Fiche technique LED SMD LTST-S110KGKT - AlInGaP Vert - 25mA - 62.5mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTST-S110KGKT est une lampe LED à montage en surface (SMD) conçue pour l'assemblage automatisé de cartes de circuits imprimés (PCB). Il fait partie d'une famille de LED miniatures destinées aux applications à espace restreint dans un large éventail d'équipements électroniques.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Cette LED offre plusieurs avantages clés pour la fabrication électronique moderne. Ses principales caractéristiques incluent la conformité aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), la rendant adaptée aux marchés mondiaux avec des réglementations environnementales strictes. Le composant utilise une puce semi-conductrice AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) ultra-lumineuse, réputée pour son haut rendement et sa bonne pureté de couleur dans le spectre vert. Le boîtier est fini par un placage à l'étain, améliorant la soudabilité et la fiabilité à long terme. Il est entièrement compatible avec les équipements automatisés de pick-and-place et les processus de soudage par refusion infrarouge (IR), standards dans la production de grande série. La LED est fournie sur bande de 8mm standard, enroulée sur des bobines de 7 pouces, facilitant la manutention et l'assemblage.

Les applications cibles sont variées, se concentrant sur les domaines où la compacité, la fiabilité et une indication visuelle claire sont critiques. Celles-ci incluent les équipements de télécommunications (ex. : téléphones portables), les appareils de bureautique (ex. : ordinateurs portables), les systèmes réseau, divers appareils électroménagers et l'éclairage de signalisation ou de symboles intérieurs. Les utilisations spécifiques au sein de ces dispositifs englobent le rétroéclairage de clavier, les indicateurs d'état, les micro-affichages et les luminaires de signalisation généraux.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Une compréhension approfondie des spécifications électriques, optiques et thermiques est essentielle pour une conception de circuit appropriée et un fonctionnement fiable.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Elles sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C. Le courant continu direct maximal (IF) est de 25 mA. En conditions pulsées avec un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms, le composant peut supporter un courant direct de crête de 60 mA. La tension inverse maximale admissible (VR) est de 5 V. La dissipation de puissance totale ne doit pas dépasser 62,5 mW. La plage de température de fonctionnement est de -30°C à +85°C, et la plage de température de stockage est légèrement plus large, de -40°C à +85°C. De manière cruciale, la LED peut résister au soudage par refusion infrarouge avec une température de pic de 260°C pendant un maximum de 10 secondes, ce qui correspond aux profils d'assemblage sans plomb courants.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés à Ta=25°C dans des conditions de test standard. L'intensité lumineuse (Iv), une mesure de la luminosité perçue, varie d'un minimum de 18,0 millicandelas (mcd) à un maximum de 71,0 mcd lorsqu'elle est alimentée par le courant de test standard de 20 mA. L'angle de vision, défini comme 2θ1/2 (deux fois le demi-angle), est de 130 degrés. Ce large angle de vision rend la LED adaptée aux applications où la visibilité depuis des positions hors axe est importante.

Les caractéristiques spectrales sont définies par plusieurs longueurs d'onde. La longueur d'onde d'émission de pic (λP) est typiquement de 574 nm. La longueur d'onde dominante (λd), qui définit la couleur perçue, a une plage spécifiée de 567,5 nm à 576,5 nm à 20 mA. La demi-largeur de raie spectrale (Δλ) est typiquement de 15 nm, indiquant la pureté spectrale de la lumière verte émise.

Électriquement, la tension directe (VF) à 20 mA varie d'un minimum de 1,9 V à un maximum de 2,4 V. Le courant inverse (IR) est spécifié à un maximum de 10 μA lorsqu'une tension inverse de 5 V est appliquée.

3. Explication du système de classement par bacs

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

3.1 Classe de tension directe (VF)

Les LED sont classées selon leur chute de tension directe à 20 mA. Les codes de bac, les tensions minimales et maximales sont les suivants : Code 4 (1,9V - 2,0V), Code 5 (2,0V - 2,1V), Code 6 (2,1V - 2,2V), Code 7 (2,2V - 2,3V) et Code 8 (2,3V - 2,4V). La tolérance au sein de chaque bac est de ±0,1 volt. Sélectionner des LED du même bac VF aide à maintenir une luminosité uniforme lorsque plusieurs LED sont connectées en parallèle sans résistances de limitation de courant individuelles.

