Fiche technique LED SMD 25-21/BHC-AR1S2E/2A Bleue - Boîtier 2.5x2.1mm - Tension 2.75-3.65V - Puissance 75mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le modèle 25-21/BHC-AR1S2E/2A est une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (CMS) utilisant une puce semi-conductrice InGaN (Nitrures d'Indium et de Gallium) pour produire de la lumière bleue. Ce composant appartient à une catégorie de LED conçues pour l'assemblage sur cartes à haute densité, offrant des avantages significatifs en termes de miniaturisation et de processus de production automatisés.

L'avantage principal de cette LED est son encombrement compact. Avec des dimensions d'environ 2,5 mm x 2,1 mm, elle permet des conceptions de circuits imprimés (PCB) plus petites, une densité de composants plus élevée et contribue finalement au développement d'équipements finaux plus compacts. Sa construction légère la rend également idéale pour les applications où l'espace et le poids sont des contraintes critiques.

Il s'agit d'une LED monochrome (bleue). Le composant est fabriqué avec des matériaux sans plomb (Pb-free) et est conforme aux principales réglementations environnementales, notamment la directive européenne RoHS (Restriction des Substances Dangereuses) et REACH (Enregistrement, Évaluation, Autorisation et Restriction des produits Chimiques). Il est également classé comme sans halogène, avec une teneur en brome (Br) et chlore (Cl) maintenue en dessous des limites spécifiées (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Le produit est fourni dans un format compatible avec la fabrication moderne, conditionné sur une bande de 8 mm enroulée sur une bobine de 7 pouces de diamètre, adaptée aux équipements automatiques de prélèvement et de placement.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques définis dans la fiche technique. Comprendre ces limites et valeurs typiques est crucial pour une conception de circuit fiable.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement normal.

• Tension inverse (VR) : 5VL'application d'une tension inverse dépassant 5V peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct continu (IF) : 20mAC'est le courant continu maximal recommandé pour un fonctionnement permanent afin d'assurer une fiabilité à long terme et de maintenir les performances optiques spécifiées.
• Courant direct de crête (IFP) : 100mACette valeur permet un fonctionnement en impulsions (rapport cyclique 1/10 à 1kHz). Elle est utile pour les applications nécessitant de brèves impulsions de luminosité plus élevée, mais ne doit pas être dépassée, même momentanément.
• Dissipation de puissance (Pd) : 75mWC'est la quantité maximale de puissance que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur (calculée comme Tension Directe x Courant Direct) à une température ambiante (Ta) de 25°C. Dépasser cette limite risque de provoquer une surchauffe.
• Température de fonctionnement et de stockage :Le composant peut fonctionner dans des températures ambiantes de -40°C à +85°C et peut être stocké dans des températures de -40°C à +90°C.
• Décharge électrostatique (ESD) :La classification selon le modèle du corps humain (HBM) est de 150V. Cela indique une sensibilité modérée aux décharges électrostatiques, nécessitant des précautions ESD standard lors de la manipulation.
• Température de soudage :Le boîtier peut supporter un soudage par refusion avec une température de pointe de 260°C pendant jusqu'à 10 secondes, ou un soudage manuel à 350°C pendant jusqu'à 3 secondes par borne.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C, IF=20mA) et définissent les performances du composant.

• Intensité lumineuse (Iv) :S'étend d'un minimum de 112 millicandelas (mcd) à un maximum de 285 mcd. La large plage est gérée via un système de classement (détaillé plus loin). La valeur typique n'est pas spécifiée, se situant quelque part dans cette plage de classement.
• Angle de vision (2θ1/2) :L'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête est typiquement de 60 degrés. Cela définit l'ouverture du faisceau de la LED.
• Longueur d'onde de pic (λp) :La longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale est typiquement de 468 nanomètres (nm), la plaçant dans la région bleue du spectre visible.
• Longueur d'onde dominante (λd) :C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain, allant de 464,5 nm à 476,5 nm. Elle est également soumise à un classement.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :Typiquement de 25 nm, cela indique l'étalement des longueurs d'onde émises autour de la longueur d'onde de pic.
• Tension directe (VF) :S'étend de 2,75V à 3,65V lorsqu'elle est pilotée à 20mA. Cette variation est gérée par un système de classement de tension. Une résistance de limitation de courant doit être utilisée en série avec la LED pour contrôler le courant en fonction de la VF réelle de l'unité spécifique et de la tension d'alimentation.
• Courant inverse (IR) :Maximum de 50 microampères (μA) lorsqu'une tension inverse de 5V est appliquée.

