Fiche technique LED CMS 19-218/BHC-ZL1M2QY/3T - Bleu - 5mA - Angle de vision 120° - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le 19-218/BHC-ZL1M2QY/3T est une diode électroluminescente (DEL) à montage en surface (CMS) conçue pour les applications électroniques modernes et compactes. Ce composant représente une avancée significative par rapport aux DEL traditionnelles à broches, permettant une miniaturisation substantielle des produits finis. Sa proposition de valeur principale réside dans la possibilité de concevoir des cartes de circuits imprimés (PCB) plus petites, d'augmenter la densité d'intégration des composants et de réduire la taille et le poids globaux de l'équipement. Cela en fait un choix idéal pour les applications où l'espace et le poids sont des contraintes critiques.

Cette DEL est monochrome, émettant une lumière bleue, et est fabriquée à partir de matériaux respectueux de l'environnement. Elle est entièrement conforme aux principales réglementations internationales, notamment la directive européenne RoHS (Restriction des substances dangereuses), le règlement REACH (Enregistrement, évaluation, autorisation et restriction des produits chimiques) et les exigences sans halogènes (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Le produit est fourni en bande et bobine, compatible avec les équipements standards d'assemblage automatique par pick-and-place, rationalisant ainsi les processus de fabrication en grande série.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les avantages primaires de cette DEL CMS découlent de son encombrement miniature et de sa construction légère. En éliminant les volumineuses broches, elle permet une utilisation plus efficace de la surface de la carte. Cela se traduit directement par des boîtiers de produits finaux plus petits, une réduction des coûts des matériaux et des appareils plus légers pour l'utilisateur final. La haute densité d'intégration permise par les composants CMS est cruciale pour l'électronique moderne riche en fonctionnalités.

Les applications cibles de cette DEL sont diverses, se concentrant sur les fonctions d'indication et de rétroéclairage. Les marchés clés incluent l'intérieur automobile (ex. : rétroéclairage du tableau de bord et des commutateurs), les équipements de télécommunication (ex. : indicateurs d'état et rétroéclairage de clavier dans les téléphones et télécopieurs) et l'électronique grand public (ex. : rétroéclairage plat pour écrans à cristaux liquides (LCD), commutateurs et symboles). Sa nature polyvalente la rend également adaptée à une large gamme d'autres applications d'indication dans les secteurs industriel et grand public.

2. Valeurs maximales absolues et paramètres techniques

Comprendre les valeurs maximales absolues est essentiel pour garantir un fonctionnement fiable et éviter une défaillance prématurée du composant. Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir.

• Tension inverse (V_R):5 V. Dépasser cette tension en sens inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct continu (I_F):25 mA. C'est le courant continu maximum qui peut être appliqué en permanence.
• Courant direct de crête (I_FP):100 mA. Cette valeur de courant pulsé (à un rapport cyclique de 1/10 et une fréquence de 1 kHz) permet de brèves périodes de luminosité plus élevée mais ne doit pas être utilisée pour un fonctionnement continu.
• Puissance dissipée (P_d):95 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le composant peut dissiper sous forme de chaleur, calculée comme le produit de la tension directe et du courant direct.
• Décharge électrostatique (ESD) Modèle du corps humain (HBM):150 V. Des procédures de manipulation ESD appropriées doivent être suivies pendant l'assemblage et la manipulation pour éviter les dommages dus à l'électricité statique.
• Température de fonctionnement (T_opr):-40°C à +85°C. Le composant est garanti pour fonctionner dans cette plage de température ambiante.
• Température de stockage (T_stg):-40°C à +90°C.
• Température de soudage:Le composant peut supporter un soudage par réfusion avec une température de pic de 260°C pendant jusqu'à 10 secondes, ou un soudage manuel à 350°C pendant jusqu'à 3 secondes par borne.

3. Caractéristiques électro-optiques

Les caractéristiques électro-optiques sont mesurées dans des conditions de test standard à une température ambiante (T_a) de 25°C et un courant direct (I_F) de 5 mA, sauf indication contraire. Ces paramètres définissent la sortie lumineuse et le comportement électrique de la DEL.

