Fiche technique LED CMS LTSA-E67RVEWTU - Rouge diffus AlInGaP - 70mA - 185,5mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes d'une diode électroluminescente (LED) en boîtier CMS (Composant Monté en Surface). Le composant est conçu pour l'assemblage automatisé sur carte de circuit imprimé (CI) et convient aux applications où l'espace est limité. Ses principales caractéristiques incluent une lentille diffuse et une source lumineuse rouge basée sur la technologie des semi-conducteurs au phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium (AlInGaP).

1.1 Caractéristiques principales et marché cible

Cette LED est conçue avec plusieurs caractéristiques clés qui améliorent sa fiabilité et sa facilité d'intégration. Elle est conforme à la directive RoHS (Restriction des Substances Dangereuses). Le composant est fourni dans un conditionnement standard de l'industrie : sur bande de 8 mm enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre, facilitant l'assemblage automatisé à grande vitesse par "pick-and-place". Il a subi un préconditionnement au niveau de sensibilité à l'humidité JEDEC MSL 2a, garantissant une robustesse contre les dommages induits par l'humidité pendant le soudage par refusion. De plus, le produit est qualifié selon la norme AEC-Q101 Rev. D, un référentiel critique pour les composants utilisés en électronique automobile. Sa conception est compatible avec les procédés de soudage par refusion infrarouge (IR). L'application cible principale concerne les systèmes d'accessoires automobiles, où la fiabilité et les performances dans des conditions environnementales variables sont primordiales.

2. Paramètres techniques : interprétation objective approfondie

Cette section détaille les limites absolues et les caractéristiques opérationnelles de la LED. La compréhension de ces paramètres est essentielle pour une conception de circuit fiable et pour garantir que le composant fonctionne dans sa zone de fonctionnement sûre (SOA).

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Ces valeurs sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C. Le courant direct continu maximal (IF) est de 70 mA. En conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms, le composant peut supporter un courant direct crête de 100 mA. La dissipation de puissance maximale (Pd) est de 185,5 mW. Le composant est conçu pour une plage de température de fonctionnement et de stockage de -40°C à +100°C. Pour les procédés de soudage sans plomb, il peut supporter un profil de refusion infrarouge avec une température de crête de 260°C pendant un maximum de 10 secondes.

2.2 Caractéristiques thermiques

La gestion thermique est cruciale pour les performances et la longévité d'une LED. La résistance thermique de la jonction semi-conductrice vers l'air ambiant (RθJA) est typiquement de 280 °C/W, mesurée sur une CI FR4 standard de 1,6 mm d'épaisseur avec une surface de pastille de cuivre de 16 mm². La résistance thermique de la jonction vers le point de soudure (RθJS) est typiquement de 130 °C/W, offrant un chemin plus direct pour l'évacuation de la chaleur. La température de jonction maximale admissible (Tj) est de 125°C. Dépasser cette température accélérera la dépréciation du flux lumineux et peut entraîner une défaillance catastrophique.

2.3 Caractéristiques électro-optiques

Les caractéristiques électro-optiques sont mesurées à Ta=25°C et avec un courant de test (IF) de 50 mA, un point de fonctionnement courant en dessous du maximum absolu. L'intensité lumineuse (Iv) varie d'un minimum de 1800 millicandelas (mcd) à un maximum de 3550 mcd. L'angle de vision (2θ½), défini comme l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur axiale, est de 120 degrés, indiquant un motif d'émission large et diffus. La longueur d'onde d'émission de crête (λP) est de 632 nm. La longueur d'onde dominante (λd), qui définit la couleur perçue, a une plage spécifiée de 618 nm à 630 nm. La largeur de bande spectrale (Δλ) est d'environ 20 nm. La tension directe (VF) à 50 mA varie de 1,9V à 2,65V. Le courant inverse (IR) est limité à un maximum de 10 μA lorsqu'une tension inverse (VR) de 12V est appliquée ; il est important de noter que le composant n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse.

3. Explication du système de classement par bacs

Pour garantir une cohérence de couleur et de luminosité dans les applications de production, les LED sont triées en bacs de performance. Le lot est étiqueté avec un code représentant ses rangs de tension directe (Vf), d'intensité lumineuse (Iv) et de longueur d'onde dominante (Wd).