3. Explication du système de classement (binning)

Pour assurer une cohérence en production de masse, les LED sont triées (classées) en fonction de paramètres de performance clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences spécifiques de luminosité, de couleur et de tension.

3.1 Classement par intensité lumineuse

Les LED sont classées en quatre catégories (R1, R2, S1, S2) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à 20mA.

• Catégorie R1 :112 mcd à 140 mcd
• Catégorie R2 :140 mcd à 180 mcd
• Catégorie S1 :180 mcd à 225 mcd
• Catégorie S2 :225 mcd à 285 mcd

Une tolérance de ±11% s'applique à l'intensité lumineuse au sein de chaque code de catégorie.

3.2 Classement par longueur d'onde dominante

Les LED sont triées en quatre catégories (A9, A10, A11, A12) pour contrôler la teinte de bleu.

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

Une tolérance de ±1nm s'applique à la longueur d'onde dominante au sein de chaque code de catégorie.

3.3 Classement par tension directe

Les LED sont regroupées en trois catégories de tension (5, 6, 7) pour faciliter la conception du circuit de régulation de courant.

• Catégorie 5 :2,75V à 3,05V
• Catégorie 6 :3,05V à 3,35V
• Catégorie 7 :3,35V à 3,65V

Une tolérance de ±0,1V s'applique à la tension directe au sein de chaque code de catégorie.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que la fiche technique fasse référence à des courbes caractéristiques électro-optiques typiques, le texte fourni n'inclut pas les graphiques spécifiques. Sur la base du comportement standard d'une LED, ces courbes illustreraient typiquement les relations suivantes, qui sont critiques pour la conception :

• Courbe I-V (Courant-Tension) :Montre la relation exponentielle entre la tension directe et le courant. La tension de coude de la courbe est corrélée à la spécification VF. Ce graphique est essentiel pour sélectionner la valeur appropriée de la résistance de limitation de courant.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct :Démontre comment la lumière émise augmente avec le courant de pilotage, généralement selon une relation quasi-linéaire jusqu'à un certain point, après quoi l'efficacité diminue.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante :Montre la diminution de la lumière émise lorsque la température de jonction augmente. Ceci est crucial pour les applications fonctionnant dans des environnements à haute température.
• Distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~468nm et la largeur de bande de 25nm, confirmant la pureté de la couleur bleue.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

La LED est logée dans un boîtier plastique pour montage en surface. La fiche technique inclut un dessin coté détaillé. Les caractéristiques mécaniques clés incluent :

• Contour du boîtier :Les dimensions principales du corps sont d'environ 2,5 mm de longueur et 2,1 mm de largeur. Le dessin spécifie toutes les dimensions critiques, y compris la taille des broches (bornes), l'espacement et la hauteur du boîtier avec une tolérance standard de ±0,1 mm sauf indication contraire.
• Identification de la polarité :La borne cathode est typiquement marquée, souvent par une encoche, un point ou un marquage vert sur le boîtier lui-même, comme indiqué sur le dessin. La polarité correcte est essentielle au fonctionnement.
• Conception des pastilles (empreinte) :Le motif de pastilles recommandé sur le PCB (taille et forme des pastilles) est dérivé des dimensions du boîtier pour assurer un soudage fiable et une stabilité mécanique.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

Le respect de ces recommandations est essentiel pour éviter tout dommage pendant le processus d'assemblage.

