Fiche technique LED CMS 17-21 Jaune Brillant - Boîtier 1.6x0.8x0.6mm - Tension 1.75-2.35V - Puissance 60mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La LED CMS 17-21 est un dispositif à montage en surface conçu pour les applications à haute densité sur circuit imprimé. Elle utilise la technologie semi-conductrice AlGaInP pour produire une lumière jaune brillante. Le principal avantage de ce composant est son empreinte miniature, mesurant 1,6 mm x 0,8 mm x 0,6 mm, ce qui permet des économies d'espace significatives sur les cartes par rapport aux LED à broches traditionnelles. Cette réduction de taille contribue directement à des conceptions de produits finaux plus petits, à des besoins de stockage réduits pour les composants et à une densité de placement plus élevée sur les PCB. Le dispositif est également léger, ce qui le rend idéal pour les applications électroniques portables et miniatures où le poids est un facteur critique.

La LED est classée comme monochrome et est fabriquée à partir de matériaux sans plomb (Pb-free). Elle est conforme aux principales réglementations environnementales et de sécurité, notamment la directive européenne RoHS, les règlements REACH de l'UE, et est classée sans halogène, avec une teneur en brome (Br) et en chlore (Cl) inférieure à 900 ppm chacun et leur somme inférieure à 1500 ppm. Le produit est fourni sur bande de 8 mm, enroulé sur des bobines de 7 pouces de diamètre, ce qui le rend entièrement compatible avec les équipements d'assemblage automatisés standard de type pick-and-place. Il est également conçu pour résister aux processus de soudage courants, y compris la refusion infrarouge et en phase vapeur.

2. Spécifications techniques et interprétation objective approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Ces valeurs ne sont pas destinées à un fonctionnement normal.

• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct (IF) :25 mA DC. C'est le courant continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable.
• Courant direct de crête (IFP) :60 mA. Cette valeur s'applique dans des conditions d'impulsion avec un rapport cyclique de 1/10 à 1 kHz. Elle permet de brèves périodes de luminosité plus élevée mais ne doit pas être utilisée pour une alimentation continue.
• Dissipation de puissance (Pd) :60 mW. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (Ta) de 25°C. Une dégradation peut être nécessaire à des températures plus élevées.
• Décharge électrostatique (ESD) :2000 V (Modèle du corps humain). Cela indique un niveau modéré de sensibilité aux décharges électrostatiques. Des procédures de manipulation appropriées contre l'ESD sont essentielles pendant l'assemblage et la manipulation.
• Température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour des applications dans la plage de température industrielle.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +90°C.
• Température de soudage :Le dispositif peut supporter un soudage par refusion avec une température de crête de 260°C pendant jusqu'à 10 secondes. Pour le soudage manuel, la température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 350°C, et le temps de contact doit être limité à 3 secondes par borne.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard de Ta=25°C et IF=20mA, sauf indication contraire. Ils définissent les performances optiques et électriques de la LED.

• Intensité lumineuse (Iv) :S'étend d'un minimum de 28,50 mcd à un maximum de 72,00 mcd. La valeur typique se situe dans cette plage. Une tolérance de ±11 % s'applique à l'intensité lumineuse.
• Angle de vision (2θ1/2) :Typiquement 140 degrés. Ce large angle de vision rend la LED adaptée aux applications nécessitant un éclairage large ou une visibilité sous plusieurs angles.
• Longueur d'onde de crête (λp) :Typiquement 591 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λd) :S'étend de 585,50 nm à 591,50 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond à la couleur de la lumière de la LED. Une tolérance serrée de ±1 nm est spécifiée.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :Typiquement 15 nm. Cela définit la largeur du spectre émis à la moitié de l'intensité maximale (FWHM).
• Tension directe (VF) :S'étend de 1,75 V à 2,35 V à IF=20 mA. Une tolérance de ±0,1 V est notée. Ce paramètre est crucial pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA à VR=5 V. La fiche technique indique explicitement que le dispositif n'est pas conçu pour un fonctionnement inverse ; ce test est uniquement à des fins de caractérisation.

