Fiche technique LED CMS 15-13D/R6GHBHC-A01/2T - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - Rouge/Vert/Bleu - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La 15-13D est une LED CMS (Composant Monté en Surface) compacte, conçue pour les applications électroniques modernes nécessitant une miniaturisation et une haute fiabilité. Cette série propose trois options de couleur distinctes basées sur différents matériaux semi-conducteurs : Rouge Brillant (R6, AlGaInP), Vert Brillant (GH, InGaN) et Bleu (BH, InGaN). Le conditionnement est fourni sur bande de 8mm enroulée sur une bobine de 7 pouces de diamètre, la rendant entièrement compatible avec les équipements automatisés de placement à grande vitesse.

Le principal avantage de cette LED est son empreinte significativement réduite par rapport aux boîtiers traditionnels à broches. Cela permet aux concepteurs d'atteindre une densité de composants plus élevée sur les cartes de circuits imprimés (PCB), conduisant à des tailles de carte globalement plus petites et finalement à des produits finaux plus compacts. Sa construction légère en fait également un choix idéal pour les applications portables et miniatures où le poids et l'espace sont des contraintes critiques.

Le produit est fabriqué sans plomb (Pb-free), conforme aux directives européennes RoHS et REACH, et répond aux exigences sans halogène (Brome <900 ppm, Chlore <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Il est également produit en utilisant des procédés sûrs contre les décharges électrostatiques (ESD), améliorant ainsi sa fiabilité de manipulation.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Tension inverse (VR) :5V maximum pour tous les codes couleur. Dépasser cette valeur peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct (IF) :25 mA pour R6 (Rouge) et GH (Vert) ; 20 mA pour BH (Bleu). Il s'agit du courant continu maximum.
• Courant direct de crête (IFP) :Applicable en conditions pulsées (rapport cyclique 1/10 @ 1kHz). R6 : 60 mA ; GH & BH : 100 mA.
• Dissipation de puissance (Pd) :La puissance maximale que le boîtier peut dissiper. R6 : 60 mW ; GH : 95 mW ; BH : 75 mW. Elle est calculée comme IF * VF.
• Décharge électrostatique (ESD) HBM :Toutes les variantes sont classées pour 2000V selon le modèle du corps humain, indiquant une bonne robustesse ESD intrinsèque pour une manipulation standard.
• Température de fonctionnement & de stockage :-40°C à +85°C pour le fonctionnement ; -40°C à +90°C pour le stockage.
• Température de soudage :Soudage par refusion, température de pic : 260°C maximum pendant 10 secondes. Soudage manuel : 350°C maximum pendant 3 secondes par borne.

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

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test standard (IF=20mA, sauf indication contraire).

• Intensité lumineuse (Iv) :Le flux lumineux en millicandelas (mcd). R6 : 90-140 mcd ; GH : 112-180 mcd ; BH : 45-70 mcd. Une tolérance de ±11% s'applique.
• Angle de vision (2θ1/2) :Approximativement 120 degrés, offrant un large angle d'émission de la lumière.
• Longueur d'onde de pic (λp) :La longueur d'onde à laquelle l'intensité d'émission est la plus élevée. R6 : 632 nm (Rouge) ; GH : 518 nm (Vert) ; BH : 468 nm (Bleu).
• Longueur d'onde dominante (λd) :La longueur d'onde unique perçue par l'œil humain. R6 : 624 nm ; GH : 525 nm ; BH : 470 nm.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :La largeur du spectre d'émission à mi-intensité maximale. R6 : 20 nm ; GH : 35 nm ; BH : 25 nm.
• Tension directe (VF) :La chute de tension aux bornes de la LED au courant de test. R6 : 1,70-2,40V (Typ. 2,00V) ; GH & BH : 2,70-3,70V (Typ. 3,30V). La tolérance est de ±0,05V.
• Courant inverse (IR) :Courant de fuite à VR=5V. R6 : Max 10 μA ; GH & BH : Non Applicable (NA).

