Fiche technique de la LED CMS 42-21/BHC-AUW/1T - Bleue - 2.1x2.1x1.2mm - 3.3V - 20mA - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La 42-21/BHC-AUW/1T est une LED CMS compacte conçue pour les applications électroniques modernes nécessitant des solutions fiables et basse consommation pour l'indication ou le rétroéclairage. Cette LED bleue utilise la technologie de puce InGaN, encapsulée dans une résine incolore, pour offrir des performances constantes dans un encombrement miniature. Ses principaux avantages incluent une économie d'espace significative sur les cartes PCB, une haute densité d'intégration et une aptitude aux processus d'assemblage automatisés, ce qui la rend idéale pour la fabrication en grande série.

Le composant est entièrement conforme aux normes RoHS, REACH de l'UE et sans halogène, garantissant une responsabilité environnementale et une large acceptation sur le marché. Sa construction légère et sa petite taille permettent la conception d'équipements plus petits et plus portables.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les limites opérationnelles du dispositif sont définies pour garantir une fiabilité à long terme. Le dépassement de ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Tension inverse (V_R) :5V. Un circuit de protection est recommandé si des conditions de tension inverse sont possibles.
• Courant direct continu (I_F) :25mA. La condition de fonctionnement typique est de 20mA.
• Courant direct de crête (I_FP) :100mA (Rapport cyclique 1/10 @1KHz). Adapté au fonctionnement en impulsions mais pas en continu.
• Dissipation de puissance (P_d) :95mW. Cette limite tient compte à la fois des contraintes électriques et thermiques.
• Température de fonctionnement & de stockage :-40°C à +85°C / -40°C à +90°C. Cette large plage convient aux applications industrielles.
• Décharge électrostatique (ESD) :150V (HBM). Des précautions ESD standard lors de la manipulation sont nécessaires.
• Température de soudage :Refusion : 260°C pendant 10 sec ; Manuel : 350°C pendant 3 sec. Le respect est critique pour éviter les dommages thermiques.

2.2 Caractéristiques électro-optiques (T_a=25°C)

Ces paramètres définissent les performances de la LED dans des conditions de test standard (I_F=20mA).

• Intensité lumineuse (I_v) :450 à 1800 mcd (millicandela). La large plage est gérée via un système de tri.
• Angle de vision (2θ_1/2) :30 degrés (typique). Cela définit la répartition angulaire de la lumière émise.
• Longueur d'onde de crête (λ_p) :468 nm (typique). La longueur d'onde à laquelle la puissance spectrale est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :464,5 à 476,5 nm. C'est la couleur perçue de la lumière, avec une tolérance de ±1nm.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :25 nm (typique). La largeur du spectre émis à la moitié de l'intensité maximale.
• Tension directe (V_F) :2,7V à 3,7V, avec une valeur typique de 3,3V à 20mA.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 50 µA à V_R=5V.

Note de conception critique :La tension directe a une plage. Une résistance limitant le courant estabsolument obligatoirepour éviter l'emballement thermique et la destruction due à de légères fluctuations de la tension d'alimentation. La valeur de la résistance doit être calculée sur la base de la tension d'alimentation réelle et du V_Fmaximal attendu pour garantir que I_Fne dépasse pas 25mA.

3. Explication du système de tri

Pour garantir l'uniformité de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en catégories. Le modèle 42-21 utilise deux systèmes de tri indépendants.

3.1 Tri par intensité lumineuse

Les LED sont catégorisées par leur flux lumineux mesuré à I_F=20mA. Le code de tri est marqué pour identification.

• Catégorie U :450 – 715 mcd
• Catégorie V :715 – 1120 mcd
• Catégorie W :1120 – 1800 mcd

Tolérance : ±11%

3.2 Tri par longueur d'onde dominante

Les LED sont également triées par leur nuance précise de bleu pour maintenir l'uniformité de couleur dans un ensemble.

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

Tolérance : ±1nm

Implication pour la conception :Pour les applications nécessitant une luminosité ou une couleur homogène (ex. : rétroéclairage multi-LED, barres d'état), spécifier une seule catégorie ou demander un tri serré au fournisseur est crucial.

4. Informations mécaniques et d'emballage

4.1 Dimensions physiques

La LED a un boîtier CMS compact. Dimensions clés (tolérance ±0,1mm sauf indication contraire) :

• Taille du boîtier : Environ 2,1mm x 2,1mm.
• Hauteur : Environ 1,2mm.
• La cathode est identifiée par un marquage spécifique sur le corps du boîtier.

4.2 Identification de la polarité

La polarité correcte est essentielle. La borne cathode est clairement indiquée sur le corps du composant. Le motif de pastilles recommandé sur le PCB (empreinte) doit refléter cette conception pour garantir un alignement correct lors du soudage par refusion.

