Fiche technique LED CMS 22-23/R6GHBHC-A01/2C - Multicolore - Tension 2,0-3,7V - Puissance 60-95mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La série 22-23 est une LED CMS (Composant Monté en Surface) multicolore et compacte, conçue pour les applications électroniques modernes nécessitant une miniaturisation et une fiabilité élevée. Ce composant est nettement plus petit que les LED traditionnelles à broches, permettant des réductions substantielles de la taille de la carte de circuit imprimé (PCB) et de l'encombrement global de l'équipement. Sa construction légère le rend particulièrement adapté aux appareils portables et aux espaces restreints.

La série est proposée en trois variantes de couleur distinctes, chacune basée sur des matériaux semi-conducteurs différents : Rouge Brillant (R6, AlGaInP), Vert Brillant (GH, InGaN) et Bleu (BH, InGaN). Toutes les variantes sont fournies dans un boîtier en résine transparente. Le produit est entièrement conforme aux exigences de fabrication sans plomb (RoHS) et est compatible avec les procédés standards de soudage par refusion infrarouge et à la vapeur, facilitant ainsi son intégration dans les lignes d'assemblage automatisées. Il est conditionné sur bande de 8mm enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement recommandées.

• Tension inverse (V_R) :5V pour tous les types. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct (I_F) :Le courant direct continu maximal est de 25mA pour tous les types R6, GH et BH.
• Courant direct de crête (I_FP) :Le courant direct pulsé maximal autorisé, spécifié avec un rapport cyclique de 1/10 et une fréquence de 1kHz, varie : 60mA pour le R6, 95mA pour le GH et 100mA pour le BH. Ce paramètre est crucial pour les applications en fonctionnement pulsé.
• Dissipation de puissance (P_d) :La puissance maximale que le composant peut dissiper est de 60mW pour le R6, et de 95mW pour le GH et le BH. Cette limite est déterminée par les caractéristiques thermiques du boîtier.
• Température de fonctionnement et de stockage :Le composant est conçu pour fonctionner de -40°C à +85°C et peut être stocké de -40°C à +90°C.
• Décharge électrostatique (ESD) :Toutes les variantes ont une tension de tenue ESD de 2000V (Modèle du Corps Humain), indiquant un niveau standard de sensibilité ESD. Des précautions de manipulation ESD appropriées sont nécessaires.
• Température de soudage :Le composant peut supporter un soudage par refusion avec une température de crête de 260°C pendant 10 secondes, ou un soudage manuel à 350°C pendant 3 secondes.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à un courant direct (I_F) de 20mA et une température ambiante (T_a) de 25°C, représentant des conditions de fonctionnement typiques.

• Intensité lumineuse (I_v) :Le flux lumineux typique varie considérablement selon le type : R6 (45-180mcd), GH (112-450mcd), BH (28,5-112mcd). La variante GH (Vert) offre le flux typique le plus élevé.
• Angle de vision (2θ_1/2) :Un large angle de vision de 120 degrés est typique pour toutes les couleurs, offrant un diagramme d'émission large adapté aux applications d'indication et de rétroéclairage.
• Longueur d'onde de crête et dominante (λ_p, λ_d) :Définit la couleur de la lumière émise. Les valeurs typiques sont : R6 (λ_p632nm, λ_d615-630nm), GH (λ_p518nm, λ_d510-540nm), BH (λ_p468nm, λ_d460-480nm).
• Tension directe (V_F) :La chute de tension aux bornes de la LED à 20mA. Les LED R6 ont une V_Ftypique plus basse de 2,0V (min 1,7V, max 2,4V), tandis que les types GH et BH ont une V_Ftypique plus élevée de 3,3V (min 2,7V, max 3,7V). C'est un paramètre clé pour la conception du circuit de commande et le calcul de la consommation électrique.
• Courant inverse (I_R) :Le courant de fuite lorsque 5V sont appliqués en polarisation inverse est spécifié comme un maximum de 10μA pour le type R6.

