Fiche technique LED SMD Orange LTST-S220KFKT - Puce AlInGaP - 20mA - 90mcd - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTST-S220KFKT est une LED SMD (Dispositif à Montage en Surface) latérale à haute luminosité. Il utilise une puce semi-conductrice AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium), réputée pour produire une lumière orange efficace et brillante. Ce composant est conçu pour les processus d'assemblage automatisés et est compatible avec les techniques standard de soudage par refusion infrarouge, le rendant adapté à la fabrication en grande série. Son application principale est en tant que voyant lumineux ou source de rétroéclairage dans divers appareils électroniques où l'espace est limité et où un profil d'émission latérale est avantageux.

1.1 Avantages principaux

• Haute luminosité :La technologie AlInGaP offre une intensité lumineuse élevée, avec une valeur typique de 90 millicandelas (mcd) à un courant direct de 20mA.
• Grand angle de vision :Caractérisé par un angle de vision de 130 degrés (2θ1/2), assurant une bonne visibilité sous divers angles.
• Adapté à l'automatisation :Fourni sur bande de 8mm montée sur bobines de 7 pouces, compatible avec les équipements automatiques de prélèvement et placement pour un assemblage de PCB efficace.
• Construction robuste :Conçu pour résister aux profils standard de soudage par refusion infrarouge sans plomb (Pb-free), avec une tolérance de température de crête de 260°C pendant 10 secondes.
• Conformité :Le produit est conforme aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses).

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse détaillée des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques qui définissent les performances et les limites opérationnelles de la LED.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Un fonctionnement à ou près de ces limites pendant de longues périodes n'est pas recommandé.

• Dissipation de puissance (Pd) :75 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le boîtier de la LED peut dissiper en toute sécurité sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (IFP) :80 mA. C'est le courant pulsé maximal autorisé, généralement spécifié dans des conditions comme un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. Il est utilisé pour des flashs brefs et de haute intensité.
• Courant direct continu (IF) :30 mA DC. C'est le courant en régime permanent maximal pour un fonctionnement continu.
• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut endommager la jonction PN de la LED.
• Plage de température de fonctionnement (Topr) :-30°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle la LED est conçue pour fonctionner correctement.
• Plage de température de stockage (Tstg) :-40°C à +85°C. La plage de température pour un stockage sûr lorsque le composant n'est pas alimenté.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Mesurées à une température ambiante standard de 25°C, ces paramètres définissent la performance typique de la LED dans des conditions normales de fonctionnement.

• Intensité lumineuse (Iv) :S'étend d'un minimum de 45,0 mcd à une valeur typique de 90,0 mcd à IF=20mA. Cela mesure la luminosité perçue de la lumière émise par l'œil humain.
• Tension directe (VF) :Typiquement 2,4V, avec un maximum de 2,4V à IF=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit le courant.
• Longueur d'onde de crête (λP) :611 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est à son maximum. Pour cette LED orange, elle se situe dans la partie orange-rouge du spectre.
• Longueur d'onde dominante (λd) :605 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.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :17 nm. Cela indique la pureté spectrale ; une valeur plus petite signifie une lumière plus monochromatique (couleur pure).
• Courant inverse (IR) :10 μA maximum à VR=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans les limites de sa valeur maximale.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour assurer une uniformité de luminosité entre les lots de production, les LED sont triées en classes (bins) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée. Le LTST-S220KFKT utilise un système de classement avec les codes et plages suivants, mesurés à 20mA. La tolérance pour chaque classe d'intensité est de +/-15%.

• Code de classe P :45,0 - 71,0 mcd
• Code de classe Q :71,0 - 112,0 mcd
• Code de classe R :112,0 - 180,0 mcd
• Code de classe S :180,0 - 280,0 mcd

Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED d'une classe spécifique pour des applications nécessitant des niveaux de luminosité uniformes.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que des courbes graphiques spécifiques soient référencées dans la fiche technique, leurs implications sont cruciales pour la conception.

4.1 Courbe Intensité lumineuse en fonction du courant (Courbe I-Iv)

La lumière émise (intensité lumineuse) d'une LED est directement proportionnelle au courant direct qui la traverse, jusqu'à un certain point. Un fonctionnement au-dessus du courant continu recommandé (30mA) peut entraîner une chaleur excessive, une durée de vie réduite et un décalage de couleur. Le courant de crête (80mA) permet de produire des flashs beaucoup plus lumineux sans dommage thermique, car la chaleur n'a pas le temps de s'accumuler.

4.2 Dépendance à la température

Les performances des LED sont sensibles à la température. Lorsque la température de jonction augmente :

• L'intensité lumineuse diminue :La lumière émise diminue généralement. Les spécifications de la fiche technique sont à 25°C ; à des températures de fonctionnement plus élevées, la sortie sera plus faible.
• La tension directe diminue :VF a un coefficient de température négatif.
• Décalage de la longueur d'onde :Les longueurs d'onde de crête et dominante peuvent se décaler légèrement, affectant potentiellement la couleur perçue.

