Fiche technique LED SMD 0201 Bleue - Dimensions 0.6x0.3x0.25mm - Tension 2.4-3.3V - Puissance 99mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) miniature pour montage en surface (SMD) au format de boîtier 0201. Le composant est conçu pour l'assemblage automatisé sur carte de circuit imprimé (PCB) et est idéal pour les applications où l'espace est limité. Il utilise un matériau semi-conducteur InGaN (Nitrures d'Indium et de Gallium) pour produire une lumière bleue avec une lentille transparente, offrant un large angle de vision adapté à diverses fins d'indication et de rétroéclairage.

1.1 Caractéristiques

• Conforme aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses).
• Conditionné sur bande de 12mm enroulée sur bobines de 7 pouces de diamètre pour assemblage automatisé par pick-and-place.
• Empreinte de boîtier standardisée selon l'EIA (Electronic Industries Alliance).
• Entrée compatible avec les niveaux logiques standard des circuits intégrés (CI).
• Conçu pour être compatible avec les équipements automatisés de placement en surface.
• Adapté aux procédés de soudage par refusion infrarouge (IR).
• Préconditionné pour accélérer au Niveau de Sensibilité à l'Humidité 3 de la JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council).

1.2 Applications

Cette LED est destinée à une large gamme d'équipements électroniques nécessitant une indication d'état fiable et compacte. Les domaines d'application typiques incluent :

• Appareils de télécommunication (ex. : téléphones sans fil, téléphones cellulaires).
• Équipements de bureautique (ex. : ordinateurs portables, systèmes réseau).
• Appareils électroménagers et électronique grand public.
• Équipements de contrôle et de surveillance industriels.
• Indicateurs d'état et d'alimentation.
• Éclairage de signalisation et symbolique.
• Rétroéclairage de panneaux avant et de claviers.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les paramètres suivants définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (Pd) :99 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le boîtier de la LED peut dissiper sous forme de chaleur sans dépasser sa température de jonction maximale.
• Courant direct de crête (I_FP) :100 mA. C'est le courant direct instantané maximal autorisé, généralement spécifié dans des conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0.1ms) pour éviter la surchauffe.
• Courant direct continu (I_F) :30 mA. C'est le courant direct continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable à long terme.
• Plage de température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le composant est conçu pour fonctionner correctement.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C. La plage de température pour stocker le composant lorsqu'il n'est pas alimenté.

2.2 Caractéristiques électriques / optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante standard (T_a) de 25°C et définissent les performances typiques du composant.

• Intensité lumineuse (I_V) :400 - 1040 mcd (millicandela) à I_F= 20mA. Cela mesure la luminosité perçue de la LED par l'œil humain, filtrée pour correspondre à la courbe de réponse photopique CIE. La large plage indique qu'un système de tri est utilisé.
• Angle de vision (2θ_1/2) :110 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de sa valeur axiale maximale. Un angle de 110° fournit un diagramme d'émission très large.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :466 nm (typique). La longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :466 - 476 nm à I_F= 20mA. C'est la longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la lumière, dérivée du diagramme de chromaticité CIE.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :35 nm (typique). La largeur de bande spectrale mesurée à la moitié de l'intensité maximale (Largeur à Mi-Hauteur - FWHM). Une valeur de 35nm est caractéristique des LED bleues InGaN.
• Tension directe (V_F) :2.4 - 3.3 V à I_F= 20mA. La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle fonctionne au courant spécifié. La plage indique différents tris de tension.
• Courant inverse (I_R) :10 μA (max) à V_R= 5V. Le faible courant de fuite lorsqu'une polarisation inverse est appliquée. Le composant n'est pas conçu pour un fonctionnement inverse ; ce paramètre sert principalement à la validation des tests IR.

3. Explication du système de tri

Pour garantir l'uniformité de la production, les LED sont triées en catégories (bins) en fonction de paramètres clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences spécifiques de couleur, de luminosité et de tension directe.

3.1 Classe de tension directe (V_F)

Trié à un courant de test de 20mA. La tolérance pour chaque classe est de ±0.1V.