3. Explication du système de tri

Pour garantir la cohérence 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 critères de performance spécifiques pour leur application.

3.1 Tri par intensité lumineuse

Les LED sont catégorisées en quatre classes (N1, N2, P1, P2) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à 20 mA.

• N1 :28,50 - 36,00 mcd
• N2 :36,00 - 45,00 mcd
• P1 :45,00 - 57,00 mcd
• P2 :57,00 - 72,00 mcd

3.2 Tri par longueur d'onde dominante

La couleur (teinte) est contrôlée en triant la longueur d'onde dominante en deux groupes.

• D3 :585,50 - 588,50 nm
• D4 :588,50 - 591,50 nm

3.3 Tri par tension directe

La tension directe est triée pour faciliter la conception de l'alimentation et regrouper les LED ayant des caractéristiques électriques similaires.

• Classe 0 :1,75 - 1,95 V
• Classe 1 :1,95 - 2,15 V
• Classe 2 :2,15 - 2,35 V

La combinaison de ces codes de tri (par ex., CAT pour l'intensité, HUE pour la longueur d'onde, REF pour la tension) est généralement indiquée sur l'étiquette de l'emballage du produit, permettant une sélection précise des composants.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux courbes caractéristiques électro-optiques typiques. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, les courbes standard pour de telles LED incluraient typiquement :

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct :Cette courbe montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant, généralement de manière sous-linéaire à des courants plus élevés en raison des effets thermiques.
• Tension directe en fonction du courant direct :C'est la caractéristique I-V de la diode, montrant la relation exponentielle.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante :Cette courbe démontre l'effet d'extinction thermique, où la sortie lumineuse diminue lorsque la température de jonction augmente.
• Distribution spectrale de puissance :Un graphique montrant l'intensité de la lumière émise en fonction des longueurs d'onde, centré autour de la longueur d'onde de crête de 591 nm avec une largeur de bande typique de 15 nm.

Ces courbes sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard (courants ou températures différents) et pour optimiser le circuit d'alimentation pour l'efficacité et la longévité.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED CMS 17-21 a un boîtier rectangulaire compact. Les dimensions clés (en mm) incluent une longueur de corps de 1,6, une largeur de 0,8 et une hauteur de 0,6. Les plots de terminaison sont conçus pour un soudage fiable. Une marque d'identification de la cathode est présente sur le boîtier, ce qui est essentiel pour une orientation correcte pendant l'assemblage. Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,1 mm.

5.2 Identification de la polarité

La polarité correcte est vitale pour le fonctionnement de la LED. Le boîtier comporte une marque distincte pour identifier la borne cathode (-). Les concepteurs doivent s'assurer que l'empreinte PCB inclut un marqueur correspondant et que les processus d'assemblage alignent correctement le composant.

6. Directives de soudage et d'assemblage

Une manipulation appropriée est cruciale pour maintenir la fiabilité et les performances du dispositif.

6.1 Limitation du courant

Une résistance de limitation de courant externe est obligatoire. La caractéristique I-V exponentielle de la LED signifie qu'une petite augmentation de tension peut provoquer une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant. La valeur de la résistance doit être calculée en fonction de la tension d'alimentation, de la tension directe de la LED (en utilisant la valeur maximale de la classe ou de la fiche technique pour la sécurité) et du courant direct souhaité (ne dépassant pas 25 mA en continu).

6.2 Stockage et sensibilité à l'humidité

Le produit est emballé dans un sac résistant à l'humidité avec un dessiccant. Pour éviter les dommages induits par l'humidité pendant la refusion (effet "pop-corn"), les précautions suivantes doivent être prises :

• Ne pas ouvrir le sac étanche à l'humidité avant d'être prêt à l'emploi.
• Après ouverture, utiliser les composants dans les 168 heures (7 jours) s'ils sont stockés dans des conditions ≤30°C et ≤60% HR.
• Si le temps d'exposition est dépassé ou si le dessiccant indique une saturation, un séchage à 60±5°C pendant 24 heures est requis avant la refusion.

