Fiche technique LED CMS 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T - Boîtier 1.6x0.8x0.6mm - Tension 2.7-3.1V - Puissance 40mW - Blanc Pur - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

La 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T est une LED CMS (Composant Monté en Surface) compacte, conçue pour les applications électroniques modernes nécessitant une miniaturisation et une haute fiabilité. Cette LED monochrome émet une lumière blanche pure, obtenue grâce à une puce InGaN encapsulée dans une résine diffusante jaune. Son principal avantage réside dans son empreinte significativement réduite par rapport aux LED à broches traditionnelles, permettant une densité de composants plus élevée sur les cartes de circuits imprimés (PCB), une réduction de l'espace de stockage des équipements, et contribuant finalement au développement d'appareils finaux plus petits et plus légers. Le composant est entièrement conforme à la directive RoHS, respecte les réglementations REACH de l'UE et est fabriqué comme un produit sans halogène, avec une teneur en brome et chlore strictement contrôlée en dessous des normes industrielles.

1.1 Avantages clés et marché cible

La philosophie de conception de la LED CMS 17-21 est centrée sur l'optimisation de la miniaturisation. Ses petites dimensions physiques se traduisent directement par un espace requis sur carte plus petit, permettant aux concepteurs de créer des produits plus compacts. La légèreté du boîtier la rend particulièrement adaptée aux applications portables et miniatures où chaque gramme compte. Le composant est fourni sur bande de 8 mm enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre, garantissant la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatique pick-and-place à grande vitesse, essentiels pour la production de masse. Sa compatibilité avec les procédés de soudage par refusion infrarouge et à la vapeur offre une flexibilité de fabrication. Les marchés cibles principaux incluent l'électronique grand public, l'intérieur automobile (notamment l'éclairage de tableau de bord et de commutateurs), les équipements de télécommunications pour les indicateurs d'état, et l'éclairage général des écrans LCD et des panneaux de contrôle.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques définis dans la fiche technique, expliquant leur importance pour la conception des circuits et la fiabilité.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents à la LED peuvent survenir. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement normal, mais plutôt des seuils qui ne doivent jamais être dépassés.

• Tension inverse (VR) : 5V- L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à 5V peut provoquer une rupture immédiate de la jonction. La fiche technique note explicitement que le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en inverse ; cette valeur concerne principalement la condition de test du courant inverse (IR). En application, une protection de circuit externe (comme une diode en parallèle) est souvent nécessaire si une tension inverse est possible.
• Courant direct (IF) : 10mA- Il s'agit du courant continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable à long terme. Dépasser ce courant augmente la température de jonction, accélère la dépréciation du flux lumineux et réduit significativement la durée de vie du composant.
• Courant direct de crête (IFP) : 100mA- La LED peut supporter de courtes impulsions de courant (avec un rapport cyclique de 1/10 à 1kHz) jusqu'à 100mA. Ceci est pertinent pour un fonctionnement en impulsions ou des surtensions momentanées, mais ne doit pas être utilisé pour calculer la dissipation de puissance en régime permanent.
• Dissipation de puissance (Pd) : 40mW- Il s'agit de la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (Ta) de 25°C. La puissance réelle dissipée est calculée comme suit : Tension directe (VF) * Courant direct (IF). Un fonctionnement proche ou au-dessus de cette limite nécessite une gestion thermique attentive.
• Température de fonctionnement & de stockage :Le composant est conçu pour fonctionner de -40°C à +85°C et peut être stocké de -40°C à +90°C. Cette large plage le rend adapté aux environnements automobiles et industriels.
• Température de soudage :Deux profils sont spécifiés : 260°C pendant 10 secondes pour le soudage par refusion (typique des procédés sans plomb), et 350°C pendant 3 secondes pour le soudage manuel. Le respect de ces limites est crucial pour éviter d'endommager la liaison interne de la puce ou le boîtier plastique.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C, IF=5mA) et définissent les performances de la LED.

