Fiche technique LED SMD 0603 verte - Dimensions 1,6x0,8x0,6mm - Tension 3,2V - Puissance 76mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes pour une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (SMD) au format 0603. Le composant utilise un matériau semi-conducteur à base de nitrure de gallium-indium (InGaN) pour produire une lumière verte. Il est conçu pour les processus d'assemblage automatisés et est compatible avec les techniques standard de soudage par refusion infrarouge et en phase vapeur, ce qui le rend adapté à la fabrication électronique en grande série.

Les principaux avantages de ce composant incluent son encombrement réduit, sa conformité à la directive RoHS (Restriction des substances dangereuses) et sa conception fiable pour les systèmes de placement automatisés. Il est destiné à une large gamme d'applications électroniques grand public et industrielles nécessitant des voyants lumineux, un rétroéclairage ou des affichages d'état.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Ces valeurs ne sont pas destinées à un fonctionnement continu.

• Dissipation de puissance (Pd) :76 mW. C'est la puissance totale maximale que le boîtier de la LED peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (Ta) de 25°C.
• Courant direct de crête (I_F(PEAK)) :100 mA. C'est le courant maximal autorisé en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Le dépasser peut provoquer une défaillance catastrophique immédiate.
• Courant direct continu (I_F) :20 mA. C'est le courant maximal recommandé pour un fonctionnement continu en courant continu afin d'assurer une fiabilité à long terme et une intensité lumineuse stable.
• Déclassement du courant continu :Au-dessus de 50°C ambiant, le courant continu maximal autorisé diminue linéairement à un taux de 0,25 mA par degré Celsius. Ceci est crucial pour la gestion thermique dans des environnements confinés ou à haute température.
• Tension inverse (V_R) :5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut entraîner la rupture de la jonction PN de la LED.
• Température de fonctionnement et de stockage :Le composant est conçu pour fonctionner entre -20°C et +80°C et peut être stocké entre -30°C et +100°C.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard à une température ambiante de 25°C et un courant direct (I_F) de 20 mA, sauf indication contraire.

• Intensité lumineuse (I_V) :S'étend d'un minimum de 71,0 mcd à un maximum de 450,0 mcd, avec une valeur typique fournie. Cette large plage est gérée via un système de tri (détaillé plus loin). L'intensité est mesurée à l'aide d'un capteur filtré pour correspondre à la réponse photopique de l'œil humain (courbe CIE).
• Angle de vision (2\u03b8_1/2) :130 degrés. C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur mesurée sur l'axe. Un angle de 130 degrés indique un faisceau large et diffus, adapté aux applications de voyants.
• Longueur d'onde de crête (\u03bb_P) :530 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance spectrale de sortie est la plus élevée.
• Longueur d'onde dominante (\u03bb_d) :525 nm. Elle est dérivée du diagramme de chromaticité CIE et représente la longueur d'onde unique qui décrit le mieux la couleur perçue de la lumière. C'est le paramètre clé pour la cohérence de couleur.
• Largeur de bande spectrale (\u0394\u03bb) :35 nm. C'est la largeur du spectre émis à mi-puissance (Largeur à mi-hauteur - FWHM). Une bande passante plus étroite indique une couleur plus pure et saturée.
• Tension directe (V_F) :S'étend de 2,80 V (Min) à 3,60 V (Max), avec une valeur typique de 3,20 V à 20 mA. Cette variation est gérée par le tri en tension.
• Courant inverse (I_R) :Maximum de 10 \u00b5A lorsqu'une polarisation inverse de 5 V est appliquée. Une valeur significativement plus élevée en application peut indiquer un composant endommagé.

3. Explication du système de tri (binning)

Pour assurer la cohérence en production de masse, les LED sont triées en "bacs" (bins) en fonction de paramètres de performance clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences de tolérance spécifiques pour leur application.

3.1 Tri par tension directe

Les unités sont triées selon leur tension directe (V_F) mesurée à 20 mA. Les bacs (D7 à D10) ont une tolérance de \u00b10,1 V au sein de chaque bac.
Exemple : Le bac D8 contient des LED avec V_Fentre 3,00 V et 3,20 V.

3.2 Tri par intensité lumineuse

Les unités sont triées selon leur intensité lumineuse (I_V) mesurée à 20 mA. Les bacs (Q, R, S, T) ont une tolérance de \u00b115 % au sein de chaque bac.
Exemple : Le bac S contient des LED avec une intensité entre 180,0 mcd et 280,0 mcd.

3.3 Tri par longueur d'onde dominante

Les unités sont triées selon leur longueur d'onde dominante (\u03bb_d) mesurée à 20 mA. Les bacs (AP, AQ, AR) ont une tolérance de \u00b11 nm au sein de chaque bac.
Exemple : Le bac AQ contient des LED avec une longueur d'onde dominante entre 525,0 nm et 530,0 nm, produisant une teinte spécifique de vert.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que des courbes graphiques spécifiques soient référencées dans la fiche technique (Fig.1, Fig.6), leurs implications sont standard pour la technologie LED.

