Fiche technique LED SMD LTST-C170KDKT - Rouge AllnGaP - Angle de vision 130° - 2,8-28mcd @10mA - 1,6-2,4V - 50mW - Document technique français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes du LTST-C170KDKT, une lampe LED à montage en surface (SMD). Ce composant appartient à une famille de LED conçues pour l'assemblage automatisé de cartes de circuits imprimés (PCB), offrant un facteur de forme compact idéal pour les applications à espace restreint. La LED utilise une puce semi-conductrice Ultra Bright en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AllnGaP) pour produire une lumière rouge, encapsulée dans un boîtier à lentille transparente. Sa conception privilégie la compatibilité avec les procédés de fabrication modernes à grand volume.

1.1 Caractéristiques

• Conforme aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses).
• Sortie de haute luminosité rendue possible par la technologie de puce AllnGaP.
• Conditionnée sur bande de 8 mm enroulée sur bobine de 7 pouces de diamètre pour les équipements automatisés de pick-and-place.
• Empreinte de boîtier standard EIA (Electronic Industries Alliance).
• Entrée compatible avec les niveaux logiques standard des circuits intégrés (CI).
• Conçue pour être utilisée avec les systèmes automatiques de placement de composants.
• Résiste aux procédés de soudage par refusion infrarouge (IR), essentiels pour l'assemblage sans plomb.

1.2 Applications cibles

Le LTST-C170KDKT convient à un large éventail de dispositifs électroniques nécessitant une indication d'état ou un rétroéclairage fiable et compact. Les principaux domaines d'application incluent :

• Équipements de télécommunications :Indicateurs d'état dans les téléphones sans fil, les téléphones cellulaires et le matériel de systèmes réseau.
• Dispositifs informatiques :Rétroéclairage pour claviers et pavés numériques dans les ordinateurs portables et autres appareils électroniques portables.
• Électronique grand public et industrielle :Voyants lumineux dans les appareils électroménagers, l'équipement de bureau automatisé et les systèmes de contrôle industriel.
• Affichage et signalétique :Micro-affichages et éclairage de faible niveau pour les luminaires de signalisation ou de symboles intérieurs.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Les performances de la LED sont définies par un ensemble de valeurs maximales absolues et de caractéristiques de fonctionnement standard. Comprendre ces paramètres est essentiel pour une conception de circuit fiable et pour garantir les performances à long terme du dispositif.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs représentent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents à la LED peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti. Toutes les valeurs sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Dissipation de puissance (Pd) :50 mW. La puissance totale maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (I_FP) :40 mA. C'est le courant direct instantané maximal autorisé, généralement spécifié dans des conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms) pour éviter la surchauffe.
• Courant direct continu (I_F) :20 mA. Le courant continu maximal qui peut être appliqué en continu.
• Tension inverse (V_R) :5 V. L'application d'une tension inverse dépassant cette valeur peut provoquer une rupture de jonction.
• Plage de température de fonctionnement :-30°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est conçu pour fonctionner.
• Plage de température de stockage :-40°C à +85°C.
• Condition de soudage infrarouge :Résiste à une température de crête de 260°C pendant un maximum de 10 secondes lors du soudage par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent les performances typiques de la LED dans des conditions de test standard (Ta=25°C, I_F=10mA sauf indication contraire).

• Intensité lumineuse (I_V) :2,8 - 28,0 mcd (millicandela). C'est la luminosité perçue de la sortie lumineuse, mesurée par un capteur filtré pour correspondre à la réponse photopique de l'œil humain (courbe CIE). La large plage indique qu'un système de classement (binning) est utilisé (voir Section 3).
• Angle de vision (2θ_1/2) :130 degrés. C'est l'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur mesurée sur l'axe (0°). Un angle de 130° indique un modèle d'émission large et diffus, adapté à un éclairage de grande surface.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :650 nm (typique). La longueur d'onde à laquelle la puissance spectrale de sortie est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :630 - 645 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui définit la couleur (rouge) de la LED, dérivée des coordonnées de chromaticité CIE.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :20 nm (typique). La largeur de bande du spectre émis mesurée à la moitié de l'intensité maximale (Largeur à Mi-Hauteur - FWHM).
• Tension directe (V_F) :1,6 - 2,4 V. La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle est alimentée avec 10mA. Cette plage tient compte de la variance normale de fabrication de la jonction semi-conductrice.
• Courant inverse (I_R) :10 μA (max). Le faible courant de fuite qui circule lorsque la tension inverse maximale (5V) est appliquée.

