Fiche technique LED CMS LTSA-G6SPVAKTU - Ambre AlInGaP - 140mA - 2,65V - 530mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes d'une LED à montage en surface (CMS) conçue pour des applications à haute fiabilité. Le composant utilise un matériau semi-conducteur à base de phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium (AlInGaP) pour produire une émission de lumière ambre, encapsulée dans un boîtier à lentille transparente. Il est conçu pour répondre aux exigences rigoureuses des procédés d'assemblage électronique modernes et des environnements opérationnels exigeants.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de conception de cette LED incluent sa compatibilité avec les équipements automatisés de placement et les procédés standards de soudure par refusion infrarouge (IR), essentiels pour la production en grande série. Le boîtier est conforme aux dimensions standard EIA, garantissant l'interchangeabilité et la facilité d'intégration dans les conceptions de circuits imprimés existantes. Sa qualification clé selon la norme AEC-Q101, Révision D, souligne son adéquation pour l'électronique automobile, ciblant spécifiquement les applications accessoires non critiques dans les véhicules. Le composant est également conforme à la directive RoHS (Restriction des Substances Dangereuses).

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les performances de la LED sont définies dans des conditions électriques, optiques et thermiques spécifiques, généralement mesurées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti. Les limites clés incluent une dissipation de puissance maximale de 530mW, un courant direct de crête de 400mA (en conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1ms), et une plage de courant continu continu de 5mA à 200mA. Le composant est conçu pour une plage de température de fonctionnement et de stockage de -40°C à +110°C. Il peut résister à une décharge électrostatique (ESD) jusqu'à 2kV selon le modèle du corps humain (HBM, Classe 2 selon ANSI/ESDA/JEDEC JS-001). Le boîtier peut supporter une soudure par refusion infrarouge à une température de pointe de 260°C pendant jusqu'à 10 secondes, ce qui est standard pour les procédés d'assemblage sans plomb.

2.2 Caractéristiques thermiques

La gestion thermique est cruciale pour les performances et la longévité de la LED. La résistance thermique de la jonction semi-conductrice à l'air ambiant (RθJA) est typiquement de 50°C/W lorsqu'elle est montée sur un circuit imprimé FR4 standard de 1,6mm d'épaisseur avec une pastille de cuivre de 16mm². La résistance thermique de la jonction au point de soudure (RθJS) est typiquement de 30°C/W, offrant un chemin plus direct pour la dissipation de la chaleur dans la carte de circuit. La température de jonction maximale autorisée (Tj) est de 125°C. Dépasser cette température accélérera la dégradation du flux lumineux et peut entraîner une défaillance catastrophique.

2.3 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test standard (IF = 140mA, Ta=25°C). L'intensité lumineuse (Iv) varie d'un minimum de 7,1 candela (cd) à un maximum de 11,2 cd. La distribution spatiale de la lumière est caractérisée par un large angle de vision (2θ½) de 120 degrés, ce qui signifie que l'intensité lumineuse est la moitié de sa valeur de crête à ±60 degrés de l'axe central. L'émission de lumière atteint son pic à une longueur d'onde (λP) d'environ 625 nanomètres (nm). La longueur d'onde dominante (λd), qui définit la couleur perçue, est spécifiée entre 612 nm et 624 nm. La largeur de bande spectrale (Δλ), indiquant la pureté de la couleur, est typiquement de 18 nm. La tension directe (VF) nécessaire pour alimenter la LED à 140mA varie de 1,90V à 2,65V. Le courant de fuite inverse (IR) est typiquement de 10 μA lorsqu'une polarisation inverse de 12V est appliquée, bien que le composant ne soit pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse.

3. Explication du système de classement par bacs

Pour garantir la cohérence dans l'application, les LED sont triées en bacs de performance basés sur des paramètres clés après fabrication. Le code de bac, imprimé sur l'étiquette du produit, suit le format : Rang Vf / Rang Iv / Rang Wd (par exemple, F/EA/3).

3.1 Classement par tension directe (Vf)

Les LED sont catégorisées en cinq bacs de tension (C à G) en fonction de leur chute de tension directe à 140mA. Le bac C couvre 1,90V à 2,05V, le bac D : 2,05V à 2,20V, le bac E : 2,20V à 2,35V, le bac F : 2,35V à 2,50V, et le bac G : 2,50V à 2,65V. Chaque bac a une tolérance de ±0,1V. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec des exigences de tension cohérentes pour les circuits de régulation de courant.