3. Explication du système de classement (Binning)

La fiche technique indique que le produit utilise un système de classement pour catégoriser les LED en fonction de paramètres clés, assurant l'homogénéité au sein d'un lot. L'explication de l'étiquette sur l'emballage mentionne des rangs spécifiques :

• CAT (Rang d'Intensité Lumineuse) :Classe les LED en fonction de leur intensité lumineuse mesurée.
• HUE (Rang des Coordonnées Chromatiques & Longueur d'Onde Dominante) :Trie les LED selon leur point de couleur ou leur longueur d'onde dominante pour minimiser la variation de couleur dans un réseau.
• REF (Rang de Tension Directe) :Classe les LED par leur chute de tension directe, ce qui est important pour l'adaptation du courant dans les circuits série ou parallèle.

Les concepteurs doivent consulter les tableaux de classement spécifiques du fabricant pour une sélection détaillée lorsque l'homogénéité de couleur ou d'intensité est critique pour l'application.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit des courbes caractéristiques typiques pour chaque type de LED (R6, GH, BH). Ces graphiques sont essentiels pour comprendre le comportement du composant dans des conditions non standard.

4.1 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

Cette courbe montre la relation exponentielle entre le courant et la tension. La tension de "genou" est le point où la LED commence à émettre de la lumière de manière significative. Les valeurs typiques de VF fournies sont mesurées à 20mA. Les concepteurs utilisent cette courbe pour sélectionner des résistances de limitation de courant appropriées.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

Ce graphique démontre que le flux lumineux est généralement proportionnel au courant direct, mais peut devenir sous-linéaire à des courants très élevés en raison d'effets thermiques et d'efficacité. Il est crucial pour déterminer le courant d'alimentation nécessaire pour atteindre une luminosité souhaitée.

4.3 Intensité lumineuse vs. Température ambiante

Le flux lumineux d'une LED diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette courbe de déclassement est vitale pour les applications fonctionnant dans des environnements à température élevée. Elle montre le pourcentage d'intensité lumineuse relative restante lorsque la température ambiante augmente.

4.4 Courbe de déclassement du courant direct

Pour éviter la surchauffe, le courant direct continu maximal autorisé doit être réduit lorsque la température ambiante augmente. Cette courbe fournit la zone de fonctionnement sûre (SOA) pour le composant sur toute sa plage de température.

4.5 Distribution spectrale

Ce tracé montre l'intensité relative de la lumière émise sur le spectre des longueurs d'onde. Il confirme les longueurs d'onde de pic et dominante et illustre la pureté spectrale (étroitesse) de la couleur émise.

4.6 Diagramme de rayonnement (Diagramme d'angle de vision)

Un diagramme polaire illustrant la distribution spatiale de l'intensité lumineuse. La 15-13D a un diagramme typique lambertien ou à large angle, avec une intensité qui diminue à mesure que l'angle par rapport à l'axe central augmente, atteignant la moitié de l'intensité à environ ±60 degrés (angle de vision total de 120 degrés).

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le boîtier 15-13D a des dimensions nominales de 1,5mm (longueur) x 1,3mm (largeur) x 0,8mm (hauteur). Les tolérances sont typiquement de ±0,1mm sauf indication contraire. Le composant comporte un marquage d'anode (typiquement une encoche, un point vert ou un autre indicateur) sur le dessus du boîtier pour l'identification de la polarité. Un motif de pastilles (layout de pads) recommandé pour le PCB est fourni, mais il est conseillé aux concepteurs de le modifier en fonction de leur procédé de fabrication de PCB spécifique et de leurs exigences thermiques/mécaniques.