3. Explication du système de classement par bacs

Pour garantir l'uniformité de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en bacs en fonction de l'intensité lumineuse à I_F= 20mA. Chaque variante de couleur a sa propre structure de classement.

• R6 (Rouge) :Bacs P (45,0-72,0 mcd), Q (72,0-112 mcd), R (112-180 mcd).
• GH (Vert) :Bacs R (112-180 mcd), S (180-285 mcd), T (285-450 mcd).
• BH (Bleu) :Bacs N (28,5-45,0 mcd), P (45,0-72,0 mcd), Q (72,0-112 mcd).

La fiche technique note une tolérance d'intensité lumineuse de ±11% à l'intérieur de chaque bac. Pour un appariement précis des couleurs, la longueur d'onde dominante et la tension directe sont également contrôlées avec des tolérances respectives de ±1nm et ±0,1V. Celles-ci sont généralement indiquées par les codes HUE et REF sur l'étiquette d'emballage.

4. Analyse des courbes de performance

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

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

Les courbes montrent la relation exponentielle entre le courant et la tension. La LED R6 (Rouge) a une tension de seuil plus basse (~1,8V) par rapport aux LED GH/Vert et BH/Bleu (~3,0V), ce qui est cohérent avec leurs matériaux semi-conducteurs différents (AlGaInP vs InGaN). Ce graphique est vital pour sélectionner une résistance de limitation de courant ou un pilote à courant constant approprié.

4.2 Intensité lumineuse vs Courant direct

Ces tracés démontrent que le flux lumineux augmente approximativement de manière linéaire avec le courant sur une plage significative. Cependant, un fonctionnement au-delà de la valeur maximale absolue réduira la durée de vie et peut provoquer une défaillance. Les courbes aident les concepteurs à optimiser le courant de commande pour la luminosité souhaitée tout en maintenant la fiabilité.

4.3 Intensité lumineuse vs Température ambiante

Tous les types de LED présentent une diminution du flux lumineux lorsque la température ambiante augmente. Le flux est typiquement normalisé à 100% à 25°C. Le taux de déclin varie, mais comprendre cette dégradation thermique est crucial pour les applications fonctionnant sur une large plage de température (ex : tableaux de bord automobiles) afin de garantir une luminosité suffisante à haute température.

4.4 Courbe de déclassement du courant direct

Cette courbe dicte le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal sûr diminue pour éviter de dépasser la limite de dissipation de puissance du composant et de provoquer un emballement thermique. Le respect de cette courbe est obligatoire pour un fonctionnement fiable.

4.5 Distribution spectrale

Les graphiques affichent l'intensité relative de la lumière émise à différentes longueurs d'onde. Ils montrent les bandes d'émission étroites typiques des LED, centrées autour de leur longueur d'onde de crête (λ_p). La largeur de bande spectrale (Δλ) est fournie dans le tableau (ex : 20nm pour le R6).

4.6 Diagramme de rayonnement

Ces diagrammes polaires illustrent la distribution spatiale de l'intensité lumineuse, confirmant l'angle de vision de 120 degrés. Le diagramme est généralement lambertien (de type cosinus), ce qui est courant pour les LED avec une lentille en dôme simple.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED a un encombrement CMS compact. Les dimensions clés (en mm, tolérance ±0,1mm sauf indication contraire) incluent une taille de corps d'environ 2,0mm x 2,0mm, avec une hauteur typique. Un dessin coté détaillé est fourni, montrant l'emplacement des pastilles d'anode et de cathode.

5.2 Conception des pastilles et identification de la polarité

Un motif de pastilles (layout) de PCB suggéré est inclus à titre de référence, bien qu'il soit conseillé aux concepteurs de le modifier en fonction de leurs exigences de procédé spécifiques. Le côté cathode de la LED est clairement marqué par un masque vert sur le boîtier lui-même, ce qui est essentiel pour une orientation correcte lors de l'assemblage.

