Fiche technique LED CMS 19-213 - Vert Brillant - Angle de vision 120° - 2,7-3,2V - 25mA - Résine transparente - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le 19-213 est une LED à montage en surface (CMS) conçue pour les applications électroniques modernes et compactes. Elle utilise la technologie de puce InGaN (Nitrures de Gallium et d'Indium) pour produire une lumière verte brillante. L'avantage principal de ce composant est sa taille miniature, qui permet de réduire significativement l'empreinte sur la carte de circuit imprimé (PCB), d'augmenter la densité des composants et de contribuer à la miniaturisation globale des équipements finaux. Sa construction légère en fait un choix idéal pour les applications où l'espace et le poids sont des contraintes critiques.

La LED est emballée sur une bande de 8mm enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre, la rendant entièrement compatible avec les équipements automatisés de placement à grande vitesse. Cette compatibilité rationalise le processus de fabrication pour la production en volume.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les avantages principaux de la LED CMS 19-213 découlent de son facteur de forme CMS et de sa conformité matérielle. L'élimination des broches traditionnelles permet une connexion plus robuste au PCB et de meilleures performances dans les environnements à fortes vibrations. Le produit est classé sans plomb, conforme à la directive européenne RoHS (Restriction des substances dangereuses) et respecte les règlements REACH (Enregistrement, Évaluation, Autorisation et Restriction des produits chimiques). Il est également sans halogène, avec une teneur en Brome (Br) et Chlore (Cl) inférieure à 900 ppm chacun et leur total combiné inférieur à 1500 ppm, ce qui le rend adapté aux conceptions soucieuses de l'environnement.

Les applications cibles sont variées, axées sur les fonctions d'indicateur et de rétroéclairage. Les marchés clés incluent l'automobile intérieure (ex. : rétroéclairage du tableau de bord et des interrupteurs), les équipements de télécommunication (ex. : voyants sur téléphones et télécopieurs) et l'électronique grand public (ex. : rétroéclairage plat pour écrans LCD, interrupteurs et symboles). Sa nature polyvalente le rend également adapté à une large gamme d'autres applications d'indicateurs.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques définis dans la fiche technique. Comprendre ces limites et valeurs typiques est crucial pour une conception de circuit fiable.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement normal.

• Tension inverse (VR) : 5V- L'application d'une tension inverse dépassant 5V peut provoquer une rupture immédiate de la jonction. La fiche technique note explicitement que le composant n'est pas conçu pour fonctionner en inverse ; cette valeur concerne principalement la condition de test IR.
• Courant direct (IF) : 25mA- Le courant continu maximal qui peut traverser la LED. Dépasser cette valeur générera une chaleur excessive, entraînant une dépréciation accélérée du flux lumineux ou une défaillance catastrophique.
• Courant direct de crête (IFP) : 100mA : Spécifie deux profils : Soudage par refusion (pic à 260°C pendant 10 secondes max) et Soudage manuel (pointe du fer à 350°C pendant 3 secondes max par borne).
• Dissipation de puissance (Pd) : 95mW- La puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur, calculée comme VF * IF. Fonctionner près de cette limite nécessite une gestion thermique attentive du PCB.
• Décharge électrostatique (ESD) : 150V (HBM)- Cette valeur selon le modèle du corps humain indique un niveau de sensibilité ESD modéré. Des procédures de manipulation ESD appropriées lors de l'assemblage et de la manipulation sont obligatoires pour éviter des défaillances latentes ou immédiates.
• Température de fonctionnement (Topr) : -40°C à +85°C- La plage de température ambiante dans laquelle le fonctionnement du composant est garanti selon ses spécifications publiées.
• Température de stockage (Tstg) : -40°C à +90°C- La plage de température pour le stockage hors fonctionnement.
• Température de soudage (Tsol): Specifies two profiles: Reflow soldering (peak of 260°C for up to 10 seconds) and Hand soldering (iron tip at 350°C for up to 3 seconds per terminal).

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard de Ta=25°C et IF=5mA, sauf indication contraire. Ils définissent la performance optique de la LED.