• Intensité lumineuse (I_v):S'étend d'un minimum de 11,5 millicandelas (mcd) à un maximum de 28,5 mcd. La valeur typique n'est pas spécifiée dans le tableau récapitulatif, mais le système de classement fournit des plages spécifiques.
• Angle de vision (2θ_1/2):120 degrés. C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité à 0 degré (sur l'axe). Un large angle de vision comme celui-ci est adapté aux applications nécessitant un éclairage large ou une visibilité sous plusieurs angles.
• Longueur d'onde de crête (λ_p):468 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance atteint son maximum.
• Longueur d'onde dominante (λ_d):S'étend de 465 nm à 475 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond à la couleur de la lumière de la DEL. C'est un paramètre clé pour la définition de la couleur.
• Largeur de bande spectrale (Δλ):25 nm (typique). Cela définit la largeur du spectre émis à la moitié de l'intensité de crête.
• Tension directe (V_F):S'étend de 2,7 V à 3,2 V à I_F= 5mA. C'est la chute de tension aux bornes de la DEL lorsqu'elle conduit le courant.
• Courant inverse (I_R):Maximum de 50 μA lorsqu'une tension inverse (V_R) de 5V est appliquée.

Note sur les tolérances:L'intensité lumineuse a une tolérance de ±11%, la longueur d'onde dominante a une tolérance de ±1 nm, et la tension directe a une tolérance de ±0,05 V. Ces tolérances sont prises en compte dans le système de classement.

4. Explication du système de classement (binning)

Pour garantir l'uniformité de couleur et de luminosité en production, les DEL sont triées en classes (bins) en fonction de paramètres clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences spécifiques d'application en matière d'uniformité.

4.1 Classement par intensité lumineuse

Les DEL sont catégorisées en quatre classes (L1, L2, M1, M2) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à I_F= 5mA.

• Classe L1:11,5 mcd à 14,5 mcd
• Classe L2:14,5 mcd à 18,0 mcd
• Classe M1:18,0 mcd à 22,5 mcd
• Classe M2:22,5 mcd à 28,5 mcd

4.2 Classement par longueur d'onde dominante

Les DEL sont regroupées par leur longueur d'onde dominante pour contrôler la teinte de bleu.

• Groupe Z:Ce groupe contient les classes pour les DEL bleues.
• Classe X:465 nm à 470 nm (un bleu légèrement plus court, potentiellement plus vert)
• Classe Y:470 nm à 475 nm (un bleu légèrement plus long, potentiellement plus pur ou profond)

4.3 Classement par tension directe

Les DEL sont également classées par tension directe (V_F) pour faciliter la conception des circuits, notamment pour le calcul de la résistance de limitation de courant et la conception de l'alimentation.

• Groupe Q:Ce groupe contient les classes de tension directe.
• Classe 29:2,7 V à 2,8 V
• Classe 30:2,8 V à 2,9 V
• Classe 31:2,9 V à 3,0 V
• Classe 32:3,0 V à 3,1 V
• Classe 33:3,1 V à 3,2 V

Le numéro de pièce complet du produit (ex. : BHC-ZL1M2QY/3T) intègre des codes qui spécifient à quelles classes le composant appartient pour l'intensité lumineuse, la longueur d'onde dominante et la tension directe.

5. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent comment les performances de la DEL changent dans différentes conditions de fonctionnement. Celles-ci sont essentielles pour une conception robuste.

5.1 Intensité lumineuse en fonction du courant direct

Cette courbe montre que l'intensité lumineuse augmente avec le courant direct, mais la relation n'est pas parfaitement linéaire, surtout aux courants élevés. Fonctionner au-dessus du courant continu recommandé augmentera la sortie lumineuse mais générera également plus de chaleur, réduisant potentiellement la durée de vie et modifiant la couleur.

5.2 Intensité lumineuse en fonction de la température ambiante

Lorsque la température ambiante augmente, l'intensité lumineuse de la DEL diminue. C'est une caractéristique fondamentale des sources lumineuses à semi-conducteurs. La courbe montre l'intensité lumineuse relative diminuant lorsque la température passe de -40°C à +100°C. Les conceptions pour environnements à haute température doivent tenir compte de ce déclassement.

