Fiche technique de la LED RGB CMS 5515-RGB020AH-AM - 5.5x1.5mm - Rouge/Vert/Bleu - 20mA - Grade Automobile

1. Vue d'ensemble du produit

Le 5515-RGB020AH-AM est un composant LED CMS haute performance intégrant des émetteurs rouge, vert et bleu (RGB) dans un boîtier unique de 5,5 mm x 1,5 mm. Il est spécifiquement conçu et qualifié pour les environnements électroniques automobiles exigeants. Ses principaux avantages incluent un rendement lumineux élevé, un large angle de vision de 120 degrés et une construction robuste répondant aux normes strictes de fiabilité automobile telles que l'AEC-Q102. Le marché cible principal est celui des systèmes d'éclairage intérieur automobile, y compris l'éclairage ambiant, le rétroéclairage des commutateurs et d'autres applications d'éclairage décoratif ou fonctionnel où le mélange des couleurs et la fiabilité sont critiques.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances de la LED sont caractérisées à un courant de test standard de 20 mA et une température de pastille thermique de 25 °C. Les valeurs typiques d'intensité lumineuse sont de 1120 millicandelas (mcd) pour la puce rouge, 2800 mcd pour la puce verte et 450 mcd pour la puce bleue. Ces valeurs représentent la luminosité maximale atteignable dans des conditions standard. Les longueurs d'onde dominantes, qui définissent la couleur perçue, sont typiquement de 621 nm pour le rouge, 527 nm pour le vert et 467 nm pour le bleu. Les trois couleurs partagent un angle de vision (2φ) large et cohérent de 120 degrés, assurant une distribution lumineuse uniforme. Les tolérances de mesure sont de ±8 % pour l'intensité lumineuse et de ±1 nm pour la longueur d'onde dominante.

2.2 Paramètres électriques et thermiques

La tension directe (V_F) à 20 mA est typiquement de 2,00 V pour le rouge, 2,75 V pour le vert et 3,00 V pour le bleu. Les valeurs maximales de courant direct continu (I_F) diffèrent : 50 mA pour le rouge et 30 mA pour le vert et le bleu. Cette différence est principalement due aux caractéristiques d'efficacité et thermiques variables des différents matériaux semi-conducteurs. Les valeurs maximales absolues de dissipation de puissance sont de 137,5 mW (Rouge), 105 mW (Vert) et 112,5 mW (Bleu). La gestion thermique est cruciale ; la résistance thermique jonction-point de soudure (R_thJS) est spécifiée avec des valeurs réelles (mesurées) et électriques (calculées). Par exemple, la résistance thermique réelle peut atteindre 52 K/W pour le rouge et 85 K/W pour le vert/bleu, indiquant la nécessité d'une conception thermique de circuit imprimé adéquate pour maintenir les performances et la longévité.

2.3 Valeurs maximales absolues et fiabilité

Le composant est conçu pour une plage de température de fonctionnement de -40 °C à +110 °C, adaptée à l'environnement sévère à l'intérieur d'un véhicule. La température maximale admissible de jonction est de 125 °C. Il dispose d'une protection contre les décharges électrostatiques (ESD) de 2 kV (modèle du corps humain), essentielle pour la manipulation lors de la fabrication. Le produit est conforme aux réglementations RoHS, REACH et sans halogène (Br/Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Il répond également à la classe de robustesse à la corrosion B1, indiquant un certain degré de résistance aux atmosphères corrosives, et possède un niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) de 3.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques clés essentiels pour la conception du circuit et la prédiction des performances.

3.1 Courbe courant direct vs tension directe (Courbe I-V)

La courbe I-V montre la relation entre le courant traversant la LED et la tension à ses bornes. Chaque couleur a une courbe distincte en raison des différents bandgaps des semi-conducteurs. La LED rouge a la tension directe la plus basse, suivie du vert, puis du bleu. Les concepteurs utilisent ce graphique pour sélectionner des résistances de limitation de courant ou des réglages de pilote à courant constant appropriés afin de garantir que la LED fonctionne dans sa plage de tension spécifiée pour un courant souhaité.

3.2 Intensité lumineuse relative vs courant direct

Ce graphique illustre comment la sortie lumineuse change avec le courant d'alimentation. Typiquement, l'intensité lumineuse augmente avec le courant mais pas toujours de manière linéaire, en particulier à des courants plus élevés où l'efficacité peut chuter en raison de l'échauffement. Cette information est cruciale pour concevoir des circuits de gradation ou atteindre des niveaux de luminosité spécifiques.

3.3 Graphiques de dépendance à la température

Trois graphiques clés montrent la variation des performances avec la température de jonction (T_j) :

1. Intensité lumineuse relative vs température de jonction :La sortie lumineuse diminue généralement lorsque la température augmente. Le taux de diminution varie selon la couleur, affectant l'équilibre des couleurs dans les applications RGB si les températures ne sont pas contrôlées.

