Fiche technique LED CMS 27-21/GHC-YR1S2M/3C - 2,0x1,25x0,8mm - 3,95V Max - 95mW - Vert Brillant - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La LED CMS 27-21 est un composant monté en surface compact, conçu pour les assemblages électroniques à haute densité. Son principal avantage réside dans son empreinte significativement réduite par rapport aux LED traditionnelles à broches, permettant des conceptions de circuits imprimés (PCB) plus petites, une densité de composants plus élevée et, in fine, des équipements finaux plus compacts. L'appareil est léger, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications miniatures et à espace restreint.

La technologie de base utilise une puce semi-conductrice InGaN (Nitrure de Gallium-Indium) encapsulée dans une résine transparente, qui émet une lumière verte brillante. Il s'agit d'une LED monochrome, fournie dans un format compatible avec les équipements standards d'assemblage automatique par pick-and-place. Le produit est conforme aux principales directives environnementales et de sécurité, étant sans plomb, conforme RoHS, conforme REACH UE et sans halogène (avec Brome <900 ppm, Chlore <900 ppm et Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Caractéristiques et avantages clés

• Miniaturisation :Permet des conceptions de carte plus petites et une densité de placement plus élevée.
• Compatible avec l'automatisation :Conditionnée en bande de 8 mm sur bobines de 7 pouces de diamètre pour une compatibilité avec les systèmes de placement automatique.
• Robustesse de compatibilité de processus :Adaptée aux processus de soudage par refusion infrarouge et en phase vapeur.
• Conformité environnementale :Respecte les normes sans plomb, RoHS, REACH et sans halogène.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Un fonctionnement à ou au-delà de ces limites n'est pas garanti.

• Tension inverse (V_R) :5 V - La tension maximale pouvant être appliquée en sens inverse.
• Courant direct (I_F) :25 mA - Le courant continu direct maximal.
• Courant direct de crête (I_FP) :100 mA - Le courant direct pulsé maximal, admissible avec un cycle de service de 1/10 et une fréquence de 1 kHz.
• Dissipation de puissance (P_d) :95 mW - La puissance maximale que le composant peut dissiper à une température ambiante (T_a) de 25°C.
• Décharge électrostatique (ESD) Modèle du corps humain (HBM) :150 V - Indique une sensibilité modérée aux ESD ; des procédures de manipulation appropriées sont requises.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +85°C - La plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +90°C.
• Température de soudage (T_sol) :Refusion : Pic à 260°C pendant 10 secondes max. Soudage manuel : 350°C pendant 3 secondes max par borne.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard de T_a=25°C et I_F=20 mA, sauf indication contraire. Ils définissent les performances optiques et électriques de la LED.

• Intensité lumineuse (I_v) :112 à 285 mcd (millicandela). La valeur typique n'est pas spécifiée, indiquant que les performances sont gérées via le système de tri décrit plus loin.
• Angle de vision (2θ_1/2) :130 degrés (typique). Cet angle de vision large le rend adapté aux applications d'indication et de rétroéclairage où la visibilité sous différents angles est importante.
• Longueur d'onde de crête (λ_p) :518 nm (typique). La longueur d'onde à laquelle l'émission spectrale est la plus forte.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :520 à 535 nm. C'est la perception monocromatique de la couleur de la LED par l'œil humain.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :35 nm (typique). La largeur du spectre émis à mi-hauteur de son intensité maximale (FWHM).
• Tension directe (V_F) :2,75 à 3,95 V à I_F=20 mA. Cette plage est cruciale pour la conception du circuit, en particulier pour le calcul de la résistance de limitation de courant.
• Courant inverse (I_R) :50 μA (max) à V_R=5V.

Notes importantes :La fiche technique spécifie des tolérances pour les paramètres clés : Intensité lumineuse (±11%), Longueur d'onde dominante (±1 nm) et Tension directe (±0,1 V). Elle avertit également explicitement que la condition de tension inverse est uniquement à des fins de test, et que la LED ne doit pas fonctionner en polarisation inverse.

3. Explication du système de tri (Binning)

Pour garantir une couleur et une luminosité constantes en production, les LED sont triées en gammes de performance. Ce composant utilise un système de tri tridimensionnel.

3.1 Tri par intensité lumineuse

Les gammes sont définies par les codes R1, R2, S1 et S2, avec des valeurs minimales et maximales d'intensité lumineuse mesurées à I_F=20 mA.