3.2 Classement par intensité lumineuse (Iv)

Le flux lumineux est trié en deux bacs d'intensité. Le bac EA a une plage d'intensité de 7,1 cd à 9,0 cd (équivalent à 20,0 à 25,2 lumens), tandis que le bac EB varie de 9,0 cd à 11,2 cd (25,2 à 31,3 lumens). La tolérance pour chaque bac d'intensité est de ±11%. Ce classement garantit une luminosité uniforme dans les applications nécessitant plusieurs LED.

3.3 Classement par longueur d'onde dominante (Wd)

La couleur (longueur d'onde dominante) est triée en trois bacs pour maintenir la cohérence des couleurs. Bac 2 : 612 nm à 616 nm, Bac 3 : 616 nm à 620 nm, et Bac 4 : 620 nm à 624 nm. La tolérance pour chaque bac de longueur d'onde est de ±1 nm. Ceci est crucial pour les applications où une correspondance de couleur précise est requise, comme dans les grappes de témoins ou le rétroéclairage.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques fournissent une compréhension plus approfondie du comportement du composant dans des conditions variables.

4.1 Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct

Une courbe caractéristique montre la relation entre le courant direct (IF) et l'intensité lumineuse relative. Le flux lumineux augmente avec le courant mais de manière non linéaire. Fonctionner nettement au-dessus du courant recommandé (par exemple, 200mA) peut donner des rendements lumineux décroissants tout en augmentant considérablement la génération de chaleur et en accélérant la dégradation. La courbe souligne l'importance d'un pilotage de courant approprié, généralement via une source de courant constant ou une résistance de limitation de courant.

4.2 Tension directe en fonction du courant direct

Cette courbe IV illustre la relation exponentielle de la diode entre la tension et le courant. La tension de "genou", où le courant commence à augmenter rapidement, est caractéristique du système de matériau AlInGaP. La courbe est essentielle pour concevoir le circuit de pilotage, garantissant une marge de tension suffisante de l'alimentation pour atteindre le courant de fonctionnement souhaité sur la plage VF spécifiée et sur les variations de température.

4.3 Distribution spatiale (diagramme de rayonnement)

Un diagramme polaire représente le diagramme de rayonnement spatial, confirmant l'angle de vision de 120 degrés. Le diagramme est typiquement lambertien ou quasi-lambertien, ce qui signifie que l'intensité est proportionnelle au cosinus de l'angle de vision. Cette distribution large et uniforme est idéale pour les applications nécessitant un éclairage de grande surface ou une visibilité grand angle, comme les indicateurs d'état.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier et polarité

La LED est conforme à une empreinte CMS standard. Des dessins mécaniques détaillés spécifient la longueur, la largeur, la hauteur, l'espacement des broches et les tolérances générales (typiquement ±0,2mm). Il est crucial de noter que le plot de l'anode sert également de dissipateur thermique principal pour le composant. La conception de la pastille du circuit imprimé doit se connecter à cette pastille d'anode pour faciliter une dissipation thermique efficace. La cathode est généralement identifiée par un marqueur visuel, tel qu'une encoche ou un marquage vert sur le boîtier.

5.2 Conception recommandée des pastilles de soudure sur CI

Un diagramme montre la conception optimale des pastilles de cuivre sur le circuit imprimé pour la soudure par refusion infrarouge. Cette disposition assure la formation fiable des joints de soudure, un transfert thermique approprié du dissipateur thermique de la LED (anode) vers le CI, et minimise le risque de "tombstoning" (soulèvement d'une extrémité pendant la refusion). La taille et la forme des pastilles sont conçues pour correspondre aux plots pour une soudabilité et une résistance mécanique maximales.

6. Guide de soudure, d'assemblage et de manipulation

6.1 Profil de soudure par refusion IR

Un graphique détaillé température-temps spécifie le profil de refusion recommandé pour les pâtes à souder sans plomb, selon J-STD-020. Les paramètres clés incluent la vitesse de montée en température de préchauffage, le temps et la température de maintien, le temps au-dessus du liquidus (TAL), la température de pointe (ne dépassant pas 260°C) et la vitesse de refroidissement. Respecter ce profil est essentiel pour éviter les chocs thermiques, le délaminage ou les défauts des joints de soudure tout en assurant que le composant sensible à l'humidité (niveau MSL 2) est correctement traité.