6.1 Stockage et manipulation

• Les LED sont conditionnées dans un sac résistant à l'humidité avec un dessiccant.
• Ne pas ouvrirle sac anti-humidité avant que les composants ne soient prêts à être utilisés.
• Après ouverture, les LED non utilisées doivent être stockées à ≤30°C et ≤60% d'humidité relative.
• Ladurée de vie hors sacaprès ouverture du sac est de 168 heures (7 jours). Si elles ne sont pas utilisées dans ce délai, elles doivent être reséchées et reconditionnées.
• Condition de séchage :Si nécessaire, sécher à 60 ±5°C pendant 24 heures.
• Toujours observer les précautions contre les décharges électrostatiques (ESD) lors de la manipulation.

6.2 Procédé de soudage par refusion (reflow)

Un profil de température détaillé pour le soudage par refusion sans plomb (Pb-free) est fourni :

• Préchauffage :Montée de 150°C à 200°C sur 60-120 secondes.
• Maintien/Refusion :Le temps au-dessus de 217°C (température du liquidus) doit être de 60-150 secondes. La température de pointe ne doit pas dépasser 260°C, et le temps à ou au-dessus de 255°C doit être limité à un maximum de 30 secondes.
• Taux de refroidissement :Le taux de refroidissement maximum est de 6°C par seconde.
• Important :Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus dedeux fois. Éviter toute contrainte mécanique sur la LED pendant le chauffage et ne pas déformer le PCB après le soudage.

6.3 Soudage manuel et retouche

• Si un soudage manuel est nécessaire, utiliser un fer à souder avec une température de pointe ≤350°C pendant ≤3 secondes par borne.
• La puissance du fer doit être ≤25W. Laisser un intervalle de refroidissement d'au moins 2 secondes entre le soudage de chaque borne.
• La réparation/retouche est fortement déconseilléeaprès que la LED a été soudée. Si cela est inévitable, un fer à souder double tête spécialisé doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes et soulever le composant sans stresser les soudures. L'impact sur les caractéristiques de la LED doit être vérifié au préalable.

7. Conditionnement et informations de commande

Le produit est fourni pour l'assemblage automatisé.

• Bande porteuse :Les composants sont chargés dans une bande porteuse emboutie d'une largeur de 8 mm.
• Bobine :La bande est enroulée sur une bobine standard de 7 pouces (178 mm) de diamètre.
• Quantité :Chaque bobine contient 2000 pièces de la LED.
• Sac barrière à l'humidité :La bobine est scellée à l'intérieur d'un sac anti-humidité en aluminium avec un dessiccant et une carte indicateur d'humidité.
• Informations de l'étiquette :L'étiquette de la bobine contient des codes pour le numéro de produit (P/N), la quantité (QTY), et les codes de classement spécifiques pour l'Intensité Lumineuse (CAT), la Longueur d'Onde Dominante (HUE) et la Tension Directe (REF), ainsi qu'un numéro de lot (LOT No).

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Applications typiques

Sur la base de ses spécifications, cette LED SMD bleue convient à diverses fonctions d'indication basse puissance et de rétroéclairage, notamment :

• Équipements de télécommunication :Indicateurs d'état, rétroéclairage pour touches ou affichages dans les téléphones et télécopieurs.
• Électronique grand public :Éclairage d'interrupteurs et de symboles, rétroéclairage plat pour petits afficheurs à cristaux liquides (LCD).
• Indication générale :Toute application nécessitant un témoin lumineux bleu, compact et fiable.