6.3 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion sans plomb (Pb-free) est spécifié :

• Préchauffage :150-200°C pendant 60-120 secondes.
• Temps au-dessus du liquidus (217°C) :60-150 secondes.
• Température de crête :Maximum 260°C, maintenue pendant un maximum de 10 secondes.
• Taux de chauffage :Maximum 6°C/seconde jusqu'à 255°C.
• Taux de refroidissement :Maximum 3°C/seconde.

La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois. Éviter les contraintes mécaniques sur le boîtier pendant le chauffage et ne pas déformer le PCB après le soudage.

6.4 Soudage manuel et retouche

Si un soudage manuel est nécessaire, utiliser un fer à souder avec une température de pointe ≤350°C et une puissance ≤25W. Le temps de contact par borne doit être ≤3 secondes. Laisser un intervalle de refroidissement d'au moins 2 secondes entre le soudage de chaque borne. La retouche est fortement déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder à double tête spécialisé doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, évitant ainsi les contraintes thermiques sur la puce de silicium. L'impact de la retouche sur les caractéristiques de la LED doit être vérifié au préalable.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les LED sont fournies dans une bande porteuse emboutie avec des alvéoles adaptées au boîtier 17-21. La largeur de la bande est de 8 mm, enroulée sur une bobine standard de 7 pouces (178 mm) de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces. Les dimensions détaillées de la bobine et de la bande porteuse sont fournies dans la fiche technique pour la compatibilité avec les chargeurs automatiques.

7.2 Informations sur l'étiquette

L'étiquette d'emballage contient plusieurs codes clés :

• P/N :Numéro de produit (par ex., 17-21/Y2C-CN1P2B/3T).
• QTY :Quantité d'emballage (3000 pcs/bobine).
• CAT :Classe d'intensité lumineuse (par ex., N1, P2).
• HUE :Classe de chromaticité/longueur d'onde dominante (par ex., D3, D4).
• REF :Classe de tension directe (par ex., 0, 1, 2).
• LOT No :Numéro de lot pour la traçabilité.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Rétroéclairage :Idéal pour le rétroéclairage d'indicateurs, de symboles et d'interrupteurs dans les tableaux de bord automobiles, l'électronique grand public et les panneaux de contrôle industriel.
• Indicateurs d'état :Parfait pour les indicateurs d'alimentation, de connectivité et d'état dans les équipements de télécommunication (téléphones, fax), le matériel réseau et les appareils électroménagers.
• Rétroéclairage plat pour LCD :Peut être utilisé en réseaux pour fournir un rétroéclairage uniforme pour les petits afficheurs LCD monochromes ou segmentés.
• Indication générale :Adapté à toute application nécessitant un indicateur visuel lumineux, fiable et compact.

8.2 Considérations de conception

• Circuit d'alimentation :Toujours utiliser un pilote à courant constant ou une source de tension avec une résistance en série. Prendre en compte le tri de la tension directe lors du calcul des valeurs de résistance pour garantir une luminosité uniforme entre différents lots de production.
• Gestion thermique :Bien que la puissance soit faible, assurer une surface de cuivre PCB adéquate ou des vias thermiques si le fonctionnement se fait à des températures ambiantes élevées ou près du courant maximal pour gérer la température de jonction et maintenir la sortie lumineuse et la durée de vie.
• Protection ESD :Intégrer des diodes de protection ESD sur les lignes sensibles si la LED est dans un emplacement exposé (par ex., un indicateur de panneau).
• Conception optique :Le large angle de vision de 140 degrés peut nécessiter des guides de lumière ou des diffuseurs si un faisceau plus focalisé est nécessaire. Pour une visibilité optimale, considérer le rapport de contraste avec l'arrière-plan.