• Courbe IV :La relation entre le courant direct (I_F) et la tension directe (V_F) est exponentielle. Une faible augmentation de la tension au-delà de la tension de "coude" entraîne une augmentation importante, potentiellement dommageable, du courant. C'est pourquoi une commande en courant constant est essentielle.
• Intensité lumineuse vs. Courant :La sortie lumineuse est approximativement proportionnelle au courant direct dans la plage de fonctionnement. Cependant, l'efficacité peut chuter à des courants très élevés en raison de l'augmentation de la chaleur.
• Intensité lumineuse vs. Température :La sortie lumineuse d'une LED diminue lorsque la température de jonction augmente. C'est une considération critique pour les applications fonctionnant à haute température ambiante ou avec une mauvaise gestion thermique.
• Distribution spectrale :Le spectre de lumière émis est approximativement gaussien, centré autour de la longueur d'onde de crête. La longueur d'onde dominante définit le point de couleur perçu sur le diagramme CIE.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier

Le composant est conforme à l'empreinte standard EIA 0603, avec des dimensions d'environ 1,6 mm de longueur, 0,8 mm de largeur et 0,6 mm de hauteur (tolérance \u00b10,10 mm). La lentille est transparente. Des dessins mécaniques détaillés doivent être consultés pour la disposition précise des pastilles et la géométrie du composant.

5.2 Identification de la polarité

La polarité est généralement indiquée par un marquage sur le corps du composant ou par une caractéristique asymétrique du boîtier. La cathode est généralement marquée. La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage, car une polarisation inverse au-delà de 5 V peut endommager le composant.

5.3 Conditionnement en bande et bobine

Les composants sont fournis sur une bande porteuse gaufrée de 8 mm de large enroulée sur des bobines de 7 pouces (178 mm) de diamètre. La quantité standard par bobine est de 3000 pièces. Le conditionnement suit les normes ANSI/EIA 481-1-A, garantissant la compatibilité avec les équipements automatisés de prélèvement et de placement. La bande est recouverte d'un film protecteur pour protéger les composants de la contamination.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

La LED est compatible avec les processus de soudage sans plomb (Pb-free). Un profil de refusion infrarouge suggéré est fourni :
- Préchauffage :150°C à 200°C.
- Durée de préchauffage :Maximum 120 secondes pour permettre l'égalisation thermique et l'activation du flux.
- Température de crête :Maximum 260°C.
- Temps au-dessus du liquidus :Maximum 10 secondes à la température de crête. La refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise :
- Température du fer :Maximum 300°C.
- Durée de soudage :Maximum 3 secondes par borne.
- Le soudage manuel ne doit être effectué qu'une seule fois pour minimiser la contrainte thermique sur le boîtier plastique.

6.3 Nettoyage

Seuls les agents de nettoyage spécifiés doivent être utilisés. Les solvants recommandés sont l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique à température ambiante. La LED doit être immergée pendant moins d'une minute. Des produits chimiques non spécifiés peuvent endommager la lentille en époxy ou le boîtier.

6.4 Stockage et manipulation

- Stocker dans un environnement ne dépassant pas 30°C et 70 % d'humidité relative.
- Une fois retirés du sachet barrière d'humidité d'origine, les composants doivent être refondus dans la semaine.
- Pour un stockage plus long hors de l'emballage d'origine, utiliser un conteneur scellé avec dessiccant ou une atmosphère d'azote.
- Les composants stockés plus d'une semaine hors du sachet doivent être séchés à environ 60°C pendant au moins 24 heures avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée et éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Recommandations de conception d'application

7.1 Conception du circuit de commande

Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Pour garantir une luminosité uniforme, en particulier lors de la connexion de plusieurs LED en parallèle, il est fortement recommandé d'utiliser une résistance de limitation de courant en série pour chaque LED (Modèle de circuit A). La commande directe de plusieurs LED en parallèle à partir d'une source de tension (Modèle de circuit B) n'est pas recommandée, car de petites variations de la caractéristique de tension directe (V_F) entre les LED individuelles entraîneront des différences significatives dans la répartition du courant et, par conséquent, de la luminosité.

7.2 Protection contre les décharges électrostatiques (ESD)

La LED est sensible aux décharges électrostatiques. Les dommages ESD peuvent se manifester par un courant de fuite inverse élevé, une tension directe basse ou une absence totale d'émission lumineuse. Des précautions doivent être prises :
- Les opérateurs doivent porter des bracelets de mise à la terre ou des gants antistatiques.
- Tous les postes de travail, équipements et outils doivent être correctement mis à la terre.
- Utiliser des ioniseurs pour neutraliser la charge statique qui peut s'accumuler sur la lentille plastique pendant la manipulation.
- Suivre les procédures standard de manipulation ESD (ANSI/ESD S20.20).