4.3 Spécifications d'emballage

Les LED sont fournies dans un emballage standard de l'industrie pour l'assemblage automatisé :

• Bande porteuse :Largeur 8mm, sur bobines de diamètre 7 pouces.
• Quantité par bobine :1000 pièces.
• Sensibilité à l'humidité :Emballées dans un sac aluminium résistant à l'humidité avec dessiccant pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer des fissures "pop-corn" pendant la refusion.

L'étiquette de la bobine contient des informations critiques : Numéro de produit (P/N), quantité (QTY), catégorie d'intensité lumineuse (CAT), catégorie de longueur d'onde dominante (HUE), classement de tension directe (REF) et numéro de lot (LOT No).

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Profil de soudage par refusion

Le composant est compatible avec les processus de refusion infrarouge et à vapeur de phase. Un profil de soudage sans plomb (Pb-free) est requis :

• Température de crête :260°C maximum.
• Temps au-dessus du liquidus :Recommandé 30-60 secondes.
• Préchauffage :Montée en température progressive pour activer la flux et minimiser le choc thermique.

Critique :Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois sur le même assemblage de LED.

5.2 Soudage manuel

Si une réparation manuelle est inévitable, une extrême prudence est de mise :

• Température du fer :Moins de 350°C.
• Temps de contact :3 secondes ou moins par borne.
• Puissance du fer :Moins de 25W.
• Méthode :Utiliser un fer à souder double tête pour chauffer les deux bornes simultanément et éviter les contraintes mécaniques sur les soudures. Confirmer la fonctionnalité de la LED après toute réparation.

5.3 Stockage et manipulation

• Avant ouverture du sac :Stocker à ≤30°C et ≤90% HR.
• Après ouverture du sac (Durée de vie en atelier) :1 an à ≤30°C et ≤60% HR. Les pièces non utilisées doivent être rescellées dans un sac étanche à l'humidité avec un dessiccant neuf.
• Séchage :Si le sac est ouvert au-delà de la durée de vie en atelier ou si le dessiccant est saturé, sécher à 60±5°C pendant 24 heures avant la refusion pour éliminer l'humidité.
• Ne pas plier ou déformer le PCB après soudage, car cela peut solliciter les soudures de la LED et provoquer une défaillance.

6. Notes d'application et considérations de conception

6.1 Applications typiques

• Rétroéclairage de tableau de bord :Éclairage pour les indicateurs et interrupteurs de tableau de bord.
• Dispositifs de télécommunication :Indicateurs d'état et rétroéclairage de clavier dans les téléphones et télécopieurs.
• Rétroéclairage d'écran LCD :Rétroéclairage latéral ou direct pour petits écrans LCD monochromes ou couleur.
• Indication générale :État de l'alimentation, indicateurs de mode et autres éléments de l'interface utilisateur.

6.2 Conception du circuit

L'aspect le plus critique du circuit de pilotage est la résistance série limitant le courant. Sa valeur (R_s) peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R_s= (V_alimentation- V_F) / I_F.

Exemple :Pour une alimentation de 5V et en utilisant le V_Fmaximal de 3,7V pour garantir un courant sûr dans toutes les conditions à I_F=20mA :
R_s= (5V - 3,7V) / 0,020A = 65 Ohms.
La valeur standard la plus proche (ex. : 68 Ohms) serait sélectionnée, et la puissance nominale de la résistance doit être vérifiée : P = I²R = (0,02)²* 68 = 0,0272W. Une résistance standard de 1/10W (0,1W) est largement suffisante.

6.3 Gestion thermique

Bien que la dissipation de puissance soit faible (95mW max), une disposition de PCB appropriée favorise la longévité. Assurez une surface de cuivre adéquate autour des pastilles de la LED pour servir de dissipateur thermique, surtout si le fonctionnement a lieu à des températures ambiantes élevées ou près du courant maximal.

6.4 Restrictions d'application

Cette LED de qualité commerciale standard n'est pas spécifiquement conçue ou qualifiée pour des applications à haute fiabilité où une défaillance pourrait entraîner des risques pour la sécurité ou des dommages matériels significatifs. Cela inclut, sans s'y limiter :

• Systèmes de sécurité militaires, aérospatiaux ou aéronautiques.
• Systèmes critiques pour la sécurité automobile (ex. : feux stop, indicateurs d'airbag).
• Équipements médicaux de maintien de la vie ou de diagnostic.

Pour de telles applications, des composants avec les qualifications automobile, militaire ou médicale appropriées doivent être sourcés. Les performances ne sont garanties que dans les limites des spécifications décrites dans ce document.