9. Comparaison et différenciation techniques

La LED 17-21 offre des avantages spécifiques dans sa catégorie :

• Par rapport aux LED CMS plus grandes (par ex., 3528, 5050) :La 17-21 offre une empreinte significativement plus petite, permettant des conceptions ultra-miniaturisées. Le compromis est généralement une puissance lumineuse maximale et une gestion de puissance plus faibles.
• Par rapport aux LED à broches :Elle élimine le besoin de montage traversant, permettant un assemblage entièrement automatisé, réduisant la taille de la carte et améliorant la robustesse mécanique en éliminant les broches pliées.
• Par rapport aux autres LED jaunes :L'utilisation de la technologie AlGaInP offre généralement une efficacité lumineuse plus élevée et une meilleure saturation des couleurs pour les teintes jaunes et ambrées par rapport aux technologies plus anciennes comme GaAsP sur GaP.
• Différenciateurs clés :Sa combinaison d'une empreinte très petite de 1,6x0,8 mm, d'un large angle de vision de 140 degrés, de la conformité aux normes sans halogène et autres normes environnementales, et d'un tri détaillé pour la cohérence de la couleur et de l'intensité.

10. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q1 : Quelle valeur de résistance dois-je utiliser avec une alimentation de 5 V ?

R : En utilisant la VF maximale de 2,35 V (de la classe 2) et un IF cible de 20 mA pour la sécurité : R = (Valim - VF) / IF = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5 Ohms. Utiliser la valeur standard la plus proche (par ex., 130 ou 150 Ohms). Toujours vérifier le courant réel dans le circuit.

Q2 : Puis-je alimenter cette LED à 30 mA pour une luminosité plus élevée ?

R : Non. La valeur maximale absolue pour le courant direct continu (IF) est de 25 mA. Fonctionner à 30 mA dépasse cette valeur, ce qui réduira la fiabilité et la durée de vie, et peut provoquer une défaillance immédiate due à une surchauffe.

Q3 : L'angle de vision est de 140 degrés. Comment obtenir un faisceau plus focalisé ?

R : Vous auriez besoin d'utiliser un composant optique externe, tel qu'une lentille placée sur la LED. Le boîtier natif émet un motif large de type lambertien.

Q4 : Mon système d'inspection optique automatisée (AOI) a du mal avec la marque de cathode. Y a-t-il un moyen recommandé pour identifier la polarité sur le PCB ?

R : Oui. L'empreinte PCB doit inclure une sérigraphie ou une caractéristique en cuivre qui correspond à la marque de cathode du boîtier. S'assurer que le système de vision de la machine pick-and-place est programmé pour reconnaître cette asymétrie. Se référer au dessin des dimensions du boîtier pour l'emplacement exact de la marque.

Q5 : Dois-je sécher les composants si le sac est ouvert depuis 10 jours ?

R : Oui. La spécification indique une "durée de vie hors sac" de 168 heures (7 jours) après ouverture du sac barrière à l'humidité. Puisque 10 jours (240 heures) dépassent cette durée, vous devez effectuer le traitement de séchage (60±5°C pendant 24 heures) avant de soumettre les LED au soudage par refusion pour éviter les dommages liés à l'humidité.

11. Étude de cas d'application pratique

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs multi-états compact pour un dispositif médical portable.

Exigences :Le dispositif a besoin de 6 indicateurs d'état indépendants (Alimentation, Batterie faible, Bluetooth, Erreur, Mode A, Mode B) dans un espace très limité sur le panneau avant. Les indicateurs doivent être clairement visibles dans diverses conditions d'éclairage, consommer un minimum d'énergie et résister au nettoyage avec des désinfectants.