• Classe F4 :2.4V (Min) à 2.7V (Max)
• Classe F5 :2.7V (Min) à 3.0V (Max)
• Classe F6 :3.0V (Min) à 3.3V (Max)

3.2 Classe d'intensité lumineuse (I_V)

Trié à un courant de test de 20mA. La tolérance sur chaque classe d'intensité est de ±11%.

• Classe T2 :400.0 mcd (Min) à 540.0 mcd (Max)
• Classe U1 :540.0 mcd (Min) à 750.0 mcd (Max)
• Classe U2 :750.0 mcd (Min) à 1040.0 mcd (Max)

3.3 Classe de teinte (Longueur d'onde dominante)

Trié à un courant de test de 20mA. La tolérance pour chaque classe est de ±1nm.

• Classe AC :466.0 nm (Min) à 471.0 nm (Max)
• Classe AD :471.0 nm (Min) à 476.0 nm (Max)

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de performance typiques essentielles pour comprendre le comportement du composant dans différentes conditions. Bien que des graphiques spécifiques ne soient pas reproduits en texte, leurs implications sont analysées ci-dessous.

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

La caractéristique I-V est non linéaire, typique d'une diode. La tension directe (V_F) a un coefficient de température positif, ce qui signifie qu'elle diminue légèrement lorsque la température de jonction augmente pour un courant donné. Les concepteurs doivent en tenir compte lors de la conception des circuits de limitation de courant pour garantir un fonctionnement stable sur toute la plage de température.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

L'intensité lumineuse est généralement proportionnelle au courant direct dans la zone de fonctionnement sûre. Cependant, l'efficacité peut chuter à des courants très élevés en raison d'une génération de chaleur accrue (effet de droop). Un fonctionnement à ou en dessous du 20mA recommandé garantit une efficacité et une longévité optimales.

4.3 Distribution spectrale

La courbe de sortie spectrale est centrée sur la longueur d'onde de crête de 466nm avec une FWHM d'environ 35nm. Cela définit la pureté de la couleur bleue. La longueur d'onde dominante, utilisée pour le tri, est calculée à partir de ce spectre pondéré par la sensibilité de l'œil humain.

4.4 Caractéristiques thermiques

Les performances des LED dépendent de la température. L'intensité lumineuse diminue généralement lorsque la température de jonction augmente. Les plages de température de fonctionnement et de stockage (-40°C à +85°C et -100°C respectivement) garantissent que l'intégrité du matériau semi-conducteur et du boîtier est maintenue.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier

Le composant est conforme à la norme de boîtier 0201. Les dimensions clés (en millimètres) incluent une longueur de corps d'environ 0.6mm, une largeur de 0.3mm et une hauteur de 0.25mm. Toutes les tolérances dimensionnelles sont de ±0.2mm sauf indication contraire. Les bornes anode et cathode sont clairement désignées pour une orientation correcte sur le PCB.

5.2 Patte de soudure recommandée sur PCB

Un motif de pastilles (empreinte) est fourni pour le soudage par refusion infrarouge ou en phase vapeur. Respecter cette disposition de pastilles recommandée est crucial pour obtenir des soudures fiables, un bon auto-alignement pendant la refusion et une dissipation thermique efficace depuis la puce LED.

5.3 Conditionnement en bande et bobine

Les LED sont fournies sur bande porteuse gaufrée d'une largeur de 12mm. La bande est enroulée sur des bobines d'un diamètre de 7 pouces (178mm). Les quantités standard par bobine sont de 4000 pièces, avec une quantité d'emballage minimale de 500 pièces pour les lots restants. Le conditionnement suit les spécifications ANSI/EIA-481 pour garantir la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatisés.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion IR

Un profil de refusion suggéré, conforme à la J-STD-020B pour les procédés sans plomb, est fourni. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :150-200°C maximum.
• Durée de préchauffage :120 secondes maximum.
• Température de crête :260°C maximum.
• Temps au-dessus du liquidus :10 secondes maximum (recommandé pour un maximum de deux cycles de refusion).

