Fiche technique LED SMD à montage inversé Bleu InGaN - Boîtier EIA - Tension 2,8-3,8V - Intensité lumineuse 28-180mcd - Document technique

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (SMD) haute luminosité et à montage inversé. Le dispositif utilise une puce semi-conductrice InGaN (Nitrures d'Indium et de Gallium) pour produire une lumière bleue et est logé dans un boîtier à lentille transparente conforme aux normes EIA (Electronic Industries Alliance). Conçu pour les processus d'assemblage automatisés, il est compatible avec le soudage par refusion infrarouge. Les principales caractéristiques du produit incluent la conformité aux directives RoHS, la classification en tant que produit vert et un seuil de décharge électrostatique (ESD) élevé.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les limites de fonctionnement du dispositif sont définies à une température ambiante (Ta) de 25°C. Le dépassement de ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Dissipation de puissance (Pd) :76 mW. C'est la puissance continue maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (I_FP) :100 mA. Ceci n'est permis que dans des conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms pour éviter la surchauffe.
• Courant direct continu (I_F) :20 mA. C'est le courant de fonctionnement continu maximal recommandé pour une performance fiable à long terme.
• Seuil de décharge électrostatique (ESD) :8000 V (Modèle du corps humain). Cette valeur élevée indique une protection robuste contre l'électricité statique rencontrée lors de la manipulation.
• Plage de température de fonctionnement (T_opr) :-20°C à +80°C. Le dispositif est fonctionnel dans cette plage de température ambiante.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-30°C à +100°C.
• Condition de soudage par refusion infrarouge :Résiste à une température de crête de 260°C pendant 10 secondes, adaptée aux processus d'assemblage sans plomb.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les performances typiques sont mesurées à Ta=25°C et I_F=20 mA, sauf indication contraire.

• Intensité lumineuse (I_V) :28,0 - 180,0 mcd (millicandela). Mesurée à l'aide d'un capteur filtré selon la courbe de réponse photopique de l'œil CIE. La large plage est gérée par un système de binning.
• Angle de vision (2θ_1/2) :130 degrés. C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur axiale, indiquant un diagramme de vision large.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :468 nm. La longueur d'onde spécifique à laquelle la sortie spectrale est la plus forte.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :465,0 - 475,0 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain pour définir la couleur, dérivée du diagramme de chromaticité CIE.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :25 nm. La largeur de bande du spectre de lumière émise à la moitié de son intensité maximale (Largeur à mi-hauteur - FWHM).
• Tension directe (V_F) :2,80 - 3,80 V à I_F=20 mA. La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit du courant.
• Tension inverse (V_R) :0,6 - 1,2 V à I_R=20 mA. Ceci est une condition de test uniquement ; le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse.

3. Explication du système de binning

Pour assurer la cohérence de la couleur et de la luminosité en production, les dispositifs sont triés en bacs (bins) selon des paramètres clés. Le numéro de pièce inclut généralement des codes spécifiant son bac.

3.1 Binning de la tension directe

Les unités sont en Volts (V) mesurés à 20 mA. La tolérance par bac est de ±0,1 V.
Bac D7 : 2,80 - 3,00 V
Bac D8 : 3,00 - 3,20 V
Bac D9 : 3,20 - 3,40 V
Bac D10 : 3,40 - 3,60 V
Bac D11 : 3,60 - 3,80 V

3.2 Binning de l'intensité lumineuse

Les unités sont en millicandela (mcd) mesurés à 20 mA. La tolérance par bac est de ±15 %.
Bac N : 28,0 - 45,0 mcd
Bac P : 45,0 - 71,0 mcd
Bac Q : 71,0 - 112,0 mcd
Bac R : 112,0 - 180,0 mcd

3.3 Binning de la longueur d'onde dominante

Les unités sont en nanomètres (nm) mesurés à 20 mA. La tolérance par bac est de ±1 nm.
Bac AC : 465,0 - 470,0 nm
Bac AD : 470,0 - 475,0 nm

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de performance typiques essentielles pour la conception. Bien que des graphiques spécifiques ne soient pas reproduits en texte, ils incluent généralement :

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct (Courbe I_V/ I_F) :Montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant, généralement selon une relation non linéaire qui sature à des courants plus élevés.
• Tension directe en fonction du courant direct (Courbe V_F/ I_F) :Illustre la caractéristique I-V de la diode, cruciale pour concevoir des circuits limiteurs de courant.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante :Démontre la diminution de la sortie lumineuse lorsque la température de jonction augmente, un facteur clé pour la gestion thermique.
• Distribution spectrale :Un graphique montrant la puissance relative émise à différentes longueurs d'onde, centré autour de la longueur d'onde de crête de 468 nm avec une FWHM de 25 nm.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du dispositif

La LED est conforme à un contour de boîtier EIA standard. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,10 mm sauf indication contraire. Le boîtier présente une conception à montage inversé, ce qui signifie que l'émission lumineuse principale se fait par le côté du substrat, ce qui influence la disposition des pastilles du PCB et la conception optique.

