Fiche technique LED CMS LTSA-G6SPVEKTU - Rouge AlInGaP - Angle de vision 120° - 1,90-2,65V @140mA - 530mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes du LTSA-G6SPVEKTU, une diode électroluminescente (DEL) à montage en surface (CMS). Ce composant appartient à une famille de DEL conçues dans des boîtiers miniatures optimisés pour les processus d'assemblage automatisé sur carte de circuit imprimé (CCI) et les applications où les contraintes d'espace sont primordiales. Le dispositif est fabriqué en utilisant la technologie des semi-conducteurs à Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), réputée pour produire une émission de lumière rouge à haut rendement.

La philosophie de conception derrière cette DEL est d'offrir une source lumineuse fiable et compacte, adaptée à l'intégration dans les assemblages électroniques modernes. Son boîtier est conforme aux dimensions standard de l'Alliance des Industries Électroniques (EIA), garantissant la compatibilité avec une large gamme de machines de placement automatique utilisées en production de grande série. Une caractéristique clé est sa compatibilité avec les processus de soudage par refusion infrarouge (IR), la méthode standard pour fixer les composants CMS sur les CCI. Cela en fait un choix idéal pour remplacer les DEL à trous traversants dans de nouvelles conceptions ou pour mettre en œuvre des solutions d'éclairage dans des dispositifs électroniques à haute densité.

Le marché principal visé par ce modèle spécifique de DEL est l'industrie automobile, en particulier pour les applications d'éclairage d'accessoires et d'habitacle non critiques. Par exemple : témoins de tableau de bord, rétroéclairage de boutons ou éclairage d'ambiance. Le composant a subi des tests de qualification en référence à la norme AEC-Q101, qui définit les tests de qualification sous contraintes pour les composants semi-conducteurs discrets dans les applications automobiles, indiquant une focalisation sur la fiabilité dans les conditions exigeantes rencontrées dans les véhicules.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Ces valeurs sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C et ne doivent en aucun cas être dépassées en fonctionnement.

• Dissipation de puissance (Pd) :530 mW. C'est la quantité maximale de puissance électrique pouvant être convertie en chaleur et en lumière au sein de la puce LED sans provoquer de défaillance. Dépasser cette limite risque de surchauffer la jonction semi-conductrice.
• Courant direct de crête (I_F(PEAK)) :400 mA. C'est le courant direct instantané maximal autorisé, permis uniquement en conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 milliseconde. Il est nettement supérieur au courant continu nominal.
• Plage de courant direct continu (I_F) :5 mA à 200 mA. Ceci définit la plage de fonctionnement sûre pour un courant continu. Le dispositif nécessite un minimum de 5mA pour obtenir une sortie lumineuse utile, tandis que 200mA est le maximum absolu pour un fonctionnement continu.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-40°C à +110°C. La DEL peut fonctionner et être stockée dans cette large plage de température, ce qui est essentiel pour les applications automobiles soumises à des conditions environnementales extrêmes.
• Condition de soudage infrarouge :Résiste à 260°C pendant 10 secondes. Ce paramètre est critique pour le processus d'assemblage, définissant la température de crête et le temps que le boîtier de la DEL peut tolérer pendant le soudage par refusion sans plomb sans dégradation.

2.2 Caractéristiques thermiques

La gestion thermique est cruciale pour les performances et la longévité d'une DEL. Ces paramètres décrivent l'efficacité avec laquelle la chaleur est évacuée de la jonction émettrice de lumière.

• Résistance thermique, Jonction-Ambiance (R_θJA) :50 °C/W (Typique). Mesurée sur une CCI FR4 standard (1,6mm d'épaisseur) avec un plot de cuivre de 16mm², cette valeur indique l'élévation de température de la jonction de la DEL par watt de puissance dissipée, par rapport à l'air ambiant. Une valeur plus basse est meilleure.
• Résistance thermique, Jonction-Point de soudure (R_θJS) :30 °C/W (Typique). C'est souvent une métrique plus utile pour la conception, car elle décrit le chemin thermique de la jonction aux plots de soudure sur la CCI. Elle souligne l'importance de la conception de la carte et des vias thermiques dans la gestion de la chaleur.
• Température maximale de jonction (T_J) :125 °C. La température de la jonction semi-conductrice elle-même ne doit jamais dépasser cette limite en fonctionnement.

2.3 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les principaux paramètres de performance mesurés dans une condition de test standard de 25°C de température ambiante et un courant direct (I_F) de 140mA, sauf indication contraire.