Il est essentiel de noter que le profil optimal dépend de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four. Le profil fourni sert de cible générique basée sur les normes JEDEC.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise en raison de la taille miniature. Les recommandations incluent :

• Température du fer :300°C maximum.
• Durée de soudage :3 secondes maximum par joint.
• Appliquer la chaleur sur la pastille du PCB, et non directement sur le corps de la LED.

6.3 Nettoyage

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

6.4 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont sensibles à l'humidité (MSL 3).

• Emballage scellé :Stocker à ≤30°C et ≤70% d'Humidité Relative (HR). Utiliser dans l'année suivant la date d'emballage.
• Emballage ouvert :Stocker à ≤30°C et ≤60% HR. Il est recommandé de terminer la refusion IR dans les 168 heures (7 jours) suivant l'ouverture.
• Stockage prolongé (ouvert) :Stocker dans un contenant scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote.
• Exposition >168h :Les LED doivent être cuites à environ 60°C pendant au moins 48 heures avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet \"pop-corn\" pendant la refusion.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

Cette LED nécessite un mécanisme de limitation de courant lorsqu'elle est pilotée par une source de tension supérieure à sa tension directe. La méthode la plus simple est une résistance en série. La valeur de la résistance (R_s) peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R_s= (V_alimentation- V_F) / I_F. Par exemple, avec une alimentation de 5V, une V_Fde 3.0V (typique), et un I_Fsouhaité de 20mA, R_s= (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ω. La puissance nominale de la résistance doit être au moins de I_F²* R_s.

7.2 Considérations de conception

• Pilotage du courant :Toujours piloter la LED avec un courant constant ou une source de tension avec une résistance en série. Une connexion directe à une source de tension dépassant V_Fprovoquera un courant excessif et une défaillance rapide.
• Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, assurer une surface de cuivre adéquate sur le PCB autour des pastilles aide à dissiper la chaleur, en particulier dans des environnements à température ambiante élevée ou lors d'un pilotage à des courants plus élevés.
• Protection ESD :Bien que non explicitement déclaré comme sensible, manipuler tous les dispositifs semi-conducteurs avec les précautions ESD (Décharge Électrostatique) appropriées est une bonne pratique.
• Conception optique :Le large angle de vision de 110° le rend adapté aux applications nécessitant une grande visibilité. Pour une lumière focalisée, des lentilles externes ou des guides de lumière peuvent être nécessaires.

8. Comparaison et différenciation techniques

Les principaux facteurs de différenciation pour cette LED sont son empreinte extrêmement compacte 0201 et son point de couleur bleue spécifique (longueur d'onde dominante 466-476nm). Comparé aux boîtiers plus grands (ex. : 0603, 0805), le 0201 offre des économies d'espace significatives sur le PCB, permettant des conceptions à plus haute densité. La technologie InGaN fournit une émission bleue efficace. La combinaison d'un large angle de vision et d'une lentille transparente donne une source lumineuse diffuse et brillante idéale pour les indicateurs d'état où l'angle de vision n'est pas restreint. Le système de tri détaillé permet une sélection précise dans les applications nécessitant un appariement serré de couleur ou de luminosité sur plusieurs LED.

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

9.1 Quelle est la différence entre la Longueur d'onde de crête et la Longueur d'onde dominante ?

La Longueur d'onde de crête (λ_P) est la longueur d'onde physique où la LED émet le plus de puissance optique. La Longueur d'onde dominante (λ_d) est une valeur calculée qui représente la longueur d'onde unique de la lumière monochromatique qui semblerait avoir la même couleur que la sortie de la LED pour l'œil humain. λ_dest donc plus pertinente pour la spécification de couleur et le tri.

9.2 Puis-je piloter cette LED avec 30mA en continu ?

Bien que la Valeur Maximale Absolue pour le Courant Direct Continu soit de 30mA, la condition de test typique et le point de fonctionnement recommandé pour les spécifications optiques publiées est de 20mA. Un fonctionnement à 30mA peut produire une plus grande luminosité mais générera plus de chaleur, réduisant potentiellement la durée de vie et décalant la couleur. Pour un fonctionnement fiable à long terme, il est conseillé de concevoir le circuit pour 20mA ou moins.