• R1 :112 - 140 mcd
• R2 :140 - 180 mcd
• S1 :180 - 225 mcd
• S2 :225 - 285 mcd

3.2 Tri par longueur d'onde dominante

Les gammes sont définies par les codes X, Y et Z, contrôlant la teinte précise du vert.

• X :520 - 525 nm
• Y :525 - 530 nm
• Z :530 - 535 nm

3.3 Tri par tension directe

Les gammes sont définies par les codes 5, 6, 7 et 8, ce qui est crucial pour concevoir des circuits d'alimentation uniformes, en particulier lorsque plusieurs LED sont connectées en parallèle.

• 5 :2,75 - 3,05 V
• 6 :3,05 - 3,35 V
• 7 :3,35 - 3,65 V
• 8 :3,65 - 3,95 V

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux courbes caractéristiques électro-optiques typiques, essentielles pour comprendre le comportement du composant dans des conditions non standard. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, ils incluent généralement :

• Intensité lumineuse relative vs Température ambiante :Montre comment la sortie lumineuse diminue lorsque la température de jonction augmente. Ceci est crucial pour la gestion thermique dans les applications haute puissance ou à haute température ambiante.
• Intensité lumineuse relative vs Courant direct :Illustre la relation non linéaire entre le courant d'alimentation et la sortie lumineuse. Fonctionner au-dessus du courant recommandé entraîne une efficacité réduite et une dégradation accélérée.
• Tension directe vs Courant direct (Courbe I-V) :Démontre la relation exponentielle, soulignant la nécessité d'un circuit de limitation de courant. Une petite augmentation de tension peut provoquer une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant.
• Distribution spectrale :Un graphique de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~518 nm et la largeur de bande de ~35 nm, confirmant le point de couleur vert brillant.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED CMS 27-21 a un boîtier rectangulaire compact. Les dimensions clés (en mm, avec une tolérance générale de ±0,1mm sauf indication) incluent la longueur, la largeur et la hauteur globales, ainsi que l'espacement et la taille des pastilles. Ces dimensions sont cruciales pour la conception du motif de pastilles sur le PCB afin d'assurer un soudage et un alignement corrects. La polarité est indiquée par un marquage sur le boîtier, qui doit être aligné avec le marquage correspondant sur l'empreinte PCB.

5.2 Identification de la polarité

Une polarité correcte est essentielle au fonctionnement du composant. Le dessin du boîtier dans la fiche technique indiquera la borne cathode (négative), généralement avec un marqueur visuel tel qu'une encoche, un point ou un chanfrein sur le boîtier. La conception de l'empreinte PCB doit intégrer ce marqueur pour éviter les erreurs d'assemblage.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Le composant est compatible avec les processus de refusion sans plomb. Le profil de température recommandé est crucial pour éviter les chocs thermiques et les dommages :

• Préchauffage :150–200°C pendant 60–120 secondes.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :60–150 secondes au-dessus de 217°C.
• Température de pic :260°C maximum, maintenue pendant pas plus de 10 secondes.
• Vitesse de montée :Maximum 6°C par seconde.
• Temps au-dessus de 255°C :Maximum 30 secondes.
• Vitesse de refroidissement :Maximum 3°C par seconde.

Restriction critique :Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois sur le même composant.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est de mise :

• Utilisez un fer à souder avec une température de pointe inférieure à 350°C.
• Limitez le temps de contact à 3 secondes ou moins par borne.
• Utilisez un fer d'une puissance nominale de 25W ou moins.
• Laissez un intervalle minimum de 2 secondes entre le soudage de chaque borne pour permettre le refroidissement.

6.3 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont conditionnées dans des sacs barrières résistants à l'humidité avec dessiccant.

• Avant ouverture :Stockez à ≤30°C et ≤60% d'Humidité Relative.
• Durée de vie hors sac (Floor Life) :Après ouverture du sac étanche à l'humidité, les composants doivent être utilisés dans les 168 heures (7 jours).
• Régénération (Rebaking) :Si la durée de vie hors sac est dépassée ou si l'indicateur de dessiccant change de couleur, un séchage à 60 ±5°C pendant 24 heures est requis avant le soudage par refusion.

6.4 Réparation et retouche

La réparation après soudage est fortement déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder spécialisé à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, évitant ainsi les contraintes mécaniques sur les soudures. Le risque d'endommager la LED pendant la réparation est élevé et doit être évalué au préalable.

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécifications de conditionnement

Le composant est fourni au format bande et bobine pour l'assemblage automatique.

