Fiche technique LED CMS 15-21/S2C-AQ2R2B/2T - Orange Brillant - 20mA - 60mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le modèle 15-21/S2C-AQ2R2B/2T est une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (CMS) qui utilise la technologie des semi-conducteurs AlGaInP (Phosphure d'Aluminium, de Gallium et d'Indium) pour émettre une couleur orange brillant. Ce composant est conçu pour les applications à cartes de circuits imprimés (PCB) à haute densité où l'espace et le poids sont des contraintes critiques. Son facteur de forme compact permet des réductions significatives de la taille de la carte et des dimensions de l'équipement par rapport aux LED traditionnelles à broches.

La LED est conditionnée sur une bande de 8 mm enroulée sur une bobine de 7 pouces de diamètre, ce qui la rend entièrement compatible avec les équipements automatisés de placement de composants. Il s'agit d'un type monochrome, conforme aux réglementations sans plomb, RoHS, REACH de l'UE et sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Le dispositif convient aux processus de soudage par refusion infrarouge et en phase vapeur.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct continu (IF) :25 mA. Le courant continu maximal pour un fonctionnement fiable.
• Courant direct de crête (IFP) :60 mA. Ceci n'est permis que dans des conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 à 1 kHz. Il ne doit pas être utilisé pour un fonctionnement continu.
• Puissance dissipée (Pd) :60 mW. La puissance maximale que le boîtier peut dissiper à une température ambiante (Ta) de 25°C. Cette valeur diminue avec l'augmentation de la température.
• Décharge électrostatique (ESD) Modèle du corps humain (HBM) :2000 V. Ceci indique la sensibilité du dispositif à l'électricité statique. Des procédures de manipulation ESD appropriées sont obligatoires.
• Température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est spécifié pour fonctionner.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +90°C.
• Température de soudage :Le dispositif peut supporter un soudage par refusion avec une température de crête de 260°C pendant jusqu'à 10 secondes, ou un soudage manuel à 350°C pendant jusqu'à 3 secondes par borne.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

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

• Intensité lumineuse (Iv) :S'étend de 90,0 mcd (minimum) à 180,0 mcd (maximum), avec une tolérance typique de ±11%. C'est la luminosité perçue de la source lumineuse.
• Angle de vision (2θ1/2) :Typiquement 130 degrés. C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité à 0 degré (sur l'axe).
• Longueur d'onde de crête (λp) :Typiquement 611 nm. La longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λd) :S'étend de 600,5 nm à 612,5 nm. C'est la longueur d'onde unique qui correspond le mieux à la couleur perçue de la LED, avec une tolérance de ±1 nm.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :Typiquement 17 nm. La largeur du spectre à la moitié de l'intensité maximale (FWHM).
• Tension directe (VF) :S'étend de 1,75 V (minimum) à 2,35 V (maximum) à 20 mA, avec une tolérance de ±0,1V.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA lorsqu'une tension inverse (VR) de 5V est appliquée. Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse.

3. Explication du système de tri

Pour assurer la cohérence de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en lots (bins) en fonction de paramètres clés. La référence 15-21/S2C-AQ2R2B/2T contient des codes de tri (A, Q2, R2, B).

3.1 Tri par intensité lumineuse

Les LED sont catégorisées par leur intensité lumineuse mesurée à IF=20mA.

• Lot Q2 :90,0 mcd à 112,0 mcd
• Lot R1 :112,0 mcd à 140,0 mcd
• Lot R2 :140,0 mcd à 180,0 mcd

Le "R2" dans la référence indique que ce dispositif appartient au lot de luminosité la plus élevée pour cette série.

3.2 Tri par longueur d'onde dominante

Les LED sont triées par leur longueur d'onde dominante pour contrôler la teinte de couleur.

• Lot D8 :600,5 nm à 603,5 nm
• Lot D9 :603,5 nm à 606,5 nm
• Lot D10 :606,5 nm à 609,5 nm
• Lot D11 :609,5 nm à 612,5 nm

Le "A" dans la référence correspond probablement à l'un de ces lots de longueur d'onde (par exemple, D10 ou D11 pour un orange typique).

