Fiche technique LED CMS 15-21/GHC-YR2U1/3T - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - Vert Brillant - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le 15-21/GHC-YR2U1/3T est une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (CMS) conçue pour les applications électroniques modernes et compactes. Ce composant représente une avancée significative par rapport aux LED traditionnelles à broches, offrant des avantages substantiels en termes d'utilisation de l'espace sur carte et de miniaturisation globale du système.

L'avantage principal de cette LED réside dans son encombrement miniature. Sa taille nettement plus réduite que celle des composants traversants permet aux concepteurs d'atteindre des densités d'intégration plus élevées sur les cartes de circuits imprimés (PCB). Cela se traduit directement par une réduction de la taille des cartes, une minimisation des besoins de stockage des composants et, en définitive, la création d'équipements finaux plus petits et plus légers. La nature intrinsèquement légère du boîtier CMS en fait un choix idéal pour les applications où le poids et l'espace sont des contraintes critiques.

Cette LED est de type monochrome, émettant une lumière verte brillante, et est fabriquée à partir de matériaux respectueux de l'environnement, étant à la fois sans plomb et conforme aux normes RoHS, REACH de l'UE et sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Elle est fournie sur bande de 8 mm standard de l'industrie, enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre, garantissant ainsi la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatisés à grande vitesse de type pick-and-place. Le dispositif est également conçu pour résister aux processus standards de soudage par refusion infrarouge et en phase vapeur.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Comprendre les valeurs maximales absolues est crucial pour garantir la fiabilité à long terme et prévenir les défaillances catastrophiques. Ces valeurs spécifient les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif.

• Courant direct (IF) :25 mA. Il s'agit du courant continu maximal qui peut être appliqué à la LED dans des conditions de fonctionnement normales.
• Courant direct de crête (IFP) :50 mA. Cette valeur s'applique dans des conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 à 1 kHz. Le dépassement du courant continu nominal n'est autorisé que dans ces conditions pulsées spécifiques.
• Dissipation de puissance (Pd) :95 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (Ta) de 25°C. Cette valeur est déclassée à des températures ambiantes plus élevées.
• Décharge électrostatique (ESD) :150 V (Modèle du corps humain). Des procédures de manipulation ESD appropriées doivent être suivies pendant l'assemblage et la manipulation pour prévenir les dommages dus à l'électricité statique.
• Température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C. Le fonctionnement du dispositif est garanti dans cette plage de température ambiante.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +90°C. Le dispositif peut être stocké dans cette plage de température lorsqu'il n'est pas alimenté.
• Température de soudage (Tsol) :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

Les caractéristiques électro-optiques définissent la sortie lumineuse et le comportement électrique de la LED dans des conditions de test spécifiées (Ta=25°C, IF=20mA sauf indication contraire). Ce sont les paramètres clés pour la conception et la vérification des performances.

• Intensité lumineuse (Iv) :S'étend d'un minimum de 140,0 mcd à un maximum de 565,0 mcd, avec une valeur typique dépendant du tri spécifique. La tolérance pour l'intensité lumineuse est de ±11%.
• Angle de vision (2θ1/2) :130 degrés (typique). Cet angle de vision large indique un profil d'émission lambertien ou quasi-lambertien, adapté aux applications nécessitant un éclairage de grande surface.
• Longueur d'onde de crête (λp) :518 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance atteint son maximum.
• Longueur d'onde dominante (λd) :S'étend de 520 nm à 535 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond à la couleur de la lumière émise. La tolérance est de ±1 nm.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :35 nm (typique). C'est la largeur du spectre émis, mesurée à la moitié de l'intensité maximale (Largeur à mi-hauteur - FWHM).
• Tension directe (VF) :S'étend de 2,7V (min) à 3,7V (max), avec une valeur typique de 3,3V à 20mA. Ce paramètre est crucial pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant inverse (IR) :Maximum de 50 μA lorsqu'une tension inverse (VR) de 5V est appliquée. Il est essentiel de noter que ce dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse ; cette condition de test est uniquement à des fins de caractérisation.

