Fiche technique LED SMD LTST-E683FGBW - Orange/Vert/Bleu - 20mA - 80mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant LED pour montage en surface (SMD) identifié comme LTST-E683FGBW. Il s'agit d'un composant LED multicolore intégrant trois puces émettrices distinctes dans un seul boîtier : une puce orange AlInGaP, une puce verte InGaN et une puce bleue InGaN. Le dispositif est conçu pour les processus d'assemblage automatisés et est compatible avec le soudage par refusion infrarouge, le rendant adapté à la fabrication électronique en grande série. La lentille diffusante offre un large angle de vision, améliorant la visibilité sous divers angles.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les limites opérationnelles du dispositif sont définies à une température ambiante (Ta) de 25°C. Dépasser ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Dissipation de puissance (Pd) :Orange : 72 mW ; Vert/Bleu : 80 mW. Ce paramètre indique la puissance maximale que la LED peut dissiper en chaleur de manière sûre en fonctionnement continu en courant continu.
• Courant direct de crête (IFP) :Orange : 80 mA ; Vert/Bleu : 100 mA. C'est le courant pulsé maximal autorisé, spécifié sous un cycle de service de 1/10 avec une largeur d'impulsion de 0,1 ms, utile pour des flashs brefs et de haute intensité.
• Courant direct continu (IF) :Orange : 30 mA ; Vert/Bleu : 20 mA. C'est le courant direct continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable à long terme.
• Plages de température :Fonctionnement : -40°C à +85°C ; Stockage : -40°C à +100°C. Ces plages définissent les conditions environnementales que le dispositif peut supporter pendant l'utilisation et à l'arrêt.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les principales métriques de performance sont mesurées à Ta=25°C et un courant de test standard (IF) de 20mA, sauf indication contraire.

• Intensité lumineuse (Iv) :Mesurée en millicandelas (mcd), elle représente la luminosité perçue de la source lumineuse. Les LED orange et bleue ont une plage typique de 140-355 mcd, tandis que la LED verte est plus lumineuse, allant de 355-900 mcd. La mesure suit la courbe de réponse photopique de l'œil CIE.
• Angle de vision (2θ1/2) :Typiquement 120 degrés. C'est l'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur axiale maximale, indiquant un diagramme d'émission très large.
• Paramètres de longueur d'onde :
  • Longueur d'onde de crête (λP) :La longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale. Valeurs typiques : Orange : 611 nm, Vert : 518 nm, Bleu : 468 nm.
  • Longueur d'onde dominante (λd) :La longueur d'onde unique qui correspond perceptuellement à la couleur de la LED. Valeurs typiques : Orange : 605 nm, Vert : 525 nm, Bleu : 470 nm. Elle est dérivée du diagramme de chromaticité CIE.
  • Demi-largeur spectrale (Δλ) :La largeur de bande du spectre émis à la moitié de son intensité maximale. Valeurs typiques : Orange : 17 nm (étroite), Vert : 35 nm, Bleu : 25 nm.
• Tension directe (VF) :La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit le courant spécifié. Plages : Orange : 1,8-2,4V ; Vert/Bleu : 2,8-3,8V. La tolérance est de +/- 0,1V. Ceci est critique pour la conception du circuit de pilotage.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA à une tension inverse (VR) de 5V. Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse ; ce paramètre sert uniquement à caractériser le courant de fuite.

3. Explication du système de binning

Les LED sont triées en "bins" en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à 20mA pour assurer la cohérence de couleur et de luminosité au sein d'un lot de production.

• Bins Orange & Bleu :Utilisent les codes R2, S1, S2, T1, avec des plages d'intensité de 140,0 mcd (R2 Min) à 355,0 mcd (T1 Max).
• Bins Vert :Utilisent les codes T2, U1, U2, V1, avec des plages d'intensité plus élevées de 355,0 mcd (T2 Min) à 900,0 mcd (V1 Max).
• Tolérance :Chaque bin d'intensité a une tolérance de +/-11% sur les valeurs nominales, tenant compte des variations mineures.