3.3 Tri par tension directe

Le tri par tension directe aide à concevoir des circuits d'alimentation en courant cohérents.

• Lot 0 :1,75 V à 1,95 V
• Lot 1 :1,95 V à 2,15 V
• Lot 2 :2,15 V à 2,35 V

Le "B" dans la référence indique le lot de tension directe.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques cruciales pour comprendre le comportement de la LED dans différentes conditions de fonctionnement.

4.1 Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct

Cette courbe montre que la production de lumière n'est pas proportionnelle au courant. Elle augmente de manière sous-linéaire à des courants plus élevés en raison de la baisse d'efficacité et des effets thermiques. Fonctionner nettement au-dessus des 20mA recommandés peut donner des rendements décroissants en luminosité et réduire la durée de vie.

4.2 Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante

L'intensité lumineuse diminue lorsque la température ambiante augmente. C'est une caractéristique des LED à semi-conducteurs. La courbe permet aux concepteurs d'estimer la perte de luminosité dans des environnements à température élevée, ce qui est critique pour des applications comme les tableaux de bord automobiles.

4.3 Courbe de déclassement du courant direct

Ce graphique définit le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal doit être réduit pour rester dans les limites de dissipation de puissance du dispositif et éviter l'emballement thermique.

4.4 Tension directe en fonction du courant direct

Cette courbe IV (Courant-Tension) montre la relation exponentielle typique d'une diode. La tension augmente de manière logarithmique avec le courant. La courbe est essentielle pour concevoir la résistance de limitation de courant ou le pilote à courant constant.

4.5 Diagramme de rayonnement et distribution spectrale

Le diagramme de rayonnement (graphique polaire) représente visuellement l'angle de vision de 130 degrés. Le graphique de distribution spectrale confirme la nature monochromatique de la LED AlGaInP, montrant un pic unique autour de 611 nm avec une FWHM typique de 17 nm.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED CMS 15-21 a un boîtier rectangulaire compact. Les dimensions clés (en mm, tolérance ±0,1mm sauf indication) incluent la longueur, la largeur et la hauteur totales. La fiche technique fournit un dessin détaillé montrant le placement de la puce, la forme de la lentille et le cadre de connexion. Une marque de cathode est clairement indiquée sur le boîtier pour une orientation de polarité correcte lors de l'assemblage.

5.2 Identification de la polarité

La polarité correcte est essentielle. Appliquer une tension inverse dépassant 5V peut endommager instantanément la LED. Le boîtier comporte un identifiant de cathode distinct (généralement un point vert, une encoche ou un coin chanfreiné) comme indiqué sur le dessin de dimension. Les concepteurs doivent s'assurer que l'empreinte PCB correspond à cette orientation.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion sans plomb est spécifié :

• Préchauffage :150–200°C pendant 60–120 secondes.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :Au-dessus de 217°C pendant 60–150 secondes.
• Température de crête :Maximum de 260°C, maintenue pendant un maximum de 10 secondes.
• Taux de montée en température :Maximum 6°C/sec.
• Temps au-dessus de 255°C :Maximum 30 secondes.
• Taux de refroidissement :Maximum 3°C/sec.

Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois sur le même dispositif.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise :

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

Le soudage manuel présente un risque élevé de dommage thermique.

6.3 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont conditionnées dans un sac barrière résistant à l'humidité avec un dessiccant.

• N'ouvrez pas le sac avant d'être prêt à l'utilisation.
• Après ouverture, les LED non utilisées doivent être stockées à ≤30°C et ≤60% d'Humidité Relative.
• La "durée de vie hors sac" après ouverture est de 168 heures (7 jours).
• 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 la refusion pour éviter les dommages de type "pop-corn" pendant le soudage.

6.4 Précautions critiques

• Limitation de courant :Une résistance de limitation de courant externe est OBLIGATOIRE. La caractéristique exponentielle V-I de la LED signifie qu'un petit changement de tension provoque un grand changement de courant, entraînant une destruction immédiate sans résistance.
• Contrainte mécanique :Évitez d'appliquer une contrainte sur le corps de la LED pendant le soudage ou dans l'application finale. Ne déformez pas le PCB après l'assemblage.
• Réparation :La réparation après soudage est fortement déconseillée. Si absolument nécessaire, utilisez un fer à souder à deux têtes pour chauffer simultanément les deux bornes et soulever le composant uniformément pour éviter d'endommager les pastilles. Vérifiez la fonctionnalité de la LED après toute tentative de réparation.