3.2 Classe d'intensité lumineuse (IV)

Ce classement catégorise les LED en fonction de leur flux lumineux à 20 mA. Les bacs sont : Code M (18,0 - 28,0 mcd), Code N (28,0 - 45,0 mcd) et Code P (45,0 - 71,0 mcd). La tolérance sur chaque bac d'intensité est de ±15%. Cela permet aux concepteurs de choisir un niveau de luminosité approprié pour l'application, qu'elle nécessite une haute visibilité ou une consommation d'énergie plus faible.

3.3 Classe de teinte (Longueur d'onde dominante)

Pour contrôler la cohérence des couleurs, les LED sont classées par leur longueur d'onde dominante. Les bacs sont : Code C (567,5 - 570,5 nm), Code D (570,5 - 573,5 nm) et Code E (573,5 - 576,5 nm). La tolérance pour chaque bac est de ±1 nm. Utiliser des LED du même bac de teinte est critique dans les applications où l'accord des couleurs entre plusieurs indicateurs est important.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques fournissent un aperçu plus profond du comportement du composant dans des conditions variables, ce qui est vital pour une conception robuste.

4.1 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

La courbe caractéristique I-V montre la relation entre le courant traversant la LED et la tension à ses bornes. Pour une LED AlInGaP typique comme celle-ci, la courbe présente une montée exponentielle. La tension de "genou", où le courant commence à augmenter significativement, est d'environ 1,8-1,9V. Au-delà de ce point, une petite augmentation de tension provoque une forte augmentation du courant. Cela souligne l'importance d'utiliser un pilote à courant constant ou une résistance de limitation de courant pour éviter l'emballement thermique et assurer un fonctionnement stable.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

Cette courbe démontre comment le flux lumineux évolue avec le courant d'alimentation. Typiquement, l'intensité lumineuse augmente approximativement linéairement avec le courant jusqu'à un certain point. Cependant, à des courants très élevés, le rendement chute en raison de l'augmentation de la génération de chaleur dans la puce (affaiblissement du rendement). Fonctionner à ou en dessous du 20mA recommandé assure un rendement et une longévité optimaux.

4.3 Intensité lumineuse vs. Température ambiante

Le flux lumineux d'une LED dépend de la température. Lorsque la température ambiante (ou de jonction) augmente, l'intensité lumineuse diminue généralement. Cette courbe de déclassement est cruciale pour concevoir des applications qui doivent maintenir un certain niveau de luminosité sur une plage de température de fonctionnement spécifiée, en particulier vers la limite supérieure de +85°C.

4.4 Distribution spectrale

Le tracé de distribution spectrale de puissance montre l'intensité relative de la lumière émise à chaque longueur d'onde. Pour une LED verte AlInGaP, cette courbe est typiquement un pic unique, relativement étroit, centré autour de la longueur d'onde dominante. La demi-largeur (Δλ) de 15 nm indique une couleur verte modérément pure, souhaitable pour des indicateurs clairs et saturés.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est conforme à un contour de boîtier SMD standard de l'industrie. Les dimensions clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur globales. La lentille est claire comme de l'eau. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1 mm sauf indication contraire. Des données dimensionnelles précises sont essentielles pour créer des empreintes PCB précises et assurer un placement et un soudage corrects.

5.2 Patron de pastilles PCB recommandé et polarité

Un agencement de pastilles de soudure recommandé (patron de pastilles) est fourni pour assurer la formation fiable des joints de soudure et un bon alignement pendant la refusion. La conception tient compte de la formation du congé de soudure et du dégagement thermique. La borne cathode (négative) est généralement identifiée par un marquage sur le corps du boîtier, tel qu'une encoche, un point ou un marquage vert. Une orientation de polarité correcte pendant l'assemblage est obligatoire pour que le composant fonctionne.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudage par refusion infrarouge

Pour les processus de soudure sans plomb, un profil de température spécifique est recommandé. Ce profil inclut typiquement une zone de préchauffage (ex. : 150-200°C), une montée en température contrôlée, une zone de température de pic et une zone de refroidissement. Le paramètre critique est que la température du corps du composant ne doit pas dépasser 260°C pendant plus de 10 secondes. Le respect de ce profil est nécessaire pour éviter d'endommager la lentille en époxy de la LED, les fils de connexion internes ou la puce semi-conductrice elle-même.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence doit être observée. La température de la pointe du fer à souder ne doit pas dépasser 300°C, et le temps de contact avec la borne de la LED doit être limité à un maximum de 3 secondes pour une opération de soudage unique. L'application d'une chaleur excessive peut endommager irréversiblement le composant.