• Intensité lumineuse (Iv) : 45 - 112 mcd (Min - Max)- La luminosité perçue de la LED mesurée en millicandelas. La large plage indique qu'un système de classement est utilisé (détaillé dans la section 3). La valeur typique n'est pas indiquée, se situant quelque part dans cette plage.
• Angle de vision (2θ1/2) : 120° (Typique)- L'étendue angulaire à laquelle l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête. C'est un angle de vision très large, idéal pour les applications nécessitant une visibilité depuis des positions hors axe.
• Longueur d'onde de crête (λp) : 518 nm (Typique)- La longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance de la lumière émise est à son maximum.
• Longueur d'onde dominante (λd) : 520 - 535 nm- La longueur d'onde unique d'une lumière monochromatique qui évoquerait la même couleur perçue que la sortie de la LED. C'est le paramètre clé pour la spécification de la couleur et est également classé.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) : 35 nm (Typique)- La largeur du spectre émis, mesurée à la moitié de la puissance maximale (Largeur à mi-hauteur - FWHM). Une valeur de 35nm est caractéristique des LED vertes InGaN.
• Tension directe (VF) : 2,70 - 3,20 V- La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle est pilotée au courant de test de 5mA. Cette plage est également soumise au classement. La tolérance pour ce paramètre est de ±0,05V par rapport à la valeur classée.
• Courant inverse (IR) : 50 μA (Max)- Le courant de fuite maximal lorsque la tension inverse spécifiée (5V) est appliquée.

3. Explication du système de classement

Pour assurer la cohérence de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en classes de performance. Le 19-213 utilise trois paramètres de classement indépendants.

3.1 Classement de l'intensité lumineuse

Les LED sont triées en quatre classes (P1, P2, Q1, Q2) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à IF=5mA. Les classes ont les plages suivantes : P1 (45,0-57,0 mcd), P2 (57,0-72,0 mcd), Q1 (72,0-90,0 mcd) et Q2 (90,0-112,0 mcd). Une tolérance de ±11% s'applique à la valeur classée. Les concepteurs doivent sélectionner la classe appropriée pour atteindre le niveau de luminosité requis pour leur application.

3.2 Classement de la longueur d'onde dominante

La cohérence de couleur est gérée en classant la longueur d'onde dominante en trois groupes : X (520-525 nm), Y (525-530 nm) et Z (530-535 nm). Une tolérance de ±1nm s'applique. Cela garantit que toutes les LED d'un lot donné produisent une teinte de vert très similaire.

3.3 Classement de la tension directe

La tension directe est classée en cinq groupes avec des pas de 0,1V : 29 (2,70-2,80V), 30 (2,80-2,90V), 31 (2,90-3,00V), 32 (3,00-3,10V) et 33 (3,10-3,20V). La tolérance est de ±0,05V. Connaître la classe VF peut aider à concevoir des circuits de limitation de courant plus précis, en particulier lors du pilotage de plusieurs LED en série.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes caractéristiques typiques essentielles pour comprendre le comportement de la LED dans des conditions non standard.

4.1 Intensité lumineuse relative vs. Température ambiante

Cette courbe montre comment la sortie lumineuse diminue lorsque la température ambiante (Ta) augmente. Comme toutes les LED, le 19-213 subit une dépréciation du flux lumineux avec l'augmentation de la température. Les concepteurs doivent en tenir compte dans les applications où la LED ou son environnement peut chauffer, pour garantir une luminosité suffisante à la température de fonctionnement maximale.

4.2 Intensité lumineuse relative vs. Courant direct

Ce graphique illustre la relation non linéaire entre le courant de pilotage et la sortie lumineuse. Bien qu'augmenter le courant accroisse la luminosité, l'efficacité (lumens par watt) diminue généralement à des courants plus élevés en raison d'une génération de chaleur accrue. Il montre également que la sortie lumineuse sature lorsque le courant approche la valeur maximale.

4.3 Tension directe vs. Courant direct (Courbe IV)

La courbe IV est fondamentale pour la conception de circuits. Elle montre la relation exponentielle entre la tension et le courant dans une diode. Le "coude" de la courbe, autour de la tension directe typique, est l'endroit où la LED commence à émettre de la lumière de manière significative. Cette courbe est cruciale pour sélectionner la méthode de limitation de courant appropriée (ex. : valeur de résistance ou réglages d'un pilote à courant constant).

4.4 Diagramme de rayonnement

Un diagramme polaire représente la distribution spatiale de l'intensité lumineuse. L'angle de vision de 120° du 19-213 résulte en un motif d'émission large, de type lambertien. Cela confirme son adéquation pour l'éclairage de grande surface et les indicateurs qui doivent être vus sous différents angles.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions du boîtier

La fiche technique fournit un dessin 2D détaillé du boîtier de la LED avec les dimensions critiques. Les mesures clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur totales, la taille et la position des pastilles de soudure, et l'emplacement de l'identifiant de cathode (généralement une encoche ou une marque verte sur un coin). Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,1mm. Ce dessin est essentiel pour créer le motif de pastilles (empreinte) sur le PCB dans un logiciel de CAO.