3.1 Classement par tension directe (Vf)

La tension directe est classée par pas d'environ 0,15V. Les codes de bacs vont de C (1,90V - 2,05V) à G (2,50V - 2,65V). Une tolérance de ±0,1V est appliquée à chaque bac. Sélectionner des LED du même bac Vf aide à maintenir une distribution de courant uniforme lorsque plusieurs dispositifs sont connectés en parallèle.

3.2 Classement par intensité lumineuse (Iv)

L'intensité lumineuse est catégorisée en trois bacs : X1 (1800-2240 mcd), X2 (2240-2800 mcd) et Y1 (2800-3550 mcd). Une tolérance de ±11% s'applique à chaque bac. Cela permet aux concepteurs de sélectionner le niveau de luminosité approprié pour leur application.

3.3 Classement par longueur d'onde dominante (Wd)

La longueur d'onde dominante, qui détermine la teinte précise du rouge, est classée par pas de 3 nm. Les codes de bacs sont 5 (618-621 nm), 6 (621-624 nm), 7 (624-627 nm) et 8 (627-630 nm). La tolérance pour chaque bac est de ±1 nm. Ce contrôle strict est essentiel pour les applications nécessitant des points de couleur spécifiques.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques donnent un aperçu du comportement de la LED dans différentes conditions, ce qui est critique pour une conception de système robuste.

4.1 Caractéristique Courant vs. Tension (I-V)

La tension directe présente une relation logarithmique avec le courant direct. À faible courant, la tension est proche du potentiel de diffusion de la diode. Lorsque le courant augmente, la tension augmente en raison de la résistance série du matériau semi-conducteur et des contacts. Les concepteurs doivent utiliser cette courbe pour sélectionner des résistances de limitation de courant ou des circuits pilotes appropriés afin de garantir que la LED fonctionne à la luminosité souhaitée sans dépasser ses valeurs maximales.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

L'intensité lumineuse est généralement proportionnelle au courant direct dans la plage de fonctionnement normale. Cependant, l'efficacité peut chuter à des courants très élevés en raison d'une augmentation de la génération de chaleur et d'autres processus de recombinaison non radiatifs. Faire fonctionner la LED nettement au-dessus de son courant recommandé réduira sa durée de vie.

4.3 Dépendance à la température

Les performances d'une LED sont fortement dépendantes de la température. Lorsque la température de jonction augmente, la tension directe diminue généralement légèrement pour un courant donné. Plus significativement, le flux lumineux diminue. La longueur d'onde dominante peut également se déplacer légèrement avec la température. Un dissipateur thermique efficace est donc essentiel pour maintenir des performances optiques constantes, en particulier dans les applications à haute puissance ou à température ambiante élevée comme les environnements automobiles.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions physiques et identification de la polarité

La LED est conforme à un contour de boîtier standard EIA. Toutes les dimensions critiques sont fournies en millimètres, avec une tolérance générale de ±0,2 mm sauf indication contraire. Une note de conception clé est que le plot de l'anode sert également de dissipateur thermique principal pour la LED. Une identification correcte de l'anode et de la cathode est cruciale pendant la conception de la CI et l'assemblage pour garantir une connexion de polarité correcte.

5.2 Configuration recommandée des pastilles de CI

Un motif de pastilles (empreinte) recommandé pour la CI est fourni pour garantir un soudage fiable et des performances thermiques optimales. Ce motif est conçu pour être compatible avec les procédés de soudage par refusion infrarouge. Respecter cette configuration recommandée aide à obtenir des cordons de soudure corrects, assure une stabilité mécanique et maximise le transfert de chaleur de la pastille thermique de la LED (anode) vers la CI.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil détaillé de soudage par refusion infrarouge est spécifié pour les procédés sans plomb, conformément à la norme J-STD-020. Le profil comprend les étapes de préchauffage, stabilisation thermique, refusion et refroidissement. Le paramètre critique est une température de crête du corps du boîtier ne dépassant pas 260°C, maintenue pendant un maximum de 10 secondes. Suivre ce profil est essentiel pour éviter les dommages thermiques à la lentille en époxy de la LED et à sa structure semi-conductrice interne.