5.3 Courbe de déclassement du courant direct

Pour éviter la surchauffe, le courant direct continu maximal autorisé doit être réduit à mesure que la température ambiante augmente. Cette courbe fournit l'information de déclassement, spécifiant les limites inférieures de I_Faux températures T_aplus élevées pour rester dans la limite de puissance dissipée.

5.4 Tension directe en fonction du courant direct

C'est la caractéristique courant-tension (I-V) de la diode DEL. Elle montre la relation exponentielle, où une petite augmentation de tension au-delà du seuil de conduction provoque une forte augmentation du courant. Cela souligne la nécessité critique d'un dispositif de limitation de courant (comme une résistance ou un pilote à courant constant) en série avec la DEL.

5.5 Distribution spectrale

Le graphique représente la puissance rayonnante relative émise à travers le spectre de la lumière visible, centrée autour de la longueur d'onde de crête de 468 nm avec une largeur de bande typique de 25 nm. Cela définit la pureté et la teinte spécifique de la lumière bleue.

5.6 Diagramme de rayonnement

Ce diagramme polaire représente visuellement la distribution spatiale de la lumière, confirmant l'angle de vision de 120 degrés. Il montre comment l'intensité diminue aux angles éloignés de l'axe central.

6. Informations mécaniques et de conditionnement

Les dimensions physiques du boîtier de la DEL CMS sont fournies dans des dessins détaillés. Les dimensions clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur globales, ainsi que l'emplacement et la taille des bornes soudables. Un modèle de pastille de soudure recommandé est également suggéré pour assurer une soudure fiable et un bon alignement pendant la réfusion. La conception des pastilles est donnée à titre indicatif, et les concepteurs peuvent la modifier en fonction de leurs capacités spécifiques de fabrication de PCB et de leurs besoins en gestion thermique. Les tolérances pour les dimensions du boîtier sont généralement de ±0,1 mm sauf indication contraire.

Le composant présente une lentille en résine transparente (incolore), permettant à la lumière bleue de la puce semi-conductrice InGaN (Nitrures de Gallium et d'Indium) d'être émise sans filtrage de couleur. La polarité est indiquée par un marquage sur le boîtier, qui doit être respecté pendant le placement pour assurer une connexion électrique correcte.

7. Recommandations de soudage, assemblage et stockage

Le respect de ces recommandations est primordial pour le rendement d'assemblage et la fiabilité à long terme.

7.1 Nécessité d'une limitation de courant

Une résistance de limitation de courant externe est obligatoire. La caractéristique I-V exponentielle de la DEL signifie qu'un petit changement de tension d'alimentation peut provoquer un changement important, potentiellement destructeur, du courant direct. La résistance fixe de manière fiable le courant de fonctionnement.

7.2 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les DEL sont conditionnées dans un sac résistant à l'humidité avec un dessicant pour éviter l'absorption d'humidité atmosphérique. Le sac ne doit pas être ouvert avant que les composants ne soient prêts à être utilisés en production. Avant ouverture, les conditions de stockage doivent être ≤30°C et ≤90% HR. Après ouverture, les composants ont une "durée de vie au sol" d'un an s'ils sont conservés à ≤30°C et ≤60% HR. Les pièces non utilisées doivent être rescellées dans un emballage étanche à l'humidité. Si l'indicateur de dessicant change de couleur ou si le temps de stockage est dépassé, un traitement de séchage à 60 ±5°C pendant 24 heures est nécessaire pour éliminer l'humidité avant le soudage par réfusion.

7.3 Conditions de soudage

Le composant est compatible avec les procédés de soudage par réfusion infrarouge (IR) et à vapeur de phase. Un profil de température de réfusion sans plomb est fourni, spécifiant le préchauffage, le temps au-dessus du liquidus (217°C), la température de pic (max 260°C pendant max 10 sec) et les vitesses de refroidissement. Le soudage par réfusion ne doit pas être effectué plus de deux fois sur la même DEL. Pendant le soudage, aucune contrainte mécanique ne doit être appliquée sur le composant, et le PCB ne doit pas être déformé après le processus.