7. Comparaison et positionnement technique

Le boîtier 42-21 représente un équilibre entre taille, performance et aptitude à la fabrication. Comparé aux LED à broches plus grandes (ex. : types traversants 3mm ou 5mm), il offre une réduction drastique de l'espace sur carte et du poids, permettant des conceptions modernes miniaturisées. Comparé aux boîtiers plus petits de type CSP (Chip Scale Package), il offre une manipulation plus facile avec un équipement SMT standard et fournit une lentille moulée pour une distribution de lumière contrôlée (angle de vision de 30 degrés). Son courant de pilotage de 20mA et son V_Ftypique de 3,3V le rendent directement compatible avec les alimentations logiques courantes de 3,3V et 5V avec une simple résistance.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

8.1 Pourquoi une résistance limitant le courant est-elle obligatoire ?

Les LED sont des dispositifs pilotés en courant. Leur caractéristique V-I est exponentielle. Une petite augmentation de tension au-delà du V_Fnominal provoque une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant. Une résistance série établit une relation linéaire et prévisible entre la tension d'alimentation et le courant de la LED, garantissant un fonctionnement stable et sûr.

8.2 Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche GPIO d'un microcontrôleur ?

Peut-être, mais avec prudence. De nombreuses broches GPIO ne peuvent fournir ou absorber que 10-25mA. Vous devez vérifier la fiche technique de votre microcontrôleur. Même si c'est dans les limites, vous avez toujours besoin d'une résistance série. Il est souvent plus sûr d'utiliser la GPIO pour commander un transistor (BJT ou MOSFET) qui pilote ensuite la LED, isolant ainsi le MCU de la charge de courant de la LED.

8.3 Que signifie "résine incolore" ?

Cela signifie que la lentille plastique d'encapsulation est transparente, non diffusante ou teintée. Cela permet de voir la vraie couleur de la puce InGaN bleue, fournissant le flux lumineux le plus élevé possible et un angle de vision bien défini et étroit.

8.4 Comment interpréter les codes de tri sur l'étiquette de la bobine ?

Le code "CAT" (U, V, W) vous indique la plage de luminosité. Le code "HUE" (ex. : A10) vous indique la plage de longueur d'onde dominante. Pour une apparence homogène dans un produit, commandez des LED de la même catégorie CAT et HUE. Le code "REF" indique le classement de la tension directe, ce qui peut être utile pour les conceptions de régulation de courant précise.

9. Étude de cas pratique de conception

Scénario :Conception d'un dispositif compact alimenté par USB avec quatre LED bleues d'état.

1. Source d'alimentation :L'USB fournit 5V.
2. Sélection de la LED :42-21/BHC-AUW/1T, Catégorie V pour une luminosité moyenne, Catégorie A11 pour une teinte bleue homogène.
3. Calcul du courant :Cible I_F= 18mA (légèrement en dessous du max pour la marge). Utiliser V_Fmax = 3,7V pour le pire cas.
   R_s= (5V - 3,7V) / 0,018A ≈ 72,2Ω. Utiliser une résistance standard de 75Ω.
4. Puissance par LED : P_LED= 3,3V(typ) * 0,018A ≈ 59,4mW. Bien en dessous de la limite de 95mW.
5. Courant total :4 LED * 18mA = 72mA. Bien en dessous de la capacité de 500mA d'un port USB standard.
6. Disposition du PCB :Placer les LED avec la polarité correcte. Utiliser un petit plan de masse sous et autour des pastilles de la LED pour la dissipation thermique. S'assurer que le profil de refusion correspond au pic recommandé de 260°C.
7. Résultat :Un système d'indication fiable et uniformément lumineux avec un encombrement minimal sur carte et une faible consommation d'énergie.

10. Principe de fonctionnement et technologie

Cette LED est basée sur une hétérostructure semi-conductrice en Nitrure de Gallium-Indium (InGaN). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Leur recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage InGaN détermine l'énergie de la bande interdite, qui définit directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise — dans ce cas, le bleu (~468 nm). La résine époxy incolore encapsule la puce semi-conductrice, agit comme une lentille pour façonner le faisceau lumineux (angle de vision de 30 degrés) et assure la stabilité mécanique.

11. Tendances de l'industrie

Le marché des LED CMS comme la 42-21 continue d'être tiré par la miniaturisation de tous les dispositifs électroniques. Il existe une tendance constante vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt), ce qui permet soit un flux lumineux plus important à courant égal, soit la même luminosité à puissance inférieure, prolongeant ainsi l'autonomie des batteries dans les appareils portables. De plus, la demande pour un tri plus serré de la couleur et de la luminosité augmente, car des applications comme les écrans couleur et l'éclairage d'ambiance nécessitent une uniformité exceptionnelle. La technologie InGaN sous-jacente pour les LED bleues est mature mais continue de bénéficier d'améliorations incrémentielles en efficacité et fiabilité. La technologie de boîtier évolue également, avec des tendances vers des profils encore plus fins et des matériaux de gestion thermique améliorés pour gérer des densités de puissance plus élevées dans des espaces compacts.