5.2 Disposition recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastilles (empreinte) recommandé pour le PCB est fourni pour assurer un soudage correct, une stabilité mécanique et un dégagement thermique. Le respect de ce motif est critique pour obtenir des joints de soudure fiables pendant la refusion.

5.3 Identification de la polarité

Comme toutes les diodes, la LED a une anode (+) et une cathode (-). La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage. Le dessin du boîtier dans la fiche technique indique le marquage de polarité sur le dispositif, qui doit être aligné avec le marquage correspondant sur l'empreinte du PCB.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion infrarouge (IR) suggéré pour les processus sans plomb est fourni. Les paramètres clés incluent :
- Préchauffage :150-200°C.
- Durée de préchauffage :Maximum 120 secondes pour chauffer progressivement la carte et les composants, activer la flux et minimiser le choc thermique.
- Température de crête :Maximum 260°C.
- Temps au-dessus du liquidus :Le profil doit assurer une fusion correcte de la pâte à souder. Le composant peut supporter la température de crête pendant un maximum de 10 secondes, et la refusion doit être effectuée un maximum de deux fois.

Note :Le profil optimal dépend de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four. Une caractérisation pour l'application spécifique est recommandée.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire (par exemple, pour la réparation), utilisez un fer à souder avec une température ne dépassant pas 300°C. Le temps de soudage doit être limité à un maximum de 3 secondes par joint, et cela ne doit être fait qu'une seule fois pour éviter d'endommager le boîtier.

6.3 Conditions de stockage

Un stockage approprié est vital pour éviter l'absorption d'humidité, qui peut provoquer l'effet \"pop-corn\" (fissuration du boîtier) pendant la refusion.
- Emballage scellé :Stocker à ≤30°C et ≤90% d'Humidité Relative (HR). Utiliser dans un délai d'un an.
- Emballage ouvert :Pour les composants retirés de leur sac anti-humidité, l'ambiance de stockage ne doit pas dépasser 30°C ou 60% HR. Il est recommandé de terminer la refusion IR dans les 672 heures (28 jours, MSL 2a).
- Stockage prolongé (ouvert) :Stocker dans un conteneur scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote.
- Rebaking (Séchage) :Si les composants ont été exposés au-delà de 672 heures, les faire sécher à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant le soudage.

6.4 Nettoyage

Ne pas utiliser de produits chimiques non spécifiés. Si un nettoyage est nécessaire après soudage, immerger la LED dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant moins d'une minute. Des solvants agressifs peuvent endommager le matériau du boîtier ou la lentille.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le dispositif est fourni emballé dans une bande porteuse gaufrée de 8 mm de large enroulée sur des bobines de 7 pouces (178 mm) de diamètre. C'est le format standard pour les machines de placement automatique.
- Pièces par bobine : 3000.
- Quantité d'emballage minimale :500 pièces pour les quantités restantes.
- Bande de couverture :Les emplacements vides dans la bande porteuse sont scellés avec une bande de couverture supérieure.
- Composants manquants :Un maximum de deux LED manquantes consécutives (emplacements vides) est autorisé par spécification de bobine.
- Norme :L'emballage est conforme aux spécifications ANSI/EIA-481.

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Utilisation prévue

Cette LED est conçue pour des applications dans des équipements électroniques ordinaires, y compris les équipements de bureau, les dispositifs de communication et les appareils ménagers. Elle n'est pas homologuée pour des applications critiques pour la sécurité où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé (par exemple, l'aviation, les dispositifs médicaux de maintien de la vie, les systèmes de sécurité des transports) sans consultation et qualification préalables.

8.2 Conception du circuit

Une résistance limiteur de courant externe ou un circuit pilote à courant constant est obligatoire. La tension directe a une plage (2,8-3,8 V), donc les conceptions ne doivent pas supposer un V_F fixe. Le circuit doit être conçu pour limiter I_F à 20 mA CC ou moins dans toutes les conditions de fonctionnement, en tenant compte des variations de l'alimentation et des effets de la température.

8.3 Gestion thermique

Bien que le boîtier puisse dissiper 76 mW, un dissipateur thermique efficace via les pastilles du PCB est essentiel pour maintenir une basse température de jonction. Une température de jonction élevée réduit la sortie lumineuse (dépréciation des lumens) et raccourcit la durée de vie opérationnelle. Assurez-vous que la conception du PCB prévoit des vias thermiques et une surface de cuivre adéquates, en particulier lors d'un fonctionnement à des températures ambiantes élevées ou près du courant maximal.

8.4 Précautions contre l'ESD

Malgré le seuil HBM élevé de 8000 V, les précautions standard de manipulation contre l'ESD doivent toujours être suivies. Utilisez des bracelets de mise à la terre, des tapis antistatiques et un équipement correctement mis à la terre lors de la manipulation de ces dispositifs.

