Fiche technique LED CMS 17-21 Orange Brillant - Boîtier 2.0x1.25x0.8mm - Tension 1.75-2.35V - Puissance 60mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La 17-21/S2C-AP1Q2B/3T est une LED à montage en surface (CMS) conçue pour les assemblages électroniques haute densité. Sa fonction principale est de fournir une indication ou un rétroéclairage orange brillant. L'avantage fondamental de ce composant réside dans son empreinte miniature, mesurant environ 2,0 mm x 1,25 mm, ce qui permet des économies d'espace significatives sur les cartes de circuits imprimés (PCB) par rapport aux LED à broches traditionnelles. Cette réduction de taille contribue directement à des conceptions de produits finaux plus compacts, à des besoins de stockage réduits pour les composants et à une densité de placement plus élevée sur les bandes de conditionnement et les PCB. Le dispositif est construit à l'aide d'une puce semi-conductrice AIGaInP (Phosphure d'Aluminium Gallium Indium), encapsulée dans une lentille en résine transparente. Cette combinaison de matériaux est responsable de la production de sa couleur émise orange brillant caractéristique. Le produit est entièrement conforme aux réglementations environnementales modernes, étant sans plomb, conforme RoHS, conforme REACH UE et sans halogène (avec Brome <900ppm, Chlore <900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Il est fourni sur bande de 8 mm montée sur bobine de diamètre 7 pouces, le rendant entièrement compatible avec les équipements automatisés de placement à grande vitesse.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière fiable dans des limites électriques et thermiques spécifiées. Le dépassement de ces Caractéristiques Maximales Absolues peut entraîner des dommages permanents. La tension inverse maximale (VR) est de 5V. Le courant direct continu (IF) ne doit pas dépasser 25mA. Pour un fonctionnement en impulsion, un courant direct de crête (IFP) de 60mA est autorisé sous un rapport cyclique de 1/10 à 1kHz. La dissipation de puissance totale (Pd) du boîtier est limitée à 60mW. Le dispositif peut résister à une décharge électrostatique (ESD) de 2000V selon le Modèle du Corps Humain (HBM). La plage de température de fonctionnement (Topr) est de -40°C à +85°C, tandis que la plage de température de stockage (Tstg) est légèrement plus large, de -40°C à +90°C. Pour le soudage, il peut supporter des profils de refusion avec une température de pic de 260°C pendant jusqu'à 10 secondes, ou un soudage manuel à 350°C pour un maximum de 3 secondes par borne.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les paramètres de performance clés sont mesurés dans des conditions de test standard : température ambiante (Ta) de 25°C et courant direct (IF) de 20mA. L'intensité lumineuse (Iv) a une plage typique de 45,00 mcd à 112,00 mcd, catégorisée en classes spécifiques. L'angle de vision (2θ1/2), défini comme l'angle total à mi-intensité, est typiquement de 140 degrés, offrant un diagramme d'émission large adapté à de nombreuses applications d'indication. Les caractéristiques spectrales sont définies par une longueur d'onde de pic (λp) de 611 nm et une plage de longueur d'onde dominante (λd) de 600,50 nm à 612,50 nm. La largeur de bande spectrale (Δλ) est d'environ 17 nm. La tension directe (VF) nécessaire pour alimenter la LED à 20mA varie de 1,75V à 2,35V, également organisée en classes. Le courant inverse (IR) est garanti inférieur à 10 μA lorsqu'une tension inverse de 5V est appliquée, bien que le dispositif ne soit pas conçu pour un fonctionnement en inverse.

3. Explication du système de classement

Pour garantir la cohérence de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en classes basées sur trois paramètres clés : l'Intensité Lumineuse, la Longueur d'Onde Dominante et la Tension Directe.

3.1 Classes d'intensité lumineuse

Le flux lumineux est catégorisé en quatre classes (P1, P2, Q1, Q2) lorsqu'il est alimenté à IF=20mA. La classe P1 couvre la plage de 45,00 mcd à 57,00 mcd. P2 couvre 57,00 mcd à 72,00 mcd. Q1 couvre 72,00 mcd à 90,00 mcd. La classe de sortie la plus élevée, Q2, couvre 90,00 mcd à 112,00 mcd. Une tolérance de ±11% s'applique au sein de chaque classe.