6. Directives de soudage et d'assemblage

Le composant est compatible avec les procédés standards de soudage par refusion infrarouge et à la vapeur. Le paramètre critique est la température de crête de soudage, qui ne doit pas dépasser 260°C pendant plus de 10 secondes. Pour le soudage manuel, la température de la pointe du fer doit être limitée à 350°C pendant un maximum de 3 secondes. Ces limites préviennent les dommages à la structure interne de la LED et à sa lentille en époxy. Les composants sont sensibles à l'humidité et sont expédiés dans un emballage résistant à l'humidité avec un dessiccant. Si l'emballage est ouvert, les procédures de manipulation standard MSL (Niveau de Sensibilité à l'Humidité) doivent être suivies pour éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Conditionnement et informations de commande

Les LED sont fournies sur bande porteuse gaufrée d'une largeur de 8mm, enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre. Chaque bobine contient 2000 pièces. L'emballage comprend un sachet aluminium étanche à l'humidité contenant un dessiccant. L'étiquette de la bobine contient des informations critiques pour la traçabilité et la sélection des bacs, y compris les codes pour le Rang d'Intensité Lumineuse (CAT), le Rang de Longueur d'Onde Dominante (HUE) et le Rang de Tension Directe (REF), ainsi que le numéro de produit (P/N), le numéro de lot et la quantité.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Rétroéclairage :Idéal pour le rétroéclairage de symboles, interrupteurs et petits écrans LCD dans l'électronique grand public, les tableaux de bord automobiles et les panneaux de contrôle industriels.
• Indicateurs d'état :Parfait pour les indicateurs d'alimentation, de connectivité et de mode dans les équipements de télécommunication (téléphones, fax), les périphériques informatiques et les appareils électroménagers.
• Éclairage général :Adapté à l'éclairage décoratif, à l'éclairage d'accentuation et à d'autres applications où la taille compacte et la faible consommation sont prioritaires.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours une résistance en série ou un pilote à courant constant pour limiter le courant direct à la valeur souhaitée (ex : 20mA pour les spécifications typiques). Calculez la valeur de la résistance en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F.
• Gestion thermique :Bien que la puissance soit faible, assurez une surface de cuivre de PCB adéquate ou des vias thermiques si le fonctionnement a lieu à haute température ambiante ou près du courant maximal pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres.
• Protection ESD :Implémentez une protection ESD sur les lignes d'entrée si la LED est dans un emplacement accessible à l'utilisateur, car la tenue de 2000V HBM est modeste.
• Conception optique :Le large angle de vision peut nécessiter des guides de lumière ou des diffuseurs pour obtenir un éclairage uniforme dans les applications de rétroéclairage.

9. Comparaison et différenciation technique

Le principal avantage de la série 22-23 réside dans sa combinaison d'un facteur de forme très réduit (permettant des layouts PCB à haute densité) et de la disponibilité de trois couleurs vives distinctes dans un même contour de boîtier. Comparée aux LED traversantes plus grandes, elle offre des économies d'espace et de poids significatives. L'utilisation de la technologie InGaN pour le vert et le bleu offre une efficacité et une luminosité supérieures aux technologies plus anciennes. Sa compatibilité avec la pose automatique et le soudage par refusion rationalise la fabrication, réduisant les coûts d'assemblage par rapport à l'insertion manuelle.

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

10.1 Quelle est la différence entre la Longueur d'onde de crête et la Longueur d'onde dominante ?

La longueur d'onde de crête (λ_p) est la longueur d'onde unique à laquelle le spectre d'émission a son intensité maximale. La longueur d'onde dominante (λ_d) est la longueur d'onde unique de la lumière monochromatique qui correspond à la couleur perçue de la sortie de la LED. λ_dest plus pertinente pour la spécification de couleur dans les applications.

10.2 Puis-je alimenter la LED directement avec une alimentation 5V ?

Non. Appliquer 5V directement à la LED (surtout le type rouge avec une V_Fde ~2,0V) ferait circuler un courant excessif, détruisant instantanément le composant. Un mécanisme de limitation de courant (résistance ou régulateur) est toujours requis.

