LED SMD Jaune - Angle de Vision de 120 Degrés - Caractéristiques Électriques/Optiques - Applications Accessoires Automobiles - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes d'une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (SMD) haute performance. Le dispositif est conçu pour la fiabilité et les performances dans des environnements exigeants, ciblant spécifiquement les applications accessoires au sein du secteur automobile. Son facteur de forme miniature et son boîtier standardisé le rendent adapté aux processus d'assemblage automatisé sur carte de circuit imprimé (PCB) et aux conceptions à espace restreint.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

La LED intègre plusieurs caractéristiques clés qui contribuent à sa robustesse et à sa facilité d'intégration :

• Conformité environnementale :Le produit est conforme à la directive RoHS (Restriction des substances dangereuses).
• Manutention automatisée :Il est fourni conditionné en bande de 12 mm sur bobines de 7 pouces de diamètre, compatible avec les équipements standard de pick-and-place automatisés.
• Normes de haute fiabilité :Le dispositif subit un préconditionnement accéléré au niveau JEDEC 2 et est qualifié selon la norme AEC-Q101 Rev D, qui est la référence pour les composants semiconducteurs discrets dans les applications automobiles.
• Compatibilité de processus :Il est conçu pour être compatible avec les processus de soudage par refusion infrarouge (IR), standard dans la fabrication électronique moderne.
• Interface électrique :Le dispositif est compatible avec les circuits intégrés (I.C.), simplifiant la conception du circuit de commande.

1.2 Marché cible et applications

L'application principale prévue est pour lessystèmes accessoires automobiles. Cela inclut les fonctions d'éclairage intérieur et extérieur qui ne font pas partie des systèmes d'éclairage critiques pour la sécurité (par exemple, phares, feux stop). Les exemples peuvent inclure les témoins lumineux du tableau de bord, l'éclairage d'ambiance, les lumières de seuil de porte, ou les indicateurs d'état pour divers sous-systèmes du véhicule. La combinaison d'une haute luminosité, d'un large angle de vision et d'une qualification de grade automobile le rend adapté à ces usages.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Cette section fournit une analyse détaillée des caractéristiques électriques, optiques et thermiques du dispositif. Tous les paramètres sont spécifiés à une température ambiante (Ta) de 25°C sauf indication contraire.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (Pd) :530 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (I_F(PEAK)) :400 mA. C'est le courant pulsé maximal autorisé, typiquement défini dans des conditions spécifiques (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0.1 ms) pour gérer la température de jonction.
• Courant direct continu (I_F) :5 mA à 200 mA. C'est la plage recommandée pour un fonctionnement continu. Le courant minimum assure une sortie lumineuse stable, tandis que le maximum empêche la surchauffe.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-40°C à +110°C. Cette large plage est caractéristique des composants de grade automobile.
• Condition de soudage infrarouge :Résiste à 260°C pendant 10 secondes, ce qui correspond aux profils de refusion sans plomb (Pb-free) courants.

2.2 Caractéristiques thermiques

La gestion thermique est cruciale pour les performances et la longévité des LED. Ces paramètres définissent comment la chaleur se propage depuis la jonction semiconductrice.

• Résistance thermique, jonction-ambiante (R_θJA) :Typique 50 °C/W. Mesurée sur un PCB FR4 (1.6 mm d'épaisseur) avec une pastille de cuivre de 16 mm². Cette valeur indique de combien la température de jonction augmente pour chaque watt de puissance dissipée, par rapport à l'air ambiant.
• Résistance thermique, jonction-point de soudure (R_θJS) :Typique 30 °C/W. C'est souvent une métrique plus utile car elle décrit le chemin thermique vers le PCB, qui est le dissipateur thermique principal. Une valeur plus basse est meilleure.
• Température de jonction maximale (T_J) :125 °C. La limite supérieure absolue pour la température à la jonction semiconductrice.

2.3 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test standard (I_F= 140 mA, Ta=25°C).