6.2 Précautions de stockage et de manipulation

Le produit est classé Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 2a selon JEDEC J-STD-020. Tant qu'il est dans son sac barrière d'humidité d'origine, scellé avec dessicant, il doit être stocké à ≤30°C et ≤70% HR et utilisé dans l'année. Une fois le sac ouvert, les composants doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% HR. Il est recommandé de terminer le processus de refusion IR dans les 4 semaines suivant l'ouverture du sac. Pour un stockage au-delà de 4 semaines en dehors de l'emballage d'origine, les composants doivent être stockés dans un conteneur scellé avec dessicant ou être "séchés" à environ 60°C pendant au moins 48 heures avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée et éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage après soudage est nécessaire, seuls les solvants spécifiés doivent être utilisés. Immerger la LED dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant moins d'une minute est acceptable. L'utilisation de nettoyants chimiques non spécifiés ou agressifs peut endommager le boîtier plastique et la lentille optique de la LED.

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les LED sont fournies sur bande porteuse gaufrée d'une largeur de 8 mm. La bande est enroulée sur une bobine standard de 7 pouces (178 mm) de diamètre. Chaque bobine contient 2000 pièces. Le conditionnement est conforme aux spécifications ANSI/EIA-481. Des dimensions détaillées pour les alvéoles de la bande, la bande de couverture et la bobine sont fournies pour garantir la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatisés.

8. Notes d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application typiques

L'application principale prévue concerne les fonctions d'accessoires automobiles. Cela peut inclure l'éclairage d'ambiance intérieur, les témoins lumineux du tableau de bord, l'éclairage de la console centrale ou les feux de position externes où une émission rouge diffuse et à grand angle est requise. Sa qualification AEC-Q101 la rend adaptée aux conditions environnementales sévères (température, humidité, vibrations) rencontrées dans les véhicules.

8.2 Considérations de conception critiques

Limitation de courant :Une LED est un dispositif piloté en courant. Une résistance série ou un circuit pilote à courant constant est obligatoire pour limiter le courant direct à une valeur sûre, typiquement égale ou inférieure à la plage recommandée de 50-70 mA, en tenant compte des variations de l'alimentation.
Gestion thermique :La température de jonction maximale ne doit pas être dépassée. Concevez le layout de la CI pour fournir un chemin thermique adéquat depuis la pastille de l'anode. Pour les applications à courant élevé ou à température ambiante élevée, envisagez d'utiliser une plus grande surface de cuivre sur la CI ou des vias thermiques supplémentaires pour dissiper la chaleur.
Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Bien que non explicitement indiqué pour ce dispositif, les LED AlInGaP peuvent être sensibles aux décharges électrostatiques (ESD). La mise en œuvre de précautions de manipulation ESD standard pendant l'assemblage est recommandée.
Conception optique :L'angle de vision de 120° et la lentille diffuse fournissent un faisceau large et doux. Pour les applications nécessitant un faisceau plus focalisé, des optiques secondaires (par exemple, des lentilles, des guides de lumière) seraient nécessaires.

9. Comparaison et différenciation technique

Cette LED rouge basée sur l'AlInGaP offre des avantages spécifiques. Comparée aux technologies plus anciennes comme le phosphure d'arséniure de gallium (GaAsP), l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse plus élevée, ce qui se traduit par une luminosité supérieure pour le même courant d'entrée. La lentille diffuse crée un motif d'émission large et uniforme idéal pour l'éclairage de zone plutôt que pour un éclairage ponctuel focalisé. La qualification AEC-Q101 et le classement MSL 2a sont des éléments différenciateurs clés pour les applications automobiles et autres applications exigeantes, indiquant des tests de fiabilité améliorés et une meilleure résistance à l'humidité par rapport aux LED de qualité commerciale standard.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED directement à partir d'une alimentation 5V ou 12V ?
R : Non. Vous devez utiliser un mécanisme de limitation de courant. Pour une alimentation 5V, une résistance série est couramment utilisée (R = (Valim - Vf) / If). Pour une alimentation 12V, une résistance dissiperait trop de chaleur ; un pilote à courant constant ou un régulateur à découpage est recommandé.

Q : Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante ?
R : La longueur d'onde de crête (λP) est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale (632 nm). La longueur d'onde dominante (λd) est la longueur d'onde unique de la lumière monochromatique qui correspondrait à la couleur perçue de la LED (618-630 nm). λd est plus pertinente pour la spécification de la couleur.

Q : Pourquoi la résistance thermique est-elle importante ?
R : Elle quantifie l'efficacité avec laquelle la chaleur peut s'échapper de la jonction de la LED. Une résistance thermique plus faible signifie une meilleure dissipation thermique, ce qui vous permet de piloter la LED à des courants plus élevés ou dans des environnements plus chauds tout en maintenant la température de jonction dans des limites sûres, assurant ainsi une fiabilité à long terme et une sortie lumineuse stable.

