le dispositif ne doit pas être utilisé au-delà de ses Valeurs Maximales Absolues. Le courant direct continu maximal est de 30 mA, avec une dissipation de puissance maximale de 112 mW. Pour des impulsions courtes (≤10 μs, rapport cyclique 0.005), un courant de surtension (I_FM) de 250 mA est autorisé. La température de jonction (T_J) ne doit jamais dépasser 125°C. La plage de température de fonctionnement et de stockage est spécifiée de -40°C à +110°C, confirmant son adéquation pour les environnements automobiles.

La gestion thermique est critique pour les performances et la durée de vie de la LED. La fiche technique spécifie deux valeurs de résistance thermique : la résistance thermique réelle (R_{th JS réel}) de la jonction au point de soudure est un maximum de 130 K/W, tandis que la valeur dérivée par méthode électrique (R_{th JS el}) est de 100 K/W. Une conception de PCB appropriée avec une zone de cuivre et des plots thermiques adéquats est nécessaire pour maintenir une température basse au point de soudure, comme illustré dans la courbe de déclassement du courant direct.

2.3 Spécifications de fiabilité et conformité

La LED démontre une construction robuste avec une capacité de résistance aux décharges électrostatiques (ESD) de 8 kV (Modèle du Corps Humain, HBM). Elle est classée Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 3, indiquant qu'elle peut être exposée aux conditions d'atelier jusqu'à 168 heures avant le soudage par refusion. De plus, elle satisfait à la Classe de Robustesse à la Corrosion B1, améliorant sa résistance aux atmosphères corrosives. La conformité totale aux normes RoHS, REACH UE et sans halogène (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) est confirmée.

3. Analyse des courbes de performance

3.1 Courbe I-V et efficacité lumineuse

Le graphique courant direct vs tension directe (I-V) montre la relation exponentielle caractéristique. Au point de fonctionnement typique de 20mA, la tension est d'environ 3.1V. Les concepteurs utilisent cette courbe pour sélectionner les composants de pilotage appropriés. Le graphique de l'intensité lumineuse relative vs courant direct indique que la sortie lumineuse augmente de manière sous-linéaire avec le courant au-delà du point de fonctionnement typique, et un fonctionnement au-dessus de 30mA n'est pas recommandé. La courbe de déclassement du courant direct est essentielle pour la conception thermique, montrant comment le courant continu maximal autorisé doit être réduit lorsque la température du plot de soudure augmente au-dessus de 25°C.

3.2 Dépendance à la température et caractéristiques spectrales

Le graphique de l'intensité lumineuse relative vs température de jonction montre la diminution attendue de la sortie lumineuse lorsque la température augmente, une caractéristique commune des LED. La courbe de la tension directe relative vs température de jonction a une pente négative, qui peut être utilisée dans certains circuits pour la détection de température. Les graphiques du déplacement des coordonnées chromatiques en fonction du courant et de la température montrent une variation minimale, indiquant une bonne stabilité de couleur sous différentes conditions de fonctionnement. Le graphique des caractéristiques de longueur d'onde représente la distribution spectrale de puissance relative, typique d'une LED blanche à conversion de phosphore avec une pompe bleue et une large émission de phosphore jaune.

3.3 Capacité de fonctionnement en impulsions

Le graphique de la capacité de traitement d'impulsions autorisée fournit des directives pour piloter la LED avec des courants pulsés supérieurs au maximum en continu. Il trace l'amplitude du courant direct (I_FA) en fonction de la largeur d'impulsion (t_p) pour différents rapports cycliques (D). Cela permet aux concepteurs d'atteindre une luminosité instantanée plus élevée pour des applications de stroboscope ou de signalisation sans dépasser les limites de puissance moyenne.

4. Explication du système de classement (binning)

Le produit est disponible en groupes triés basés sur l'intensité lumineuse et les coordonnées chromatiques pour assurer la cohérence dans la conception des applications.