• Intensité lumineuse (Iv) : 72,0 - 180,0 mcd (Typique)- Il s'agit de la quantité de lumière visible émise dans une direction spécifique. La très large plage (72 à 180 mcd) indique que les LED sont triées en différents "bacs" en fonction de leur sortie mesurée, détaillée dans une section ultérieure. Le courant de test de 5mA est inférieur à la valeur maximale, offrant une marge de sécurité pour la mesure.
• Angle de vision (2θ1/2) : 150° (Typique)- Il s'agit de l'angle pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité à 0° (sur l'axe). Un angle de vision de 150° est très large, produisant un faisceau diffus, de type lambertien, adapté à l'éclairage de surface et au rétroéclairage où une distribution uniforme de la lumière est souhaitée, plutôt qu'un faisceau focalisé.
• Tension directe (VF) : 2,7V - 3,1V (Max)- Il s'agit de la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle est alimentée par le courant de test de 5mA. La variation est due aux tolérances du procédé semi-conducteur et est également gérée par le tri. Une résistance limitant le courant doit toujours être utilisée en série avec la LED pour fixer le courant de fonctionnement, car la VF n'est pas une valeur fixe.
• Courant inverse (IR) : 50 μA (Max)- Il s'agit du courant de fuite lorsqu'une polarisation inverse de 5V est appliquée. Il est généralement très faible dans un composant sain.

3. Explication du système de tri (Binning)

Pour garantir l'uniformité en production de masse, les LED sont testées et triées en groupes de performance ou "bacs". La 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T utilise un système de tri multi-paramètres, comme l'indique le code "KQ1R2B5Y".

3.1 Tri par intensité lumineuse

L'intensité lumineuse est triée en quatre bacs distincts (Q1, Q2, R1, R2). Lors de la spécification ou de la commande, le "R2" dans la référence indique le bac sélectionné.

• Bac Q1 :72,0 - 90,0 mcd
• Bac Q2 :90,0 - 112,0 mcd
• Bac R1 :112,0 - 140,0 mcd
• Bac R2 :140,0 - 180,0 mcd

Cela permet aux concepteurs de choisir un niveau de luminosité adapté à leur application, les bacs supérieurs étant généralement utilisés là où un flux lumineux maximal est critique.

3.2 Tri par tension directe

La tension directe est triée par pas de 0,1V de 2,7V à 3,1V. Le "B5" dans la référence correspond à l'un de ces bacs. L'appariement des bacs VF dans une conception peut aider à garantir un partage de courant uniforme lorsque plusieurs LED sont connectées en parallèle.

• Bac 29 :2,7 - 2,8V
• Bac 30 :2,8 - 2,9V
• Bac 31 :2,9 - 3,0V
• Bac 32 :3,0 - 3,1V

3.3 Tri par coordonnées chromatiques

La couleur de la lumière blanche est définie par ses coordonnées chromatiques (x, y) sur le diagramme CIE 1931. La fiche technique définit quatre bacs quadrangulaires (3, 4, 5, 6) sur ce diagramme. Le "Y" dans la référence fait probablement référence à la résine diffusante jaune et au bac de couleur associé (par exemple, le bac 5). La tolérance spécifiée est de ±0,01 pour les deux coordonnées x et y, ce qui est une tolérance standard pour les LED blanches et garantit une couleur perçue uniforme au sein d'un lot.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

La LED CMS 17-21 a un boîtier rectangulaire compact. Les dimensions clés (en mm) incluent une taille de corps typique d'environ 1,6 mm de longueur et 0,8 mm de largeur, avec une hauteur d'environ 0,6 mm. Les dimensions exactes, y compris le placement des pastilles et les tolérances (±0,1 mm sauf indication contraire), sont fournies dans le dessin détaillé du boîtier. La cathode est clairement marquée, ce qui est essentiel pour une orientation correcte lors de l'assemblage. La petite taille nécessite une conception précise des pastilles sur le PCB pour assurer un soudage correct et une stabilité mécanique.

4.2 Conditionnement et manipulation

Les composants sont livrés dans un conditionnement pour dispositifs sensibles à l'humidité (MSD). Ils sont fournis sur bande porteuse en relief (pas de 8 mm) enroulée sur des bobines de 7 pouces, avec 3000 pièces par bobine. Le conditionnement comprend un dessiccant et est scellé dans un sac étanche à l'humidité en aluminium. L'étiquette de la bobine contient des informations critiques : Référence client (CPN), Référence fabricant (P/N), quantité (QTY), et les codes de bacs spécifiques pour l'Intensité lumineuse (CAT), la Chromaticité (HUE) et la Tension directe (REF).

5. Directives de soudage et d'assemblage

Une manipulation et un soudage appropriés sont cruciaux pour la fiabilité des composants CMS.

5.1 Stockage et sensibilité à l'humidité

La LED est sensible à l'humidité (classification MSL sous-entendue). Le sac ne doit pas être ouvert avant que les composants ne soient prêts à être utilisés. Après ouverture, les LED non utilisées doivent être stockées à ≤30°C et ≤60% d'HR et utilisées dans les 168 heures (7 jours). Si ce délai est dépassé ou si le dessiccant indique une saturation, un séchage à 60±5°C pendant 24 heures est requis avant utilisation pour éliminer l'humidité absorbée et éviter l'effet "pop-corn" pendant le soudage par refusion.