6.2 Stockage et sensibilité à l'humidité

La LED est classée Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 2 selon JEDEC J-STD-020. Dans son sac barrière à l'humidité scellé avec dessicant, elle a une durée de conservation d'un an lorsqu'elle est stockée à ≤30°C et ≤70% HR. Une fois le sac ouvert, les composants doivent être utilisés dans un délai de vie au sol spécifié (typiquement 168 heures pour MSL2 à ≤30°C/60% HR) ou être reséchés (par exemple, 60°C pendant 48 heures) avant la refusion pour éviter les dommages de type "pop-corn" dus à la vaporisation de l'humidité absorbée pendant la soudure.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est nécessaire, seuls les solvants spécifiés doivent être utilisés. Immerger la LED dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant moins d'une minute est acceptable. Des produits chimiques agressifs ou non spécifiés peuvent endommager la lentille en époxy ou les marquages du boîtier.

7. Spécifications de conditionnement et de commande

7.1 Conditionnement en bande et bobine

Pour l'assemblage automatisé, les LED sont fournies en bande porteuse gaufrée, scellée avec une bande de couverture. Les dimensions de la bande, la taille des alvéoles et le sens d'avancement sont spécifiés selon les normes EIA-481. Les composants sont enroulés sur des bobines standard de 7 pouces (178mm) de diamètre. Une bobine complète contient 1000 pièces. Les bobines partielles (restes) ont une quantité minimale de commande de 500 pièces. La spécification de conditionnement définit également le nombre maximum autorisé d'alvéoles vides consécutives (deux).

7.2 Dimensions de la bobine

Des dessins mécaniques détaillent le diamètre du moyeu de la bobine, le diamètre de la bride, la largeur totale et les caractéristiques de clavette pour assurer la compatibilité avec les équipements d'alimentation SMT standard.

8. Lignes directrices d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application cibles

Le domaine d'application principal est l'électronique automobile, spécifiquement pour les fonctions accessoires. Cela inclut l'éclairage intérieur, le rétroéclairage du tableau de bord pour les indicateurs non critiques, l'éclairage de la console centrale et d'autres applications de signalisation non critiques pour la sécurité dans le véhicule. Sa qualification AEC-Q101 offre une assurance pour la température, l'humidité et les contraintes opérationnelles typiques des environnements automobiles.

8.2 Considérations de conception

• Pilotage du courant :Utilisez toujours un pilote à courant constant ou une résistance de limitation de courant en série. Calculez la valeur de la résistance en fonction de la tension d'alimentation (Vcc), de la tension directe maximale de la LED (VF max du bac) et du courant de fonctionnement souhaité (IF). Utilisez la formule : R = (Vcc - VF) / IF. Assurez-vous que la puissance nominale de la résistance est suffisante (P = (Vcc - VF) * IF).
• Gestion thermique :L'anode est la pastille thermique. Concevez le CI avec une zone de cuivre adéquate connectée à cette pastille pour servir de dissipateur thermique. Pour un fonctionnement à courant élevé ou à température ambiante élevée, des vias thermiques vers les couches internes ou inférieures peuvent améliorer considérablement la dissipation de la chaleur et maintenir une température de jonction plus basse.
• Protection ESD :Bien que classée pour 2kV HBM, la mise en œuvre de diodes de protection ESD sur les lignes d'entrée sensibles ou l'utilisation de pratiques de manipulation conductrices dans la zone d'assemblage est recommandée pour une fiabilité accrue.
• Conception optique :L'angle de vision de 120 degrés offre une large couverture. Pour une lumière focalisée, des optiques secondaires externes (lentilles) peuvent être nécessaires. La lentille transparente convient aux applications où la couleur ambre réelle de la puce est souhaitée.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux LED traversantes standard, ce composant CMS offre des avantages significatifs : empreinte beaucoup plus petite, profil bas pour les conceptions fines, adéquation supérieure pour l'assemblage automatisé et meilleures performances thermiques via le CI. Dans le segment des LED CMS ambre, ses principaux points de différenciation sont sa qualification explicite AEC-Q101 pour usage automobile, le large angle de vision de 120 degrés et le système de classement détaillé pour la cohérence de la couleur et de l'intensité. L'utilisation de la technologie AlInGaP offre généralement une efficacité plus élevée et une meilleure stabilité thermique par rapport aux technologies plus anciennes comme le GaAsP pour les couleurs ambre.

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 unique à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale. La longueur d'onde dominante (λd) est dérivée du diagramme de chromaticité CIE et représente la longueur d'onde unique d'une lumière monochromatique pure qui correspondrait à la couleur perçue de la LED. λd est plus pertinente pour la spécification de la couleur dans les applications.

10.2 Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation 3,3V sans résistance ?

