Fiche technique LED SMD bleue à montage inversé - Boîtier EIA - 5mA - 45mcd - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (SMD) à montage inversé, utilisant un matériau semi-conducteur à base de nitrure de gallium-indium (InGaN) pour produire une lumière bleue. Le dispositif est doté d'une lentille transparente et est conditionné dans un format standard conforme à la norme EIA. Il est conçu pour les processus d'assemblage automatisés, y compris les équipements de placement et la soudure par refusion infrarouge (IR), le rendant adapté à la production en grande série. La LED est classée comme produit vert, conforme à la directive RoHS (Restriction des substances dangereuses).

1.1 Avantages principaux

• Conception à montage inversé :La puce est montée dans une orientation spécifique optimisée pour certaines configurations de circuit imprimé et pour l'extraction de la lumière.
• Compatibilité avec l'automatisation :Fournie sur bande de 8 mm sur bobines de 7 pouces, entièrement compatible avec les équipements standards de placement et de soudure automatisés.
• Haute tolérance aux décharges électrostatiques (ESD) :Seuil de décharge électrostatique (ESD) de 8000V testé selon le modèle du corps humain (HBM), offrant une bonne robustesse à la manipulation.
• Compatible avec les circuits intégrés (CI) :Les caractéristiques électriques permettent une commande directe à partir des sorties de circuits intégrés à niveau logique standard.
• Compatible avec les procédés sans plomb :Résiste aux profils de soudure par refusion infrarouge requis pour l'assemblage sans plomb.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

La section suivante fournit une analyse détaillée des limites absolues et des caractéristiques opérationnelles du dispositif. Tous les paramètres sont spécifiés à une température ambiante (Ta) de 25°C sauf indication contraire.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (Pd) :76 mW. La puissance totale maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (I_FP) :100 mA. Permis en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion de 0,1 ms).
• Courant direct continu (I_F) :20 mA. Le courant direct continu maximal pour un fonctionnement fiable.
• Plage de température de fonctionnement (T_opr) :-20°C à +80°C.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-30°C à +100°C.
• Condition de soudure infrarouge :Résiste à une température de crête de 260°C pendant 10 secondes, typique des procédés de refusion sans plomb.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test standard (I_F= 5 mA, Ta=25°C).

• Intensité lumineuse (I_V) :S'étend d'un minimum de 11,2 mcd à un maximum de 45,0 mcd. La valeur typique dépend du tri spécifique (voir section 3). Mesurée avec un capteur filtré selon la courbe de réponse photopique de l'œil CIE.
• Angle de vision (2θ_1/2) :130 degrés. Cet angle de vision large indique un modèle d'émission de lumière diffus et non focalisé, adapté aux applications d'indicateur et de rétroéclairage nécessitant une visibilité angulaire étendue.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :468 nm. La longueur d'onde spécifique à laquelle la puissance spectrale de sortie est la plus élevée.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :465,0 nm à 475,0 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain pour définir la couleur. Elle est dérivée du diagramme de chromaticité CIE.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :25 nm. Ce paramètre indique la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise. Une valeur de 25 nm est typique pour une LED bleue InGaN standard.
• Tension directe (V_F) :2,65 V à 3,15 V. La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle est alimentée à 5 mA. Cette plage doit être prise en compte pour le calcul de la résistance de limitation de courant dans la conception du circuit.
• Courant inverse (I_R) :10 μA maximum lorsqu'une tension inverse (V_R) de 0,55V est appliquée.Note importante :Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse ; cette condition de test est uniquement pour la caractérisation des fuites.

3. Explication du système de tri

Pour garantir l'uniformité de la production, les LED sont triées en lots en fonction de paramètres clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences spécifiques d'application pour l'uniformité de la couleur et de la luminosité.

3.1 Tri par tension directe

Les lots garantissent que les LED ont des chutes de tension similaires, ce qui peut simplifier la conception de l'alimentation dans les réseaux parallèles. La tolérance par lot est de ±0,1V.