Une gestion thermique appropriée (par exemple, une surface de cuivre de PCB adéquate pour la dissipation thermique) est essentielle pour maintenir les performances et la fiabilité.

4.3 Distribution spectrale

La courbe spectrale montre l'intensité lumineuse à différentes longueurs d'onde. Le pic à 611nm et la demi-largeur de 17nm confirment qu'il s'agit d'une LED orange avec une bande passante spectrale relativement étroite, fournissant une couleur saturée.

5. Informations mécaniques et de boîtier

La LED présente une conception de boîtier latéral, ce qui signifie que l'émission lumineuse principale se fait par le côté du composant plutôt que par le dessus. C'est idéal pour les applications d'éclairage latéral.

5.1 Dimensions du boîtier et polarité

Le composant suit un contour de boîtier standard EIA. Les principales tolérances dimensionnelles sont typiquement de ±0,10mm. La cathode (borne négative) est généralement indiquée par un marquage sur le boîtier, tel qu'une encoche, un point ou une patte coupée. La fiche technique inclut un dessin dimensionnel détaillé avec une disposition suggérée des pastilles de soudure pour assurer un bon alignement et la formation des joints de soudure pendant la refusion.

5.2 Conception recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastille recommandé (empreinte de soudure) est fourni pour faciliter un bon rendement de soudage et une stabilité mécanique. Suivre cette conception aide à prévenir des problèmes comme l'effet "tombstoning" (un soulèvement d'une extrémité de la pastille) ou des joints de soudure insuffisants.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

La LED est compatible avec les processus de refusion infrarouge sans plomb (Pb-free). Un profil suggéré est fourni, conforme aux normes JEDEC. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :150-200°C pendant jusqu'à 120 secondes pour chauffer progressivement la carte et activer le flux de la pâte à souder.
• Température de crête :Maximum de 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :Le temps pendant lequel le joint de soudure reste au-dessus de son point de fusion doit être suffisant pour un bon mouillage mais pas excessif pour éviter les contraintes thermiques sur la LED. Le profil suggère un temps à la température de crête de 10 secondes maximum.

Le composant peut supporter ce processus de refusion un maximum de deux fois.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, utilisez un fer à souder à température contrôlée réglé au maximum à 300°C. Limitez le temps de contact à 3 secondes par joint, et soudez une seule fois pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique et aux liaisons internes.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis, utilisez uniquement les solvants spécifiés. L'immersion de la LED dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant moins d'une minute est acceptable. Évitez d'utiliser des produits chimiques agressifs ou non spécifiés qui pourraient endommager la lentille plastique ou le boîtier.

6.4 Stockage et manipulation

• Précautions ESD :Les LED sont sensibles aux décharges électrostatiques (ESD). Utilisez des bracelets antistatiques, des tapis antistatiques et un équipement correctement mis à la terre pendant la manipulation.
• Sensibilité à l'humidité :Bien que la fiche technique indique que le boîtier est scellé, les précautions standard de niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) s'appliquent aux composants SMD après l'ouverture de l'emballage d'origine. Si exposé à l'humidité ambiante, un séchage (par exemple, 60°C pendant 20 heures) peut être requis avant la refusion pour éviter l'effet "popcorn" (fissuration du boîtier due à la pression de vapeur pendant le chauffage).
• Conditions de stockage :Pour les emballages ouverts, stocker à ≤30°C et ≤60% d'humidité relative. Une utilisation dans la semaine est recommandée pour de meilleurs résultats.

7. Informations d'emballage et de commande

Le format d'emballage standard est crucial pour l'assemblage automatisé.

• Bande et bobine :Les composants sont placés dans une bande porteuse gaufrée de 8mm de large.
• Taille de la bobine :7 pouces de diamètre.
• Quantité par bobine :4000 pièces.
• Notes d'emballage :Les emplacements vides sont scellés avec une bande de couverture. Le nombre maximum de composants manquants consécutifs est de deux. La quantité minimale de commande pour les restes est de 500 pièces. L'emballage est conforme aux spécifications ANSI/EIA-481.

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Circuits d'application typiques

Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Pour assurer une luminosité et une longévité constantes, elles doivent être pilotées avec un courant constant ou avec une résistance limitant le courant en série lors de l'utilisation d'une source de tension.

Exemple de calcul pour une résistance série (en utilisant une alimentation de 5V et VF typique=2,4V, IF=20mA) :
Valeur de la résistance, R = (Valim - VF) / IF = (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohms.
Puissance nominale de la résistance, P = (Valim - VF) * IF = (2,6V) * 0,020A = 0,052W. Une résistance standard de 1/8W (0,125W) ou 1/10W est suffisante.