3. Explication du système de tri

Pour garantir l'uniformité de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en catégories (bins) en fonction de paramètres clés. Le 15-21/GHC-YR2U1/3T utilise un système de tri bidimensionnel.

3.1 Tri par intensité lumineuse

L'intensité lumineuse est triée en six catégories distinctes (R2, S1, S2, T1, T2, U1), chacune définissant une plage spécifique d'intensité minimale et maximale mesurée en millicandelas (mcd) à IF=20mA. Par exemple, la catégorie U1 représente la plage d'intensité la plus élevée, de 450,0 à 565,0 mcd, tandis que la catégorie R2 représente la plage la plus basse, de 140,0 à 180,0 mcd. Le code produit \"YR2U1\" indique des catégories spécifiques pour la longueur d'onde dominante (Y) et l'intensité lumineuse (U1).

3.2 Tri par longueur d'onde dominante

La longueur d'onde dominante, qui définit la couleur perçue, est triée en trois catégories (X, Y, Z). La catégorie X couvre 520,0-525,0 nm, la catégorie Y couvre 525,0-530,0 nm et la catégorie Z couvre 530,0-535,0 nm. Cela garantit que les LED d'une même catégorie de longueur d'onde auront une couleur visuellement cohérente.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du dispositif dans des conditions variables. Celles-ci sont essentielles pour une conception thermique et optique avancée.

• Courant direct en fonction de la tension directe (Courbe I-V) :Cette courbe montre la relation exponentielle entre le courant et la tension. Elle est utilisée pour déterminer le point de fonctionnement et pour concevoir des résistances de limitation de courant ou des pilotes appropriés.
• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct :Ce graphique démontre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant d'alimentation. Il montre généralement une relation sous-linéaire, où l'efficacité peut diminuer à des courants très élevés.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante :Cette courbe critique montre le déclassement de la sortie lumineuse à mesure que la température de jonction augmente. L'intensité lumineuse diminue généralement lorsque la température augmente, ce qui doit être pris en compte dans les conceptions fonctionnant à des températures ambiantes élevées.
• Courbe de déclassement du courant direct :Ce graphique définit le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température ambiante. À mesure que la température augmente, le courant maximal doit être réduit pour rester dans les limites de dissipation de puissance du dispositif.
• Distribution spectrale :Ce tracé montre la puissance optique relative en fonction de la longueur d'onde, centrée autour de la longueur d'onde de crête de 518 nm avec une largeur de bande typique de 35 nm.
• Diagramme de rayonnement :Ce diagramme polaire illustre la distribution spatiale de l'intensité lumineuse, confirmant l'angle de vision de 130 degrés.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions du boîtier

La LED a un encombrement CMS compact. Les dimensions clés incluent une taille de corps d'environ 2,0 mm de longueur et 1,25 mm de largeur, avec une hauteur de 0,8 mm. La fiche technique fournit un dessin dimensionnel détaillé incluant la disposition des pastilles, la taille globale et l'emplacement du marquage de la cathode. Les tolérances sont généralement de ±0,1 mm sauf indication contraire. La cathode est clairement marquée pour une orientation correcte sur le PCB.

5.2 Spécifications d'emballage

Le dispositif est fourni dans un emballage résistant à l'humidité pour prévenir les dommages dus à l'humidité ambiante pendant le stockage. Les composants sont chargés dans une bande porteuse avec des alvéoles dimensionnées pour le boîtier 15-21. Cette bande porteuse est enroulée sur une bobine standard de 7 pouces de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces. L'emballage comprend un dessiccant et est scellé dans un sac étanche à l'humidité en aluminium. L'étiquette du sac contient des informations critiques telles que le numéro de produit (P/N), la quantité (QTY), le rang d'intensité lumineuse (CAT), le rang de chromaticité/longueur d'onde (HUE), le rang de tension directe (REF) et le numéro de lot (LOT No).