• Lot 1 : 2,65V - 2,75V
• Lot 2 : 2,75V - 2,85V
• Lot 3 : 2,85V - 2,95V
• Lot 4 : 2,95V - 3,05V
• Lot 5 : 3,05V - 3,15V

3.2 Tri par intensité lumineuse

Ce tri regroupe les LED selon leur luminosité de sortie à 5 mA. La tolérance par lot est de ±15%.

• L1 : 11,2 mcd - 14,0 mcd
• L2 : 14,0 mcd - 18,0 mcd
• M1 : 18,0 mcd - 22,4 mcd
• M2 : 22,4 mcd - 28,0 mcd
• N1 : 28,0 mcd - 35,5 mcd
• N2 : 35,5 mcd - 45,0 mcd

3.3 Tri par longueur d'onde dominante

Ceci contrôle la couleur perçue (teinte) de la lumière bleue. La tolérance par lot est de ±1 nm.

• Lot AC : 465,0 nm - 470,0 nm (bleu légèrement plus vert)
• Lot AD : 470,0 nm - 475,0 nm (bleu légèrement plus pur)

4. Analyse des courbes de performance

Bien que des courbes graphiques spécifiques soient référencées dans la fiche technique (par ex., Fig.1, Fig.6), leurs implications sont cruciales pour la conception.

4.1 Intensité lumineuse en fonction du courant direct

La sortie lumineuse (I_V) est approximativement proportionnelle au courant direct (I_F) dans la plage de fonctionnement. Alimenter la LED au-dessus de 5 mA augmentera la luminosité mais aussi la dissipation de puissance et la température de jonction, ce qui peut affecter la longévité et la longueur d'onde. Le maximum de 20 mA en continu offre une marge de luminosité significative par rapport au point de test à 5 mA.

4.2 Tension directe en fonction du courant direct et de la température

La V_Fd'une diode a un coefficient de température négatif ; elle diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette caractéristique est importante pour les conceptions d'alimentation à courant constant, car une source de tension fixe pourrait conduire à un emballement thermique si elle n'est pas correctement limitée en courant. La plage de V_Fspécifiée à 25°C doit être utilisée comme guide, en comprenant qu'elle variera avec la température de fonctionnement.

4.3 Distribution spectrale

Le graphique spectral référencé (Fig.1) montrerait une distribution de type gaussienne centrée sur la longueur d'onde de crête de 468 nm, avec une largeur à mi-hauteur (FWHM) de 25 nm. Cette largeur spectrale est pertinente pour les applications sensibles à des longueurs d'onde spécifiques, comme les capteurs ou les systèmes d'éclairage à mélange de couleurs.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier et polarité

Le dispositif est conforme à un contour de boîtier standard EIA. La désignation "montage inversé" est cruciale pour la conception de l'empreinte sur le circuit imprimé. La cathode et l'anode sont situées sur des côtés spécifiques du boîtier. Le dessin mécanique fournit les dimensions exactes (en mm) pour la conception du motif de pastilles, y compris la taille des pastilles et l'espacement pour assurer une soudure et un alignement corrects. La tolérance pour la plupart des dimensions est de ±0,10 mm.

5.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastilles recommandé (géométrie des pastilles de soudure) est fourni pour assurer la formation fiable des joints de soudure pendant la refusion. Respecter ce motif aide à prévenir le phénomène de "tombstoning" (composant dressé sur la tranche) et assure une connexion thermique et électrique correcte.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion IR

Un profil de refusion suggéré pour les procédés sans plomb est inclus. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :Plage de 150–200°C.
• Durée du préchauffage :Maximum 120 secondes pour permettre la stabilisation de la température et l'activation du flux.
• Température de crête :Maximum 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus :Le dispositif peut supporter la température de crête pendant un maximum de 10 secondes. La refusion doit être effectuée un maximum de deux fois.

Note :Le profil doit être caractérisé pour l'assemblage spécifique du circuit imprimé, car l'épaisseur de la carte, la densité des composants et la pâte à souder affectent le transfert thermique.

6.2 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire :

• Température du fer :Maximum 300°C.
• Durée de soudure :Maximum 3 secondes par borne.
• Fréquence :Ne doit être effectuée qu'une seule fois pour éviter les contraintes thermiques.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis :

• Utiliser uniquement les solvants spécifiés : alcool éthylique ou alcool isopropylique à température ambiante normale.
• Le temps d'immersion doit être inférieur à une minute.
• Des produits chimiques non spécifiés peuvent endommager le matériau du boîtier de la LED (lentille en époxy).