Les concepteurs doivent spécifier les codes de bin requis lors de la commande pour garantir les niveaux de luminosité souhaités pour leur application, en particulier dans les réseaux multi-LED où l'uniformité est importante.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques typiques (non entièrement détaillées dans l'extrait fourni). Ces courbes, généralement tracées, incluraient :

• Courbe I-V (Courant-Tension) :Montre la relation entre le courant direct et la tension directe pour chaque puce de couleur. Elle démontre la caractéristique exponentielle d'amorçage d'une diode et aide à sélectionner les résistances de limitation de courant ou à concevoir des pilotes à courant constant.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct :Illustre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant, généralement selon une relation quasi-linéaire dans la plage de fonctionnement recommandée avant que l'efficacité ne chute à des courants très élevés.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante :Montre la dégradation de la sortie lumineuse à mesure que la température de jonction augmente, ce qui est crucial pour la gestion thermique dans les applications à haute puissance ou à température ambiante élevée.
• Distribution spectrale :Trace la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde pour chaque LED, représentant visuellement la longueur d'onde de crête, la longueur d'onde dominante et la demi-largeur spectrale.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est conforme à un contour de boîtier SMD standard EIA. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance générale de ±0,2 mm sauf indication contraire. Le dessin dimensionnel spécifique montrerait la longueur, la largeur, la hauteur, l'espacement des broches et la géométrie de la lentille.

5.2 Assignation des broches

La LED tricolore a une configuration à cathode commune ou anode commune (impliquée par le boîtier unique). Le brochage est : Broche 1 : Anode Orange, Broche 3 : Anode Bleue, Broche 4 : Anode Verte (avec une cathode commune, probablement sur les broches 2 et/ou 5, selon les empreintes standard de LED RVB à 4 broches). Ceci doit être vérifié par rapport au dessin détaillé du boîtier pour un layout PCB correct.

5.3 Conditionnement en bande et bobine

Les composants sont fournis dans une bande porteuse emboutie standard de l'industrie sur des bobines de 7 pouces (178 mm) de diamètre pour faciliter l'assemblage automatisé par pick-and-place.

• Dimensions de la bande :La largeur de la bande, le pas des alvéoles et les dimensions des alvéoles sont spécifiés pour être compatibles avec les équipements d'alimentation standard.
• Spécifications de la bobine :Bobine standard de 7 pouces contenant 2000 pièces. La quantité minimale de commande pour les bobines restantes est de 500 pièces.
• Bande de couverture :Les alvéoles vides sont scellées avec une bande de couverture supérieure.
• Qualité :Conforme aux spécifications ANSI/EIA-481. Le nombre maximal autorisé de composants manquants consécutifs dans la bande est de deux.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Le dispositif est compatible avec les processus de soudage par refusion infrarouge (IR). Un profil de soudage sans plomb conforme à la J-STD-020B est recommandé.

• Préchauffage :150-200°C pendant un maximum de 120 secondes pour chauffer progressivement la carte et activer le flux.
• Température de pic :Ne doit pas dépasser 260°C. Le temps au-dessus du liquidus (par exemple, 217°C) doit être contrôlé selon les recommandations du fabricant de la pâte à souder.
• Temps de soudage :Le temps total à la température de pic doit être limité à un maximum de 10 secondes. La refusion doit être effectuée au maximum deux fois.

Note :Le profil optimal dépend de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four. Le profil basé sur JEDEC sert de cible générique.

6.2 Soudage manuel

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

• Température du fer :Maximum 300°C.
• Temps de soudage :Maximum 3 secondes par joint.
• Limite :Le soudage manuel ne doit être effectué qu'une seule fois pour éviter les dommages par contrainte thermique au boîtier LED ou aux fils de liaison.