2.3 Considérations thermiques

Bien que non détaillée explicitement dans un paramètre de résistance thermique séparé, la dissipation de puissance (50mW) et la plage de température de fonctionnement (-30°C à +85°C) sont les principales contraintes thermiques. Dépasser la température de jonction maximale, indirectement limitée par ces valeurs, réduira la sortie lumineuse et la durée de vie. Une disposition de PCB adéquate pour la dissipation thermique est recommandée pour les fonctionnements proches du courant maximal.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour garantir une luminosité uniforme dans les produits finis, les LED sont triées (classées) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée. Le LTST-C170KDKT utilise le système de code de classement suivant pour sa sortie rouge.

3.1 Classement par intensité lumineuse (I_V)

L'intensité lumineuse est mesurée à un courant direct de 10mA. Les classes sont définies comme suit, avec une tolérance de ±15% au sein de chaque classe.

• Classe H :2,8 mcd (Min) à 4,5 mcd (Max)
• Classe J :4,5 mcd à 7,1 mcd
• Classe K :7,1 mcd à 11,2 mcd
• Classe L :11,2 mcd à 18,0 mcd
• Classe M :18,0 mcd à 28,0 mcd

Ce système permet aux concepteurs de sélectionner le grade de luminosité approprié pour leur application, en équilibrant coût et performance. Par exemple, un indicateur haute luminosité pourrait nécessiter la classe M, tandis qu'un voyant d'état moins critique pourrait utiliser la classe H ou J.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que des courbes graphiques spécifiques soient référencées dans la fiche technique (par ex., Figure 1 pour la sortie spectrale, Figure 5 pour le diagramme angulaire), leurs implications générales sont décrites ci-dessous sur la base du comportement standard des LED et des paramètres fournis.

4.1 Caractéristique Courant vs. Tension (I-V)

La plage de tension directe (V_F) de 1,6V à 2,4V à 10mA est typique pour une LED rouge AllnGaP. La courbe I-V est exponentielle, comme une diode standard. En dessous de la tension de seuil (environ 1,4-1,5V pour ce matériau), très peu de courant circule. Au-dessus de ce seuil, le courant augmente rapidement avec une faible augmentation de tension. C'est pourquoi les LED doivent être pilotées par un mécanisme de limitation de courant (résistance ou source de courant constant) et non directement par une source de tension.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

La sortie lumineuse (intensité lumineuse) est approximativement proportionnelle au courant direct sur une plage significative. Alimenter la LED à son courant continu maximal (20mA) produirait typiquement environ le double de l'intensité lumineuse mesurée dans la condition de test standard de 10mA, bien que l'efficacité puisse légèrement diminuer à des courants plus élevés en raison de l'échauffement.

4.3 Dépendance à la température

Les performances des LED sont sensibles à la température. Lorsque la température de jonction augmente :

1. Tension directe (V_F) :Diminue. Cela a un coefficient de température négatif.
2. Intensité lumineuse (I_V) :Diminue. Des températures plus élevées réduisent l'efficacité quantique interne du semi-conducteur, conduisant à une sortie lumineuse plus faible pour le même courant de pilotage.
3. Longueur d'onde dominante (λ_d) :Peut se décaler légèrement, typiquement vers des longueurs d'onde plus longues (décalage vers le rouge) avec l'augmentation de la température.

Ces effets soulignent l'importance de la gestion thermique dans les applications haute fiabilité ou haute luminosité.

4.4 Distribution spectrale

La sortie spectrale est caractérisée par une longueur d'onde de crête de 650nm et une longueur d'onde dominante entre 630-645nm. La demi-largeur spectrale de 20nm indique une couleur rouge relativement pure et saturée par rapport aux sources lumineuses à spectre plus large comme les ampoules à incandescence. La bande passante étroite est une caractéristique des émetteurs semi-conducteurs à bande interdite directe comme l'AllnGaP.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est conforme à un contour de boîtier SMD standard EIA. Toutes les dimensions critiques pour la conception de l'empreinte PCB et le placement des composants sont fournies dans les dessins de la fiche technique, avec une tolérance standard de ±0,1 mm sauf indication contraire. Le boîtier comporte une lentille transparente, qui ne diffuse pas la lumière, résultant en le modèle angulaire large inhérent de 130° de la puce.