8.2 Considérations de conception critiques

• La limitation de courant est obligatoire :Une LED est un dispositif piloté en courant.Vous devez utiliser une résistance en série(ou un pilote à courant constant) pour limiter le courant direct à 20mA ou moins. La valeur de la résistance est calculée comme suit : R = (V_alimentation - VF_LED) / I_souhaitée. Utiliser la VF maximale (3,65V) pour ce calcul garantit que le courant ne dépasse jamais la limite, même avec une unité à faible tension d'alimentation.
• Gestion thermique :Bien que la puissance soit faible (75mW max), assurer une surface de cuivre de PCB adéquate ou des vias thermiques autour des pastilles de la LED peut aider à dissiper la chaleur, en particulier dans des conditions de température ambiante élevée, maintenant ainsi la lumière émise et la longévité.
• Conception optique :L'angle de vision de 60 degrés fournit un faisceau assez large. Pour une lumière plus focalisée, des lentilles ou réflecteurs externes peuvent être nécessaires.

8.3 Restrictions d'application

La fiche technique indique explicitement que ce produit n'est pas conçu ou qualifié pour des applications à haute fiabilité où une défaillance pourrait entraîner des conséquences graves. Cela inclut :

• Systèmes militaires et aérospatiaux
• Systèmes de sécurité automobile (ex : airbags, freinage)
• Équipements médicaux de maintien des fonctions vitales ou de diagnostic critique

Pour de telles applications, des composants avec des spécifications, des qualifications et des garanties de fiabilité différentes sont requis.

9. Comparaison et positionnement technique

Le boîtier 25-21 se situe entre les puces plus petites comme les 0402/0603 et les LED de puissance plus grandes. Ses principaux points de différenciation sont :

• vs. Boîtiers plus petits (ex : 0402) :Offre une lumière émise plus élevée et est généralement plus facile à manipuler et à souder manuellement si nécessaire, tout en restant très compact.
• vs. LED à broches :Permet un assemblage entièrement automatisé, réduit l'espace sur la carte et élimine le besoin de pliage des broches et de perçage de trous traversants.
• vs. LED haute puissance :Conçue pour des courants de niveau indicateur (20mA) et une puissance (75mW), pas pour l'éclairage. Elle nécessite un circuit de pilotage simple (une résistance) comparé aux pilotes à courant constant complexes nécessaires pour les LED haute puissance.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Comment sélectionner la résistance de limitation de courant correcte ?

Utilisez la formule : R = (V_alimentation - VF) / I_souhaitée. Pour une alimentation de 5V et un courant souhaité de 20mA, et en supposant le pire cas (VF la plus élevée) de 3,65V : R = (5V - 3,65V) / 0,020A = 67,5 Ohms. Utilisez la valeur standard immédiatement supérieure (ex : 68 Ohms ou 75 Ohms). Cela garantit que le courant reste inférieur à 20mA pour toutes les unités. Calculez toujours la dissipation de puissance dans la résistance : P_résistance = I^2 * R.

10.2 Puis-je piloter cette LED sans résistance avec une source de tension constante ?

No.La tension directe d'une LED a un coefficient de température négatif et varie d'une unité à l'autre. La connecter directement à une source de tension, même légèrement supérieure à sa VF, fera monter le courant de manière incontrôlable, risquant de dépasser la valeur maximale absolue et de détruire la LED presque instantanément.

10.3 Pourquoi y a-t-il une limite de 7 jours après l'ouverture du sac anti-humidité ?

Les boîtiers plastiques CMS peuvent absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se dilater rapidement, provoquant un délaminage interne ou un "effet pop-corn" qui fissure le boîtier ou endommage la puce. La durée de vie hors sac de 7 jours et les procédures de séchage sont conçues pour éliminer cette humidité absorbée avant le soudage.

10.4 Que signifient les codes de classement (ex : S2/A11/6) pour ma conception ?

Ils spécifient le groupe de performance de vos LED spécifiques. Si votre conception nécessite une luminosité minimale, vous devez spécifier une catégorie comme S1 ou S2. Si la cohérence de couleur entre plusieurs LED est critique, vous devez spécifier une catégorie de longueur d'onde étroite (ex : A10 uniquement). Spécifier une catégorie de tension (ex : 5) peut aider à rendre le courant (et donc la luminosité) plus cohérent entre les unités lors de l'utilisation d'un simple pilotage par résistance.