3.2 Classes de longueur d'onde dominante

La longueur d'onde dominante, qui définit la couleur perçue, est triée en quatre classes (D8, D9, D10, D11). D8 va de 600,50 nm à 603,50 nm. D9 va de 603,50 nm à 606,50 nm. D10 va de 606,50 nm à 609,50 nm. D11 va de 609,50 nm à 612,50 nm. Une tolérance de ±1nm est spécifiée.

3.3 Classes de tension directe

La chute de tension directe est triée en trois classes (0, 1, 2) pour faciliter la conception de circuit, notamment pour le calcul de la résistance de limitation de courant. La classe 0 couvre 1,75V à 1,95V. La classe 1 couvre 1,95V à 2,15V. La classe 2 couvre 2,15V à 2,35V. Une tolérance de ±0,1V est notée.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour comprendre le comportement de la LED dans différentes conditions.

4.1 Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement montre la distribution spatiale de l'intensité lumineuse. Le diagramme est typiquement Lambertien ou quasi-Lambertien, avec l'intensité relative tracée en fonction de l'angle de vision. L'angle de vision de 140 degrés confirme une émission large et diffuse adaptée à l'éclairage de zone ou aux indicateurs nécessitant une large visibilité.

4.2 Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct

Cette courbe illustre la relation non linéaire entre le courant d'alimentation et le flux lumineux. L'intensité lumineuse augmente avec le courant mais finit par saturer. Un fonctionnement nettement au-dessus des 20mA recommandés peut entraîner une réduction de l'efficacité et un vieillissement accéléré.

4.3 Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante

Ce graphique est crucial pour la gestion thermique. Le flux lumineux diminue à mesure que la température ambiante augmente. Par exemple, à la température de fonctionnement maximale de +85°C, la sortie peut être nettement inférieure qu'à 25°C. Ceci doit être pris en compte dans les conceptions où une luminosité constante est requise sur une plage de température.

4.4 Courbe de déclassement du courant direct

Cette courbe définit le courant direct maximal autorisé en fonction de la température ambiante. À mesure que la température augmente, le courant maximal sûr diminue pour éviter de dépasser la limite de dissipation de puissance de 60mW et pour gérer la température de jonction, assurant ainsi une fiabilité à long terme.

4.5 Tension directe en fonction du courant direct

Cette caractéristique IV (Courant-Tension) montre la relation exponentielle typique d'une diode. La connaissance de cette courbe aide à concevoir un circuit de limitation de courant approprié.

4.6 Distribution spectrale

Le tracé de distribution spectrale de puissance montre l'intensité de la lumière émise en fonction des longueurs d'onde, centrée autour du pic de 611nm. La largeur de bande étroite (~17nm) indique une couleur orange relativement pure.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier

La LED a un boîtier rectangulaire compact. Les dimensions clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur totales. La cathode est identifiée par une marque spécifique sur le corps du boîtier, ce qui est crucial pour une orientation correcte lors de l'assemblage. Toutes les tolérances non spécifiées sont typiquement de ±0,1mm.

5.2 Bobine, bande et conditionnement sensible à l'humidité

Les composants sont fournis dans un conditionnement résistant à l'humidité. Ils sont logés dans une bande porteuse avec des dimensions de poche spécifiques, enroulée sur une bobine de diamètre 7 pouces. Chaque bobine contient 3000 pièces. Le conditionnement comprend un dessiccant et est scellé dans un sac étanche à l'humidité en aluminium. Les étiquettes sur le sac fournissent des informations critiques : Numéro de produit client (CPN), Numéro de produit (P/N), Quantité emballée (QTY), Classe d'intensité lumineuse (CAT), Classe de chromaticité/longueur d'onde dominante (HUE), Classe de tension directe (REF) et Numéro de lot (LOT No).