• Intensité lumineuse (I_V) :4,5 cd (Min) à 11,2 cd (Max). C'est une mesure de la puissance perçue de la lumière émise dans une direction spécifique. La valeur est mesurée à l'aide d'un capteur filtré pour correspondre à la courbe de réponse photopique de l'œil humain (norme CIE). La large plage indique que le dispositif est disponible dans différents niveaux de luminosité.
• Angle de vision (2θ_1/2) :120 degrés (Typique). C'est l'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur mesurée sur l'axe (0°). Un angle de 120° fournit un faisceau très large, adapté à l'éclairage de zone ou aux indicateurs devant être visibles sous un large angle.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :631 nm (Typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance de la lumière émise atteint son maximum. C'est une propriété physique du matériau AlInGaP.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :620 nm à 629 nm. Elle est dérivée du diagramme de chromaticité CIE et représente la longueur d'onde unique qui décrit le mieux la couleur perçue de la lumière. C'est le paramètre utilisé pour le tri par couleur. La tolérance est de ±1 nm.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :18 nm (Typique). C'est la largeur du spectre d'émission à la moitié de sa puissance maximale. Une demi-largeur plus étroite indique une couleur plus pure spectralement et plus saturée.
• Tension directe (V_F) :1,90 V (Min) à 2,65 V (Max) @ 140mA. C'est la chute de tension aux bornes de la DEL en fonctionnement. Elle varie avec le courant et la température et est triée en plages spécifiques pour la cohérence de conception. La tolérance est de ±0,1V.
• Courant inverse (I_R) :10 μA (Max) @ V_R=12V. Les DEL ne sont pas conçues pour fonctionner en polarisation inverse. Ce paramètre est testé uniquement pour l'assurance qualité ; l'application d'une tension inverse dans un circuit doit être empêchée, généralement par une diode en série ou une conception de circuit appropriée.

3. Explication du système de tri

Pour assurer la cohérence en production de masse, les DEL sont triées (binned) après fabrication sur la base de paramètres clés. Le LTSA-G6SPVEKTU utilise un système à trois codes (ex : F/EA/1) imprimé sur l'étiquette d'emballage.

3.1 Classe de tension directe (V_f)

Classe la DEL en fonction de sa chute de tension directe à 140mA. Les concepteurs sélectionnent une classe pour garantir une luminosité et une consommation de courant cohérentes lorsque plusieurs DEL sont connectées en parallèle.

• Classe C :1,90V – 2,05V
• Classe la DEL en fonction de sa puissance optique de sortie à 140mA. Cela permet aux concepteurs de sélectionner un niveau de luminosité adapté à l'application.2,05V – 2,20V
• Classe E :2,20V – 2,35V
• Classe F :2,35V – 2,50V
Classe G :2,50V – 2,65V

3.2 Classe d'intensité lumineuse (I_v)

Bins the LED based on its optical output power at 140mA. This allows designers to select a brightness level suitable for the application.

• Classe DA :4,5 cd – 5,6 cd
• Classe EA :7,1 cd – 9,0 cd
• Classe EB :9,0 cd – 11,2 cd

3.3 Classe de longueur d'onde dominante (W_d)

Pour cette référence spécifique, toutes les unités appartiennent à une seule classe de longueur d'onde pour garantir la cohérence de couleur.

• Classe 1 :620 nm – 629 nm (Tolérance ±1 nm)

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit des courbes de performance typiques essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard. Ces courbes sont des représentations graphiques de l'évolution des paramètres clés.

4.1 Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct

Cette courbe (Fig. 1 dans la fiche technique) montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant direct. Elle est typiquement non linéaire ; l'augmentation de luminosité diminue à mesure que le courant augmente en raison de la baisse d'efficacité et des effets thermiques accrus. Cette courbe est vitale pour sélectionner le courant de fonctionnement afin d'atteindre une luminosité souhaitée tout en maintenant l'efficacité et la fiabilité.

4.2 Distribution spatiale (Diagramme de faisceau)

Le diagramme polaire (Fig. 2) représente visuellement l'angle de vision de 120 degrés. Il montre l'intensité lumineuse en fonction de l'angle par rapport à l'axe central. Le diagramme pour cette DEL est typiquement Lambertien ou quasi-Lambertien, ce qui signifie que l'intensité est approximativement proportionnelle au cosinus de l'angle de vision, résultant en un éclairage large et uniforme adapté à de nombreuses applications d'indication et d'éclairage.