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécifications de la bobine et de la bande

Le dispositif est fourni sur bande porteuse emboutie sur une bobine de 7 pouces (178mm) de diamètre.

• Largeur de la bande porteuse :8 mm.
• Pas des alvéoles :Conformément au dessin de dimension détaillé.
• Quantité par bobine :2000 pièces.

Des dessins détaillés pour la bobine, la bande porteuse et les dimensions de la bande de couverture sont fournis avec des tolérances de ±0,1mm sauf indication.

7.2 Explication de l'étiquette

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

• CPN :Numéro de produit du client.
• P/N :Numéro de produit du fabricant (ex. : 15-21/S2C-AQ2R2B/2T).
• QTY :Quantité conditionnée.
• CAT :Classe d'intensité lumineuse (ex. : R2).
• HUE :Classe de chromaticité/longueur d'onde dominante (ex. : A).
• REF :Classe de tension directe (ex. : B).
• LOT No :Numéro de lot de fabrication pour la traçabilité.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Intérieur automobile :Rétroéclairage pour les instruments de tableau de bord, les interrupteurs et les panneaux de contrôle.
• Équipements de télécommunications :Indicateurs d'état et rétroéclairage de clavier dans les téléphones et télécopieurs.
• Électronique grand public :Rétroéclairage plat pour petits écrans LCD, éclairage d'interrupteurs et indicateurs symboliques.
• Utilisation générale comme indicateur :Toute application nécessitant un indicateur d'état orange, compact et lumineux.

8.2 Considérations de conception

• Circuit d'alimentation :Utilisez toujours une résistance en série ou un pilote à courant constant. Calculez la valeur de la résistance en utilisant R = (Valim - VF) / IF, où VF doit être choisie dans la valeur maximale du lot (2,35V) pour une conception robuste.
• Gestion thermique :Bien que le boîtier soit petit, assurez une surface de cuivre PCB adéquate ou des vias thermiques si vous fonctionnez près du courant maximal ou à des températures ambiantes élevées, car la chaleur réduit la production de lumière et la durée de vie.
• Conception optique :L'angle de vision de 130 degrés fournit un faisceau large. Pour une lumière plus focalisée, des lentilles externes ou des guides de lumière peuvent être nécessaires.
• Protection ESD :Mettez en œuvre une protection ESD sur les lignes d'entrée si la LED est dans un endroit accessible à l'utilisateur, même si le dispositif a une résistance HBM de 2kV.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux anciennes LED traversantes ou aux boîtiers CMS plus grands, le 15-21 offre des avantages distincts :

• Taille & Poids :Son empreinte miniature permet une densité de placement plus élevée et des produits finaux plus légers, cruciaux pour les appareils portables et miniaturisés.
• Compatibilité avec l'automatisation :Le conditionnement en bande et bobine est optimisé pour l'assemblage automatisé à grande vitesse, réduisant les coûts de fabrication.
• Performance :L'utilisation du matériau AlGaInP fournit une efficacité lumineuse élevée dans la gamme spectrale orange/rouge par rapport aux technologies plus anciennes.
• Conformité :La conformité complète avec les réglementations environnementales modernes (RoHS, Sans Halogène, REACH) est intégrée, simplifiant le processus de conformité pour les produits finaux.

Une considération potentielle est la performance thermique ; la très petite taille peut limiter la dissipation thermique par rapport aux boîtiers plus grands avec plus de masse thermique.

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

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

En utilisant la tension directe maximale (2,35V) du Lot 2 et le courant recommandé (20mA) : R = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5 Ohms. La valeur standard la plus proche de 130 Ohms ou 150 Ohms serait appropriée. Vérifiez toujours le courant réel dans le circuit.