5.2 Identification de la polarité

La polarité correcte est vitale pour le fonctionnement. Le boîtier inclut un marqueur visuel pour identifier la borne cathode (-). Les concepteurs et techniciens d'assemblage doivent se référer au dessin de dimensionnement pour orienter correctement le composant sur le PCB.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

Le respect de ces recommandations est critique pour obtenir des soudures fiables sans endommager la LED.

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de température de refusion sans plomb recommandé est fourni. Les paramètres clés incluent : une zone de préchauffage entre 150-200°C pendant 60-120 secondes, un temps au-dessus du liquidus (217°C) de 60-150 secondes, une température de pic ne dépassant pas 260°C, et un temps maximal au pic de 10 secondes. La vitesse de montée maximale est de 6°C/sec, et la vitesse de refroidissement maximale est de 3°C/sec. Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois.

6.2 Précautions pour le soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise. La température de la pointe du fer à souder doit être inférieure à 350°C, et le temps de contact avec chaque borne ne doit pas dépasser 3 secondes. Un fer à faible puissance (≤25W) est recommandé. Un intervalle minimum de 2 secondes doit être laissé entre le soudage de chaque borne pour permettre la dissipation de la chaleur.

6.3 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont emballées dans un sac barrière résistant à l'humidité avec un dessicant. Le sac ne doit pas être ouvert avant que les composants soient prêts à l'emploi. Après ouverture, les LED non utilisées doivent être stockées à ≤30°C et ≤60% d'humidité relative et utilisées dans les 168 heures (7 jours). Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessicant indique une absorption d'humidité, un traitement de préchauffage à 60±5°C pendant 24 heures est requis avant utilisation pour éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Informations d'emballage et de commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les composants sont fournis dans une bande porteuse embossée dont les dimensions sont spécifiées dans la fiche technique. La bande est enroulée sur une bobine standard de 7 pouces (178mm) de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces. Les dimensions de la bobine (diamètre du moyeu, diamètre de la bride, largeur) sont fournies pour la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatisés.

7.2 Explication de l'étiquette

L'étiquette de la bobine contient plusieurs codes clés : P/N (Numéro de produit), QTY (Quantité emballée), CAT (Classe d'intensité lumineuse), HUE (Classe de chromaticité/longueur d'onde dominante), REF (Classe de tension directe) et LOT No (Numéro de lot traçable). Comprendre cet étiquetage est important pour le contrôle des stocks et pour garantir l'utilisation de la classe de performance correcte en production.

8. Considérations de conception pour l'application

8.1 La limitation de courant est obligatoire

La fiche technique souligne qu'une résistance de limitation de courant externe (ou un pilote à courant constant)doitêtre utilisée. Les LED présentent une augmentation exponentielle rapide du courant avec une petite augmentation de tension au-delà de leur tension directe. Sans limitation de courant, même une fluctuation mineure de la tension d'alimentation peut faire dépasser le courant la valeur maximale, entraînant une défaillance immédiate.

8.2 Gestion thermique

Bien que le boîtier lui-même dissipe la chaleur, le chemin principal d'évacuation de la chaleur passe par les pastilles de soudure vers le cuivre du PCB. Pour les applications fonctionnant à des températures ambiantes élevées ou près du courant maximal, envisagez d'utiliser un PCB avec un dégagement thermique adéquat, des pistes de cuivre plus larges, voire une pastille thermique dédiée connectée à un plan de masse pour aider à dissiper la chaleur.

8.3 Protection contre les décharges électrostatiques (ESD)

Compte tenu de la valeur ESD HBM de 150V, l'intégration d'une protection ESD basique sur les lignes connectées à la LED (ex. : utilisation d'une diode de suppression de tension transitoire ou d'une résistance série) peut être conseillée dans les environnements sujets aux décharges statiques, surtout si la LED est accessible à l'utilisateur.

9. Comparaison et différenciation technique

Le 19-213 se différencie principalement par la combinaison de son angle de vision très large de 120° et de sa résine transparente. De nombreuses LED d'indicateur utilisent une résine diffusante pour élargir l'angle de vision, mais cela réduit l'intensité de crête sur l'axe. Le 19-213 atteint un angle large avec une résine claire, ce qui peut fournir une luminosité perçue plus élevée directement sur l'axe tout en maintenant une bonne visibilité hors axe. Sa conformité totale aux réglementations environnementales modernes (RoHS, REACH, sans halogène) est également une exigence standard mais essentielle pour la plupart des nouvelles conceptions.