7.4 Soudage manuel et retouche

Si un soudage manuel est nécessaire, la température de la pointe du fer 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, avec un intervalle d'au moins 2 secondes entre le soudage de chaque borne. La retouche après que la DEL est soudée est fortement déconseillée. Si elle est absolument inévitable, un fer à souder spécial à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, et l'impact sur les caractéristiques de la DEL doit être vérifié au préalable.

8. Conditionnement et informations de commande

Le produit est fourni en bande standard de 8 mm sur une bobine de 7 pouces de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces. Les dimensions de la bande porteuse et de la bobine sont spécifiées pour garantir la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatique. Le conditionnement comprend un sac étanche à l'humidité en aluminium, un dessicant et des étiquettes. L'étiquette sur la bobine fournit des informations critiques incluant le numéro de produit (P/N), le numéro de pièce client (CPN), la quantité emballée (QTY) et les codes de classe spécifiques pour l'intensité lumineuse (CAT), la longueur d'onde dominante/la chromaticité (HUE) et la tension directe (REF), ainsi que le numéro de lot de fabrication (LOT No).

9. Considérations de conception pour l'application

9.1 Conception du circuit

L'étape de conception fondamentale est la sélection d'une résistance de limitation de courant appropriée. Sa valeur est calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alim- V_F) / I_F. Utilisez la V_Fmaximale de la fiche technique (ou de la classe spécifique) pour garantir que le courant ne dépasse pas le I_Fsouhaité dans les pires conditions. La puissance nominale de la résistance doit également être suffisante : P_R= (I_F)² * R. Pour les conceptions nécessitant une luminosité constante sur une plage de température ou avec plusieurs DEL, envisagez d'utiliser un pilote à courant constant au lieu d'une simple résistance.

9.2 Gestion thermique

Bien que les DEL CMS soient efficaces, elles génèrent toujours de la chaleur. Fonctionner à ou près du courant nominal maximum augmentera la température de jonction. Les températures élevées réduisent la sortie lumineuse (dépréciation des lumens) et peuvent accélérer la dégradation à long terme. Assurez-vous que la conception du PCB prévoit une dissipation thermique adéquate, surtout si la DEL est pilotée à des courants élevés ou utilisée dans un environnement à température ambiante élevée. Suivez la courbe de déclassement du courant direct fournie dans la fiche technique.

9.3 Intégration optique

L'angle de vision de 120 degrés fournit une émission large. Pour les applications nécessitant un faisceau plus focalisé, des optiques secondaires telles que des lentilles ou des guides de lumière peuvent être nécessaires. Le boîtier en résine transparente est adapté à une utilisation avec des éléments optiques externes. Lors de la conception de guides de lumière ou de diffuseurs, tenez compte du diagramme de rayonnement spatial et de la sortie spectrale de la DEL.

10. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux DEL traversantes traditionnelles à broches, cette DEL CMS offre des avantages décisifs pour la fabrication moderne : réduction drastique de l'espace sur carte, adaptabilité à l'assemblage entièrement automatisé et profil bas permettant des produits plus fins. Au sein de la catégorie des DEL CMS, les principaux éléments différenciants de cette référence spécifique incluent sa combinaison d'une plage de classement d'intensité lumineuse relativement élevée (jusqu'à 28,5 mcd à 5mA), un angle de vision très large de 120 degrés, et la conformité aux normes strictes sans halogènes et RoHS. Le système de classement détaillé pour l'intensité, la longueur d'onde et la tension offre aux concepteurs la granularité nécessaire pour les applications exigeant une grande uniformité, telles que les réseaux de rétroéclairage multi-DEL ou les grappes d'indicateurs d'état où l'homogénéité de couleur et de luminosité est visuellement importante.

11. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Pourquoi une résistance de limitation de courant est-elle absolument nécessaire ?

R : Les DEL sont des diodes avec une relation courant-tension non linéaire et exponentielle. Sans résistance pour limiter le courant, même un petit excès de tension ferait monter le courant de manière incontrôlable, détruisant presque instantanément la DEL par surchauffe.

Q : Puis-je alimenter cette DEL avec une alimentation 3,3V sans résistance ?