10.3 Pourquoi les tensions directes sont-elles différentes pour le Rouge par rapport au Vert/Bleu ?

La tension directe est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. L'AlGaInP (Rouge) a une bande interdite plus basse que l'InGaN (Vert/Bleu), ce qui se traduit par une tension directe requise plus basse pour obtenir l'émission.

10.4 Comment interpréter les codes de bac (CAT, HUE, REF) sur l'étiquette ?

Ces codes vous permettent de sélectionner des LED avec des paramètres étroitement contrôlés. CAT correspond au bac d'intensité lumineuse (ex : P, Q, R pour le Rouge). HUE correspond au bac de longueur d'onde dominante. REF correspond au bac de tension directe. Utiliser des LED du même bac garantit l'uniformité de la luminosité et de la couleur dans votre produit.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un indicateur multi-états pour un appareil portable.Un concepteur a besoin de LED compactes et à faible consommation pour indiquer la charge (rouge), la charge complète (vert) et l'activité Bluetooth (bleu). La série 22-23 est un choix idéal. Il faudrait :

1. Sélectionner les variantes R6, GH et BH.
2. Concevoir un PCB avec trois circuits de commande séparés. Pour une alimentation système de 3,3V, calculer les résistances série : R_rouge= (3,3V - 2,0V) / 0,020A = 65Ω (utiliser 68Ω standard). R_vert/bleu= (3,3V - 3,3V) / 0,020A = 0Ω. Cela indique que la tension d'alimentation est à la V_Ftypique, nécessitant un pilote à courant constant ou une tension d'alimentation légèrement plus élevée pour un fonctionnement stable avec une résistance.
3. Placer les LED sur la carte selon le motif de pastilles recommandé, en assurant un alignement correct de la polarité via le marqueur de masque vert.
4. Programmer le microcontrôleur pour piloter les LED à 20mA via ses broches GPIO (avec une capacité de puits/source de courant appropriée).
5. Vérifier l'uniformité de la luminosité en spécifiant le même bac d'intensité lumineuse (ex : Q pour Rouge/Bleu, R pour Vert) lors de l'approvisionnement.

12. Introduction au principe

Les Diodes Électroluminescentes (LED) sont des dispositifs semi-conducteurs qui émettent de la lumière lorsqu'un courant électrique les traverse. Ce phénomène, appelé électroluminescence, se produit lorsque les électrons se recombinent avec les trous à l'intérieur du dispositif, libérant de l'énergie sous forme de photons. La couleur (longueur d'onde) de la lumière émise est déterminée par la largeur de la bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé dans la région active. La série 22-23 utilise l'AlGaInP (Phosphure d'Aluminium Gallium Indium) pour la lumière rouge et l'InGaN (Nitrure d'Indium Gallium) pour les lumières verte et bleue. Ces semi-conducteurs composés permettent une génération de lumière efficace à travers le spectre visible. Le boîtier CMS encapsule la minuscule puce semi-conductrice dans une résine époxy transparente qui agit comme une lentille, façonnant le faisceau lumineux et offrant une protection mécanique et environnementale.

13. Tendances de développement

La tendance générale pour les LED CMS comme la série 22-23 va vers une efficacité lumineuse toujours plus élevée (plus de lumière par watt d'entrée électrique), un rendu des couleurs amélioré et une fiabilité accrue à des températures de fonctionnement plus élevées. Le packaging continue d'évoluer pour extraire plus de lumière efficacement et gérer la chaleur des puces de plus en plus puissantes. Il y a également une forte poussée vers la miniaturisation, avec des empreintes de boîtier encore plus petites devenant la norme pour les appareils ultra-compacts. De plus, l'intégration de l'électronique de contrôle (ex : pilotes à courant constant, contrôleurs PWM) directement dans le boîtier LED est une tendance croissante, simplifiant la conception de circuit pour l'utilisateur final. La science des matériaux sous-jacente continue de progresser, repoussant les limites de l'efficacité et permettant de nouvelles gammes de longueurs d'onde.