10.2 Puis-je alimenter cette LED à 30mA pour plus de luminosité ?

Non. La Valeur Maximale Absolue pour le courant direct continu (IF) est de 25 mA. Fonctionner à 30 mA dépasse cette valeur, ce qui réduira considérablement la fiabilité et la durée de vie, et peut provoquer une défaillance immédiate. Utilisez le courant de crête (60mA pulsé) uniquement pour des rapports cycliques très courts si nécessaire.

10.3 Pourquoi la luminosité baisse-t-elle lorsque la carte chauffe ?

C'est une caractéristique fondamentale des semi-conducteurs LED, comme le montre la courbe "Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante". L'augmentation de la température augmente la recombinaison non radiative au sein du semi-conducteur, réduisant l'efficacité. Une conception thermique appropriée atténue cet effet.

10.4 Le sac a été ouvert il y a un mois. Puis-je encore utiliser les LED ?

Pas sans précaution. Le niveau de sensibilité à l'humidité nécessite une utilisation dans les 168 heures (7 jours) suivant l'ouverture du sac. Si ce délai est dépassé, vous devez sécher les LED à 60°C pendant 24 heures avant de les soumettre au soudage par refusion pour éliminer l'humidité absorbée et éviter le délaminage interne pendant le processus de soudage à haute température.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un panneau d'indicateurs d'état
Un concepteur crée un panneau de contrôle avec 20 indicateurs d'état orange. Il choisit le 15-21/S2C-AQ2R2B/2T pour sa luminosité (lot R2) et sa taille compacte.

1. Conception du circuit :Une ligne commune de 5V est utilisée. En utilisant une VF conservatrice de 2,35V, une résistance de limitation de courant de 150 ohms est sélectionnée pour chaque LED, résultant en un courant d'environ 17,7mA, bien en dessous du maximum de 25mA.
2. Implantation PCB :L'empreinte compacte permet aux 20 LED de tenir sur une seule rangée. La marque de cathode sur l'empreinte est clairement alignée avec le dessin du boîtier pour éviter les erreurs d'assemblage.
3. Fabrication :Le conditionnement en bande et bobine permet à l'assembleur PCB d'utiliser des machines de placement automatisées, assurant une population rapide, précise et fiable des 20 composants.
4. Résultat :Le panneau a des indicateurs orange brillants uniformes, avec une couleur cohérente (grâce au tri par longueur d'onde) et une luminosité cohérente (grâce au tri par intensité), fabriqués de manière efficace et fiable.

12. Introduction au principe

La LED 15-21 est basée sur le matériau semi-conducteur AlGaInP (Phosphure d'Aluminium, 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 AlGaInP détermine l'énergie de la bande interdite, qui définit directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, l'orange brillant (~611 nm). La lentille en résine époxy encapsule la puce semi-conductrice, fournit une protection mécanique et façonne le motif de sortie lumineuse pour obtenir l'angle de vision spécifié de 130 degrés.

13. Tendances de développement

L'évolution des LED CMS comme le 15-21 suit plusieurs tendances clés de l'industrie :

• Miniaturisation :Réduction continue de la taille des boîtiers (par exemple, des tailles métriques 0603 à 0402 puis 0201) pour permettre des appareils électroniques toujours plus petits.
• Efficacité accrue :Améliorations continues dans la croissance épitaxiale et la conception des puces produisent une efficacité lumineuse plus élevée (plus de lumière par watt électrique), réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique.
• Fiabilité améliorée :Les améliorations dans les matériaux de boîtier et les technologies de fixation des puces conduisent à des durées de vie opérationnelles plus longues et à de meilleures performances dans des conditions difficiles (haute température, humidité).
• Tri avancé :Des tolérances de tri plus serrées pour la couleur (longueur d'onde) et le flux lumineux deviennent standard, poussées par des applications nécessitant une grande cohérence de couleur, comme les affichages couleur complets et les grappes d'éclairage automobile.
• Intégration :Une tendance vers l'intégration de plusieurs puces LED (RGB, ou blanc + couleur) dans un seul boîtier, ou l'incorporation de circuits intégrés de contrôle pour des modules "LED intelligentes".

Bien que le 15-21 représente une technologie mature et fiable, les nouveaux boîtiers peuvent offrir des empreintes plus petites ou une efficacité plus élevée, mais les principes fondamentaux de fonctionnement et les directives d'application clés restent largement cohérents.