7. Stockage et manipulation

7.1 Précautions contre les décharges électrostatiques (ESD)

Malgré la classification HBM de 8000V, des précautions ESD standard sont recommandées : utiliser des bracelets de mise à la terre, des tapis antistatiques et un équipement correctement mis à la terre lors de la manipulation.

7.2 Sensibilité à l'humidité

Le dispositif a un niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) de 2a.

• Sac scellé :Stockage à ≤30°C et ≤90% HR. La durée de conservation est d'un an lorsqu'il est stocké dans le sac barrière à l'humidité d'origine avec dessiccant.
• Après ouverture :Stockage à ≤30°C et ≤60% HR. Les dispositifs doivent être soumis à une refusion IR dans les 672 heures (28 jours) suivant l'exposition aux conditions ambiantes de l'usine.
• Stockage prolongé (ouvert) :Stocker dans un conteneur scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote.
• Rebaking (séchage) :Si exposé pendant plus de 672 heures, sécher à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant la soudure pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir le "popcorning" pendant la refusion.

8. Conditionnement et commande

8.1 Spécifications de la bande et de la bobine

• Largeur de la bande porteuse :8 mm.
• Diamètre de la bobine :7 pouces.
• Quantité par bobine :3000 pièces.
• Quantité minimale de commande (MOQ) :500 pièces pour les quantités restantes.
• Couvercle des alvéoles :Les alvéoles vides sont scellées avec une bande de couverture.
• Composants manquants :Un maximum de deux LED manquantes consécutives est autorisé par spécification (ANSI/EIA 481).

9. Notes d'application et considérations de conception

9.1 Scénarios d'application typiques

• Indicateurs d'état :Sur les appareils électroniques grand public, les appareils électroménagers et les panneaux de contrôle industriel, bénéficiant de l'angle de vision large.
• Rétroéclairage :Pour les petits afficheurs LCD, claviers ou interrupteurs à membrane.
• Éclairage décoratif :Dans l'éclairage d'accentuation basse consommation ou la signalétique.
• Activation de capteurs :Comme source lumineuse pour les capteurs optiques (proximité, détection d'objets).

Avertissement important :Cette LED est destinée à des équipements électroniques ordinaires. Elle n'est pas classée ni recommandée pour des applications critiques pour la sécurité (par ex., aviation, dispositifs médicaux de maintien des fonctions vitales, contrôle des transports) où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé.

9.2 Considérations de conception de circuit

1. Limitation de courant :Toujours utiliser une résistance en série ou un pilote à courant constant. Calculer la valeur de la résistance en utilisant la V_Fmaximale du lot (par ex., 3,15V) et la tension d'alimentation minimale pour garantir que le courant ne dépasse jamais la valeur maximale absolue, même dans les pires conditions.
2. Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, assurer un cuivre de circuit imprimé adéquat ou un dégagement thermique si le fonctionnement est proche du courant maximal ou dans des températures ambiantes élevées pour maintenir la température de jonction dans les limites.
3. Protection contre la tension inverse :Comme le dispositif n'est pas conçu pour la polarisation inverse, envisager d'ajouter une diode de protection en parallèle (cathode à anode) si la LED pourrait être exposée à des transitoires de tension inverse dans le circuit.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Que signifie "montage inversé" ?

Le montage inversé fait référence à l'orientation physique de la puce semi-conductrice de la LED à l'intérieur du boîtier. Dans une LED standard, la lumière émet principalement par le haut. Dans une conception à montage inversé, la puce est orientée pour optimiser l'émission de lumière par les côtés ou à travers le circuit imprimé, souvent utilisée lorsque la LED est montée dans une cavité ou nécessite un chemin optique spécifique. L'empreinte sur le circuit imprimé différera de celle d'une LED standard à vue de dessus.