11. Exemple pratique de conception

Scénario :Concevoir un simple témoin lumineux bleu pour un appareil fonctionnant sur une ligne 3,3V. Nous voulons environ 15mA de courant pour une luminosité adéquate tout en étant prudent.

1. Déterminer la VF pire cas :D'après la fiche technique, la VF maximale (Catégorie 7) est de 3,65V.
2. Calculer la valeur de résistance minimale :R_min = (V_alimentation - VF_max) / I_souhaitée = (3,3V - 3,65V) / 0,015A = -23,3 Ohms. C'est négatif, ce qui signifie qu'avec une alimentation de 3,3V et une unité avec VF=3,65V, aucun courant ne circulerait. C'est acceptable ; la LED ne s'allumera simplement pas pour cette unité spécifique à VF élevée avec cette basse tension d'alimentation.
3. Calculer pour une VF typique/faible :Utilisons une VF typique de 3,2V. R = (3,3V - 3,2V) / 0,015A ≈ 6,7 Ohms. En utilisant une résistance standard de 10 Ohms : I_réel = (3,3V - 3,2V) / 10 = 10mA (sûr). Pour une unité à VF faible de 2,8V : I = (3,3V - 2,8V) / 10 = 50mA. Cela dépasse la valeur nominale continue de 20mA !
4. Conclusion :Une alimentation de 3,3V est trop proche de la plage de tension directe de la LED pour un fonctionnement fiable et sûr avec seulement une résistance en série. Le courant variera énormément (de 0mA à plus de 50mA) selon la VF de chaque LED individuelle. Une meilleure solution est d'utiliser une tension d'alimentation plus élevée (ex : 5V) ou un circuit intégré pilote à courant constant dédié conçu pour un fonctionnement basse tension.

12. Principe de fonctionnement

Cette LED fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. La région active utilise un semi-conducteur composé InGaN (Nitrures d'Indium et de Gallium). Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant le potentiel interne de la jonction est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active. Là, ils se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage InGaN détermine l'énergie de la bande interdite, qui correspond directement à la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise — dans ce cas, le bleu (~468 nm). La résine époxy d'encapsulation protège la puce semi-conductrice, agit comme une lentille pour façonner la lumière émise et est formulée pour être parfaitement transparente afin de maximiser la transmission lumineuse.

13. Tendances technologiques

Les LED CMS dans des boîtiers comme le 25-21 représentent une technologie mature et largement adoptée. Les tendances actuelles dans ce segment se concentrent sur plusieurs domaines clés :

• Efficacité accrue :Les améliorations continues en science des matériaux et en croissance épitaxiale visent à produire plus de lumière (efficacité lumineuse plus élevée) par unité de puissance électrique d'entrée (mA), permettant une consommation d'énergie plus faible ou une luminosité plus élevée au même courant.
• Cohérence de couleur améliorée :Les progrès dans le contrôle de fabrication et les algorithmes de classement conduisent à des distributions plus serrées de la longueur d'onde dominante et de l'intensité lumineuse, réduisant le besoin d'un classement étendu et fournissant un aspect plus uniforme dans les applications multi-LED.
• Fiabilité améliorée :La recherche sur des matériaux de boîtier plus robustes, de meilleures méthodes de fixation de la puce et des luminophores améliorés (pour les LED blanches) continue d'étendre la durée de vie opérationnelle et la stabilité sous diverses contraintes environnementales.
• Poursuite de la miniaturisation :Bien que le 25-21 soit petit, la tendance vers des facteurs de forme encore plus petits (ex : boîtiers à l'échelle de la puce) persiste pour les appareils ultra-compacts, bien qu'avec souvent des compromis sur la facilité de manipulation et les performances thermiques.
• Intégration :Une tendance plus large implique l'intégration de l'électronique de contrôle (comme des pilotes à courant constant ou des circuits de modulation de largeur d'impulsion) directement avec la puce LED dans un seul boîtier, simplifiant la conception du circuit pour l'utilisateur final.