Fiche technique LED SMD 17-21/BHC-AP1Q2/3T - Bleue - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 75mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une LED bleue compacte pour montage en surface, conçue pour les applications électroniques modernes. Le dispositif utilise une puce semi-conductrice InGaN (Nitrures d'Indium et de Gallium) pour produire une lumière bleue avec une longueur d'onde dominante typique de 468 nm. Ses principaux avantages découlent de son boîtier miniature SMD (Dispositif à Montage en Surface), qui permet de réduire significativement l'empreinte sur le CI (Circuit Imprimé), autorise une densité de composants plus élevée et contribue à la miniaturisation globale des équipements. La légèreté du boîtier le rend également adapté aux applications portables et à espace contraint.

1.1 Caractéristiques principales et conformité

La LED est fournie sur bande de 8mm enroulée sur bobine de 7 pouces de diamètre, la rendant entièrement compatible avec les équipements automatisés de placement. Elle est conçue pour être utilisée avec les procédés standards de soudage par refusion infrarouge et à phase vapeur. Le dispositif est de type monochrome (bleu). D'un point de vue matériaux et conformité environnementale, il est sans plomb (Pb-free), conforme à la directive RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), conforme aux règlements REACH de l'UE et répond aux standards sans halogènes avec des limites de Brome (Br) < 900 ppm, Chlore (Cl) < 900 ppm, et leur somme (Br+Cl) < 1500 ppm.

1.2 Applications cibles

Les applications typiques de cette LED incluent le rétroéclairage des tableaux de bord, interrupteurs et symboles. Dans les télécommunications, elle sert d'indicateur ou de rétroéclairage dans des appareils comme les téléphones et télécopieurs. Elle convient également comme source de rétroéclairage plat pour les LCD et pour une utilisation générale comme indicateur nécessitant une source de lumière bleue compacte et fiable.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement continu. Les valeurs maximales absolues sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct continu (IF) :20 mA.
• Courant direct de crête (IFP) :40 mA, permis uniquement en conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 à 1 kHz.
• Dissipation de puissance (Pd) :75 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Décharge électrostatique (ESD) Modèle du Corps Humain (HBM) :150 V. Les procédures de manipulation ESD appropriées doivent être suivies.
• Plage de température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C.
• Plage de température de stockage (Tstg) :-40°C à +90°C.
• Température de soudage (Tsol) :Pour le soudage par refusion, une température de pic de 260°C pendant un maximum de 10 secondes est spécifiée. Pour le soudage manuel, la température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 350°C pendant un maximum de 3 secondes par borne.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales, généralement mesurées à Ta=25°C et un courant direct (IF) de 20 mA, sauf indication contraire.

• Intensité lumineuse (Iv) :S'étend d'un minimum de 45,0 mcd à un maximum de 112,0 mcd. La valeur typique n'est pas spécifiée dans le tableau, se situant dans cette plage dépendante du bac.
• Angle de vision (2θ1/2) :L'angle à mi-intensité est typiquement de 140 degrés, indiquant un cône de vision large.
• Longueur d'onde de pic (λp) :Typiquement 468 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λd) :S'étend de 464,5 nm à 476,5 nm. C'est la longueur d'onde de couleur perçue.
• Largeur spectrale (Δλ) :Typiquement 25 nm, mesurée à mi-hauteur de l'intensité maximale (FWHM).
• Tension directe (VF) :S'étend de 2,7 V (min) à 3,7 V (max), avec une valeur typique de 3,3 V à IF=20mA.
• Courant inverse (IR) :Maximum de 50 µA lorsqu'une tension inverse (VR) de 5V est appliquée. Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse.

Notes importantes :Les tolérances sont spécifiées à ±11% pour l'intensité lumineuse, ±1 nm pour la longueur d'onde dominante, et ±0,1V pour la tension directe. La tension inverse s'applique uniquement à la condition de test IR.

3. Explication du système de classement par bacs

Pour assurer une cohérence de production, les LED sont triées en bacs selon des paramètres de performance clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences spécifiques de luminosité et de couleur.

3.1 Classement par intensité lumineuse

Les bacs sont définis par les codes P1, P2, Q1 et Q2, chacun couvrant une plage spécifique d'intensité lumineuse mesurée en millicandelas (mcd) à IF=20mA.

• P1 :45,0 – 57,0 mcd
• P2 :57,0 – 72,0 mcd
• Q1 :72,0 – 90,0 mcd
• Q2 :90,0 – 112,0 mcd

3.2 Classement par longueur d'onde dominante

Les bacs de longueur d'onde sont définis par les codes A9 à A12, chacun couvrant une plage de 3 nm, assurant un contrôle serré de la couleur.

• A9 :464,5 – 467,5 nm
• A10 :467,5 – 470,5 nm
• A11 :470,5 – 473,5 nm
• A12 :473,5 – 476,5 nm

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques cruciales pour la conception de circuit et la gestion thermique.