6.3 Nettoyage

Le nettoyage post-soudure doit être effectué avec des solvants compatibles. Seuls des nettoyants à base d'alcool, tels que l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique (IPA), doivent être utilisés. La LED doit être immergée à température normale pendant moins d'une minute. Des nettoyants chimiques agressifs ou non spécifiés peuvent dégrader le boîtier plastique, entraînant une décoloration, des fissures ou une réduction du flux lumineux.

6.4 Stockage et manutention

Un stockage approprié est critique pour maintenir la soudabilité. Les sachets scellés étanches à l'humidité avec dessiccant ont une durée de conservation. Une fois l'emballage d'origine ouvert, les LED sont sensibles à l'humidité ambiante (Niveau de Sensibilité à l'Humidité, MSL 3). Elles doivent être utilisées dans la semaine ou stockées dans un environnement sec (ex. : un conteneur scellé avec dessiccant ou une armoire à azote). Si elles sont exposées à l'humidité ambiante pendant plus d'une semaine, un processus de cuisson (ex. : 60°C pendant au moins 20 heures) est requis avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

6.5 Précautions contre les décharges électrostatiques (ESD)

Les LED sont sensibles aux décharges électrostatiques. Les procédures de manutention doivent inclure une mise à la terre appropriée. Les opérateurs doivent utiliser des bracelets ou des gants antistatiques. Tous les postes de travail, équipements et machines doivent être correctement mis à la terre pour prévenir les événements ESD qui peuvent dégrader ou détruire la jonction semi-conductrice.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le produit est fourni pour l'assemblage automatisé. Il est emballé dans une bande porteuse gaufrée de 8 mm de large. La bande est enroulée sur des bobines standard de 7 pouces (178 mm) de diamètre. Chaque bobine contient 3000 pièces de la LED. Pour des quantités inférieures à une bobine complète, une quantité d'emballage minimale de 500 pièces est disponible. L'emballage est conforme aux normes ANSI/EIA-481, assurant la compatibilité avec les chargeurs de bande standard sur les machines de pick-and-place.

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Limitation de courant

Une LED est un composant piloté en courant. Une résistance en série est la méthode la plus simple pour limiter le courant lorsqu'elle est alimentée par une source de tension. La valeur de la résistance peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_source - VF_LED) / I_desired. Par exemple, avec une alimentation de 5V, un VF de 2,1V et un courant souhaité de 20mA, la valeur de la résistance serait (5 - 2,1) / 0,02 = 145 Ohms. Une résistance standard de 150 Ohms serait appropriée. La puissance nominale de la résistance doit également être considérée : P = I^2 * R = (0,02)^2 * 150 = 0,06W, donc une résistance de 1/8W (0,125W) ou plus est adéquate.

8.2 Gestion thermique

Bien que petites, les LED génèrent de la chaleur au niveau de la jonction semi-conductrice. Une température de jonction excessive réduit le flux lumineux, décale la longueur d'onde et raccourcit la durée de vie. Pour les conceptions fonctionnant à des températures ambiantes élevées ou près du courant maximum, considérez la disposition du PCB. Utiliser un PCB avec un plan de masse ou des vias thermiques sous la pastille thermique de la LED (si présente) peut aider à dissiper la chaleur. Évitez de placer les LED près d'autres composants générateurs de chaleur.

8.3 Champ d'application et fiabilité

Cette LED est conçue pour être utilisée dans des équipements électroniques commerciaux et industriels standard. Pour les applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle où une défaillance pourrait compromettre la sécurité ou la santé (ex. : aviation, dispositifs médicaux de maintien des fonctions vitales, systèmes de transport critiques), des qualifications supplémentaires et une consultation spécifique sont nécessaires. Le composant standard peut ne pas être adapté à de telles applications à haute fiabilité sans évaluation supplémentaire.

9. Comparaison et différenciation techniques

Le LTST-S110KGKT, basé sur la technologie AlInGaP, offre des avantages distincts par rapport à d'autres technologies de LED vertes comme le GaP (Phosphure de Gallium) traditionnel ou l'InGaN (Nitrure d'Indium Gallium) pour certaines longueurs d'onde. Les LED AlInGaP offrent généralement un rendement plus élevé et une meilleure stabilité thermique dans le spectre ambre à rouge, et pour des longueurs d'onde vertes spécifiques, elles peuvent offrir des performances supérieures en termes de luminosité et de stabilité des couleurs par rapport à l'ancienne technologie GaP. Son angle de vision de 130 degrés est plus large que certains boîtiers à vue latérale ou supérieure conçus pour une lumière plus directionnelle, ce qui en fait un choix polyvalent pour l'indication d'état où une visibilité grand angle est bénéfique. La combinaison d'une lentille claire et d'une puce AlInGaP lumineuse donne une couleur verte vive et saturée facilement identifiable.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Quelle est la différence entre la longueur d'onde de pic et la longueur d'onde dominante ?

