Fiche technique LED bleue puissance moyenne SMD 67-21S - Boîtier PLCC-2 - 150mA - 3,2V Typ - 540mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le modèle 67-21S est une LED de puissance moyenne pour montage en surface (SMD) conçue pour les applications d'éclairage général. Il utilise un boîtier PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier), offrant un facteur de forme compact adapté aux processus d'assemblage automatisés. La couleur principale émise est le bleu, obtenue grâce à la technologie de puce InGaN, encapsulée dans une résine transparente pour maximiser le flux lumineux. Cette LED se caractérise par son efficacité élevée et son large angle de vision de 120 degrés, la rendant polyvalente pour divers besoins d'éclairage. Elle est conforme aux directives RoHS et est fabriquée en tant que composant sans plomb.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cette LED incluent son équilibre entre performance et consommation électrique, souvent qualifiée de "puissance moyenne". Elle fournit un flux lumineux supérieur aux LED indicatrices basse puissance typiques tout en maintenant une meilleure gestion thermique et une meilleure efficacité par rapport à certaines LED haute puissance. Son large angle de vision assure une distribution lumineuse uniforme, ce qui est crucial pour l'éclairage de zones. Les marchés cibles principaux sont l'éclairage décoratif et de spectacle, où la couleur et la lumière diffuse sont importantes, et l'éclairage agricole, où des spectres lumineux spécifiques peuvent influencer la croissance des plantes. Elle convient également à l'éclairage général dans les produits grand public et commerciaux.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les limites opérationnelles du dispositif sont définies dans des conditions spécifiques (température du point de soudure à 25°C). Le courant direct continu maximal (I_F) est de 150 mA. Il peut supporter un courant direct de crête (I_FP) de 300 mA, mais uniquement en conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 10 ms. La dissipation de puissance maximale (P_d) est de 540 mW. La plage de température de fonctionnement (T_opr) est de -40°C à +85°C, et la plage de température de stockage (T_stg) est de -40°C à +100°C. La résistance thermique de la jonction au point de soudure (R_{th J-S}) est de 50 °C/W, ce qui est un paramètre critique pour la conception de la gestion thermique. La température de jonction maximale admissible (T_j) est de 125°C. Le dispositif est sensible aux décharges électrostatiques (ESD), nécessitant des procédures de manipulation appropriées.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Dans les conditions de test standard (T_soudure= 25°C, I_F= 150 mA), les performances typiques de la LED sont spécifiées. Le flux lumineux (Φ) varie d'un minimum de 9,0 lm à un maximum de 15,0 lm, avec une tolérance typique de ±11%. La tension directe (V_F) se situe typiquement entre 2,9 V et 3,6 V, avec une tolérance de fabrication plus serrée de ±0,1V. L'angle de vision (2θ_1/2), défini comme l'angle où l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête, est typiquement de 120 degrés. Le courant inverse (I_R) est spécifié à un maximum de 50 μA lorsqu'une tension inverse (V_R) de 5V est appliquée.

3. Explication du système de classement (binning)

Pour garantir l'homogénéité en production, les LED sont triées en classes (bins) en fonction de paramètres de performance clés.

3.1 Classement photométrique (Flux lumineux)

Le flux lumineux de sortie est catégorisé en plusieurs codes de classe (B8, B9, L1-L5). Chaque code représente une plage de flux spécifique mesurée à 150 mA. Par exemple, la classe B8 couvre 9,0 à 9,5 lm, tandis que la classe L5 couvre 14,0 à 15,0 lm. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des LED avec le niveau de luminosité souhaité pour leur application.

3.2 Classement de la tension directe

La tension directe est classée en codes 36 à 42. Chaque code représente une plage de 0,1V, allant de 2,9-3,0V pour la classe 36 jusqu'à 3,5-3,6V pour la classe 42. La sélection de LED provenant de la même classe de tension ou de classes adjacentes est importante pour garantir une distribution de courant uniforme lorsque plusieurs LED sont connectées en parallèle.

3.3 Classement de la longueur d'onde dominante

La couleur (longueur d'onde dominante) est classée en deux plages : B54 (465-470 nm) et B55 (470-475 nm). Cela fournit un degré de cohérence de couleur pour les applications nécessitant une teinte bleue spécifique. La tolérance de mesure pour la longueur d'onde dominante/pic est de ±1 nm.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Distribution spectrale

Le graphique de spectre fourni montre une courbe d'émission typique pour une LED bleue InGaN. Le pic est centré dans la région des longueurs d'onde bleues (autour de 465-475 nm), avec une largeur spectrale relativement étroite, caractéristique de ce matériau semi-conducteur.