• Intensité lumineuse (I_V) :4.5 cd (Min) à 11.2 cd (Max). Mesurée à l'aide d'un capteur filtré pour correspondre à la courbe de réponse photopique (œil humain) (CIE). La valeur réelle est triée (voir Section 3).
• Angle de vision (2θ_1/2) :Typique 120 degrés. C'est l'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête (sur l'axe). Un large angle de vision comme celui-ci fournit un motif d'éclairage large et uniforme.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :Typique 592 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance spectrale de sortie est la plus élevée.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :583 nm à 595 nm. C'est la longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la lumière, dérivée du diagramme de chromaticité CIE. Elle est triée pour assurer la cohérence.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :Typique 18 nm. Cela indique la pureté spectrale ; une largeur plus étroite signifie une couleur plus saturée et pure.
• Tension directe (V_F) :1.90 V (Min) à 2.65 V (Max) à 140 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement. Elle est triée pour faciliter la conception du circuit.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 μA à V_R= 12 V. Le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse ; ce paramètre est uniquement à des fins de test.

3. Explication du système de tri

Pour assurer une couleur et des performances constantes en production, les LED sont triées en lots (bins) en fonction de paramètres clés. Le code de lot suit le format : Vf / Iv / Wd (par exemple, D/DA/3).

3.1 Tri par tension directe (Vf)

Les lots assurent que les LED ont des chutes de tension similaires, ce qui est important pour le partage de courant dans les circuits parallèles ou pour une conception de pilote prévisible.

• Codes de lot :C (1.90-2.05 V), D (2.05-2.20 V), E (2.20-2.35 V), F (2.35-2.50 V), G (2.50-2.65 V).
• Tolérance :±0.1 V au sein de chaque lot.

3.2 Tri par intensité lumineuse (Iv)

Ceci regroupe les LED par leur luminosité de sortie.

• Codes de lot :DA (4.5-5.6 cd), DB (5.6-7.1 cd), EA (7.1-9.0 cd), EB (9.0-11.2 cd).
• Tolérance :±11 % au sein de chaque lot.

3.3 Tri par longueur d'onde dominante (Wd)

Ceci assure une couleur jaune perçue constante entre les lots de production.

• Codes de lot :3 (583-586 nm), 4 (586-589 nm), 5 (589-592 nm), 6 (592-595 nm).
• Tolérance :±1 nm au sein de chaque lot.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques donnent un aperçu du comportement de la LED dans différentes conditions.

4.1 Distribution spatiale (Diagramme de faisceau)

Le diagramme polaire fourni (Fig. 2) représente visuellement l'angle de vision de 120 degrés. Il montre l'intensité lumineuse relative en fonction de l'angle par rapport à l'axe central. Le motif est typiquement Lambertien ou quasi-Lambertien pour de telles LED à large angle de vision, ce qui signifie que l'intensité décroît avec le cosinus de l'angle.

4.2 Courant direct vs. Tension directe / Intensité lumineuse

Bien que non explicitement représentées dans l'extrait fourni, les courbes typiques pour les LED AlInGaP montrent une relation non linéaire. La tension directe (V_F) augmente de manière logarithmique avec le courant. L'intensité lumineuse (I_V) est généralement proportionnelle au courant direct jusqu'à un certain point, après quoi une baisse d'efficacité se produit en raison de l'augmentation de la chaleur et d'autres effets semiconducteurs. Fonctionner au courant recommandé de 140 mA se situe probablement dans la région de haute efficacité.

4.3 Dépendance à la température

Les performances des LED sont sensibles à la température. Lorsque la température de jonction augmente :

• Tension directe (V_F) :Diminue légèrement (coefficient de température négatif).
• Intensité lumineuse (I_V) :Diminue. La sortie lumineuse peut chuter significativement à haute température, c'est pourquoi la gestion thermique (faible R_θJS) est cruciale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Peut se décaler légèrement, affectant potentiellement la couleur perçue, en particulier dans les applications nécessitant un tri serré.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier et identification de la polarité

La LED utilise un contour de boîtier standard EIA. Les dimensions critiques incluent la longueur, la largeur et la hauteur, avec une tolérance typique de ±0.2 mm. Une note de conception clé est que leplot de l'ANODE sert également de dissipateur thermique principal pour la LED. Cela signifie que la pastille d'anode sur le PCB doit être conçue pour maximiser la dissipation thermique, car c'est le chemin principal pour que la chaleur quitte la jonction de la LED et entre dans le PCB.