6.3 Nettoyage

Les nettoyants chimiques non spécifiés doivent être évités car ils peuvent endommager la lentille époxy de la LED ou le boîtier. Si un nettoyage est requis après soudage :

• Utiliser des solvants à base d'alcool tels que l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique.
• Immerger la LED à température ambiante normale.
• Limiter le temps d'immersion à moins d'une minute.

6.4 Stockage et manipulation

• Emballage scellé :Stocker à ≤30°C et ≤70% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation est d'un an lorsqu'il est stocké dans le sac étanche à l'humidité d'origine avec dessiccant.
• Emballage ouvert :Les composants exposés à l'air ambiant doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% HR. Il est fortement recommandé de terminer le processus de refusion IR dans les 168 heures (7 jours) suivant l'ouverture du sac pour éviter l'absorption d'humidité, qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion.
• Stockage prolongé (ouvert) :Pour un stockage au-delà de 168 heures, placer les composants dans un conteneur scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur purgé à l'azote.
• Séchage (Baking) :Les composants stockés hors de leur emballage d'origine pendant plus de 168 heures doivent être séchés à environ 60°C pendant au moins 48 heures avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Cette LED SMD tricolore est conçue pour des applications d'indicateur et de rétroéclairage à usage général dans l'électronique grand public et industrielle où plusieurs couleurs d'état sont nécessaires à partir d'un seul composant compact. Exemples :

• Indicateurs multi-états sur équipements réseau, routeurs ou serveurs (par ex., alimentation/activité/erreur).
• Rétroéclairage pour boutons ou icônes sur panneaux de commande, télécommandes ou appareils électroménagers.
• Éclairage décoratif ou affichages d'état dans les habitacles automobiles (fonctions non critiques).
• Indicateurs d'état pour appareils électroniques portables.

Restriction d'application importante :La fiche technique indique explicitement que ces LED sont destinées à un "équipement électronique ordinaire". Elles ne sont pas qualifiées pour des applications critiques pour la sécurité où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé, comme dans l'aviation, les dispositifs médicaux de maintien des fonctions vitales ou les systèmes de sécurité des transports. Pour de telles applications, des composants avec les qualifications de fiabilité appropriées doivent être sourcés.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser des résistances de limitation de courant externes ou un pilote à courant constant pour chaque canal de couleur. Calculer les valeurs des résistances en fonction de la tension d'alimentation, de la tension directe de la LED (VF, utiliser la valeur Max. pour la sécurité) et du courant direct souhaité (IF, ne pas dépasser la valeur nominale DC).
• Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, assurer une surface de cuivre PCB adéquate ou des vias thermiques si le fonctionnement a lieu à des températures ambiantes élevées ou au courant maximal pour maintenir la température de jonction dans les limites et garantir une fiabilité à long terme et une sortie lumineuse stable.
• Conception des pastilles PCB :Suivre le layout de pastilles recommandé du dessin de boîtier de la fiche technique pour assurer une formation correcte des joints de soudure et une stabilité mécanique pendant la refusion.
• Protection ESD :Bien que non explicitement indiqué, les précautions standard de manipulation ESD pour les dispositifs à semi-conducteurs sont recommandées pendant l'assemblage.

8. Comparaison et différenciation technique

Bien qu'une comparaison directe avec d'autres références ne soit pas fournie dans cette fiche technique unique, les principales caractéristiques différenciantes de ce composant peuvent être déduites :

• Tri-couleur dans un seul boîtier :Intègre trois couleurs discrètes, économisant de l'espace PCB et le coût d'assemblage par rapport à l'utilisation de trois LED monochromes séparées.
• Large angle de vision (120°) :La lentille diffusante offre une visibilité omnidirectionnelle, supérieure aux LED à angle étroit utilisées pour des faisceaux focalisés.
• Luminosité élevée du vert :La puce verte offre une intensité lumineuse significativement plus élevée (jusqu'à 900 mcd) par rapport à l'orange et au bleu, ce qui peut être conçu pour équilibrer la luminosité perçue entre les couleurs en raison de la sensibilité de l'œil humain.
• Boîtier robuste :La compatibilité avec la refusion IR et le placement automatique indique un boîtier conçu pour les processus d'assemblage SMT modernes et fiables.
• Binning standardisé :La structure de binning définie permet une performance optique prévisible et cohérente dans les séries de production.