5.2 Configuration recommandée des pastilles PCB

Un motif de pastilles (géométrie des plots de soudure) suggéré pour le PCB est fourni pour assurer une formation correcte des joints de soudure pendant la refusion. Respecter cette recommandation favorise un bon mouillage de la soudure, une résistance mécanique et un alignement correct du composant. La conception des pastilles tient compte du cordon de soudure nécessaire et empêche le phénomène de "tombstoning" (composant qui se dresse sur une extrémité pendant la refusion).

5.3 Identification de la polarité

La fiche technique inclut des marquages ou des diagrammes indiquant les bornes anode et cathode. La polarité correcte est essentielle au fonctionnement. L'application d'une polarisation inverse au-delà de la valeur nominale de 5V peut provoquer une défaillance immédiate.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudage par refusion IR

La LED est qualifiée pour les procédés de soudage sans plomb. Les paramètres clés sont :

• Température de préchauffage :150°C à 200°C.
• Durée de préchauffage :Maximum 120 secondes pour chauffer progressivement l'assemblage et activer le flux de la pâte à souder.
• Température de crête de refusion :Maximum 260°C. Le composant peut supporter cette température pendant un temps limité.
• Temps au-dessus du liquidus (à la température de crête) :Maximum 10 secondes. Le dispositif ne doit pas être soumis à la température de crête plus longtemps que cette durée. Un maximum de deux cycles de refusion est autorisé.

Ces paramètres sont conformes aux profils industriels courants JEDEC. Le profil de température réel doit être caractérisé pour l'assemblage PCB spécifique, en tenant compte de l'épaisseur de la carte, du nombre de couches et des autres composants.

6.2 Soudage manuel (si nécessaire)

Si une réparation manuelle est requise :

• Température du fer à souder :Maximum 300°C.
• Temps de contact :Maximum 3 secondes par joint.
• Limite :Un seul cycle de soudage manuel est autorisé par joint pour minimiser la contrainte thermique sur le boîtier.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis, seuls les solvants spécifiés doivent être utilisés pour éviter d'endommager le boîtier plastique. Les agents recommandés incluent l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique à température ambiante. La LED doit être immergée moins d'une minute. Les nettoyants chimiques non spécifiés doivent être évités.

6.4 Stockage et manipulation

• Précautions ESD (Décharge Électrostatique) :La LED est sensible à l'électricité statique. La manipulation doit être effectuée en utilisant des mesures antistatiques telles que des bracelets de mise à la terre, des postes de travail mis à la terre et de la mousse conductrice.
• Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) :Le dispositif est classé MSL 2a. Cela signifie qu'une fois le sachet barrière étanche à l'humidité d'origine ouvert, les composants doivent être soudés dans les 672 heures (28 jours) dans des conditions d'atelier (<30°C / 60% HR).
• Stockage prolongé (hors sachet) :Pour un stockage au-delà de 672 heures, les composants doivent être conservés dans un conteneur scellé avec un dessiccant ou dans une atmosphère d'azote. S'ils sont exposés au-delà de la limite, un séchage à environ 60°C pendant au moins 20 heures est requis avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir le "popcorning" (fissuration du boîtier pendant la refusion).
• Stockage dans l'emballage d'origine :Les bobines non ouvertes doivent être stockées à 30°C ou moins et à 90% d'humidité relative ou moins, avec une durée de conservation recommandée d'un an à partir du code date.

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les LED sont fournies sur bande porteuse gaufrée standard de l'industrie pour l'assemblage automatisé.

• Largeur de bande :8 mm.
• Diamètre de la bobine :7 pouces.
• Quantité par bobine :3000 pièces.
• Quantité minimale de commande (MOQ) pour les restes :500 pièces.
• Bande de couverture :Les alvéoles vides de composants sont scellées avec une bande de couverture supérieure.
• Composants manquants :Le nombre maximum de LED manquantes consécutives dans la bande est de deux, conformément aux normes ANSI/EIA-481.