4.1 Classement par intensité lumineuse

L'intensité lumineuse est triée en de nombreux classements désignés par des codes alphanumériques (ex. : L1, L2, M1... jusqu'à GA). Chaque classement définit une plage spécifique d'intensité lumineuse minimale et maximale mesurée en millicandelas (mcd). Pour cette référence spécifique, les classements de sortie possibles sont mis en évidence et incluent des plages de 1120 mcd à 3550 mcd (classements AA à CA), la valeur typique de 1800 mcd se situant dans le classement BA (1800-2240 mcd). Une tolérance de mesure de ±8% s'applique.

4.2 Classement par coordonnées chromatiques

La couleur Blanc Froid est triée selon le système de coordonnées CIE 1931 (x, y). La fiche technique fournit un tableau listant divers codes de classement (ex. : PK0, HK0, NK0) et leurs zones quadrilatères correspondantes définies par quatre ensembles de coordonnées (x, y). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des points de couleur étroitement contrôlés pour des applications où l'accord des couleurs est critique, comme dans les combinés d'instruments ou les interrupteurs rétroéclairés.

5. Informations mécaniques, conditionnement et assemblage

5.1 Dimensions mécaniques et polarité

La LED est logée dans un boîtier standard pour montage en surface PLCC-2. Le dessin mécanique (référencé dans le PDF) spécifie les dimensions exactes, incluant la longueur, largeur et hauteur totales, l'espacement des broches et les tolérances. Le boîtier comporte typiquement une lentille moulée. La polarité est indiquée par un marquage de cathode, souvent une encoche ou un point sur le boîtier, qui doit être aligné correctement avec l'empreinte PCB.

5.2 Empreinte PCB recommandée et soudure

Une empreinte de pastille de soudure recommandée est fournie pour assurer des joints de soudure fiables et des performances thermiques optimales. Cela inclut les dimensions pour les plots métalliques et le plot thermique (si présent). Le profil de soudage par refusion est spécifié, avec une température de pic de 260°C pendant un maximum de 30 secondes. Le respect de ce profil est nécessaire pour éviter d'endommager le boîtier ou la dégradation des matériaux internes.

5.3 Conditionnement et précautions de manipulation

Les composants sont fournis en conditionnement bande et bobine adapté aux machines d'assemblage automatiques pick-and-place. Les précautions d'utilisation incluent les procédures standard de manipulation ESD (utilisation de bracelets et postes de travail mis à la terre), éviter les contraintes mécaniques sur la lentille et prévenir la contamination. Des critères spécifiques de test de résistance au soufre peuvent également être décrits pour les applications dans des environnements à forte teneur en soufre.

6. Guide d'application et considérations de conception

6.1 Scénarios d'application typiques

L'application principale est l'éclairage intérieur automobile. Cela inclut le rétroéclairage des combinés d'instruments, des boutons des systèmes d'infodivertissement, des panneaux de contrôle climatique et l'éclairage ambiant général de l'habitacle. Elle est également adaptée au rétroéclairage d'interrupteurs dans divers appareils électroniques et pour des usages généraux d'indicateur où un large angle de vision et une lumière blanche froide sont souhaités.

6.2 Conception du circuit et considérations thermiques

Les concepteurs doivent mettre en œuvre un circuit de pilotage à courant constant pour garantir une sortie lumineuse stable et une longue durée de vie de la LED, car la luminosité d'une LED est fonction du courant, et non de la tension. Une résistance en série peut être utilisée pour des applications simples, mais un pilote actif est recommandé pour les environnements de tension automobile (ex. : système 12V). La conception thermique est non négociable. Le PCB doit fournir un chemin thermique suffisant depuis les plots de soudure de la LED vers une plus grande zone de cuivre ou un dissipateur thermique pour maintenir la température de jonction bien en dessous du maximum de 125°C, en particulier lors d'un fonctionnement à haute température ambiante ou près du courant maximal.

6.3 Considérations de conception optique

L'angle de vision de 120 degrés signifie que la lumière est émise selon un large motif lambertien. Pour les applications nécessitant un faisceau plus focalisé, des optiques secondaires telles que des lentilles ou des guides de lumière doivent être employées. L'interaction du motif d'émission de la LED avec ces éléments optiques doit être simulée ou prototypée pour obtenir l'effet d'éclairage souhaité.