Mise en œuvre de la conception :

1. Sélection des composants :La LED 17-21 jaune brillant est choisie pour tous les indicateurs en raison de sa petite taille (permettant à 6 LED de tenir en ligne avec un espacement), de sa bonne luminosité et de son large angle de vision assurant la visibilité sous différents angles.
2. Conception du circuit :Un rail commun de 3,3 V est utilisé. En utilisant la VF typique de 2,0 V et IF=15 mA (pour un équilibre entre luminosité et économie d'énergie), la résistance de limitation de courant est calculée : R = (3,3V - 2,0V) / 0,015A ≈ 87 Ohms. Une résistance de 91 Ohms, tolérance 1%, est sélectionnée pour chaque LED pour garantir une luminosité uniforme.
3. Implantation PCB :Les LED sont placées avec un pas de 3 mm. L'empreinte PCB est conçue selon la disposition de plots recommandée par la fiche technique, avec un point de sérigraphie clair à côté du plot de cathode. Un petit remplissage de masse autour des LED est omis pour simplifier le soudage et le nettoyage.
4. Conception du panneau :Le panneau avant a des ouvertures de 1,2 mm de diamètre alignées avec chaque LED. Un film diffuseur blanc laiteux mince est placé derrière le panneau pour adoucir le point chaud de la LED et créer un point éclairé uniforme.
5. Contrôle logiciel :Le microcontrôleur pilote chaque LED via une broche GPIO configurée comme une sortie à drain ouvert avec une résistance de rappel interne désactivée, faisant passer le courant à travers la paire LED/résistance vers la masse.
6. Résultat :Un panneau d'indicateurs propre et d'apparence professionnelle qui répond à toutes les exigences de taille, de visibilité et de fiabilité. Le tri cohérent (spécifiant CAT=P1 ou supérieur, HUE=D4) dans la nomenclature garantit que toutes les unités ont une couleur et une luminosité uniformes.

12. Introduction au principe technique

La LED 17-21 est basée sur un matériau semi-conducteur Phosphure d'Aluminium Gallium Indium (AlGaInP) déposé sur un substrat. Lorsqu'une tension directe dépassant la tension de seuil de la diode (environ 1,8 V) est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active depuis les couches de type n et de type 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 AlGaInP détermine l'énergie de la bande interdite, qui définit directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. Pour le jaune brillant, la longueur d'onde de crête est conçue pour être d'environ 591 nm. La résine époxy transparente encapsulante protège la puce semi-conductrice, agit comme une lentille pour façonner la sortie lumineuse (contribuant à l'angle de vision de 140 degrés) et peut contenir des luminophores ou des colorants, bien que pour ce type monochrome, elle soit probablement non modifiée pour préserver la pureté de la couleur.

13. Tendances et évolutions de l'industrie

Le marché des LED CMS miniatures comme la 17-21 continue d'évoluer. Les tendances clés influençant ce segment de produit incluent :

• Efficacité accrue :Les améliorations continues en science des matériaux et en conception de puces visent à offrir une efficacité lumineuse plus élevée (plus de lumière par unité de puissance électrique) à partir de boîtiers de même taille ou plus petits.
• Fiabilité améliorée :Les exigences des applications automobiles et industrielles stimulent les améliorations des performances à haute température, de la résistance à l'humidité et de la longévité.
• Tri des couleurs plus serré :Les applications nécessitant un appariement précis des couleurs, telles que les indicateurs multi-LED ou les réseaux de rétroéclairage, poussent les fabricants vers des tolérances de tri plus étroites pour la longueur d'onde dominante et l'intensité lumineuse.
• Intégration :Une tendance vers l'intégration de plusieurs puces LED, de résistances de limitation de courant, voire de circuits intégrés de contrôle dans un module à boîtier unique pour simplifier la conception du circuit de l'utilisateur final et économiser de l'espace sur la carte.
• Conformité environnementale :Des réglementations comme RoHS et REACH deviennent plus strictes et plus globales, faisant de la déclaration complète des matériaux et de la conformité sans halogène des attentes standard, et non des différenciateurs.

Les dispositifs comme la 17-21 représentent une solution mature et optimisée pour les besoins d'indication de base, les futures itérations se concentrant probablement sur les tendances ci-dessus plutôt que sur des changements radicaux de facteur de forme pour cette classe ultra-miniature.