8. Recommandations d'application

8.1 Circuits d'application typiques

Une LED est un dispositif piloté en courant. La méthode de pilotage la plus basique et la plus fiable est d'utiliser une résistance série limitant le courant, comme illustré dans le "Circuit A" de la fiche technique. Pour une tension d'alimentation V_CC, la valeur de la résistance R est calculée comme suit : R = (V_CC - V_F) / I_F. Utiliser la V_F maximale (2,4V) pour le calcul garantit que le courant ne dépasse pas le I_F souhaité même avec une pièce à faible V_F. Pour plusieurs LED, il est fortement recommandé d'utiliser une résistance séparée pour chaque LED connectée en parallèle afin d'assurer une luminosité uniforme, car la tension directe peut varier d'un dispositif à l'autre.

8.2 Considérations de conception

• Réglage du courant :Fonctionner à ou en dessous du courant continu maximal de 20mA. Pour une durée de vie plus longue et une consommation d'énergie plus faible, 10mA ou même 5mA est souvent suffisant, notamment pour des indicateurs.
• Dissipation thermique :Pour un fonctionnement continu à fort courant, assurez-vous que la disposition du PCB permet à la chaleur de se dissiper depuis la pastille thermique de la LED (le cas échéant) ou des joints de soudure.
• Conception optique :L'angle de vision de 130° offre une large couverture. Pour une lumière plus focalisée, des lentilles externes ou des guides de lumière peuvent être nécessaires.
• Gradation :La luminosité peut être contrôlée via la Modulation de Largeur d'Impulsion (PWM), où la LED est allumée et éteinte à une fréquence plus rapide que ce que l'œil peut percevoir (typiquement >100Hz). Le courant moyen, et donc la luminosité perçue, est contrôlé par le cycle de service. C'est plus efficace et offre une meilleure stabilité des couleurs que la gradation analogique (DC).

9. Comparaison et différenciation techniques

Les principaux facteurs de différenciation du LTST-C170KDKT sont sa combinaison de technologie et de boîtier :

1. Puce AllnGaP vs. Autres technologies :Comparée aux anciennes LED rouges GaAsP (Phosphure d'Arséniure de Gallium), l'AllnGaP offre une efficacité lumineuse significativement plus élevée (plus de lumière par unité de puissance électrique) et une meilleure stabilité thermique. Cela se traduit par des performances plus lumineuses et plus constantes.
2. Large angle de vision :L'angle de 130° est nettement plus large que celui de nombreuses LED SMD conçues pour une lumière plus directionnelle. Cela la rend excellente pour les applications nécessitant un éclairage large et uniforme plutôt qu'un faisceau focalisé.
3. Compatibilité de fabrication :La compatibilité totale avec la refusion IR et le placement automatisé en font un choix rentable pour les lignes d'assemblage modernes à montage en surface à grand volume, contrairement aux LED traversantes qui nécessitent un soudage manuel ou à la vague.

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

Q1 : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?

R1 : Non. Vous devez toujours utiliser une résistance série limitant le courant. La connecter directement tenterait de tirer un courant excessif, risquant d'endommager à la fois la LED et la broche de sortie du microcontrôleur. Calculez la valeur de la résistance comme décrit dans la Section 8.1.

Q2 : Que signifie le code de classe d'intensité lumineuse (H, J, K, L, M) pour ma conception ?

R2 : Il définit la plage de luminosité. Si votre conception nécessite une luminosité minimale pour respecter une spécification (par ex., pour la lisibilité en plein soleil), vous devez sélectionner une classe qui garantit ce minimum (par ex., Classe M pour la luminosité la plus élevée). Pour les indicateurs non critiques, une classe inférieure peut être plus rentable.

Q3 : La fiche technique indique une température de soudage max de 260°C, mais ma carte a d'autres composants nécessitant 250°C. Est-ce acceptable ?

R3 : Oui. La valeur nominale de 260°C est une valeur maximale de résistance. Un profil avec une température de crête plus basse (par ex., 250°C) est parfaitement acceptable et soumettra la LED à moins de contrainte thermique, ce qui est bénéfique pour la fiabilité.

Q4 : Combien de temps la LED va-t-elle durer ?