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

Q1 : Puis-je piloter les trois couleurs simultanément à leur courant continu maximal (30mA Orange, 20mA Vert/Bleu) ?

R : Non. La Valeur Maximale Absolue pour la Dissipation de Puissance Totale (Pd) ne doit pas être dépassée. Un fonctionnement simultané aux courants maximaux entraînerait une dissipation de puissance totale dépassant la limite de 80mW pour le boîtier (calculée comme VF*IF pour chaque puce et additionnée). Vous devez déclasser les courants de fonctionnement ou utiliser un fonctionnement pulsé pour rester dans la limite de Pd totale.

Q2 : 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 le pic physique du spectre lumineux émis par la LED. La Longueur d'Onde Dominante (λd) est une valeur calculée qui représente la teinte de couleur perçue comme une longueur d'onde unique sur le diagramme CIE. Pour les LED monochromatiques, elles sont souvent proches ; pour les spectres plus larges (comme le vert), elles peuvent différer davantage. λd est plus pertinente pour l'appariement des couleurs.

Q3 : Pourquoi la valeur nominale du courant inverse est-elle importante si la LED n'est pas conçue pour un fonctionnement inverse ?

R : La valeur nominale IR (10 μA max à 5V) est une spécification de fuite. Elle garantit que si une petite tension inverse est accidentellement appliquée (par ex., pendant des transitoires de circuit ou dans des conceptions multiplexées), le dispositif ne tirera pas un courant excessif. C'est un paramètre de fiabilité, pas une condition de fonctionnement.

Q4 : À quel point la durée de vie de 168 heures après ouverture du sac est-elle critique ?

R : Très critique pour le soudage par refusion. L'humidité absorbée dans le boîtier plastique peut se vaporiser rapidement pendant le cycle de refusion à haute température, provoquant un délaminage interne, des fissures ou l'effet "pop-corn", ce qui entraîne une défaillance. Respecter la fenêtre de 168 heures ou suivre la procédure de séchage est essentiel pour le rendement et la fiabilité.

10. Cas pratique de conception

Scénario :Conception d'un indicateur d'état pour un appareil alimenté par une ligne 5V. L'indicateur doit afficher l'Orange pour "Veille", le Vert pour "Fonctionnement Normal" et le Bleu pour "Erreur". Une seule couleur est allumée à la fois.

Étapes de conception :

1. Sélectionner le courant de fonctionnement :Choisir une valeur standard sûre, comme 15mA pour toutes les couleurs, bien en dessous des maxima DC, assurant la longévité et réduisant la charge thermique.
2. Calculer les résistances de limitation de courant :
   • Utiliser la VF maximale de la fiche technique pour la marge de sécurité : Orange : 2,4V, Vert : 3,8V, Bleu : 3,8V.
   • Tension d'alimentation (Vs) = 5V. Formule : R = (Vs - VF) / IF.
     • R_Orange = (5V - 2,4V) / 0,015A ≈ 173 Ω (utiliser la valeur standard 180 Ω).
     • R_Vert = (5V - 3,8V) / 0,015A ≈ 80 Ω (utiliser la valeur standard 82 Ω).
     • R_Bleu = (5V - 3,8V) / 0,015A ≈ 80 Ω (utiliser la valeur standard 82 Ω).
   • Recalculer le courant réel avec les résistances standard : I_Orange = (5-2,4)/180 ≈ 14,4mA (sûr).
3. Vérifier la dissipation de puissance :
   • Pire cas puissance d'une seule LED : P = VF * IF. En utilisant une VF typique pour l'estimation : P_Vert ≈ 3,3V * 0,0144A ≈ 47,5 mW, ce qui est en dessous de la limite de 80 mW pour la puce Vert/Bleu. La puce Orange dissipe encore moins. Puisqu'une seule est allumée à la fois, la Pd totale du boîtier n'est pas dépassée.
4. Layout PCB :Placer la LED et ses trois résistances proches les unes des autres. Utiliser le layout de pastilles recommandé du dessin mécanique. S'assurer que l'assignation correcte des broches (1=Orange, 3=Bleu, 4=Vert) est mappée au circuit de pilotage (par ex., broches GPIO du microcontrôleur avec résistances en série).
5. Circuit de pilotage :Utiliser des broches de microcontrôleur configurées en drain ouvert ou avec des résistances en série pour évacuer le courant vers la masse (si cathode commune) ou pour fournir le courant (si anode commune).