4.2 Tension directe vs. Température de jonction

La Figure 1 illustre comment la tension directe évolue avec l'augmentation de la température de jonction. La tension diminue typiquement de manière linéaire lorsque la température augmente (un coefficient de température négatif), ce qui est une caractéristique commune des diodes semi-conductrices. Cela doit être pris en compte dans les circuits d'alimentation à tension constante.

4.3 Puissance radiométrique relative vs. Courant direct

La Figure 2 montre la relation entre la puissance optique de sortie et le courant direct. La sortie augmente de manière sous-linéaire avec le courant, et l'efficacité peut chuter à des courants très élevés en raison d'une génération de chaleur accrue et d'autres effets non idéaux.

4.4 Flux lumineux relatif vs. Température de jonction

La Figure 3 démontre l'effet d'extinction thermique. Lorsque la température de jonction augmente, le flux lumineux de sortie diminue. Un dissipateur thermique approprié est essentiel pour maintenir le flux lumineux et la longévité.

4.5 Courant direct vs. Tension directe (Courbe IV)

La Figure 4 présente la courbe caractéristique IV classique d'une diode à 25°C. Elle montre la relation exponentielle entre le courant et la tension une fois que la tension de seuil est dépassée.

4.6 Courant de commande maximal vs. Température de soudure

La Figure 5 fournit une courbe de déclassement. Elle indique le courant direct maximal admissible pour maintenir la température de jonction en dessous de sa limite de 125°C, en fonction de la température du point de soudure (liée à la température du PCB). À des températures ambiantes ou de carte plus élevées, le courant doit être réduit.

4.7 Diagramme de rayonnement

La Figure 6 est un diagramme polaire montrant la distribution spatiale de l'intensité lumineuse. Le diagramme confirme le profil d'émission large, de type Lambertien, avec un angle de vision de 120°.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La fiche technique inclut un dessin dimensionnel détaillé du boîtier PLCC-2. Les dimensions clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur globales, ainsi que l'espacement et la taille des pastilles. La cathode est généralement identifiée par une marque ou un coin chanfreiné sur le boîtier. Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,15 mm.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La LED est adaptée au soudage par refusion. Le profil recommandé maximal est une température de pic de 260°C pendant une durée de 10 secondes. Pour le soudage manuel, la température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 350°C, et le temps de contact doit être limité à 3 secondes par pastille. Ces limites sont cruciales pour éviter d'endommager le boîtier plastique et les connexions internes par fils.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les composants sont fournis sur une bande résistante à l'humidité et en bobine pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. Les dimensions de la bobine et des alvéoles de la bande porteuse sont fournies. La quantité standard chargée est de 4000 pièces par bobine.

7.2 Sensibilité à l'humidité et conditionnement

Les LED sont conditionnées dans un sac étanche à l'humidité en aluminium avec un dessiccant pour les protéger de l'humidité ambiante pendant le stockage et le transport, car l'absorption d'humidité peut provoquer un "effet pop-corn" pendant le soudage par refusion.

7.3 Explication de l'étiquette

L'étiquette de la bobine contient des informations telles que le numéro de produit (P/N), la quantité (QTY) et les codes de classe spécifiques pour l'intensité lumineuse (CAT), la longueur d'onde dominante (HUE) et la tension directe (REF).

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

Éclairage décoratif et de spectacle :La couleur bleue et l'angle large la rendent adaptée à l'éclairage d'accentuation, à la signalétique et aux effets scéniques.
Éclairage agricole :La lumière bleue est un composant clé des spectres d'éclairage horticole, influençant la morphologie et la photosynthèse des plantes.
Éclairage général :Peut être utilisée en réseaux pour les panneaux lumineux, les downlights et autres luminaires nécessitant une source de lumière bleue diffuse ou blanche (lorsqu'elle est combinée à des phosphores).

8.2 Considérations de conception

Gestion thermique :Avec un R_{th J-S}de 50 °C/W, un dissipateur thermique efficace via le PCB (utilisant des vias thermiques, des zones de cuivre) est obligatoire pour un fonctionnement fiable à courant nominal.
Alimentation en courant :Un pilote à courant constant est fortement recommandé par rapport à une source de tension constante pour garantir une sortie lumineuse stable et éviter l'emballement thermique.
Optique :Le large angle de vision peut nécessiter une optique secondaire (lentilles, réflecteurs) si un faisceau plus focalisé est souhaité.
Protection ESD :Implémenter une protection ESD sur les entrées du PCB et assurer une manipulation appropriée pendant l'assemblage.