R : Non. La tension directe varie de 2,7V à 3,2V. Une alimentation de 3,3V dépasse la V_Fminimale, et sans résistance pour absorber le surplus de 0,1V à 0,6V, le courant ne serait pas régulé et dépasserait probablement la valeur maximale, endommageant la DEL.

Q : Que signifie la désignation "sans plomb" pour le soudage ?

R : Cela signifie que les terminaisons du composant sont exemptes de plomb. Cela nécessite l'utilisation d'alliages de soudure sans plomb pendant l'assemblage, qui ont généralement des points de fusion plus élevés que la soudure traditionnelle étain-plomb. Le profil de réfusion fourni est spécifiquement conçu pour ces procédés sans plomb à plus haute température.

Q : Comment interpréter les codes de classe dans le numéro de pièce (ex. : ZL1M2QY) ?

R : Les codes correspondent aux groupes de classement. Par exemple, 'L1' ou 'M2' indique la classe d'intensité lumineuse, 'Y' indique la classe de longueur d'onde dominante (470-475nm), et 'QY' fait probablement référence au groupe de classes de tension directe. La correspondance exacte doit être confirmée avec la documentation détaillée des codes de classe du fabricant.

12. Exemples de conception et d'utilisation

Cas 1 : Rétroéclairage de commutateurs de tableau de bord automobile :Un groupe de 5 à 10 de ces DEL est utilisé pour rétroéclairer divers boutons et molettes. Le concepteur sélectionne des DEL de la même classe d'intensité lumineuse (ex. : M1) et de longueur d'onde dominante (ex. : Y) pour garantir une couleur et une luminosité uniformes sur tous les commutateurs. Le large angle de vision de 120° assure que le rétroéclairage est visible depuis la perspective du conducteur. Les DEL sont pilotées à un courant prudent de 10mA via un régulateur à courant constant intégré au module de contrôle du tableau de bord pour maintenir une luminosité stable malgré les fluctuations du système électrique 12V du véhicule.

Cas 2 : Panneau d'indicateurs d'état industriel :Une seule DEL est utilisée comme indicateur "sous tension" sur un équipement d'usine. Un circuit simple est conçu avec une ligne 5V, une résistance de limitation de courant calculée pour un fonctionnement à 15mA (en utilisant la V_Fmax de 3,2V : R = (5-3,2)/0,015 = 120Ω), et la DEL. La lumière bleue claire est très visible dans un environnement industriel bien éclairé. Le boîtier CMS permet de la placer directement sur le PCB de contrôle principal, économisant de l'espace et des coûts d'assemblage par rapport à une DEL traversante montée sur panneau.

13. Principe de fonctionnement

Cette DEL est un dispositif photonique à semi-conducteur. Son cœur est une puce fabriquée à partir de matériaux InGaN (Nitrures de Gallium et d'Indium). Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil de conduction de la diode est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active du semi-conducteur. Ces porteurs de charge se recombinent, et l'énergie libérée par cette recombination est émise sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage InGaN détermine l'énergie de la bande interdite du semi-conducteur, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, le bleu. L'encapsulant en résine époxy transparente protège la puce semi-conductrice délicate, agit comme une lentille pour façonner la sortie lumineuse et assure la stabilité mécanique.

14. Tendances technologiques

Le développement de DEL CMS comme la série 19-218 fait partie de la tendance plus large de l'électronique vers la miniaturisation, l'augmentation des fonctionnalités par unité de surface et la fabrication automatisée en grande série. Les progrès dans les matériaux semi-conducteurs, notamment l'efficacité et la gamme de couleurs des DEL bleues et blanches à base d'InGaN, ont été un moteur principal. Les tendances futures pour cette classe de composants pourraient inclure de nouvelles augmentations de l'efficacité lumineuse (plus de lumière par watt électrique), une meilleure uniformité et qualité de couleur, l'intégration de circuits de contrôle embarqués (devenant des DEL "intelligentes") et des boîtiers conçus pour des densités de puissance encore plus élevées et une meilleure gestion thermique. La poussée pour la durabilité continue de stimuler l'élimination des substances dangereuses et les améliorations de l'efficacité énergétique tout au long du cycle de vie.