9. Comparaison et différenciation techniques

Ce dispositif offre plusieurs avantages distincts dans sa catégorie :
1. Conception à montage inversé :Permet une intégration optique unique où la lumière est émise du côté monté contre le PCB, permettant des conceptions de produits plus fines ou un couplage spécifique avec un guide de lumière.
2. Haute luminosité (jusqu'à 180 mcd) :Fournit une intensité lumineuse élevée à partir d'un petit boîtier, adaptée aux applications d'indicateur nécessitant une grande visibilité.
3. Large angle de vision (130°) :Offre un éclairage large et uniforme idéal pour les panneaux de rétroéclairage ou les indicateurs d'état visibles sous plusieurs angles.
4. Protection ESD robuste :Le seuil HBM de 8000 V dépasse les niveaux typiques de l'industrie, offrant une plus grande robustesse à la manipulation et à l'application.
5. Compatibilité avec la refusion sans plomb :Certifiée pour les processus d'assemblage sans plomb standard avec une température de crête nominale de 260°C.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante ?
R : La longueur d'onde de crête (λ_P=468 nm) est le point physique d'émission spectrale le plus élevé. La longueur d'onde dominante (λ_d=465-475 nm) est une valeur calculée basée sur la perception humaine des couleurs (diagramme CIE) et c'est ce qui définit la couleur \"bleue\" que vous voyez.

Q : Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation de 3,3 V sans résistance ?
R : Non. La tension directe varie entre 2,8 V et 3,8 V. Une connexion directe à 3,3 V pourrait entraîner un courant excessif si le V_F est inférieur à 3,3 V, risquant de détruire la LED. Utilisez toujours un mécanisme de limitation de courant.

Q : Que signifie \"MSL 2a\" dans la section stockage ?
R : Le Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 2a indique que le composant peut être exposé aux conditions d'atelier (≤30°C/60% HR) pendant 4 semaines (672 heures) avant de nécessiter un séchage avant le soudage par refusion.

Q : Cette LED est-elle adaptée à un fonctionnement continu à 20 mA ?
R : Oui, 20 mA est le courant direct continu nominal. Cependant, la gestion thermique via le PCB est cruciale pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres pour une fiabilité à long terme.

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Rétroéclairage pour un panneau à membrane
Un concepteur doit rétroéclairer un grand panneau à membrane incurvé avec un éclairage bleu uniforme. La conception à montage inversé de cette LED est idéale. Les LED sont placées sur le circuit imprimé flexible (circuit flex) avec la surface émettrice orientée vers le bas vers une couche guide de lumière. L'angle de vision de 130 degrés assure une diffusion uniforme de la lumière à travers le guide. Le concepteur sélectionne des bacs dans la plage supérieure d'intensité lumineuse (par exemple, Bac Q ou R) pour atteindre la luminosité requise et spécifie un bac de longueur d'onde dominante serré (par exemple, AC ou AD) pour la cohérence des couleurs sur le panneau. L'emballage automatisé en bande et bobine permet un placement rapide et fiable par la machine d'assemblage. Le seuil ESD élevé assure une protection pendant la manipulation du circuit flexible.

12. Introduction au principe technologique

Cette LED est basée sur la technologie des semi-conducteurs InGaN. Dans une diode électroluminescente, la lumière est produite par un processus appelé électroluminescence. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n du semi-conducteur (InGaN), les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active. Lorsque ces électrons et trous se recombinent, ils libèrent de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. L'InGaN a une bande interdite adaptée pour produire de la lumière dans les régions bleue et verte du spectre. La lentille \"transparente\" est généralement en époxy ou en silicone et est conçue pour extraire efficacement la lumière générée à l'intérieur de la puce semi-conductrice.

13. Tendances et évolutions de l'industrie

Le marché des LED SMD continue d'évoluer vers une efficacité plus élevée, des boîtiers plus petits et une plus grande intégration. Les tendances pertinentes pour ce type de dispositif incluent :
1. Efficacité accrue (lm/W) :Les améliorations continues de la croissance épitaxiale et de la conception des puces produisent plus de lumière par unité de puissance électrique, réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique.
2. Miniaturisation :La tendance vers des produits finaux plus petits pousse à l'utilisation de LED dans des empreintes de boîtier toujours plus petites tout en maintenant ou en augmentant la sortie lumineuse.
3. Amélioration de la cohérence des couleurs :Les progrès dans le contrôle de fabrication et des stratégies de binning plus granulaires permettent des tolérances de couleur plus serrées dans les séries de production, importantes pour les réseaux à plusieurs LED.
4. Fiabilité améliorée :Les améliorations des matériaux de boîtier (par exemple, les silicones haute température) et des technologies de fixation de la puce conduisent à des durées de vie opérationnelles plus longues et à de meilleures performances dans des conditions environnementales difficiles.
5. Intégration intelligente :Bien qu'il s'agisse d'un composant discret, la tendance générale va vers des modules intégrés combinant LED, pilotes, contrôleurs et capteurs dans un seul boîtier.