10.2 Puis-je alimenter cette LED en continu à 20 mA ?

Oui, 20 mA est la valeur maximale absolue du courant direct continu. Pour une longévité et des performances stables optimales, il est courant d'alimenter les LED en dessous de leur maximum absolu, souvent à 10-15 mA. Se référer toujours aux courbes de déclassement (si disponibles) pour le fonctionnement à températures ambiantes élevées.

10.3 Comment interpréter la valeur d'intensité lumineuse ?

L'intensité lumineuse (mcd) est une mesure de la luminosité perçue dans une direction spécifique (le long de l'axe). L'angle de vision de 130 degrés signifie que cette luminosité est maintenue sur un cône très large. Pour les applications nécessitant un faisceau focalisé, des optiques secondaires (lentilles) seraient nécessaires. Le système de tri (L1 à N2) vous permet de sélectionner une luminosité minimale pour votre conception.

10.4 Pourquoi les conditions de stockage sont-elles si importantes ?

Les composants SMD absorbent l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudure par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se vaporiser rapidement, provoquant un délaminage interne, des fissures ou un "popcorning", ce qui détruit le composant. La classification MSL et les instructions de séchage sont essentielles pour le rendement et la fiabilité de l'assemblage.

11. Exemple pratique de conception

Scénario :Conception d'un simple indicateur de mise sous tension pour un circuit 5V.

1. Sélection du lot :Choisir un lot d'intensité (par ex., M1 pour 18-22,4 mcd) et un lot de tension (par ex., Lot 3 pour ~2,9V) pour le calcul.
2. Calcul de la résistance série :Cible I_F= 10 mA pour un équilibre entre luminosité et longévité.
   R = (V_alimentation- V_F) / I_F= (5V - 2,9V) / 0,01A = 210 Ω.
   Utiliser une résistance standard de 220 Ω. Vérifier la puissance nominale : P_R= I²R = (0,01)²* 220 = 0,022W, donc une résistance de 1/10W ou 1/8W est suffisante.
3. Conception du circuit imprimé :Utiliser les dimensions recommandées des pastilles de soudure de la fiche technique. S'assurer que la polarité est correcte selon le diagramme de marquage du boîtier.
4. Assemblage :Suivre le profil de refusion IR recommandé. Si les cartes sont assemblées dans un environnement humide et ne sont pas utilisées immédiatement, envisager de sécher les LED avant l'assemblage si elles sont sorties du sac scellé depuis plus de 28 jours.

12. Introduction technologique

Cette LED est basée sur la technologie semi-conductrice InGaN (nitrure de gallium-indium) cultivée sur un substrat, généralement du saphir ou du carbure de silicium. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du puits quantique, libérant de l'énergie sous forme de photons. Le rapport spécifique d'indium et de gallium dans l'alliage détermine l'énergie de la bande interdite et donc la longueur d'onde de crête de la lumière émise, qui dans ce cas se situe dans le spectre bleu (~468 nm). La lentille en époxy transparente encapsule la puce, fournissant une protection mécanique, façonnant la sortie lumineuse (angle de vision de 130 degrés) et améliorant l'efficacité d'extraction de la lumière.

13. Tendances de l'industrie

Le développement des LED bleues, pour lequel le prix Nobel de physique 2014 a été décerné, a été une percée fondamentale permettant les LED blanches (via conversion de phosphore) et les affichages en couleur complète. Les tendances actuelles des LED SMD comme celle-ci se concentrent sur :

• Efficacité accrue :Efficacité lumineuse plus élevée (plus de lumière par watt électrique d'entrée).
• Miniaturisation :Tailles de boîtier plus petites (par ex., 0201, 01005) pour une électronique plus dense.
• Amélioration de la cohérence des couleurs :Tolérances de tri plus serrées pour la longueur d'onde dominante et l'intensité, cruciales pour des applications comme le rétroéclairage d'affichage.
• Fiabilité améliorée :Températures de fonctionnement maximales plus élevées et meilleure résistance à l'humidité pour les applications automobiles et industrielles.
• Conditionnement avancé :Intégration de plusieurs puces LED (RVG, blanc) dans un seul boîtier, ou boîtiers avec résistances de limitation de courant ou circuits de contrôle intégrés ("LED intelligentes").