11. Introduction au principe de fonctionnement

Les Diodes Électroluminescentes (LED) sont des dispositifs à semi-conducteurs qui émettent de la lumière par électroluminescence. Lorsqu'une tension directe est appliquée à la jonction p-n, les électrons du matériau de type n se recombinent avec les trous du matériau de type p dans la région active. Cette recombinaison 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 des matériaux semi-conducteurs utilisés dans la région active.

• LED Orange :Utilise un semi-conducteur Phosphure d'Aluminium Indium Gallium (AlInGaP), qui a une bande interdite correspondant à la lumière rouge/orange/ambre.
• LED Vertes & Bleues :Utilisent des semi-conducteurs Nitrure d'Indium Gallium (InGaN). En variant le rapport indium/gallium, la bande interdite peut être ajustée pour émettre dans le spectre bleu, vert et cyan. Obtenir une émission verte efficace avec InGaN est plus difficile que le bleu, ce qui se reflète dans les différentes caractéristiques de performance (par ex., tension directe, efficacité).

Les trois puces sont montées à l'intérieur d'une cavité réfléchissante dans un boîtier plastique. Une lentille époxy diffusante encapsule les puces, fournissant une protection environnementale, façonnant le faisceau de sortie lumineux (angle de vision 120°), et mélangeant la lumière des puces individuelles si plusieurs sont allumées simultanément pour créer d'autres couleurs (comme le blanc, si un phosphore était présent, ce qui n'est pas le cas dans ce dispositif RVB).

12. Tendances technologiques

La technologie représentée par ce composant s'inscrit dans des tendances plus larges de l'optoélectronique :

• Efficacité accrue :Les améliorations continues en science des matériaux et conception des puces continuent d'augmenter l'efficacité lumineuse (lumens par watt) des LED, permettant une sortie plus lumineuse à des courants plus faibles ou une consommation d'énergie réduite.
• Miniaturisation :Bien qu'il s'agisse d'un boîtier standard, l'industrie pousse vers des LED en boîtier à l'échelle de la puce (CSP) toujours plus petites pour des designs ultra-compacts, bien souvent au détriment des performances thermiques et de la facilité de manipulation.
• Amélioration de la cohérence des couleurs :Les progrès dans la croissance épitaxiale et les processus de binning produisent des distributions plus serrées de longueur d'onde et d'intensité, cruciales pour les applications nécessitant une apparence de couleur uniforme sur plusieurs unités.
• Intégration :Au-delà des multi-puces dans un seul boîtier, il y a une tendance à intégrer le circuit intégré de pilotage LED (source de courant constant, contrôleur PWM) dans le boîtier LED lui-même, simplifiant la conception du circuit.
• Fiabilité & Robustesse :Les matériaux de boîtier améliorés et les techniques de construction améliorent la résistance aux cycles thermiques, à l'humidité et aux contraintes mécaniques, prolongeant les durées de vie opérationnelles bien au-delà des limites traditionnelles, rendant les LED adaptées à des environnements plus exigeants.

Ce composant particulier illustre l'application mature et rentable de la technologie LED pour des usages d'indicateur standard, équilibrant performance, fiabilité et fabricabilité.