5.2 Conception recommandée de la pastille de fixation sur PCB

Un diagramme de pastille (land pattern) est fourni pour le soudage par refusion IR. Suivre cette recommandation est essentiel pour obtenir une formation correcte des joints de soudure, assurer une bonne connexion électrique et, surtout, maximiser le transfert thermique de la pastille anode/dissipateur thermique vers les couches de cuivre du PCB. La taille et la forme de cette pastille influencent directement la résistance thermique effective (R_θJS).

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de refusion infrarouge (IR)

Un graphique de profil de refusion détaillé est spécifié, conforme à la norme J-STD-020 pour les processus sans plomb. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :Montée en température jusqu'à 150-200°C.
• Temps de maintien/Préchauffage :Maximum 120 secondes pour permettre la stabilisation de la température et l'activation de la flux.
• Température de crête :Maximum 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus (TAL) :Le temps passé au-dessus du point de fusion de la soudure est critique ; le profil garantit qu'il est dans les limites (typiquement 60-90 secondes) pour former des joints fiables sans dommage thermique au composant.
• Nombre de passages :Maximum deux cycles de refusion.

6.2 Soudage manuel (si nécessaire)

Si une retouche manuelle est requise :

• Température du fer à souder :Maximum 300°C.
• Temps de soudage :Maximum 3 secondes par joint.
• Nombre de réparations :Une seule fois pour le soudage manuel afin de minimiser la contrainte thermique.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est nécessaire, seuls les solvants spécifiés doivent être utilisés pour éviter d'endommager le boîtier de la LED. Les agents recommandés sont l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique. La LED doit être immergée à température normale pendant moins d'une minute.

7. Précautions de stockage et de manipulation

7.1 Sensibilité à l'humidité

Ce produit est classé auNiveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 2selon JEDEC J-STD-020.

• Emballage scellé :Stocker à ≤30°C et ≤70% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation est d'un an à partir du code de date lorsqu'il est stocké dans le sac étanche à l'humidité d'origine avec dessiccant.
• Emballage ouvert :Pour les composants retirés du sac scellé, l'environnement de stockage ne doit pas dépasser 30°C et 60% HR. Il est recommandé de terminer le soudage par refusion IR dans les 365 jours suivant l'ouverture.
• Stockage prolongé (ouvert) :Stocker dans un conteneur scellé avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote.
• Séchage (Baking) :Si les composants ont été exposés aux conditions ambiantes pendant plus de 365 jours, ils doivent être séchés à environ 60°C pendant au moins 48 heures avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir les dommages de type \"popcorning\" pendant la refusion.

7.2 Précautions d'application

La LED est conçue pour les équipements électroniques ordinaires et les accessoires automobiles. Pour les applications où une défaillance pourrait directement mettre en danger la vie ou la santé (par exemple, les systèmes primaires d'aviation, les dispositifs médicaux de maintien des fonctions vitales, les dispositifs de sécurité critiques), une évaluation spécifique de la fiabilité et une consultation avec le fabricant sont requises avant l'intégration dans la conception.

8. Informations sur l'emballage et la commande

8.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le dispositif est fourni dans une bande porteuse gaufrée standard de l'industrie.

• Largeur de bande :12 mm.
• Diamètre de la bobine :7 pouces (178 mm).
• Quantité par bobine :Standard 1000 pièces, avec une quantité minimale de commande de 500 pièces par bobine.
• Bande de couverture :Les emplacements vides sont scellés avec une bande de couverture supérieure.
• Composants manquants :Un maximum de deux LED manquantes consécutives (emplacements vides) est autorisé par spécification.
• Standard :L'emballage est conforme aux spécifications ANSI/EIA-481.

8.2 Informations sur l'étiquette

L'étiquette de la bobine inclut le code de description du lot au format Vf_Bin/Iv_Bin/Wd_Bin (par exemple, D/DA/3), permettant la traçabilité des caractéristiques électriques et optiques du lot.