Non. La tension directe peut atteindre 2,65V. La connecter directement à une source 3,3V forcerait un courant limité uniquement par la résistance dynamique de la diode et la résistance interne de la source, dépassant probablement le courant maximal absolu et détruisant instantanément la LED. Une résistance de limitation de courant ou un régulateur est toujours requis.

10.3 Cette LED est-elle adaptée aux applications critiques pour la sécurité comme les feux stop ou les clignotants ?

La fiche technique indique explicitement qu'elle est destinée aux "applications accessoires" et conseille de consulter le fabricant pour les applications où une défaillance pourrait compromettre la sécurité. Pour les fonctions critiques pour la sécurité comme la signalisation extérieure, des composants avec une qualification plus rigoureuse (par exemple, AEC-Q102 pour les LED discrètes) et potentiellement des classes de fiabilité différentes doivent être sélectionnés.

10.4 Comment interpréter le code de bac F/EA/3 sur l'étiquette ?

Cela indique un sous-ensemble de performance spécifique : F = Tension directe entre 2,35V et 2,50V. EA = Intensité lumineuse entre 7,1 cd et 9,0 cd. 3 = Longueur d'onde dominante entre 616 nm et 620 nm. Cela permet un appariement précis des LED au sein d'un même lot de production ou projet.

11. Exemple pratique de conception et d'utilisation

Scénario :Conception d'un indicateur d'état pour un bouton de contrôle d'infodivertissement automobile. L'indicateur doit être visible sous un large angle, fonctionner à partir du système 12V du véhicule (régulé localement en 5V) et maintenir une couleur et une luminosité constantes.

Mise en œuvre :

1. Sélection :Choisissez une LED du bac F/EB/3 pour une luminosité plus élevée (EB) et une couleur orange-ambre constante (Bac 3). Le bac de tension (F) est noté pour la conception du pilote.
2. Schéma :Utilisez une ligne 5V. Calculez la résistance série : R = (5V - 2,5V_max) / 0,14A ≈ 17,9Ω. Sélectionnez une résistance standard de 18Ω avec une puissance nominale d'au moins (5V-2,5V)*0,14A = 0,35W ; une résistance de 0,5W est recommandée.
3. Conception du CI :Concevez l'empreinte selon la disposition recommandée des pastilles. Connectez la pastille d'anode à une grande zone de cuivre sur la couche supérieure, reliée par plusieurs vias thermiques à un plan de masse interne pour la dissipation thermique. Placez la résistance de limitation de courant près de la LED.
4. Assemblage :Suivez le profil de refusion IR spécifié. Assurez-vous que la bobine est utilisée dans son délai de vie au sol après ouverture du sac barrière à l'humidité.
5. Résultat :Un indicateur ambre fiable, d'une luminosité constante et à grand angle, adapté à l'environnement de l'habitacle automobile.

12. Introduction au principe technologique

Cette LED est basée sur un matériau semi-conducteur à base de phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium (AlInGaP) cultivé sur un substrat. Lorsqu'une tension directe est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active où ils se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons. Le rapport spécifique d'aluminium, d'indium et de gallium dans le réseau cristallin détermine l'énergie de la bande interdite, qui correspond directement à la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, l'ambre (~615nm). L'encapsulation en époxy transparente protège la puce semi-conductrice, agit comme une lentille pour façonner le flux lumineux et peut contenir des luminophores ou des colorants (bien que pour une LED ambre AlInGaP pure, elle soit généralement claire). Les broches d'anode et de cathode assurent la connexion électrique et la fixation mécanique, le plot d'anode étant conçu pour évacuer efficacement la chaleur de la jonction active.

13. Tendances et évolutions de l'industrie

La tendance générale des LED CMS pour applications automobiles et industrielles va vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt), une densité de puissance accrue, une fiabilité améliorée dans des conditions de température et d'humidité plus sévères, et une cohérence de couleur renforcée grâce à un classement plus serré. Il y a également une tendance à la miniaturisation tout en maintenant ou en améliorant les performances thermiques. L'adoption de matériaux et de techniques de conditionnement avancés, tels que les conceptions flip-chip et les substrats céramiques, continue de repousser ces limites. De plus, l'intégration avec les pilotes et les circuits de contrôle dans des modules "LED intelligentes" est une tendance émergente pour les systèmes d'éclairage complexes. Le composant décrit ici représente une solution mature et fiable au sein de l'écosystème plus large de l'optoélectronique à montage en surface, équilibrant performance, coût et fabricabilité pour ses applications cibles.