Pour plusieurs LED, les connecter en série (si la tension d'alimentation est suffisamment élevée) est préférable aux connexions en parallèle, car cela garantit un courant identique à travers chaque LED, favorisant une luminosité uniforme.

8.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :Assurez-vous que la conception du PCB prévoit une dissipation thermique adéquate, surtout si le fonctionnement est proche des courants nominaux maximaux. Connecter la pastille thermique (si présente) à un plan de masse peut aider à dissiper la chaleur.
• Limitation de courant :Ne connectez jamais une LED directement à une source de tension sans un mécanisme de limitation de courant.
• Protection contre la tension inverse :Évitez d'appliquer une polarisation inverse. Dans les circuits où une tension inverse est possible (par exemple, couplage AC), envisagez d'ajouter une diode de protection en parallèle avec la LED (cathode à cathode, anode à anode).

9. Comparaison et différenciation technique

Le LTST-S220KFKT se différencie par sa combinaison de technologie AlInGaP et de boîtier latéral. Comparé aux anciennes LED GaAsP ou GaP, AlInGaP offre une efficacité et une luminosité significativement plus élevées pour les couleurs orange/rouge. Le facteur de forme latéral offre une flexibilité de conception pour les applications où la lumière doit être dirigée horizontalement sur une surface, comme dans le rétroéclairage de boutons, les indicateurs d'état sur le bord d'un appareil ou les guides de lumière.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante ?

La longueur d'onde de crête (λP) est la longueur d'onde physique où la LED émet le plus de puissance optique. La longueur d'onde dominante (λd) est une valeur calculée basée sur la perception humaine des couleurs (diagramme CIE) qui représente le mieux la couleur que nous voyons. Elles sont souvent proches mais pas identiques.

10.2 Puis-je alimenter cette LED avec une tension de 3,3V ?

Oui. En utilisant la VF typique de 2,4V à 20mA, une résistance série serait calculée comme R = (3,3V - 2,4V) / 0,020A = 45 Ohms. Assurez-vous que la puissance nominale de la résistance est adéquate (0,9V * 0,02A = 0,018W).

10.3 Pourquoi le courant de crête est-il beaucoup plus élevé que le courant continu ?

Le courant de crête (80mA) est destiné à des impulsions très courtes (0,1 ms). Cela permet à la LED de produire un flash beaucoup plus lumineux à des fins de signalisation sans que la température de jonction n'atteigne des niveaux dommageables, car le temps est insuffisant pour que la chaleur s'accumule. Pour un éclairage constant, le courant continu (30mA) ne doit pas être dépassé.

10.4 Comment interpréter le code de classement (bin code) ?

Le code de classe (par exemple, P, Q, R, S) sur l'étiquette de la bobine ou l'emballage indique la plage d'intensité lumineuse des LED à l'intérieur. Sélectionner dans une seule classe garantit une luminosité constante dans votre produit. Par exemple, les LED de la classe S seront significativement plus lumineuses que celles de la classe P lorsqu'elles sont pilotées au même courant.

11. Exemple d'application pratique

Scénario : Conception d'un indicateur de batterie faible pour un appareil portable.
Le LTST-S220KFKT est un excellent choix. Sa couleur orange est un indicateur d'avertissement courant. Le boîtier latéral permet de le monter sur le bord du PCB, en dirigeant la lumière vers une fenêtre translucide sur le boîtier de l'appareil. Piloté à 15-20mA via une broche GPIO et une résistance série depuis l'alimentation 3,3V de l'appareil, il fournit un signal clair et brillant. Le grand angle de vision de 130 degrés assure que l'indicateur est visible même lorsque l'appareil est vu sous un angle. Sa compatibilité avec le soudage par refusion permet de l'assembler avec tous les autres composants SMD en une seule passe, réduisant le coût de fabrication.

12. Principe de fonctionnement

Une LED est une diode semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant sa tension de bande interdite est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active (la puce AlInGaP dans ce cas). Cette recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition matérielle spécifique du semi-conducteur (AlInGaP) détermine l'énergie de la bande interdite, qui à son tour dicte la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, l'orange. Le boîtier latéral intègre une lentille plastique moulée qui façonne et dirige la lumière émise par la puce latéralement.

13. Tendances technologiques

L'utilisation des matériaux AlInGaP représente une technologie établie et mature pour produire des LED rouges, oranges et jaunes à haute efficacité. Le développement continu dans l'industrie LED au sens large se concentre sur l'augmentation de l'efficacité (lumens par watt), l'amélioration de l'indice de rendu des couleurs et l'augmentation des densités de puissance. Pour les LED de type indicateur comme le LTST-S220KFKT, les tendances incluent une miniaturisation accrue, le développement d'angles de vision encore plus larges et une compatibilité améliorée avec les processus d'assemblage exigeants. La tendance vers une automatisation et une fiabilité accrues dans la fabrication électronique continue de faire des LED SMD robustes et soudables par refusion le choix standard par rapport aux composants traversants.