9. Fiabilité et tests

La fiche technique liste un ensemble complet de tests de fiabilité réalisés avec un niveau de confiance de 90% et un LTPD (Lot Tolerance Percent Defective) de 10%. Les tests incluent la résistance au soudage par refusion, le choc thermique, le cyclage thermique, le stockage et le fonctionnement à haute température/humidité, le stockage et le fonctionnement à basse température, et plusieurs tests de durée de vie en fonctionnement à haute température sous diverses conditions (25°C, 55°C, 85°C avec différents courants). Ces tests valident la robustesse de la LED sous des contraintes environnementales et opérationnelles typiques.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED en continu à 300 mA ?
R : Non. Le courant de 300 mA est uniquement pour un fonctionnement pulsé (rapport cyclique 1/10, largeur d'impulsion 10 ms). Le courant continu maximal est de 150 mA. Le dépasser risque de surchauffer et d'endommager la LED.

Q : Pourquoi le classement de la tension directe est-il important ?
R : Lors de la connexion de plusieurs LED en parallèle, les différences de tension directe provoquent une distribution inégale du courant. Les LED avec une V_Fplus faible tireront plus de courant, pouvant conduire à une défaillance prématurée. Utiliser des LED de la même classe de tension minimise ce risque.

Q : Comment interpréter la valeur de résistance thermique (50 °C/W) ?
R : Cela signifie que pour chaque watt de puissance dissipée dans la jonction de la LED, la température de jonction augmentera de 50°C au-dessus de la température au point de soudure. Par exemple, à 150 mA et une V_Fde 3,2V, la puissance est d'environ 0,48W. Cela provoquerait une élévation de 24°C de la pastille du PCB à la jonction.

Q : Quel est le but du sac étanche à l'humidité ?
R : Les boîtiers SMD peuvent absorber l'humidité de l'air. Pendant le processus de soudage par refusion à haute température, cette humidité piégée peut se vaporiser rapidement, créant une pression interne qui fissure le boîtier ("effet pop-corn"). Le sac étanche et le dessiccant empêchent l'absorption avant utilisation.

11. Cas pratique de conception

Scénario :Conception d'une barre lumineuse linéaire utilisant 20 LED 67-21S.
Étapes de conception :
1. Conception électrique :Déterminer une configuration série-parallèle. Par exemple, connecter 10 branches en parallèle, chaque branche contenant 2 LED en série. Cela nécessite une tension d'alimentation d'environ 6,4V (2 * 3,2V) et un courant total de 1,5A (10 branches * 150mA). Un pilote à courant constant réglé à 1,5A et capable de fournir >7V en sortie est nécessaire.
2. Conception thermique :Calculer la dissipation de puissance totale : 20 LED * 0,48W ≈ 9,6W. Le PCB doit servir de dissipateur thermique. Utiliser une couche de cuivre de 2 oz, des vias thermiques sous chaque pastille de LED connectés à un large plan de masse interne, et envisager un PCB à âme aluminium (MCPCB) pour une meilleure diffusion de la chaleur.
3. Conception optique :Pour une barre linéaire, le faisceau natif de 120° peut être suffisant. Si un diffuseur est utilisé, s'assurer qu'il a une transmittance élevée pour maintenir l'efficacité.
4. Sélection des composants :Spécifier des LED de la même classe de flux lumineux (ex. : L2) et de la même classe de tension directe (ex. : 38) pour garantir une luminosité uniforme et un partage de courant équilibré.

12. Introduction au principe technique

La LED 67-21S est basée sur une hétérostructure semi-conductrice en Nitrure de Gallium-Indium (InGaN). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Leur recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage InGaN détermine l'énergie de la bande interdite, qui à son tour définit la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise – dans ce cas, le bleu. Le boîtier PLCC-2 héberge la puce semi-conductrice sur un cadre de connexion, la connecte avec des fils fins, et l'encapsule dans une résine époxy ou silicone transparente qui protège la puce et agit comme un élément optique primaire.

13. Tendances technologiques

Le marché des LED de puissance moyenne comme le 67-21S continue d'évoluer. Les tendances clés incluent :
Efficacité accrue (lm/W) :Des améliorations continues dans la conception des puces, la croissance épitaxiale et l'efficacité d'extraction du boîtier conduisent à un flux lumineux plus élevé pour la même entrée électrique.
Amélioration de la cohérence des couleurs :Des tolérances de classement plus serrées et des contrôles de fabrication avancés réduisent la variation de couleur au sein et entre les lots de production.
Fiabilité renforcée :Développement de matériaux de boîtier plus robustes (ex. : silicones haute température) et de technologies de collage de puce pour résister à des températures de fonctionnement plus élevées et à des environnements plus sévères.
Optimisation spécifique à l'application :Les LED sont de plus en plus adaptées à des marchés spécifiques comme l'horticulture, avec des spectres optimisés pour les photorécepteurs des plantes, ou pour l'éclairage centré sur l'humain, en tenant compte des rythmes circadiens.