7.3 Gestion thermique

Bien que la dissipation de puissance soit faible (76 mW max), une conception thermique appropriée prolonge la durée de vie et maintient une sortie lumineuse stable. Assurer une surface de cuivre de PCB adéquate pour le dissipateur thermique, en particulier lors d'un fonctionnement à haute température ambiante ou près du courant nominal maximal. Respecter la spécification de déclassement du courant au-dessus de 50°C.

8. Comparaison technique et considérations

Comparée aux technologies plus anciennes comme le GaP, cette LED verte à base d'InGaN offre un rendement plus élevé et une luminosité supérieure. Le boîtier 0603 offre un encombrement nettement plus petit que les anciens boîtiers LED comme 0805 ou 1206, permettant des conceptions de PCB à plus haute densité. Le large angle de vision de 130 degrés est idéal pour les voyants omnidirectionnels, tandis que des LED à angle plus étroit pourraient être préférées pour les applications à faisceau focalisé. Le système de tri complet permet un appariement plus précis de la couleur et de la luminosité dans les applications critiques par rapport aux composants non triés ou triés de manière large.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Puis-je commander cette LED directement depuis une sortie logique 5V ?
R : Non. Avec une V_Ftypique de 3,2 V, la connecter directement à 5V provoquerait un courant excessif et détruirait la LED. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série. Calculez la valeur de la résistance en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F.

Q : Pourquoi y a-t-il une si large plage d'intensité lumineuse (71-450 mcd) ?
R : C'est l'étendue complète de la production. Grâce au système de tri (Q, R, S, T), vous pouvez acheter des LED dans une plage d'intensité spécifique et plus étroite (par exemple, Bac S : 180-280 mcd) pour assurer la cohérence de votre produit.

Q : Cette LED est-elle adaptée à une utilisation en extérieur ?
R : La plage de température de fonctionnement est de -20°C à +80°C. Bien qu'elle puisse fonctionner dans de nombreuses conditions extérieures, une exposition prolongée à la lumière directe du soleil, à l'humidité et aux rayons UV peut dégrader la lentille en époxy avec le temps. Pour les environnements sévères, envisagez des LED avec revêtement de protection ou spécifiquement conçues pour une utilisation en extérieur.

Q : Que se passe-t-il si je dépasse la tension inverse nominale ?
R : Dépasser 5 V en polarisation inverse peut provoquer une rupture par avalanche de la jonction PN, entraînant un dommage immédiat et permanent, souvent un court-circuit.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un panneau de voyants d'état pour un routeur réseau.
Le panneau nécessite 10 LED vert vif identiques pour indiquer l'activité des liaisons et l'état de l'alimentation. Pour garantir que toutes les LED aient la même luminosité et la même couleur, le concepteur spécifie le BacSpour l'intensité (180-280 mcd) et le BacAQpour la longueur d'onde dominante (525-530 nm). Pour garantir un courant constant, chaque LED est commandée par une broche GPIO d'un microcontrôleur via une résistance série de 100 ohms (calculée pour une alimentation de 3,3 V et un courant cible d'environ 20 mA). Le layout du PCB inclut une petite pastille de décharge thermique connectée à un plan de masse pour la dissipation de chaleur. Pendant l'assemblage, l'usine utilise le profil de refusion IR recommandé et les opérateurs suivent les protocoles ESD. Le résultat est un panneau avec des voyants uniformes et fiables.

11. Principe de fonctionnement

Il s'agit d'un dispositif photonique à semi-conducteur. Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel interne de la jonction est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active (le puits quantique InGaN). Ces porteurs de charge se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur InGaN, qui est conçue pendant le processus de croissance épitaxiale pour produire de la lumière verte (~525-530 nm). La lentille en époxy sert à protéger la puce semi-conductrice, à façonner le faisceau lumineux de sortie et à améliorer l'extraction de la lumière de la puce.

12. Tendances technologiques

La technologie sous-jacente des LED vertes, l'InGaN, continue d'évoluer. Les tendances incluent :
- Augmentation de l'efficacité :La recherche en cours vise à réduire le "efficiency droop" (la baisse d'efficacité aux courants de commande élevés) et à améliorer l'efficacité quantique interne, conduisant à des LED plus lumineuses à puissance plus faible.
- Miniaturisation :Les tailles de boîtiers continuent de diminuer (par exemple, de 0603 à 0402 et plus petit) pour répondre aux demandes de l'électronique grand public ultra-compacte.
- Amélioration de la cohérence des couleurs :Les progrès dans la croissance épitaxiale et les algorithmes de tri permettent des tolérances de couleur plus serrées dès la production, réduisant le besoin de tri secondaire.
- Fiabilité accrue :Les améliorations des matériaux de conditionnement et des technologies de fixation des puces prolongent les durées de vie opérationnelles et augmentent la résistance aux contraintes thermiques et mécaniques.