R4 : La durée de vie d'une LED est généralement définie comme le point où la sortie lumineuse se dégrade à 50% ou 70% de sa valeur initiale (L70/L50). Bien que non spécifié dans cette fiche technique de base, les LED AllnGaP ont généralement des durées de vie très longues (des dizaines de milliers d'heures) lorsqu'elles fonctionnent dans leurs limites nominales, surtout en dessous du courant maximal et avec une bonne gestion thermique.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un panneau d'indicateurs d'état pour un routeur réseau

Un concepteur a besoin de plusieurs LED d'état rouges pour les indicateurs "Alimentation", "Internet", "Wi-Fi" et "Ethernet" sur un routeur grand public. Le LTST-C170KDKT est un excellent candidat.

1. Conception du circuit :Le routeur utilise une tension de 3,3V. En visant un courant de pilotage prudent de 10mA et en utilisant la V_F maximale de 2,4V pour une marge de sécurité : R = (3,3V - 2,4V) / 0,010A = 90 Ohms. La valeur standard la plus proche de 91 Ohms est sélectionnée. Une résistance séparée de 91 ohms est utilisée pour chacune des quatre LED.
2. Uniformité de la luminosité :En utilisant des résistances individuelles, les variations de la V_F de chaque LED (par ex., une à 1,8V, une autre à 2,2V) ne provoquent pas de différences de luminosité significatives, car le courant traversant chacune est défini indépendamment par sa résistance.
3. Assemblage :Les LED sont placées sur le PCB en utilisant la configuration de pastilles recommandée. La carte entière subit un processus standard de refusion IR sans plomb avec une température de crête de 245°C, bien dans les limites nominales du dispositif.
4. Résultat :Le panneau fournit une indication d'état rouge uniforme et lumineuse avec une haute fiabilité, tirant parti de l'angle de vision large de la LED pour être visible sous différents angles.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Les Diodes Électroluminescentes (LED) sont des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent directement l'énergie électrique en lumière par un processus appelé électroluminescence. Le cœur du LTST-C170KDKT est une puce en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AllnGaP). Ce matériau est un semi-conducteur à bande interdite directe. 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. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent dans la région active de la jonction, ils libèrent de l'énergie. Dans un matériau à bande interdite indirecte, cette énergie est principalement libérée sous forme de chaleur. Dans un matériau à bande interdite directe comme l'AllnGaP, une partie significative de cette énergie est libérée sous forme de photons (particules de lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur, qui est conçue pendant le processus de croissance cristalline pour produire de la lumière rouge (~650nm de crête). Le boîtier en époxy transparent encapsule et protège la puce semi-conductrice fragile, et sa forme en dôme aide à extraire la lumière efficacement, contribuant au large angle de vision.

13. Tendances technologiques

Le domaine de la technologie LED continue d'évoluer, poussé par les demandes de plus grande efficacité, de coûts réduits et de nouvelles applications. Pour les LED de type indicateur comme le LTST-C170KDKT, plusieurs tendances sont pertinentes :

1. Efficacité accrue :La recherche continue en science des matériaux vise à améliorer l'efficacité quantique interne (IQE) et l'efficacité d'extraction de la lumière de l'AllnGaP et d'autres semi-conducteurs composés, produisant des LED plus lumineuses au même courant de pilotage ou la même luminosité à puissance plus faible.
2. Miniaturisation :Il y a une poussée constante vers des tailles de boîtier plus petites (par ex., 0402, 0201 métrique) pour économiser de l'espace sur le PCB dans l'électronique portable de plus en plus compacte.
3. Fiabilité et robustesse améliorées :Les améliorations dans les matériaux de boîtier et les techniques de collage de puce améliorent la résistance à l'humidité, les performances en cyclage thermique et la longévité globale.
4. Intégration :Bien qu'il s'agisse d'un composant discret, les tendances incluent l'intégration de plusieurs puces LED (RV B, multicolores) dans un seul boîtier ou la combinaison de CI de contrôle avec des LED pour des solutions d'éclairage "intelligentes", bien que celles-ci soient plus courantes dans les produits d'éclairage que dans les indicateurs de base.
5. Gamme de couleurs élargie :Les développements dans des matériaux comme les points quantiques ou les nouveaux luminophores permettent des couleurs plus saturées et précises, qui pourraient se diffuser vers le marché des indicateurs pour des applications d'affichage spécialisées.

Le LTST-C170KDKT représente une solution mature, fiable et optimisée en coût dans ce paysage en évolution, bien adaptée à ses applications prévues dans l'électronique grand public et industrielle.