6. Guide de soudage et d'assemblage

6.1 Précautions de stockage et de manipulation

Les LED sont des dispositifs sensibles à l'humidité (MSD). Le sac étanche non ouvert ne doit pas être ouvert avant que les composants ne soient prêts à être utilisés. Après ouverture, les LED non utilisées doivent être stockées dans des conditions de 30°C ou moins et 60% d'humidité relative ou moins. La "durée de vie en atelier" après ouverture du sac est de 168 heures (7 jours). Si les composants dépassent ce délai ou si l'indicateur de dessiccant a changé de couleur, un traitement de séchage à 60 ±5°C pendant 24 heures est requis avant utilisation pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" pendant le soudage par refusion.

6.2 Profil de soudage par refusion

Un profil de soudage par refusion sans plomb est spécifié. Les paramètres clés incluent : une étape de préchauffage entre 150-200°C pendant 60-120 secondes ; un temps au-dessus du liquidus (217°C) de 60-150 secondes ; une température de pic ne dépassant pas 260°C, maintenue pendant un maximum de 10 secondes ; des taux de chauffage et de refroidissement maximaux. Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois sur le même composant.

6.3 Soudage manuel et retouche

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est de mise. La température de la pointe du fer à souder doit être inférieure à 350°C, appliquée à chaque borne pendant pas plus de 3 secondes. La puissance du fer à souder doit être de 25W ou moins. Un intervalle minimum de 2 secondes doit être laissé entre le soudage de chaque borne. La retouche est fortement déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes et éviter les contraintes mécaniques sur les soudures. Le risque d'endommagement de la LED pendant la retouche est élevé.

6.4 Considération de conception de circuit

Une résistance de limitation de courant externe est obligatoire. La tension directe de la LED a un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue lorsque la température augmente. Sans résistance en série, une petite augmentation de la tension d'alimentation ou une diminution de la VF pourrait provoquer une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant direct. La valeur de la résistance doit être calculée sur la base de la tension d'alimentation, de la classe de tension directe de la LED et du courant de fonctionnement souhaité (typiquement 20mA ou moins).

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

La couleur orange brillant et la petite taille rendent cette LED adaptée à diverses applications : Rétroéclairage pour tableaux de bord d'instrumentation, interrupteurs et symboles ; Indicateurs d'état dans les équipements de télécommunication tels que téléphones et télécopieurs ; Voyants d'indication à usage général dans l'électronique grand public, les commandes industrielles et les intérieurs automobiles ; Rétroéclairage plat pour petits panneaux LCD.

7.2 Considérations de conception

Lors de l'intégration de cette LED, les concepteurs doivent prendre en compte plusieurs facteurs :Alimentation en courant :Utilisez toujours une source de courant constant ou une source de tension avec une résistance en série.Gestion thermique :Assurez une surface de cuivre de PCB ou des vias thermiques adéquats si le fonctionnement a lieu à des températures ambiantes élevées ou près du courant maximal pour gérer la température de jonction.Conception optique :Le large angle de vision peut nécessiter des guides de lumière ou des diffuseurs pour façonner la lumière pour des applications spécifiques.Protection ESD :Mettez en œuvre les précautions ESD standard pendant la manipulation et l'assemblage, car la classification 2000V HBM, bien que robuste, peut être dépassée dans des environnements non contrôlés.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux anciennes technologies de LED traversantes, cette LED CMS offre des avantages substantiels : une réduction de l'espace sur carte de plus de 70%, une compatibilité avec l'assemblage entièrement automatisé réduisant les coûts de main-d'œuvre, et une fiabilité améliorée grâce à l'absence de broches pliées. Au sein du marché des LED CMS, ses principaux points de différenciation sont l'utilisation de la technologie AIGaInP pour une lumière orange à haute efficacité (supérieure aux LED filtrées ou teintées), la conformité spécifique aux exigences sans halogène, et une structure de classement détaillée permettant un appariement précis de la couleur et de la luminosité dans les séries de production. La combinaison d'une intensité lumineuse relativement élevée pour sa taille et d'une faible tension directe contribue à une bonne efficacité énergétique globale.

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

Q : Quelle valeur de résistance dois-je utiliser avec une alimentation de 5V ?