5.2 Procédé de soudage

Soudage par refusion :Un profil de refusion sans plomb avec une température de pic de 260°C pendant un maximum de 10 secondes est spécifié. Le composant ne doit pas subir plus de deux cycles de refusion. Les contraintes sur le corps de la LED pendant le chauffage doivent être évitées.

Soudage manuel :Si nécessaire, un soudage manuel peut être effectué avec une température de pointe ≤350°C pendant ≤3 secondes par borne, en utilisant un fer à souder de faible puissance (≤25W). Un intervalle de refroidissement de >2 secondes entre les bornes est recommandé. La fiche technique met fortement en garde contre le fait que le soudage manuel entraîne souvent des dommages.

Réparation :La réparation après soudage est déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder double tête spécialisé doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux bornes, évitant ainsi les contraintes thermiques sur la puce. L'impact sur les caractéristiques de la LED doit être évalué au préalable.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Scénarios d'application typiques

• Rétroéclairage :Idéal pour les groupes d'instruments de tableau de bord, les commutateurs à membrane, les claviers et les symboles grâce à son large angle de vision et sa distribution lumineuse uniforme.
• Indicateurs d'état :Parfait pour les voyants d'alimentation, de connectivité ou d'état de fonction dans les équipements de télécommunication (téléphones, fax), l'électronique grand public et les contrôles industriels.
• Rétroéclairage LCD :Peut être utilisé pour le rétroéclairage par les bords ou direct des petits écrans LCD monochromes ou couleur.
• Indication générale :Toute application nécessitant un voyant indicateur blanc, compact, fiable et lumineux.

6.2 Considérations de conception critiques

1. La limitation de courant est obligatoire :Une LED est un dispositif piloté en courant. Une résistance en série doit toujours être utilisée pour fixer le courant direct. La fiche technique avertit que sans elle, un petit changement de tension d'alimentation peut provoquer un changement important et destructeur du courant. La valeur de la résistance est calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (V_alimentation - VF_LED) / I_souhaitée. Utilisez toujours la VF maximale du bac ou de la fiche technique pour une conception conservatrice.
2. Gestion thermique :Bien que le boîtier soit petit, la dissipation de puissance (jusqu'à 40mW) génère de la chaleur. Pour un fonctionnement continu à des courants élevés (proches de 10mA), assurez-vous que le PCB dispose d'un dégagement thermique adéquat, surtout si plusieurs LED sont regroupées. Les températures de jonction élevées réduisent le flux lumineux et la durée de vie.
3. Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Le dispositif a une classification ESD HBM de 150V, ce qui est relativement faible. Les précautions ESD standard doivent être suivies pendant la manipulation et l'assemblage.
4. Conception optique :L'angle de vision de 150° et la résine diffusante jaune créent un faisceau large et doux. Pour un éclairage focalisé, des lentilles externes ou des guides de lumière seraient nécessaires. La résine diffusante aide à obtenir un aspect uniforme lorsqu'elle est utilisée derrière un panneau diffuseur.

7. Comparaison et différenciation techniques

Le boîtier 17-21 appartient à une catégorie de LED CMS très petites. Ses principaux points de différenciation sont la combinaison d'une intensité lumineuse relativement élevée (jusqu'à 180 mcd) dans une empreinte extrêmement réduite (1,6x0,8mm). Par rapport aux LED CMS plus grandes (par exemple, 3528, 5050), elle offre une économie d'espace supérieure mais peut avoir un flux lumineux total ou une capacité de gestion de puissance inférieure. Par rapport aux LED à puce encore plus petites, elle offre une manipulation plus facile grâce à sa forme encapsulée et sa lentille intégrée. Le tri explicite pour l'intensité, la tension et la chromaticité fournit un niveau de cohérence de performance crucial pour les applications nécessitant un aspect uniforme, comme les matrices de rétroéclairage.

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

Q : Pourquoi le courant direct est-il limité à 10mA s'il peut supporter des impulsions de 100mA ?

A : La valeur de 10mA est pour un fonctionnement continu, garantissant une fiabilité à long terme et le maintien des performances optiques spécifiées. La valeur de crête de 100mA est pour de courtes durées (par exemple, 0,1ms toutes les 1ms). Un fonctionnement continu à courant élevé augmente la température de jonction, provoquant une dégradation accélérée du phosphore et du semi-conducteur, entraînant un assombrissement prématuré ou une défaillance.

Q : Comment choisir la bonne résistance limitant le courant ?