4.3 Tension directe en fonction du courant direct

Cette courbe illustre la relation entre la tension aux bornes de la DEL et le courant qui la traverse. Elle démontre la caractéristique exponentielle I-V de la diode. La courbe se décale avec la température ; la tension directe diminue généralement lorsque la température de jonction augmente pour un courant donné. Ceci est important pour la conception des pilotes à courant constant.

4.4 Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante

Cette courbe montre comment la sortie lumineuse diminue lorsque la température ambiante (et par conséquent, celle de la jonction) augmente. Les DEL sont sensibles à la température, et la sortie lumineuse peut chuter significativement à haute température. Comprendre cette déclassement est critique pour les applications fonctionnant dans des environnements chauds, comme les habitacles automobiles, pour garantir une luminosité suffisante dans toutes les conditions.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La DEL est fournie dans un boîtier CMS standard. Les caractéristiques mécaniques clés incluent :

• Couleur de la lentille :Transparente. La lentille d'encapsulation est transparente, permettant de voir la couleur rouge native de la puce AlInGaP.
• Couleur de la source :Rouge AlInGaP.
• Identification de la polarité :Le plot de l'anode sert également de dissipateur thermique principal pour la DEL. L'identification correcte des plots anode et cathode sur l'empreinte CCI est cruciale pour des performances électriques et thermiques correctes.
• Tolérance :Toutes les dimensions linéaires ont une tolérance de ±0,2 mm sauf indication contraire sur le dessin détaillé du boîtier fourni dans la fiche technique.

5.2 Schéma recommandé des plots de soudure sur CCI

La fiche technique inclut un dessin détaillé du motif de plots de cuivre recommandé sur la CCI pour le soudage par refusion infrarouge. Respecter ce schéma est critique pour plusieurs raisons :

• Formation fiable des joints de soudure :La taille et la forme des plots assurent un bon mouillage de la soudure et la formation d'un congé pendant la refusion.
• Gestion thermique :Les plots, en particulier le plot anode connecté au dissipateur thermique interne, agissent comme un conduit thermique pour transférer la chaleur de la jonction de la DEL vers les couches de cuivre de la CCI. Un plot plus grand ou une connexion aux plans de masse internes améliore la dissipation thermique.
• Stabilité mécanique :La conception correcte des plots assure que le composant est solidement maintenu sur la carte après soudage.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion IR

Le dispositif est qualifié pour les processus de soudage sans plomb. La fiche technique spécifie un profil de refusion recommandé conforme à la J-STD-020. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :Montée en température jusqu'à 150-200°C.
• Temps de stabilisation/Préchauffage :Maximum 120 secondes pour permettre la stabilisation de la température sur toute la CCI.
• Température de crête :Maximum 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :Le temps à moins de 5°C de la température de crête doit être limité à un maximum de 10 secondes. Le composant ne doit pas être soumis à plus de deux cycles de refusion.

Suivre ce profil évite le choc thermique au boîtier de la DEL et aux fils de liaison internes, assurant une fiabilité à long terme.

6.2 Soudage manuel (si nécessaire)

Si une retouche manuelle est nécessaire, une extrême prudence est requise :

• Température du fer :Maximum 300°C.
• Temps de soudage :Maximum 3 secondes par joint de soudure.
• Limite :Le soudage manuel ne doit être effectué qu'une seule fois sur une DEL donnée pour éviter les dommages thermiques cumulatifs.

6.3 Stockage et manipulation

Ce produit est classé Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 2 selon JEDEC J-STD-020.

• Emballage scellé :Lorsqu'elles sont dans leur sachet étanche d'origine avec dessiccant, les DEL doivent être stockées à ≤30°C et ≤70% d'Humidité Relative (HR) et utilisées dans l'année.
• Emballage ouvert :Une fois le sachet ouvert, les composants doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% HR. Il est recommandé de terminer la refusion IR dans l'année suivant l'ouverture.
• Séchage :Si les DEL sont stockées hors de leur emballage d'origine pendant plus d'un an, elles doivent être séchées à environ 60°C pendant au moins 48 heures avant soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet \"popcorn\" (fissuration du boîtier) pendant la refusion.