R : La valeur dépend de la classe de tension directe (VF) de la LED. En utilisant le cas le plus défavorable (VF la plus basse) de 1,75V et un courant cible de 20mA : R = (Valim - Vf) / If = (5V - 1,75V) / 0,02A = 162,5 Ohms. Une résistance standard de 160 ou 180 Ohms serait appropriée. Calculez toujours pour la classe VF spécifique que vous utilisez et vérifiez la dissipation de puissance dans la résistance.

Q : Puis-je piloter cette LED avec un signal PWM pour l'atténuation ?

R : Oui, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) est une méthode efficace pour atténuer les LED. Assurez-vous que le courant de crête dans chaque impulsion ne dépasse pas la valeur nominale de 60mA, et que le courant moyen dans le temps ne dépasse pas la valeur nominale continue de 25mA. Une fréquence de 100Hz à 1kHz est typique.

Q : Pourquoi le temps de stockage après ouverture du sac est-il limité à 7 jours ?

R : Le matériau d'encapsulation plastique peut absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se dilater rapidement en vapeur, provoquant un délaminage interne ou une fissuration ("effet pop-corn"), ce qui détruit le composant. La limite de 7 jours est basée sur le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) du boîtier.

Q : Comment la température affecte-t-elle le flux lumineux ?

R : Le flux lumineux a un coefficient de température négatif. Lorsque la température de jonction augmente, l'efficacité lumineuse diminue, ce qui entraîne un flux lumineux plus faible pour le même courant d'alimentation. Les courbes de performance de la section 4 quantifient cette relation, ce qui est critique pour les applications fonctionnant dans des environnements chauds.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs multiples pour un contrôleur industriel.Le panneau nécessite 20 LED orange brillant identiques pour afficher divers états du système. Pour garantir une apparence uniforme, il est essentiel de spécifier des LED de la même classe d'intensité lumineuse (par exemple, Q1) et de la même classe de longueur d'onde dominante (par exemple, D10). Le placement sur PCB doit inclure des pastilles de taille correcte selon le dessin du boîtier et une résistance de limitation de courant pour chaque LED, calculée sur la base de l'alimentation logique 3,3V du système et de la classe VF choisie. Pour simplifier l'assemblage, la conception doit utiliser directement le format bande-bobine avec l'équipement de placement automatisé. Le processus de fabrication doit respecter le profil de refusion et gérer la durée de vie en atelier de 7 jours pour la bobine ouverte afin de prévenir les pertes de rendement liées à l'humidité. Une analyse thermique doit confirmer que le placement de 20 LED à proximité ne provoque pas d'échauffement localisé qui déclasserait le courant maximal autorisé.

11. Introduction au principe de fonctionnement

L'émission de lumière dans cette LED est basée sur l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice en AIGaInP (Phosphure d'Aluminium Gallium Indium). Lorsqu'une tension 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. L'énergie de bande interdite spécifique de l'alliage AIGaInP détermine la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise, qui dans ce cas se situe dans le spectre orange (~611 nm). La résine époxy transparente encapsulante protège la puce semi-conductrice, assure la stabilité mécanique et agit comme une lentille pour façonner le diagramme de sortie lumineuse.

12. Tendances technologiques

La tendance générale des LED d'indication CMS continue vers une efficacité plus élevée (plus de lumens ou de millicandelas par watt), des tailles de boîtier plus petites pour une densité accrue, et une meilleure cohérence des couleurs grâce à un classement plus serré. Il y a également une forte impulsion pour une fiabilité plus élevée et une durée de vie plus longue dans une gamme plus large de conditions environnementales, y compris un fonctionnement à température plus élevée pour les applications automobiles et industrielles. L'intégration de fonctionnalités, telles que des résistances de limitation de courant intégrées ou des diodes de protection dans le même boîtier, est un autre développement en cours pour simplifier la conception de circuit et économiser encore plus d'espace sur carte. La conformité environnementale, y compris les matériaux sans halogène et l'adhésion complète à la RoHS, est devenue une exigence standard plutôt qu'un facteur de différenciation.