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

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

La valeur de la résistance (R) dépend du courant direct souhaité (IF) et de la tension directe (VF) de la classe spécifique de la LED. Utilisez la loi d'Ohm : R = (V_alimentation - VF) / IF. Par exemple, avec une alimentation de 5V, un VF de 3,0V (Classe 31) et un IF cible de 20mA : R = (5 - 3,0) / 0,020 = 100 Ohms. Calculez toujours la dissipation de puissance dans la résistance : P_résistance = (V_alimentation - VF) * IF. Dans ce cas, P = 2V * 0,02A = 0,04W, donc une résistance standard de 1/8W (0,125W) est suffisante.

10.2 Puis-je piloter cette LED avec un signal PWM pour l'atténuation ?

Oui, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) est une excellente méthode pour atténuer les LED. Elle fonctionne en allumant et éteignant rapidement la LED. La luminosité perçue est proportionnelle au rapport cyclique (le pourcentage de temps où la LED est allumée). L'atténuation PWM maintient la cohérence de couleur de la LED, contrairement à l'atténuation analogique (réduction du courant) qui peut provoquer un décalage de couleur. Assurez-vous que la fréquence PWM est suffisamment élevée (typiquement >100Hz) pour éviter un scintillement visible.

10.3 Pourquoi le processus de stockage et de préchauffage est-il si important ?

Les boîtiers CMS peuvent absorber l'humidité de l'atmosphère. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se vaporiser rapidement, créant une pression de vapeur à l'intérieur du boîtier. Cela peut entraîner un délaminage interne, une fissuration de la résine ou une défaillance des fils de liaison - un phénomène connu sous le nom d'effet "pop-corn". L'emballage sensible à l'humidité et les procédures de préchauffage sont conçus pour prévenir ce mode de défaillance.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

11.1 Réseau de plusieurs LED pour rétroéclairage de panneau

Pour le rétroéclairage d'un petit écran LCD ou d'un panneau d'interrupteurs, plusieurs LED 19-213 peuvent être disposées en réseau. En raison du classement de la tension directe, il est généralement plus fiable de connecter les LED en parallèle, chacune avec sa propre résistance de limitation de courant, plutôt qu'en série. Cette configuration garantit que les variations de VF entre les LED individuelles ne provoquent pas une distribution de courant et une luminosité inégales. Un circuit intégré pilote à courant constant conçu pour plusieurs canaux de LED en parallèle fournirait la solution la plus uniforme et efficace pour les réseaux plus grands.

11.2 Indicateur d'état avec microcontrôleur

Lorsqu'elle est pilotée directement depuis une broche GPIO d'un microcontrôleur, la capacité de source/puits de courant de la broche doit être vérifiée. De nombreuses broches de MCU ont une limite de 20-25mA, ce qui correspond bien au maximum de cette LED. Le circuit serait constitué de la LED et d'une résistance série connectée entre la broche du MCU et la masse (pour une configuration en puits de courant) ou VCC (pour une configuration en source de courant). La valeur de la résistance est calculée en utilisant la tension de sortie du MCU (ex. : 3,3V) et le VF de la LED.

12. Introduction au principe de fonctionnement

La LED 19-213 est basée sur une structure de diode semi-conductrice fabriquée à partir de Nitrures de Gallium et d'Indium (InGaN). Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel de jonction de la diode (environ 2,7-3,2V) est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active du semi-conducteur. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage InGaN détermine l'énergie de la bande interdite du semi-conducteur, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. Dans ce cas, l'alliage est ajusté pour produire des photons dans le spectre vert (520-535 nm). La résine époxy transparente encapsule la puce semi-conductrice, fournit une stabilité mécanique et agit comme une lentille pour façonner la lumière émise en l'angle de vision de 120°.

13. Tendances technologiques et contexte

Le 19-213 représente une technologie mature et largement adoptée sur le marché des LED CMS. La tendance dans ce secteur continue vers plusieurs développements clés. Premièrement, il y a une constante recherche d'une efficacité lumineuse accrue (plus de lumière par watt d'entrée électrique), ce qui améliore l'efficacité énergétique. Deuxièmement, la recherche d'une pureté et d'une saturation de couleur plus élevées, en particulier dans le spectre vert, reste active. Troisièmement, la miniaturisation des boîtiers se poursuit, avec des facteurs de forme encore plus petits que le 19-213 devenant courants pour les appareils ultra-compacts. Enfin, l'intégration est une tendance croissante, avec des LED multicolores (RGB) ou des LED avec circuits de contrôle intégrés (comme les LED adressables I2C) combinant plusieurs fonctions dans un seul boîtier, simplifiant la conception et l'assemblage. Le 19-213, avec son accent sur la fiabilité, la large disponibilité et la conformité, sert de brique de base fondamentale dans un vaste écosystème d'applications d'indicateurs et d'éclairage.