• Largeur de la bande porteuse :8 mm.
• Diamètre de la bobine :7 pouces.
• Quantité par bobine :3000 pièces.
• Niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) :Impliqué par la durée de vie hors sac de 7 jours et les exigences de séchage, correspondant généralement au MSL 3.

7.2 Explication de l'étiquette

L'étiquette de la bobine contient des informations critiques pour la traçabilité et l'application correcte :

• P/N :Numéro de produit (ex. : 27-21/GHC-YR1S2M/3C).
• CAT :Classe d'intensité lumineuse (ex. : S2).
• HUE :Coordonnées de chromaticité & Classe de longueur d'onde dominante (ex. : Y).
• REF :Classe de tension directe (ex. : 6).
• LOT No :Numéro de lot de fabrication pour la traçabilité.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application typiques

• Rétroéclairage :Idéal pour les indicateurs de tableau de bord, l'éclairage de commutateurs et le rétroéclairage plat pour les LCD et symboles grâce à son large angle de vision et sa couleur uniforme.
• Équipements de télécommunication :Indicateurs d'état et rétroéclairage de clavier dans des appareils comme les téléphones et les télécopieurs.
• Indication générale :Toute application nécessitant un indicateur vert brillant, compact et fiable.

8.2 Considérations de conception critiques

1. La limitation de courant est obligatoire :Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Une résistance de limitation de courant externe doit toujours être utilisée en série avec la LED. La valeur est calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Utilisez la V_Fmaximale de la gamme ou de la fiche technique pour garantir que le courant ne dépasse pas 25 mA dans les pires conditions.
2. Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, maintenir une basse température de jonction est essentiel pour la fiabilité à long terme et une sortie lumineuse stable. Assurez une surface de cuivre PCB adéquate ou des vias thermiques si le fonctionnement a lieu à haute température ambiante ou près du courant maximal.
3. Protection contre les ESD :Mettez en œuvre les précautions ESD standard pendant la manipulation et l'assemblage. Envisagez d'ajouter des diodes de suppression de tension transitoire (TVS) ou des résistances sur les lignes sensibles si l'environnement d'application est sujet aux décharges statiques.
4. Tri pour l'uniformité :Pour les applications nécessitant une apparence uniforme (ex. : réseaux multi-LED), spécifiez des gammes serrées pour l'intensité lumineuse (CAT) et la longueur d'onde dominante (HUE). Utiliser des LED du même lot de fabrication (LOT No.) améliore encore la cohérence.

9. Comparaison et différenciation techniques

La LED CMS 27-21 se différencie principalement par son équilibre entre taille, performances et caractéristiques de fiabilité.

• vs. LED à broches plus grandes :Offre une réduction drastique de l'empreinte et du poids, permettant des conceptions modernes miniaturisées. Le format CMS permet un assemblage automatique plus rapide et plus fiable.
• vs. Autres LED CMS vertes :La combinaison spécifique d'un angle de vision de 130 degrés, d'une couleur verte brillante provenant de la puce InGaN et d'une conformité environnementale complète (sans halogène, REACH) la rend adaptée à une large gamme d'applications grand public et industrielles où ces facteurs sont prioritaires.
• Conformité intégrée :La pré-conformité aux principales réglementations mondiales (RoHS, REACH, sans halogène) réduit les coûts de qualification pour les intégrateurs, offrant un avantage significatif sur les marchés réglementés.

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

Q1 : Pourquoi une résistance de limitation de courant est-elle absolument nécessaire ?

R1 : La caractéristique I-V d'une LED est exponentielle. Une petite augmentation de la tension directe au-delà de la valeur typique provoque une très forte augmentation du courant, qui peut instantanément dépasser la valeur maximale absolue de 25 mA et détruire le composant. La résistance fournit une chute de tension linéaire et prévisible pour stabiliser le courant.

Q2 : Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation 3,3V sans résistance ?

R2 : Non. Même si 3,3V est dans la plage V_F(2,75-3,95V), la V_Fréelle d'une LED spécifique n'est pas connue sans tri. Une alimentation 3,3V pourrait appliquer 3,3V directement à une LED avec une V_Fde 3,0V, provoquant un courant excessif. Utilisez toujours une résistance en série.

Q3 : Que se passe-t-il si je dépasse la durée de vie hors sac de 7 jours après ouverture du sac ?

R3 : Le boîtier plastique absorbe l'humidité. Pendant le soudage par refusion, cette humidité peut se dilater rapidement, provoquant un délaminage interne ou un effet \"popcorn\", qui fissure le boîtier et entraîne une défaillance. Le séchage à 60°C pendant 24 heures élimine cette humidité absorbée.