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

Cette courbe montre la relation non linéaire entre le courant traversant la LED et la tension à ses bornes. La tension directe (VF) augmente avec le courant. Les concepteurs utilisent cette courbe pour déterminer la valeur nécessaire de la résistance de limitation de courant pour une tension d'alimentation donnée afin d'atteindre le courant de fonctionnement souhaité (ex. 20 mA). La VF typique de 3,3V est un paramètre de conception clé.

4.2 Intensité lumineuse relative vs. Courant direct

Ce graphique illustre comment la sortie lumineuse évolue avec le courant de commande. Bien qu'augmenter le courant accroisse la luminosité, la relation n'est pas linéaire et est limitée par le courant maximal admissible et les effets thermiques. Fonctionner au-delà des valeurs maximales absolues réduira la durée de vie et peut provoquer une défaillance.

4.3 Intensité lumineuse relative vs. Température ambiante

La sortie lumineuse d'une LED dépend de la température. Cette courbe montre typiquement que l'intensité lumineuse diminue lorsque la température de jonction augmente. Comprendre cette dégradation est essentiel pour les applications fonctionnant à haute température ambiante afin de garantir le maintien d'une luminosité suffisante.

4.4 Courbe de déclassement du courant direct

C'est un graphique critique pour la fiabilité. Il montre le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal sûr diminue pour éviter la surchauffe et assurer des performances à long terme. Les concepteurs doivent s'assurer que leur point de fonctionnement se situe dans cette région déclassée.

4.5 Distribution spectrale

Le graphique spectral trace la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme l'émission de couleur bleue avec un pic autour de 468 nm et une largeur spectrale typique (Δλ) de 25 nm, indiquant la pureté de la couleur.

4.6 Diagramme de rayonnement

Ce tracé polaire visualise la distribution spatiale de l'intensité lumineuse, confirmant le large angle de vision de 140 degrés. L'intensité est normalisée à sa valeur maximale (typiquement à 0 degré, perpendiculaire à la surface émettrice).

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est logée dans un boîtier compact pour montage en surface. Les dimensions clés (en mm, avec une tolérance typique de ±0,1mm sauf indication) incluent une longueur de corps de 2,0 mm, une largeur de 1,25 mm et une hauteur de 0,8 mm. La fiche technique fournit un dessin détaillé montant le layout des pastilles, l'espacement des bornes et l'emplacement de la marque d'identification de la cathode, essentiel pour une orientation correcte sur le CI lors de l'assemblage.

5.2 Identification de la polarité

La polarité correcte est obligatoire. Le boîtier présente une marque de cathode distincte. Connecter le dispositif en polarisation inverse peut l'endommager, car la tension inverse maximale n'est que de 5V.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de température de soudage par refusion sans plomb est spécifié. Les paramètres clés incluent : un préchauffage entre 150°C et 200°C pendant 60-120 secondes ; un temps au-dessus du liquidus (217°C) de 60-150 secondes ; une température de pic ne dépassant pas 260°C, maintenue pendant un maximum de 10 secondes ; et des taux de montée et de refroidissement contrôlés (ex. 3°C/sec max pour la montée, 6°C/sec max pour le refroidissement). La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.

6.2 Précautions pour le soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise. La température de la pointe du fer à souder doit être inférieure à 350°C, et le temps de contact par borne ne doit pas dépasser 3 secondes. Un fer de faible puissance (<25W) est recommandé. Un intervalle de refroidissement d'au moins 2 secondes doit être respecté entre le soudage de chaque borne pour éviter un choc thermique.

6.3 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont emballées dans des sacs résistants à l'humidité avec dessiccant. Le sac ne doit pas être ouvert avant que les composants ne soient prêts à l'emploi. Après ouverture, les LED non utilisées doivent être stockées à ≤ 30°C et ≤ 60% d'Humidité Relative. La "durée de vie hors sac" après ouverture est de 168 heures (7 jours). Si ce délai est dépassé ou si l'indicateur de dessiccant a changé de couleur, un traitement de séchage à 60 ± 5°C pendant 24 heures est requis avant utilisation pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bobine et de la bande

Les composants sont fournis sur bande porteuse embossée sur bobine de 7 pouces de diamètre. La largeur de la bande est de 8 mm. Chaque bobine contient 3000 pièces. Des dimensions détaillées pour la bobine, les alvéoles de la bande porteuse et la bande de couverture sont fournies pour assurer la compatibilité avec les chargeurs automatiques.

7.2 Explication de l'étiquette

Les étiquettes d'emballage incluent plusieurs codes : CPN (Numéro de Produit Client), P/N (Numéro de Produit), QTY (Quantité d'Emballage), CAT (Code de Bac d'Intensité Lumineuse), HUE (Code de Bac de Chromaticité/Longueur d'Onde Dominante), REF (Classe de Tension Directe), et LOT No (Numéro de Lot pour la traçabilité).

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 La limitation de courant est obligatoire

Les LED sont des dispositifs à commande en courant. Une résistance série de limitation de courant est absolument essentielle dans la conception du circuit. Sans elle, même une petite augmentation de la tension d'alimentation peut provoquer une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant direct en raison de la caractéristique exponentielle I-V de la diode.