5.2 Identification de la polarité

Une polarité correcte est essentielle pour le fonctionnement de la LED. Le boîtier inclut un marqueur visuel désignant la borne anode (+). Lors de la conception et de l'assemblage du PCB, ce marqueur doit être aligné avec la pastille anode correspondante sur le layout de la carte pour assurer une orientation correcte.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Sensibilité à l'humidité et stockage

Les LED sont conditionnées dans un sac barrière résistant à l'humidité avec un dessicant pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer l'effet "pop-corn" (fissuration du boîtier) pendant le soudage par refusion.

• Ne pas ouvrir le sac avant d'être prêt à l'utilisation.
• Après ouverture, les pièces non utilisées doivent être stockées à ≤30°C et ≤60% HR.
• La "durée de vie hors sac" après ouverture est de 168 heures (7 jours).
• Si cette durée est dépassée, ou si l'indicateur de dessicant a changé de couleur, un séchage à 60±5°C pendant 24 heures est requis avant soudage.

6.2 Profil de soudage par refusion (sans plomb)

Un profil de température recommandé est fourni pour la soudure sans plomb (ex : SAC305) :

• Préchauffage :150-200°C pendant 60-120 secondes.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :>217°C pendant 60-150 secondes.
• Température de pic :260°C maximum, maintenue pendant pas plus de 10 secondes.
• Vitesse de montée :Maximum 3°C/sec jusqu'à 255°C, puis max 6°C/sec jusqu'au pic.
• Vitesse de descente :Contrôlée pour éviter un choc thermique.

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

6.3 Précautions pour le soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise :

• Utiliser un fer à souder avec une température de pointe <350°C.
• Limiter le temps de contact à ≤3 secondes par borne.
• Utiliser un fer d'une puissance nominale ≤25W.
• Laisser un intervalle minimum de 2 secondes entre le soudage de chaque borne pour éviter l'accumulation de chaleur.
• Éviter d'appliquer une contrainte mécanique sur le corps de la LED pendant le soudage.

6.4 Réparation et retouche

La réparation après un soudage initial est fortement déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder double tête spécialisé doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, minimisant ainsi la contrainte thermique sur la puce LED et les fils de connexion. Le potentiel d'endommagement des caractéristiques de la LED doit être évalué au préalable.

7. Conditionnement et informations de commande

.1 Tape and Reel Specifications

Les composants sont fournis dans une bande porteuse embossée avec des dimensions adaptées au boîtier 15-13D. La bande est enroulée sur une bobine standard de 7 pouces (178mm) de diamètre. Chaque bobine contient 2000 pièces. Les dimensions détaillées de la bobine, de la bande porteuse et des alvéoles sont fournies dans la fiche technique, avec des tolérances standard de ±0,1mm.

7.2 Étiquette et sac barrière contre l'humidité

Le sac extérieur étanche à l'humidité contient une étiquette avec des informations critiques : Numéro de pièce client (CPN), Numéro de pièce fabricant (P/N), Quantité (QTY) et les codes de classement pour l'Intensité Lumineuse (CAT), la Chromaticité (HUE) et la Tension Directe (REF). Un numéro de lot (LOT No.) est inclus pour la traçabilité.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Rétroéclairage :Indicateurs de tableau de bord, éclairage d'interrupteurs, rétroéclairage de claviers.
• Équipements de télécommunication :Indicateurs d'état sur téléphones, télécopieurs, routeurs et modems.
• Rétroéclairage plat pour LCD :Éclairage latéral pour petits afficheurs LCD monochromes ou couleur.
• Utilisation générale comme indicateur :État d'alimentation, indication de mode, signaux d'alerte dans l'électronique grand public, les appareils électroménagers et les contrôles industriels.