Q : La fiche technique mentionne un test de tension inverse. Puis-je utiliser cette LED dans un circuit CA ou avec une protection contre l'inversion de polarité ?
R : Le rating de tension inverse de 12V est uniquement à des fins de test. Le dispositif n'est pas conçu pour un fonctionnement en polarisation inverse continue. Dans un circuit CA ou pour une protection de polarité, une diode série externe doit être utilisée pour bloquer la tension inverse aux bornes de la LED.

11. Exemple pratique de conception et d'utilisation

Scénario :Conception d'un témoin lumineux rouge pour un module de contrôle automobile. Le module fonctionne à partir du système de batterie 12V du véhicule (14V nominal en fonctionnement). Le témoin doit être clairement visible en plein jour.
Étapes de conception :
1. Sélection du courant :Choisir un point de fonctionnement de 50 mA pour un bon équilibre entre luminosité et longévité.
2. Sélection du pilote :En raison de la tension d'alimentation élevée, une simple résistance gaspillerait plus de 0,5W de puissance. Une meilleure solution est un circuit intégré pilote LED à courant constant LDO (Low Dropout) réglé sur 50 mA.
3. Conception thermique :Le module peut être situé dans le compartiment moteur. Estimer la température ambiante maximale (par exemple, 85°C). Calculer l'élévation de température de jonction attendue : ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. En utilisant VF typique=2,2V et RθJA=280°C/W, Pd=0,11W, donc ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C, ce qui est inférieur au maximum de 125°C. C'est acceptable mais limite. Pour améliorer la fiabilité, augmentez la surface de cuivre sur la pastille de CI connectée à l'anode pour réduire la RθJA effective.
4. Sélection du bac :Pour une apparence cohérente sur plusieurs unités dans un tableau de bord, spécifiez des bacs serrés pour la longueur d'onde dominante (par exemple, Bac 7) et l'intensité lumineuse (par exemple, Bac X2 ou Y1).

12. Introduction au principe de fonctionnement

Les diodes électroluminescentes sont des dispositifs à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés à travers la jonction. Ces porteurs de charge se recombinent dans la région active du semi-conducteur. Dans un semi-conducteur à bande interdite directe comme l'AlInGaP, une partie significative de cet événement de recombination libère 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. Les alliages AlInGaP sont conçus pour produire de la lumière dans les parties rouge, orange et jaune du spectre visible. La lentille diffuse est constituée d'un matériau époxy ou silicone contenant des particules de diffusion. Ces particules redirigent aléatoirement la lumière émise par la puce semi-conductrice, élargissant l'angle du faisceau et créant une apparence plus uniforme et plus douce en éliminant le "point chaud" central brillant typique d'une LED à lentille claire.

13. Tendances et évolutions technologiques

Le domaine de la technologie LED évolue continuellement. Pour les applications d'indication et de signalisation comme ce composant, les tendances se concentrent sur plusieurs domaines clés.Efficacité accrue :La recherche en science des matériaux vise à améliorer l'efficacité quantique interne (IQE) de l'AlInGaP et d'autres matériaux semi-conducteurs, produisant un flux lumineux plus élevé par unité de puissance électrique d'entrée (lm/W).Fiabilité améliorée :Les exigences des marchés automobile et industriel stimulent les améliorations des matériaux de boîtier (par exemple, silicones haute température) et des technologies de collage des puces pour résister à des températures de jonction plus élevées et à des cycles thermiques plus extrêmes.Miniaturisation :Il y a une poussée constante pour des empreintes de boîtier plus petites tout en maintenant ou en augmentant la puissance optique, permettant une intégration plus dense dans les dispositifs électroniques modernes.Cohérence des couleurs et classement par bacs :Les progrès dans la croissance épitaxiale et le contrôle des processus de fabrication permettent des distributions plus serrées de la longueur d'onde et de l'intensité lumineuse, réduisant le besoin d'un classement par bacs étendu et simplifiant la gestion des stocks pour les fabricants.Solutions intégrées :Une tendance croissante est l'intégration de la puce LED avec des circuits intégrés pilotes, des composants de protection (comme des diodes ESD) et même une logique de contrôle dans des modules uniques et intelligents.