6. Guide de soudage et d'assemblage

Une manipulation et un soudage appropriés sont vitaux pour la fiabilité. Les précautions clés incluent :

• Limitation de courant :Une résistance de limitation de courant externe est obligatoire. La caractéristique I-V exponentielle de la LED signifie qu'un petit changement de tension peut provoquer une forte surintensité, entraînant une défaillance immédiate.
• Sensibilité à l'humidité :Le dispositif est emballé dans un sac barrière à l'humidité. Une fois ouvert, les LED doivent être utilisées dans les 168 heures (7 jours) si elles sont stockées dans des conditions ≤30°C et ≤60% HR. Les pièces non utilisées doivent être réemballées avec du dessiccant. Si le temps d'exposition est dépassé ou si l'indicateur de dessiccant a changé de couleur, un séchage à 60±5°C pendant 24 heures est requis avant le soudage par refusion.
• Profil de soudage par refusion :Un profil de refusion sans plomb (Pb-free) est spécifié. Les paramètres clés incluent une phase de préchauffage entre 150-200°C pendant 60-120 secondes, un temps au-dessus du liquidus (217°C) de 60-150 secondes, et une température de crête ne dépassant pas 260°C pendant un maximum de 10 secondes. La vitesse de chauffage maximale est de 6°C/sec, et la vitesse de refroidissement maximale est de 3°C/sec. La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.
• Soudage manuel :Si une réparation manuelle est nécessaire, utilisez un fer à souder avec une température de pointe inférieure à 350°C. Le temps de contact par borne doit être inférieur à 3 secondes, et un fer à souder à double tête est recommandé pour le retrait afin d'éviter les contraintes mécaniques. La puissance du fer doit être de 25W ou moins.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

La couleur verte brillante et la taille compacte rendent cette LED adaptée à diverses applications :

• Rétroéclairage :Idéale pour le rétroéclairage de symboles, interrupteurs et indicateurs dans les tableaux de bord automobiles, l'électronique grand public et les panneaux de contrôle industriels.
• Équipements de télécommunication :Utilisée comme indicateurs d'état et rétroéclairage de clavier dans les téléphones, télécopieurs et matériels de réseau.
• Rétroéclairage plat pour LCD :Peut être utilisée en matrices pour fournir un éclairage latéral ou un rétroéclairage direct pour de petits afficheurs LCD monochromes ou couleur.
• Indication générale :Toute application nécessitant un indicateur d'état lumineux, fiable et compact.

7.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, maintenir une basse température de jonction est essentiel pour maximiser la sortie lumineuse et la longévité. Assurez une surface de cuivre PCB adéquate ou des vias thermiques si le fonctionnement se fait à haute température ambiante ou à des courants d'alimentation élevés.
• Circuit d'alimentation en courant :Utilisez toujours une source de courant constant ou une source de tension avec une résistance de limitation de courant en série. Calculez la valeur de la résistance en fonction de la tension d'alimentation (Vs), de la tension directe de la LED (VF, utilisez la valeur max pour la sécurité) et du courant direct souhaité (IF) : R = (Vs - VF) / IF.
• Conception optique :Le large angle de vision de 130 degrés fournit un éclairage étendu. Pour une lumière focalisée, des lentilles externes ou des guides de lumière peuvent être nécessaires.

8. Comparaison et différenciation techniques

La différenciation principale de la LED CMS 15-21 réside dans sa combinaison d'un facteur de forme très petit (2,0x1,25mm) avec une intensité lumineuse relativement élevée (jusqu'à 565 mcd pour la catégorie U1). Comparée aux LED CMS plus grandes (par exemple, 3528, 5050), elle permet d'économiser un espace significatif sur carte. Comparée aux boîtiers encore plus petits de type chip-scale, elle offre une manipulation et un soudage plus faciles grâce à son boîtier défini avec des bornes soudables. L'utilisation de la technologie InGaN pour le vert brillant offre une efficacité plus élevée et une meilleure saturation des couleurs par rapport aux technologies plus anciennes. Sa conformité aux normes environnementales strictes (RoHS, REACH, sans halogène) la rend adaptée aux marchés mondiaux aux exigences réglementaires rigoureuses.