8.2 Considérations de conception critiques

• Limitation de courant :Une résistance série externe est OBLIGATOIRE pour limiter le courant direct. La caractéristique I-V exponentielle de la LED signifie qu'une petite augmentation de tension peut provoquer une forte surintensité destructrice. La valeur de la résistance est calculée comme R = (Valim - VF) / IF.
• Gestion thermique :Bien que le boîtier soit petit, la dissipation de puissance (Pd) doit être prise en compte, en particulier à haute température ambiante ou à des courants d'alimentation élevés. Assurer une surface de cuivre de PCB adéquate ou des vias thermiques si l'on fonctionne près des caractéristiques maximales.
• Protection ESD :Bien que classée pour 2000V HBM, la mise en œuvre d'une protection ESD sur les lignes d'entrée sensibles ou l'utilisation de procédures de manipulation ESD-safe en production est considérée comme une bonne pratique.
• Soudage à la vague :La fiche technique spécifie uniquement le soudage par refusion et manuel. Le soudage à la vague n'est généralement pas recommandé pour ce type de LED CMS en raison d'une exposition thermique excessive.
• Flexion de la carte :Éviter de plier ou de faire fléchir le PCB après que les LED ont été soudées, car cela peut solliciter les joints de soudure et le boîtier de la LED lui-même.

9. Comparaison et différenciation technique

La série 15-13D se différencie par la combinaison d'une empreinte très petite de 1,5x1,3mm avec une intensité lumineuse relativement élevée pour sa taille, en particulier pour les variantes verte et rouge. Son large angle de vision de 120 degrés convient aux applications nécessitant une visibilité étendue. Sa compatibilité avec l'assemblage CMS standard et les procédés de refusion sans plomb l'aligne avec une fabrication moderne et respectueuse de l'environnement. Comparée aux LED CMS plus grandes (ex : 0603, 0805), elle offre des économies d'espace mais peut nécessiter un équipement de placement plus précis. Comparée aux boîtiers à l'échelle de la puce, elle offre une structure encapsulée plus robuste, plus facile à manipuler et à souder de manière fiable.

10. Questions Fréquemment Posées (FAQ)

10.1 Quelle valeur de résistance dois-je utiliser avec une alimentation de 5V pour la LED verte ?

En utilisant les valeurs typiques : Valim = 5V, VF (GH, typ) = 3,3V, IF = 20mA. R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohms. La valeur standard la plus proche serait 82 ou 91 Ohms. Toujours recalculer en utilisant les valeurs min/max de VF de la fiche technique pour s'assurer que le courant reste dans les limites dans toutes les conditions.

10.2 Puis-je alimenter cette LED sans résistance de limitation de courant en utilisant une source de tension constante ?

No.Cela détruira presque certainement la LED. Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Une source de tension constante ne peut pas réguler le courant traversant la jonction hautement non linéaire de la LED. Une résistance série ou, pour de meilleures performances, un circuit d'alimentation à courant constant est requis.

10.3 Pourquoi le courant direct maximum est-il différent pour la LED Bleue (BH) ?

Le courant continu maximum plus faible (20mA contre 25mA pour le Rouge/Vert) est probablement dû à des différences dans la structure semi-conductrice interne (InGaN pour Bleu/Vert contre AlGaInP pour Rouge) et ses caractéristiques thermiques associées et son efficacité à des densités de courant plus élevées, conduisant à une puissance dissipée (Pd) nominale plus faible pour la variante bleue.

10.4 Comment interpréter la tolérance d'intensité lumineuse de ±11% ?

Cela signifie que l'intensité lumineuse réelle mesurée de toute LED individuelle d'un lot de production peut varier de ±11% par rapport à la valeur typique ou nominale indiquée dans la fiche technique. Par exemple, une LED verte avec une Iv typique de 180 mcd pourrait mesurer entre environ 160 mcd et 200 mcd. Pour les applications nécessitant une luminosité uniforme, il est nécessaire de sélectionner des LED dans une classe étroite (code CAT).

10.5 Cette LED est-elle adaptée à l'éclairage intérieur automobile ?

Bien qu'elle puisse être utilisée dans certaines applications intérieures automobiles non critiques (comme le rétroéclairage d'interrupteurs), la fiche technique inclut une note de restriction d'application spécifique déconseillant son utilisation dans "des applications à haute fiabilité telles que militaire/aérospatiale, systèmes de sécurité/sûreté automobile et équipements médicaux." Pour toute application automobile, en particulier liée à la sécurité, un composant spécifiquement qualifié selon les normes de qualité automobile (ex : AEC-Q102) doit être utilisé.