9. Suggestions d'application et considérations de conception

9.1 Scénarios d'application typiques

• Intérieur automobile :Témoins lumineux du tableau de bord, indicateurs de position du levier de vitesses, voyants d'état du système audio, éclairage d'ambiance des planchers ou de la console.
• Extérieur automobile :Lumières de seuil de porte, éclairage des poignées de porte, éclairage de marquage ou d'accentuation non critique.
• Utilisation générale comme indicateur :LED d'état dans d'autres équipements de transport ou industriels où un large angle de vision et une haute luminosité sont bénéfiques.

9.2 Considérations de conception critiques

1. Gestion thermique :C'est l'aspect le plus critique. La conception du PCB doit maximiser la taille et la connectivité thermique (en utilisant des vias vers les couches de cuivre internes ou arrière) de lapastille anode, car c'est le chemin thermique principal. Ne pas le faire entraînera des températures de jonction plus élevées, une réduction de la sortie lumineuse, une dépréciation accélérée des lumens et une durée de vie plus courte.
2. Alimentation en courant :Utilisez un circuit pilote à courant constant, et non une simple résistance limitatrice de courant connectée à une source de tension variable, pour une sortie lumineuse stable et constante. Assurez-vous que le pilote peut fournir le courant requis (5-200 mA continu) et peut gérer le lot de tension directe des LED utilisées.
3. Conception optique :L'angle de vision de 120 degrés fournit une lumière large et diffuse. Pour des faisceaux focalisés, des optiques secondaires (lentilles) seraient nécessaires. La lentille \"water clear\" signifie que la LED émet la couleur jaune native sans diffusion.
4. Protection ESD :Bien que non explicitement déclarée comme sensible, la mise en œuvre d'une protection ESD de base sur les lignes de commande pilotant la LED est une bonne pratique pour la robustesse.

10. Comparaison et différenciation techniques

Bien qu'une comparaison directe côte à côte avec d'autres références ne soit pas fournie dans cette fiche technique, les principaux points de différenciation de cette LED peuvent être déduits de ses spécifications :

• vs. LED commerciales standard :Le principal différenciateur est laqualification AEC-Q101 et la plage de température étendue (-40°C à +110°C), la rendant adaptée aux environnements automobiles où les températures extrêmes et les vibrations sont courantes.
• vs. LED à angle étroit :L'angle de vision de 120 degrés est nettement plus large que celui de nombreuses LED indicateurs (qui peuvent être de 30 à 60 degrés), la rendant meilleure pour l'éclairage de zone ou les applications où la LED peut être vue sous des angles hors axe.
• vs. LED non triées :Letri complet sur trois paramètres (Vf, Iv, Wd) assure une cohérence beaucoup plus élevée en termes de luminosité, de couleur et de comportement électrique au sein d'une série de production, ce qui est essentiel pour les applications nécessitant une apparence uniforme ou des performances de circuit prévisibles.

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

Q1 : Quelle est la différence entre la Longueur d'onde de crête et la Longueur d'onde dominante ?
R : La Longueur d'onde de crête (λ_P) est la longueur d'onde physique à laquelle la LED émet le plus de puissance optique. La Longueur d'onde dominante (λ_d) est une valeur calculée qui représente la couleur perçue par l'œil humain, basée sur l'ensemble du spectre d'émission et les fonctions de correspondance des couleurs CIE. λ_d est plus pertinente pour la spécification de la couleur.

Q2 : Pourquoi y a-t-il un courant direct minimum (5 mA) ?
R : À des courants très faibles, la sortie lumineuse d'une LED peut devenir instable et non linéaire. Spécifier un minimum assure que le dispositif fonctionne dans une région prévisible et stable de sa courbe de performance.

Q3 : Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation 12V et une résistance ?
R : Techniquement oui, mais ce n'est pas recommandé pour des performances ou une fiabilité optimales. Le calcul R = (12V - V_F) / I_F est simple, mais toute variation de la tension d'alimentation ou de la tension directe de la LED (due au tri ou à la température) provoquera une grande variation du courant et donc de la luminosité. Un pilote à courant constant est fortement préféré.