2. Tension directe relative vs température de jonction :La tension directe diminue généralement avec l'augmentation de la température. Cette caractéristique peut être utilisée pour la détection de température mais doit être prise en compte dans les schémas d'alimentation à tension constante.

3. Décalage de la longueur d'onde dominante vs température de jonction :La longueur d'onde de la couleur émise se décale légèrement avec la température. Bien que le décalage soit généralement faible (quelques nanomètres sur la plage de fonctionnement), il peut être important pour les applications critiques en termes de couleur.

3.4 Courbes de déclassement du courant direct

Des courbes séparées pour le rouge et pour le vert/bleu montrent le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température de la pastille de soudure (T_S). Lorsque la température du circuit imprimé augmente, le courant maximal sûr diminue pour empêcher la température de jonction de dépasser 125 °C. Par exemple, le courant maximal de la LED rouge se dégrade de 50 mA à une température de point de soudure de 103 °C à 35 mA à 110 °C. Ces courbes sont essentielles pour garantir un fonctionnement fiable dans des applications réelles avec des températures ambiantes variables.

3.5 Distribution spectrale et diagramme de rayonnement

Le graphique de distribution spectrale relative montre l'intensité de la lumière émise sur le spectre des longueurs d'onde pour chaque couleur. Il confirme la nature à bande étroite des LED, avec des pics à leurs longueurs d'onde dominantes respectives. Le diagramme de rayonnement typique (non détaillé dans l'extrait) représenterait visuellement l'angle de vision de 120 degrés, montrant comment l'intensité diminue aux angles éloignés du centre (perpendiculaire à la surface de la LED).

4. Informations de classement (Binning)

La fiche technique comprend une section dédiée aux informations de classement (binning). Dans la fabrication des LED, le "binning" est le processus de tri des LED en fonction de paramètres mesurés tels que l'intensité lumineuse (luminosité), la tension directe (V_F) et la longueur d'onde dominante (couleur). Cela est nécessaire en raison de variations mineures inhérentes au processus de production des semi-conducteurs. Les tableaux de classement (référencés dans le contenu) définissent les plages ou codes spécifiques pour chaque classe de paramètre. Pour les concepteurs, comprendre le classement est crucial pour garantir la cohérence des couleurs et la correspondance des performances électriques lors de l'utilisation de plusieurs LED dans un seul assemblage, comme dans une bande lumineuse ambiante. Les valeurs typiques listées dans le tableau des caractéristiques représentent le centre de la distribution attendue, mais les pièces achetées réelles tomberont dans des classes spécifiques selon le code de commande.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions mécaniques

Le composant utilise une empreinte de boîtier 5515, ce qui dénote une taille de corps d'environ 5,5 mm de longueur et 1,5 mm de largeur. Le dessin mécanique détaillé (Section 7) spécifie toutes les dimensions critiques, y compris la hauteur totale, l'espacement des broches, la taille des pastilles et les tolérances. Ce dessin est essentiel pour les concepteurs de mise en page de circuit imprimé afin de créer l'empreinte correcte dans leur logiciel CAO.

5.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure et polarité

La section 8 fournit un motif de pastilles recommandé (conception des pastilles de soudure) pour le circuit imprimé. L'utilisation de la géométrie de pastille recommandée assure une formation correcte des joints de soudure pendant la refusion, une bonne résistance mécanique et un transfert thermique optimal de la pastille thermique de la LED vers le circuit imprimé. Le diagramme indique également clairement la polarité ou le marquage de la broche 1, ce qui est critique pour une connexion électrique correcte des anodes rouge, verte et bleue et de la cathode commune (en supposant une configuration à cathode commune, typique pour les LED RGB).

5.3 Informations de conditionnement

Les LED sont fournies sur bande et bobine pour l'assemblage automatisé par pick-and-place. La section 10 détaille les spécifications de conditionnement, y compris les dimensions de la bobine, la largeur de la bande, l'espacement des alvéoles et l'orientation. Ces informations sont nécessaires pour programmer correctement l'équipement d'assemblage.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion

La section 9 spécifie le profil de soudure par refusion recommandé. Il s'agit d'un graphique temps-température qui définit comment l'assemblage du circuit imprimé doit être chauffé pour faire fondre la pâte à souder et former des connexions fiables sans endommager la LED. Les paramètres clés incluent la pente de préchauffage, le temps et la température de maintien, la température de pointe (ne pas dépasser 260 °C pendant 30 secondes, selon les valeurs maximales absolues) et la vitesse de refroidissement. Le respect de ce profil est vital pour le rendement et la fiabilité à long terme.