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

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

A : En utilisant la VF maximale de 3,7V et un IF cible de 20mA : R = (5V - 3,7V) / 0,020A = 65 Ohms. Utilisez la valeur standard supérieure suivante, comme 68 Ohms, pour garantir que le courant ne dépasse pas 20mA.

Q : Puis-je alimenter cette LED avec 30mA pour une luminosité plus élevée ?

A : Non. La valeur maximale absolue pour le courant direct continu (IF) est de 25 mA. Dépasser cette valeur risque d'endommager immédiatement ou à long terme le dispositif. Pour une luminosité plus élevée, sélectionnez une LED d'une catégorie d'intensité lumineuse supérieure (par exemple, T2 ou U1).

Q : Le sac est ouvert depuis 10 jours. Puis-je encore utiliser les LED ?

A : Pas directement pour le soudage par refusion. Vous devez d'abord effectuer un séchage à 60±5°C pendant 24 heures pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir les dommages de type \"pop-corn\" pendant la refusion.

Q : Comment identifier la cathode ?

A : Le boîtier possède un marquage distinctif de la cathode, comme indiqué sur le dessin dimensionnel. Sur l'empreinte PCB, la pastille de la cathode est généralement indiquée sur la sérigraphie.

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un panneau d'indicateurs de statut multiples

Un concepteur crée un panneau de contrôle compact avec 12 indicateurs de statut. L'espace est extrêmement limité. En sélectionnant la LED 15-21, il peut placer les indicateurs sur une grille de 0,1 pouce (2,54mm). Il choisit la catégorie de luminosité U1 pour une visibilité élevée. Il conçoit le PCB avec une ligne commune de 5V. Pour chaque LED, il place une résistance de 68 ohms 0603 en série. Il crée une connexion de décharge thermique sur la pastille de la cathode pour faciliter le soudage mais assure une connexion solide au plan de masse pour la dissipation thermique. Pendant l'assemblage, il suit les procédures de manipulation de l'humidité et utilise le profil de refusion spécifié. Le résultat est un panneau d'indicateurs lumineux, fiable et densément peuplé qui répond à toutes les exigences de taille et de performance.

11. Introduction au principe technique

Cette LED est basée sur la technologie des semi-conducteurs InGaN (Nitrures de Gallium et d'Indium). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Leur recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage InGaN dans la couche active détermine l'énergie de la bande interdite, qui définit directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise – dans ce cas, le vert brillant à ~518 nm. La résine encapsulante transparente protège la puce semi-conductrice et agit comme une lentille primaire, contribuant à façonner le profil d'émission de 130 degrés. Le boîtier CMS assure la protection mécanique, les connexions électriques et un chemin thermique de la puce vers le PCB.

12. Tendances et évolutions technologiques

La tendance pour les LED CMS comme le 15-21 continue vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt), une meilleure uniformité des couleurs grâce à un tri plus serré, et une fiabilité accrue. Il y a également une poussée vers des tailles de boîtier encore plus petites (par exemple, les boîtiers chip-scale) tout en maintenant ou en améliorant les performances optiques. L'adoption généralisée de la technologie InGaN a permis la production de LED vertes et bleues de haute luminosité, historiquement plus difficiles à produire que les LED rouges. Les développements futurs pourraient inclure des pilotes ou des circuits de contrôle intégrés dans le boîtier, ainsi que des avancées dans les matériaux pour améliorer encore l'efficacité à haute température et prolonger la durée de vie opérationnelle. L'accent mis sur la conformité environnementale et les processus de fabrication durables est également une tendance persistante et croissante dans toute l'industrie.