La longueur d'onde de pic (λP) est la longueur d'onde à laquelle la courbe de distribution spectrale de puissance atteint son intensité maximale. La longueur d'onde dominante (λd) est dérivée du diagramme de chromaticité CIE et représente la longueur d'onde unique d'une lumière monochromatique pure qui correspondrait à la couleur perçue de la LED. Pour les LED à spectre étroit, ces valeurs sont souvent proches, mais λd est le paramètre le plus pertinent pour la spécification de la couleur.

10.2 Puis-je alimenter cette LED directement avec une source de tension ?

Non. La tension directe d'une LED a un coefficient de température négatif et varie d'une unité à l'autre. La connecter directement à une source de tension provoquera un courant non contrôlé, dépassant probablement la valeur maximale et détruisant le composant. Utilisez toujours un mécanisme de limitation de courant, tel qu'une résistance en série ou un pilote à courant constant.

10.3 Pourquoi existe-t-il un système de classement par bacs pour l'intensité lumineuse et la longueur d'onde ?

Les variations de fabrication entraînent de légères différences de performance entre les LED individuelles. Le classement par bacs les trie en groupes avec des caractéristiques étroitement assorties. Cela permet aux concepteurs d'acheter des pièces avec des performances minimales/maximales garanties (ex. : luminosité, couleur) pour leur application, assurant la cohérence du produit final, surtout lors de l'utilisation de plusieurs LED.

10.4 Que se passe-t-il si je dépasse la limite de 10 secondes à 260°C pendant la refusion ?

Dépasser le profil temps-température peut causer plusieurs défaillances : fissuration par contrainte thermique de la lentille en époxy, dégradation de l'encapsulant interne en silicone (entraînant un assombrissement), rupture des fils de connexion, ou dommage à la puce semi-conductrice elle-même. Cela entraînera une réduction du flux lumineux, un décalage de couleur ou une défaillance complète du composant.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

11.1 Indicateur d'état pour un appareil grand public

Dans un haut-parleur Bluetooth portable, un seul LTST-S110KGKT peut être utilisé comme indicateur d'état d'alimentation/charge. Alimenté à 10-15 mA via une résistance de limitation de courant depuis le rail principal de 3,3V ou 5V, il fournit une lumière verte claire et brillante. Le large angle de vision de 130 degrés assure que l'état est visible depuis presque n'importe quel angle. La conception doit inclure l'empreinte PCB correcte et s'assurer que la LED n'est pas placée derrière une lentille fortement teintée ou diffusante qui nécessiterait un courant d'alimentation plus élevé.

11.2 Rétroéclairage pour clavier à membrane

Pour un clavier d'appareil médical, plusieurs LED du même bac d'intensité (ex. : Code N) peuvent être disposées autour du périmètre pour fournir un rétroéclairage uniforme. Elles seraient connectées en combinaisons série-parallèle avec des résistances de limitation de courant appropriées pour assurer une luminosité uniforme. La gestion thermique doit être considérée si de nombreuses LED sont alimentées simultanément dans un espace confiné.

12. Introduction à la technologie

Le LTST-S110KGKT utilise un matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) cultivé sur un substrat. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active de la puce, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage AlInGaP détermine l'énergie de la bande interdite et donc la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise, dans ce cas, le vert. La puce est montée dans un boîtier à cadre de connexion, connectée par fils, et encapsulée avec une lentille en époxy claire qui protège la puce et façonne le faisceau lumineux. Le placage à l'étain sur les broches externes assure une bonne soudabilité et une résistance à l'oxydation.

13. Tendances technologiques

La tendance générale des LED indicatrices SMD continue vers un rendement plus élevé (plus de lumière par unité de puissance électrique), une meilleure cohérence et saturation des couleurs, et des tailles de boîtier plus petites pour permettre des conceptions PCB plus denses. L'accent est également mis sur l'amélioration de la fiabilité dans des conditions difficiles, telles que des températures et une humidité plus élevées. La quête de la miniaturisation persiste, avec les LED en boîtier à l'échelle de la puce (CSP) devenant plus répandues pour les applications les plus limitées en espace. De plus, l'intégration de l'électronique de contrôle directement avec la puce LED (ex. : pour le pilotage à courant constant ou le mélange de couleurs) est un domaine de développement en cours.