Q4 : L'anode est le dissipateur thermique. Cela signifie-t-il que la pastille de cathode n'est pas importante thermiquement ?
R : Correct. Le chemin thermique principal est intentionnellement conçu à travers l'anode. Bien que la connexion de la cathode conduise une partie de la chaleur, la conception du PCB doit concentrer les efforts de gestion thermique (grande surface de cuivre, vias thermiques) exclusivement sur la pastille d'anode pour une efficacité maximale.

12. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'une bande lumineuse d'ambiance pour console centrale automobile.

1. Analyse des besoins :Besoin d'un éclairage jaune doux et uniforme sur une bande de 30 cm, visible depuis différentes positions d'assise. La tension de fonctionnement est le système nominal 12V du véhicule. L'environnement de température varie des démarrages à froid à l'habitacle chaud.
2. Sélection des composants :Cette LED est adaptée en raison de son grade automobile, de son large angle de vision (pour une diffusion uniforme) et de sa couleur jaune. La haute luminosité permet de la piloter en dessous de son courant maximum pour une efficacité et une durée de vie accrues.
3. Conception du circuit :Un circuit intégré pilote de LED à courant constant à découpage est sélectionné, configuré pour délivrer 100 mA par LED. C'est en dessous du point de test de 140 mA, offrant une marge pour la déclassement thermique. Le réglage de courant du pilote est indépendant des fluctuations du système électrique du véhicule (9-16 V).
4. Conception du PCB :La conception utilise un alignement linéaire de LED. L'étape la plus critique est de concevoir une grande zone de cuivre pleine pour la pastille anode de chaque LED, connectée via plusieurs vias thermiques à un plan de masse interne dédié servant de répartiteur de chaleur. Les pastilles de cathode sont connectées avec des pistes fines.
5. Intégration optique :Les LED sont placées derrière un guide de lumière/diffuseur blanc laiteux ou texturé pour disperser le faisceau de 120 degrés en une ligne de lumière parfaitement uniforme, masquant les \"points chauds\" individuels des LED.
6. Validation :L'assemblage est testé sur toute la plage de température pour s'assurer que la sortie lumineuse répond aux exigences lorsqu'il est chaud et qu'aucune défaillance liée à la condensation ne se produit pendant les cycles d'humidité (validation du respect des procédures de manipulation MSL-2).

13. Introduction technologique

Cette LED utilise un système de matériau semiconducteurAlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium). Ce matériau est particulièrement efficace pour produire de la lumière dans les régions jaune, orange, rouge et ambre du spectre. Les principaux avantages de l'AlInGaP incluent un rendement quantique interne élevé et une bonne stabilité thermique par rapport à certains autres systèmes de matériaux. La lentille \"water clear\" est typiquement fabriquée en époxy ou en silicone résistant à haute température, transparente à la longueur d'onde émise, permettant de voir la couleur pure de la puce semiconductrice sans altération ni diffusion.

14. Tendances et évolutions de l'industrie

La tendance générale des LED SMD, en particulier pour les applications automobiles et industrielles, va vers :

1. Efficacité accrue (lm/W) :Des améliorations continues dans la croissance épitaxiale et la conception des puces produisent plus de lumière pour la même entrée électrique, réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique.
2. Densité de puissance plus élevée et meilleure gestion thermique :Les nouvelles conceptions de boîtiers intègrent de meilleurs chemins thermiques (comme le dissipateur thermique anode dédié ici) et des matériaux pour gérer des courants de commande plus élevés dans des empreintes plus petites.
3. Fiabilité améliorée et qualification plus stricte :Des normes comme l'AEC-Q101 sont continuellement révisées, et les composants doivent satisfaire à des tests plus rigoureux pour des durées de vie plus longues, en particulier dans les applications automobiles où des durées de vie de 10 à 15 ans sont courantes.
4. Tri plus serré et cohérence de couleur accrue :Alors que des applications comme l'éclairage d'ambiance deviennent plus esthétiques, la demande pour des LED avec des coordonnées de couleur extrêmement constantes (au-delà de la simple longueur d'onde dominante) et une intensité uniforme entre les lots de production augmente.
5. Intégration :Il y a une tendance à intégrer plusieurs puces LED, des circuits de contrôle et parfois des optiques dans des \"modules LED\" uniques et plus intelligents pour simplifier la conception de l'utilisateur final.