9.3 Pourquoi y a-t-il une spécification de courant inverse si le composant n'est pas conçu pour un fonctionnement inverse ?

La spécification du Courant Inverse (I_R) est un paramètre de contrôle qualité mesuré lors des tests de production (test IR). Il garantit l'intégrité de la jonction semi-conductrice. En application, une tension inverse ne doit jamais être appliquée intentionnellement, car le composant n'est pas conçu pour bloquer une tension inverse significative et pourrait être endommagé.

9.4 Comment interpréter les codes de tri lors de la commande ?

Pour garantir de recevoir des LED avec des performances cohérentes, vous devez spécifier les codes de tri pour la Tension Directe (F4/F5/F6), l'Intensité Lumineuse (T2/U1/U2) et la Longueur d'Onde Dominante (AC/AD) en fonction de vos exigences de conception. Par exemple, une commande pourrait spécifier des pièces de la classe F5, U1, AC pour une tension moyenne, une luminosité moyenne-élevée et une teinte plus bleue.

10. Cas d'utilisation pratique

Scénario : Conception d'un indicateur d'état pour un dispositif portable compact.Le dispositif a un petit PCB avec un espace limité. Un indicateur d'alimentation bleu est requis. La LED 0201 est sélectionnée pour son empreinte minimale. La conception utilise une broche GPIO d'un microcontrôleur 3.3V pour contrôler la LED. Une résistance en série est calculée en utilisant la V_Fmaximale de la classe de tension choisie (ex. : Classe F6 max de 3.3V) pour garantir un courant suffisant même avec la pire V_F : R_s= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0 Ω. Ce n'est pas réalisable. Par conséquent, une classe V_Finférieure (F4 ou F5) doit être sélectionnée, ou la tension d'alimentation augmentée. Choisir la Classe F5 (V_Fmax=3.0V) et ajouter un petit convertisseur élévateur pour fournir 3.6V permet R_s= (3.6V - 3.0V) / 0.020A = 30 Ω. Le placement du PCB prévoit des zones de cuivre modérées sur les pastilles de la LED pour le dissipateur thermique. La LED est placée sur la carte en utilisant un équipement automatisé pick-and-place à partir de la bobine de bande de 12mm.

11. Introduction au principe

Cette LED est un dispositif photonique semi-conducteur. Elle est basée sur une structure d'hétérojonction de Nitrure d'Indium et de Gallium (InGaN). Lorsqu'une tension de polarisation directe est appliquée, les électrons et les trous sont injectés dans la région active depuis les couches semi-conductrices de type n et p, respectivement. Ces porteurs de charge se recombinent de manière radiative, libérant de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique de l'alliage InGaN détermine l'énergie de la bande interdite, qui à son tour dicte la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise — dans ce cas, le bleu. La lentille en époxy transparente encapsule la puce semi-conductrice, fournit une protection mécanique et façonne le diagramme de sortie lumineuse pour obtenir l'angle de vision spécifié de 110 degrés.

12. Tendances de développement

La tendance pour les LED SMD dans les applications d'indication continue vers la miniaturisation, l'augmentation de l'efficacité et une fiabilité accrue. Les tailles de boîtier sont passées du 0603 au 0402, et maintenant au 0201 et même à des équivalents métriques plus petits comme le 01005. Les améliorations d'efficacité (plus de lumens par watt) permettent une luminosité adéquate à des courants de pilotage plus faibles, réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique. Les avancées dans les matériaux de conditionnement et les technologies de fixation des puces améliorent la fiabilité à long terme et la résistance aux cycles thermiques. De plus, il y a un accent croissant sur des tolérances de tri plus serrées et des capacités de mélange de couleurs plus sophistiquées pour les applications nécessitant un rendu des couleurs précis ou une lumière blanche réglable, bien que ce dispositif particulier soit un émetteur bleu monochrome.