6.4 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est nécessaire, seuls les solvants spécifiés doivent être utilisés :

• Recommandé :Alcool éthylique ou alcool isopropylique.
• Méthode :Immersion à température ambiante normale pendant moins d'une minute.
• Avertissement :Les nettoyants chimiques non spécifiés peuvent endommager le boîtier plastique ou la lentille de la DEL, entraînant une décoloration, une fissuration ou une réduction de la sortie lumineuse.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les DEL sont fournies dans un emballage standard de l'industrie pour l'assemblage automatisé :

• Bande porteuse :Bande de 12mm de large.
• Taille de la bobine :Diamètre de 7 pouces (178mm).
• Quantité par bobine :1000 pièces (bobine complète).
• Quantité minimale de commande (MOQ) :500 pièces pour les quantités restantes.
• Couvercle des alvéoles :Les alvéoles vides sont scellées avec une bande de couverture supérieure.
• DEL manquantes :Un maximum de deux DEL manquantes consécutives (alvéoles vides) est autorisé selon la spécification d'emballage (ANSI/EIA 481).

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Accessoires d'habitacle automobile :Application principale. Idéal pour les témoins de tableau de bord, l'éclairage des interrupteurs, les indicateurs de position de levier de vitesse, le rétroéclairage des boutons du système audio et les indicateurs d'état généraux de l'habitacle.
• Électronique grand public :Indicateurs d'état d'alimentation, rétroéclairage de boutons ou éclairage décoratif dans les appareils électroménagers, équipements audio/vidéo et périphériques informatiques.
• Applications d'indication générales :Toute application nécessitant un indicateur rouge vif, fiable et compact avec un large angle de vision.

8.2 Considérations et notes de conception

• Alimentation en courant :Alimentez toujours les DEL avec une source de courant constant ou une résistance de limitation de courant. La tension directe a une tolérance et un coefficient de température négatif, donc une source de tension seule entraînera des niveaux de courant instables et potentiellement destructeurs.
• Conception thermique :Pour maintenir les performances et la longévité, mettez en œuvre une gestion thermique appropriée. Utilisez le schéma de plots CCI recommandé, connectez le plot thermique de l'anode à une grande surface de cuivre ou à un plan interne, et tenez compte de la température ambiante de fonctionnement lors de l'estimation de la sortie lumineuse.
• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Bien que non explicitement déclaré sensible dans cette fiche technique, les précautions de manipulation ESD standard pour les dispositifs semi-conducteurs sont recommandées pendant l'assemblage.
• Protection contre la tension inverse :La DEL n'est pas conçue pour une polarisation inverse. Assurez-vous que la conception du circuit empêche l'application d'une tension inverse (par exemple, dans les applications CA ou à signaux bipolaires, utilisez une diode de blocage en série).
• Champ d'application :La fiche technique précise que ces DEL sont destinées aux équipements électroniques ordinaires. Pour les applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle où une défaillance pourrait mettre en danger des vies ou la santé (aviation, médical, systèmes de sécurité critiques), une consultation avec le fabricant du composant est requise avant l'intégration.

9. Comparaison et différenciation technique

Bien qu'une comparaison directe avec des concurrents ne soit pas fournie dans le document source, les principales caractéristiques différenciantes du LTSA-G6SPVEKTU peuvent être déduites de ses spécifications :

• Technologie des matériaux (AlInGaP) :Comparée aux technologies plus anciennes comme le GaAsP, l'AlInGaP offre un rendement plus élevé, une meilleure stabilité thermique et une pureté de couleur plus saturée pour les DEL rouges et ambrées.
• Large angle de vision (120°) :C'est un faisceau nettement plus large que de nombreuses DEL CMS standard (qui peuvent être de 60-90°), le rendant supérieur pour les applications nécessitant une large visibilité sans optique secondaire.
• Référence AEC-Q101 :La mention de la qualification selon l'AEC-Q101, même pour des applications accessoires, indique une conception et des tests axés sur la fiabilité de qualité automobile, qui dépasse généralement les composants de qualité commerciale en termes de cyclage thermique, de résistance à l'humidité et de tests de longévité.
• Performances thermiques :Les paramètres de résistance thermique spécifiés (R_θJS=30°C/W) et l'utilisation explicite de l'anode comme dissipateur thermique suggèrent un boîtier conçu pour de meilleures performances thermiques que les boîtiers LED de base, permettant des courants de fonctionnement continus plus élevés.