Q4 : Pourquoi la refusion est-elle limitée à deux cycles ?

R4 : Chaque cycle de refusion soumet le composant à un stress thermique important. Des cycles multiples peuvent dégrader les liaisons internes par fils, affaiblir les soudures ou endommager la puce semi-conductrice elle-même, réduisant la fiabilité.

11. Étude de cas d'application pratique

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs multiples pour un appareil électronique grand public.

1. Exigence :10 LED vert brillant uniformes pour les indicateurs \"marche\" et \"mode actif\".
2. Étapes de conception :
   • Conception du circuit :Une alimentation 5V est disponible. En utilisant la V_Fmaximale de 3,95V et un I_Fcible de 20 mA, calculez R = (5V - 3,95V) / 0,02A = 52,5Ω. Sélectionnez la valeur standard la plus proche (ex. : 56Ω). Recalculez le courant réel : I_F= (5V - 3,2V_typ) / 56Ω ≈ 32 mA (trop élevé). Réitérez en utilisant une V_Ftypique plus réaliste de 3,2V : R = (5V - 3,2V) / 0,02A = 90Ω. Cela donne un courant sûr entre 17,8 mA (à V_F=3,95V) et 20 mA (à V_F=3,2V). Une résistance de 91Ω ou 100Ω est un bon choix.
   • Implantation PCB :Placez les LED avec un alignement de polarité correct. Prévoyez un espacement suffisant pour le cône de vision de 130 degrés si les indicateurs sont vus sous un angle.
   • Approvisionnement :Spécifiez des gammes serrées au distributeur : ex. CAT=S2 (225-285 mcd) et HUE=Y (525-530 nm) pour garantir la cohérence de luminosité et de couleur sur les 10 indicateurs. Demander des pièces du même LOT No. est conseillé.
   • Assemblage :Suivez précisément le profil de refusion. Utilisez les LED dans les 7 jours suivant l'ouverture du sac scellé.

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 de la LED 27-21 est une puce fabriquée à partir de matériaux semi-conducteurs InGaN (Nitrure de Gallium-Indium). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction P-N de ce semi-conducteur, les électrons du matériau de type N se recombinent avec les trous du matériau de type P dans la région active. Cette recombinaison libère de l'énergie 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. L'InGaN a une bande interdite qui correspond à la lumière dans le spectre bleu-vert. Dans ce composant, la composition est ajustée pour produire une lumière verte brillante avec une longueur d'onde de crête autour de 518 nm. La résine époxy transparente encapsule la puce et agit également comme une lentille, façonnant la sortie lumineuse selon l'angle de vision spécifié de 130 degrés.

13. Tendances technologiques et contexte

La LED 27-21 représente une technologie mature et largement adoptée dans l'évolution plus large de l'éclairage à semi-conducteurs. Les tendances clés influençant ce segment de produit incluent :

• Miniaturisation continue :La recherche d'appareils électroniques plus petits, plus fins et plus riches en fonctionnalités pousse au développement de boîtiers LED toujours plus petits (ex. : tailles 0201, 01005) tout en maintenant ou en améliorant les performances optiques.
• Efficacité et luminance améliorées :Les améliorations continues de la croissance épitaxiale et de la conception des puces conduisent à une plus grande efficacité lumineuse (plus de lumière par unité d'entrée électrique), permettant une consommation d'énergie plus faible ou une luminosité plus élevée pour une même taille de boîtier.
• Cohérence des couleurs et tri avancé :Les exigences des applications d'affichage et automobiles poussent à des tolérances de tri plus serrées et à l'utilisation d'un tri multi-paramètres plus sophistiqué (ex. : combiner le flux, la longueur d'onde et la tension directe en un seul code) pour atteindre une uniformité parfaite dans les grands réseaux.
• Intégration des fonctionnalités :Une tendance vers l'intégration de circuits de contrôle (comme des pilotes à courant constant) ou de plusieurs puces de couleur (RGB) dans un seul boîtier pour simplifier la conception du système et réduire l'espace PCB requis.
• Fiabilité et aptitude aux environnements sévères :Développement de LED avec des performances améliorées à haute température et sous haute humidité, élargissant leur utilisation dans les applications automobiles, industrielles et extérieures. La conformité environnementale (sans halogène, REACH) mise en avant dans cette fiche technique est une réponse directe aux tendances réglementaires mondiales.

Bien que la 27-21 soit un composant standard, sa conception reflète ces exigences de l'industrie en matière de fiabilité, de conformité et de performances dans un format compact et automatisable.