8.2 Gestion thermique

Bien que le boîtier soit petit, la dissipation de puissance (jusqu'à 75 mW) et le coefficient de température négatif de la sortie lumineuse doivent être pris en compte. Pour des performances et une longévité optimales, assurez-vous qu'une surface de cuivre de CI adéquate ou des vias thermiques sont utilisés pour dissiper la chaleur, en particulier lors d'un fonctionnement à haute température ambiante ou près du courant maximal.

8.3 Conception optique

Le large angle de vision de 140 degrés rend cette LED adaptée aux applications nécessitant un éclairage large ou une visibilité sous plusieurs angles. Pour une lumière focalisée, des optiques secondaires (lentilles) seraient nécessaires. La résine transparente permet une bonne extraction de la lumière.

9. Comparaison et positionnement technique

Comparée aux LED traditionnelles traversantes, ce type SMD offre des avantages significatifs en vitesse d'assemblage (compatible avec le placement automatique), économie d'espace sur carte et flexibilité de conception. Dans la catégorie des LED bleues SMD, ses principaux points de différenciation sont sa taille de boîtier spécifique (2,0x1,25mm), sa tension directe typique de 3,3V, son large angle de vision et sa structure de classement définie pour la cohérence de luminosité et de couleur. La technologie de puce InGaN fournit une émission bleue efficace.

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

Q : Quelle valeur de résistance dois-je utiliser avec une alimentation de 5V ?

R : En utilisant la loi d'Ohm (R = (Valim - Vf) / If) et les valeurs typiques : R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohms. Utilisez la valeur standard la plus proche (ex. 82 ou 91 Ohms) et considérez les Vf min/max pour garantir que le courant reste dans les limites.

Q : Puis-je piloter cette LED à 30 mA pour plus de luminosité ?

R : Non. Le courant direct continu maximal absolu est de 20 mA. Dépasser cette valeur compromet la fiabilité et peut provoquer une défaillance immédiate ou prématurée. Utilisez la courbe de déclassement si vous fonctionnez à haute température.

Q : La LED est très faible. Qu'est-ce qui pourrait ne pas fonctionner ?

R : Premièrement, vérifiez la polarité. Deuxièmement, vérifiez le courant direct en utilisant la chute de tension aux bornes de la résistance de limitation de courant. Troisièmement, assurez-vous que la température ambiante n'est pas excessivement élevée, car la sortie lumineuse diminue avec la température.

Q : Dois-je sécher les LED avant le soudage ?

R : Seulement si le sac étanche à l'humidité a été ouvert pendant plus de 168 heures (7 jours) ou si l'indicateur de dessiccant montre une exposition à l'humidité. Suivez la procédure de séchage spécifiée (60°C pendant 24 heures).

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs de statut avec plusieurs LED bleues.

Un concepteur a besoin de 10 indicateurs bleus uniformes sur un panneau de contrôle. Il devrait :

1. Sélectionner des LED du même bac d'intensité lumineuse (ex. Q1) et du même bac de longueur d'onde dominante (ex. A10) pour assurer une cohérence visuelle.

2. Concevoir le CI avec une résistance de limitation de courant pour chaque LED (calculée pour une Vf typique de 3,3V) pour éviter l'accaparement du courant.

3. Disposer la carte pour fournir un peu de remplissage de cuivre autour des pastilles de LED pour une dissipation thermique mineure.

4. Spécifier à l'atelier d'assemblage d'utiliser le profil de refusion sans plomb fourni et de manipuler les dispositifs sensibles à l'humidité selon les directives (stockage en sacs scellés, utilisation dans la durée de vie hors sac).

Cette approche assure un fonctionnement fiable, une apparence cohérente et des performances à long terme.

12. Principe de fonctionnement

Cette LED fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. La région active est constituée d'InGaN. Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel interne de la jonction est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active où ils se recombinent. Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). L'énergie de bande interdite spécifique du matériau InGaN détermine la longueur d'onde des photons émis, qui dans ce cas se situe dans la région bleue du spectre visible (~468 nm). La résine époxy transparente encapsule la puce et aide à façonner le faisceau lumineux de sortie.

13. Tendances technologiques

Les LED bleues basées sur la technologie InGaN représentent une technologie mature et fondamentale dans l'éclairage à semi-conducteurs. Elles sont des composants critiques non seulement pour les indicateurs bleus mais aussi comme source de pompage pour générer de la lumière blanche dans les LED blanches à conversion de phosphore, qui dominent le marché de l'éclairage général. Le développement continu dans ce domaine se concentre sur l'augmentation de l'efficacité lumineuse (plus de lumière par watt électrique), l'amélioration de la cohérence et de la stabilité des couleurs sur la durée de vie, l'amélioration de la fiabilité en fonctionnement à haute température et à fort courant, et la possibilité de tailles de boîtier encore plus petites pour les applications ultra-miniatures. La recherche d'une efficacité plus élevée et d'un coût par lumen plus bas reste une tendance clé de l'industrie.