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs multi-états pour un routeur grand public.

Un concepteur doit indiquer l'Alimentation (Vert), l'Activité Internet (Vert Clignotant) et la Liaison Ethernet (Ambre/Rouge). L'espace est limité. Il choisit une 15-13D/GH (Vert) pour l'Alimentation, une pour Internet (clignotée par le MCU), et une 15-13D/R6 (Rouge) pour l'indicateur Ethernet (l'ambre peut être approximé en alimentant une LED rouge à un courant plus faible ou en utilisant un diffuseur).

Mise en œuvre :Les broches GPIO du MCU sont à 3,3V. Pour les LED vertes (VF typ 3,3V), la chute de tension est presque égale à l'alimentation, laissant peu de marge pour une résistance. Le concepteur pourrait utiliser un courant plus faible (ex : 10mA) pour atteindre une luminosité suffisante tout en assurant un allumage fiable, calculant R = (3,3V - 3,3V)/0,01A = 0 Ohms. Ceci est problématique. Au lieu de cela, il utiliserait un transistor ou une broche GPIO configurée en mode puits de courant connectée à la cathode de la LED, avec l'anode reliée à un rail de tension plus élevé (ex : 5V) via une résistance appropriée. Ce cas souligne l'importance d'adapter la tension du circuit de commande au VF de la LED.

12. Principe de fonctionnement

Les Diodes Électroluminescentes (LED) sont des dispositifs à jonction p-n semi-conducteurs qui émettent de la lumière par un processus appelé électroluminescence. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés à travers la jonction. Ces porteurs de charge se recombinent dans la région active près de la jonction. Pour les LED efficaces, cette recombination se produit dans un matériau semi-conducteur à bande interdite directe. L'énergie libérée pendant la recombination est émise sous forme de photon (particule de lumière). La longueur d'onde (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite (Eg) du matériau semi-conducteur : E = hc/λ, où h est la constante de Planck, c est la vitesse de la lumière et λ est la longueur d'onde. La 15-13D utilise l'AlGaInP pour la lumière rouge (bande interdite plus grande pour une énergie plus faible/longueur d'onde plus longue) et l'InGaN pour les lumières verte et bleue (bande interdite plus petite pour une énergie plus élevée/longueur d'onde plus courte). La lentille en résine époxy façonne le faisceau lumineux et assure une protection environnementale.

13. Tendances technologiques

La 15-13D représente une technologie de LED CMS mature. Les tendances générales du marché des LED indicateurs continuent de pousser vers :

• Une miniaturisation accrue :Des boîtiers encore plus petits (ex : 1,0x0,5mm, à l'échelle de la puce) tout en maintenant ou en améliorant le flux lumineux.
• Une efficacité plus élevée :Des lumens par watt (lm/W) ou des millicandelas par milliampère (mcd/mA) améliorés, réduisant la consommation d'énergie pour une luminosité donnée.
• Une fiabilité et une robustesse améliorées :Des températures de jonction maximales plus élevées, une meilleure résistance à l'humidité et de meilleures performances lors des tests de durée de vie à haute température (HTOL).
• Des solutions intégrées :Des LED avec résistances de limitation de courant intégrées, diodes de protection (ESD, polarité inverse), voire des circuits intégrés de commande dans un seul boîtier.
• Une gamme de couleurs élargie et une meilleure homogénéité :Un classement plus serré pour la couleur et l'intensité pour répondre aux exigences des affichages couleur complets et des réseaux d'indicateurs où l'uniformité visuelle est critique.

Bien que des boîtiers plus récents existent, la 15-13D reste un composant de base fiable et largement utilisé pour les applications d'indicateurs à usage général où son équilibre entre taille, performance et coût est optimal.