A : Utilisez la formule R = (V_alimentation - VF) / IF. Pour une alimentation de 5V et un courant cible de 5mA, en utilisant la VF maximale de 3,1V pour la sécurité : R = (5 - 3,1) / 0,005 = 380 Ohms. La valeur standard la plus proche (390 Ohms) serait un bon choix. Vérifiez toujours la puissance nominale de la résistance : P = I^2 * R.

Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche GPIO d'un microcontrôleur ?

A : Possible, mais avec prudence. Une broche GPIO typique peut fournir/absorber 20-25mA. Vous devez inclure une résistance en série. De plus, assurez-vous que la tension de sortie du microcontrôleur est suffisamment élevée pour surmonter la VF de la LED (2,7-3,1V). Un microcontrôleur 3,3V peut fonctionner à l'extrémité basse de la plage VF, mais une alimentation 5V est plus fiable. Ne connectez jamais la LED directement entre la broche et la masse sans résistance.

Q : Que signifient "Sans plomb" et "Sans halogène" pour mon application ?

A : "Sans plomb" signifie que les finitions soudables ne contiennent pas de plomb, conformément aux réglementations environnementales comme RoHS. "Sans halogène" (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) signifie que le matériau d'encapsulation plastique contient un minimum d'halogènes, ce qui réduit l'émission de fumées toxiques si le dispositif est exposé à une chaleur extrême ou au feu, améliorant ainsi son profil environnemental et de sécurité.

9. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un clavier rétroéclairé pour un dispositif médical.

La conception nécessite 12 voyants blancs derrière des touches en caoutchouc silicone. L'espace est extrêmement limité sur le PCB double face. La LED 17-21 est sélectionnée pour son empreinte minimale. Le concepteur choisit le bac d'intensité lumineuse R2 pour assurer une bonne visibilité dans un environnement bien éclairé. Toutes les LED sont spécifiées dans le même bac VF (par exemple, 30) pour favoriser une luminosité uniforme lorsqu'elles sont connectées en parallèle, chaque branche parallèle étant pilotée par une résistance limitant le courant (et non une seule résistance pour les 12). Le placement des pastilles sur le PCB suit le dessin de la fiche technique. L'atelier d'assemblage est chargé de suivre le profil de refusion spécifié et de garder les composants dans leur sac scellé jusqu'au moment du placement. Après assemblage, le large angle de vision de 150° assure un éclairage uniforme de chaque touche sans points chauds.

10. Principe de fonctionnement et tendances technologiques

10.1 Principe de fonctionnement de base

Il s'agit d'une LED blanche à conversion de phosphore. Le cœur est une puce semi-conductrice en Nitrure de Gallium-Indium (InGaN) qui émet de la lumière dans le spectre bleu ou proche ultraviolet lorsqu'elle est polarisée en direct (électroluminescence). Cette lumière primaire est ensuite absorbée par une couche de phosphore – un phosphore jaune dans ce cas, en suspension dans la résine encapsulante diffusante. Le phosphore ré-émet de la lumière à des longueurs d'onde plus longues (jaune). La combinaison de la lumière bleue non convertie de la puce et de la lumière jaune convertie du phosphore donne la perception d'une lumière "blanche". La teinte exacte (blanc froid, blanc pur, blanc chaud) est déterminée par la composition et la quantité de phosphore utilisée, qui est contrôlée lors de la fabrication pour atteindre les bacs de chromaticité spécifiés.

10.2 Tendances technologiques objectives

La tendance générale de la technologie LED CMS continue vers plusieurs objectifs clés :Augmentation de l'efficacité (lm/W) :Améliorer le flux lumineux par unité de puissance électrique consommée, réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique.Fiabilité et durée de vie accrues :Améliorer les matériaux et l'encapsulation pour résister à des températures plus élevées et plus d'heures de fonctionnement avec une dépréciation minimale du flux lumineux.Amélioration de la cohérence des couleurs et de l'indice de rendu des couleurs (IRC) :Des tolérances de tri plus serrées et le développement de phosphores offrant des valeurs d'Indice de Rendu des Couleurs (IRC) plus élevées pour une lumière blanche plus naturelle.Miniaturisation accrue :Le développement d'empreintes de boîtier encore plus petites tout en maintenant ou en augmentant le flux lumineux.Solutions intégrées :Le développement de LED avec régulateurs de courant intégrés, contrôleurs ou plusieurs puces dans un seul boîtier pour simplifier la conception des circuits. La LED 17-21 représente un point mature et rentable dans cette évolution continue, optimisé pour des performances fiables dans des applications à grand volume et à espace contraint.