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

Q1 : Quelle est la différence entre la Longueur d'onde de crête (631nm) et la Longueur d'onde dominante (620-629nm) ?
R : La Longueur d'onde de crête est le pic physique du spectre lumineux émis par la puce. La Longueur d'onde dominante est la longueur d'onde unique que l'œil humain perçoit comme la couleur, calculée à partir des coordonnées de chromaticité. Elles sont liées mais différentes ; la Longueur d'onde dominante est utilisée pour le tri par couleur.

Q2 : Puis-je alimenter cette DEL avec 200mA en continu ?
R : Bien que 200mA soit le courant continu maximal absolu, un fonctionnement continu à cette limite générera une chaleur significative (jusqu'à ~530mW). Pour un fonctionnement fiable à long terme, il est conseillé de déclasser le courant. Fonctionner à la condition de test typique de 140mA ou moins améliorera l'efficacité et la durée de vie.

Q3 : Pourquoi le courant minimum est-il de 5mA ?
R : En dessous de ce seuil, la sortie lumineuse de la DEL devient très faible et potentiellement instable. La jonction semi-conductrice nécessite un courant minimum pour surmonter les processus de recombinaison non radiatifs et produire un éclairage utile et cohérent.

Q4 : Comment sélectionner la bonne classe V_f pour ma conception ?
R : Si vous alimentez plusieurs DEL en parallèle à partir de la même source de tension, utiliser des DEL de la même classe V_f assure un partage de courant et une luminosité plus uniformes. Pour les conceptions utilisant des résistances de limitation de courant individuelles ou des pilotes à courant constant par DEL, la classe V_f est moins critique.

Q5 : Le MSL est de Niveau 2. Que se passe-t-il si je ne sèche pas les anciens composants ?
R : L'humidité absorbée peut s'évaporer rapidement pendant le processus de soudage par refusion à haute température, créant une pression de vapeur à l'intérieur du boîtier de la DEL. Cela peut provoquer un délaminage interne, une fissuration de la lentille en époxy (effet popcorn) ou un soulèvement du fil de liaison, entraînant une défaillance immédiate ou latente.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un combiné de tableau de bord avec plusieurs témoins d'avertissement rouges.

Un concepteur crée un nouveau combiné d'instruments pour un véhicule. Plusieurs témoins d'avertissement (ex : système de freinage, batterie) doivent être d'un rouge vif et clairement visibles depuis la position du conducteur. Le LTSA-G6SPVEKTU est sélectionné pour sa référence automobile, son large angle de vision de 120° (garantissant la visibilité même en vision décalée) et sa couleur rouge AlInGaP.

Mise en œuvre :Le concepteur utilise un circuit intégré pilote LED à courant constant capable de fournir 140mA par canal. Chaque DEL est connectée à son propre canal de pilote. La conception de la CCI suit strictement le motif de plots recommandé, et le plot thermique de l'anode de chaque DEL est connecté à une zone de cuivre dédiée sur la couche supérieure, laquelle est reliée par plusieurs vias à un plan de masse interne pour la diffusion de la chaleur. Les DEL sont spécifiées dans la classe d'intensité lumineuse EA (7,1-9,0 cd) et la classe de tension E (2,20-2,35V) pour la cohérence. Les CCI assemblées subissent une refusion IR en utilisant le profil sans plomb spécifié. Après assemblage, les indicateurs fournissent un éclairage rouge vif et uniforme sur tout le tableau de bord, répondant à toutes les exigences de visibilité et de fiabilité pour l'environnement automobile.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Les Diodes Électroluminescentes (DEL) sont des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent directement l'énergie électrique en lumière par un processus appelé électroluminescence. Le cœur du LTSA-G6SPVEKTU est une puce fabriquée en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP). Ce matériau est un semi-conducteur composé avec une énergie de bande interdite spécifique.

Lorsqu'une tension directe est appliquée aux bornes de la jonction p-n de la DEL, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active. Lorsqu'un électron se recombine avec un trou, il passe d'un état d'énergie plus élevé dans la bande de conduction à un état d'énergie plus bas dans la bande de valence. La différence d'énergie est libérée sous forme d'un photon (une particule de lumière). La longueur d'onde (couleur) de ce photon est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. Pour l'AlInGaP, cette bande interdite est conçue pour produire des photons dans la partie rouge du spectre visible (~620-630nm). La lentille en époxy transparente entourant la puce la protège, façonne le faisceau lumineux de sortie (à 120 degrés) et améliore l'extraction de la lumière du matériau semi-conducteur.

Terminologie des spécifications LED

Explication complète des termes techniques LED