7. Comparaison technique et guide de sélection

Lors de la sélection d'une LED pour des applications d'intérieur automobile, les principaux éléments différenciateurs de cette référence incluent sa qualification AEC-Q102, son large angle de vision et ses classements spécifiques d'intensité lumineuse. Comparée aux LED non qualifiées automobile, ce composant offre une fiabilité éprouvée sous choc thermique, humidité et contraintes opérationnelles à long terme. Le boîtier PLCC-2 offre un bon équilibre entre taille, sortie lumineuse et facilité d'assemblage par rapport aux boîtiers plus petits de type puce ou aux dispositifs traversants plus grands.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quel est l'objectif des informations de classement (binning) ?

R : Le classement garantit la cohérence de la couleur et de la luminosité au sein d'un lot de production. Pour les applications utilisant plusieurs LED côte à côte (comme un panneau de rétroéclairage), spécifier un classement serré pour l'intensité lumineuse et les coordonnées chromatiques empêche les différences visibles de luminosité ou de couleur entre les LED individuelles.

Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une alimentation 5V ou 12V ?

R : Non. Les LED sont des dispositifs pilotés en courant. La connecter directement à une source de tension supérieure à sa tension directe provoquera un courant excessif, risquant de la détruire instantanément. Vous devez toujours utiliser un mécanisme de limitation de courant, tel qu'une résistance ou un circuit intégré de pilotage LED dédié.

Q : Pourquoi la spécification de résistance thermique est-elle importante ?

R : La résistance thermique quantifie l'efficacité avec laquelle la chaleur peut s'échapper de la jonction de la LED. Une valeur plus basse signifie une meilleure dissipation thermique. Dépasser la température de jonction maximale réduit significativement la sortie lumineuse et raccourcit drastiquement la durée de vie opérationnelle de la LED. Un dissipateur thermique approprié, guidé par la résistance thermique et la courbe de déclassement, est essentiel pour des performances fiables.

Q : Que signifie MSL 3 pour le stockage et la manipulation ?

R : MSL (Niveau de Sensibilité à l'Humidité) 3 signifie que le boîtier peut absorber des niveaux d'humidité dommageables s'il est exposé aux conditions ambiantes pendant plus de 168 heures (7 jours). Après ce délai, ou si le sachet scellé d'origine est ouvert, les composants doivent être séchés (baking) selon un profil spécifié avant de pouvoir être soudés par refusion en toute sécurité pour éviter l'effet "pop-corn" ou la délaminage interne.

9. Principes de fonctionnement

Il s'agit d'une LED blanche à conversion de phosphore. La puce semi-conductrice centrale émet de la lumière bleue lorsqu'elle est polarisée en direct (électroluminescence). Cette lumière bleue frappe une couche de matériau phosphore jaune (ou jaune et rouge) déposée sur ou près de la puce. Le phosphore absorbe une partie de la lumière bleue et la ré-émet sous forme d'un spectre plus large de longueurs d'onde plus longues (jaune, rouge). La combinaison de la lumière bleue restante et de la lumière convertie par le phosphore résulte en la perception d'une lumière blanche. Le rapport exact entre l'émission bleue et l'émission du phosphore détermine la température de couleur corrélée (CCT), dans ce cas, Blanc Froid.

10. Tendances et contexte industriel

La tendance dans l'éclairage intérieur automobile va vers une intégration plus élevée, un éclairage dynamique et des expériences ambiantes personnalisées. Bien que les LED discrètes comme ce composant PLCC-2 restent vitales pour le rétroéclairage des interrupteurs et les indicateurs de base, l'adoption de bandes LED flexibles, de LED RGB adressables et de technologies de guides de lumière avancées pour créer des surfaces lumineuses sans joint se développe. De plus, la demande d'une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt) et d'un indice de rendu des couleurs (IRC) amélioré continue, poussant les avancées dans la technologie des phosphores et la conception des puces. Les qualifications automobiles strictes (AEC-Q102) et la conformité environnementale (sans halogène) mises en avant dans cette fiche technique reflètent l'attention globale de l'industrie sur la fiabilité, la longévité et la responsabilité environnementale.