6.2 Précautions d'utilisation

La section 11 énumère d'importantes précautions de manipulation et d'utilisation. Celles-ci incluent probablement des avertissements concernant :

- Éviter les contraintes mécaniques sur la lentille de la LED.

- Protéger le composant contre les décharges électrostatiques excessives (ESD) pendant la manipulation, malgré sa classification de 2 kV.

- S'assurer que le circuit imprimé et le processus d'assemblage sont propres pour éviter la contamination.

- Suivre les directives de déclassement du courant en fonction de la température de fonctionnement.

- Utiliser des méthodes de limitation de courant appropriées (résistances ou pilotes) pour éviter les surintensités.

6.3 Critères de test de résistance au soufre

La section 12 mentionne les critères de test au soufre. Certains environnements, en particulier certains intérieurs automobiles ou industriels, peuvent contenir des gaz sulfureux qui peuvent corroder les composants de LED à base d'argent. Ce test vérifie la robustesse de la LED contre de telles atmosphères corrosives, ce qui fait partie de sa qualification de grade automobile.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Scénarios d'application typiques

Application principale :Éclairage ambiant intérieur automobile pour les panneaux de porte, les planchers, les accents du tableau de bord et les consoles centrales.

Applications secondaires :Rétroéclairage des boutons, commutateurs et panneaux de contrôle ; éclairage décoratif dans l'électronique grand public où une fiabilité de grade automobile est souhaitée.

7.2 Considérations de conception critiques

1. Circuit d'alimentation :Utilisez des pilotes à courant constant pour une cohérence de couleur et un contrôle de luminosité optimaux, en particulier pour la gradation PWM. Si vous utilisez une simple limitation de courant par résistance, calculez les résistances séparément pour chaque canal de couleur en raison de leurs différentes tensions directes.

2. Gestion thermique :Les valeurs de résistance thermique nécessitent une conception de circuit imprimé avec un dégagement thermique adéquat. Utilisez des vias thermiques sous la pastille thermique de la LED connectés à un plan de masse ou à une zone de cuivre dédiée pour dissiper la chaleur.

3. Mélange et contrôle des couleurs :Pour obtenir une large gamme de couleurs (y compris le blanc), un contrôle par modulation de largeur d'impulsion (PWM) indépendant de chaque canal de couleur est fortement recommandé. Les différentes intensités lumineuses (Rouge : 1120 mcd, Vert : 2800 mcd, Bleu : 450 mcd) signifient que le courant d'alimentation ou le rapport cyclique PWM de chaque canal doit être calibré pour obtenir un point blanc ou un équilibre des couleurs souhaité.

4. Conception optique :L'angle de vision de 120° convient à un éclairage diffus et à grande surface. Pour une lumière plus focalisée, des optiques secondaires (lentilles ou guides de lumière) seraient nécessaires. Le facteur de forme en vue latérale est conçu pour émettre la lumière parallèlement à la surface du circuit imprimé, idéal pour les guides de lumière par éclairage latéral.

8. Comparaison et différenciation techniques

Bien que le PDF ne compare pas directement à d'autres composants, les principaux points de différenciation de ce composant peuvent être déduits :

- Qualification automobile (AEC-Q102) :C'est un différenciateur significatif par rapport aux LED de grade commercial, impliquant des tests rigoureux pour le cyclage thermique, l'humidité, le fonctionnement à haute température et d'autres contraintes spécifiques aux environnements automobiles.

- Haute intensité lumineuse :Les sorties verte et rouge sont particulièrement élevées pour un courant d'alimentation de 20 mA, réduisant potentiellement le nombre de LED nécessaires pour un niveau de luminosité donné.

- RGB intégré dans un boîtier en vue latérale :Combine trois couleurs dans un boîtier compact et bas de profil adapté aux applications de rétroéclairage à espace restreint, éliminant le besoin de placer trois LED séparées.

- Résistance à la corrosion et au soufre :Répond à des normes spécifiques pour les environnements sévères, ce que de nombreuses LED standard ne font pas.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation de 5 V ?

A : Oui, mais vous devez utiliser des résistances de limitation de courant. Par exemple, pour la LED bleue (V_Ftyp. 3,0 V @20 mA), la valeur de la résistance serait R = (5 V - 3,0 V) / 0,020 A = 100 Ohms. Utilisez toujours la V_Fmax. de la fiche technique pour une conception robuste.

Q : Pourquoi les courants maximaux sont-ils différents pour le rouge par rapport au vert/bleu ?

A : Cela est dû aux différences d'efficacité et de caractéristiques thermiques des matériaux semi-conducteurs. La puce rouge (probablement AlInGaP) peut généralement supporter des densités de courant plus élevées que les puces vertes/bleues (probablement InGaN) dans les mêmes contraintes thermiques du boîtier.

Q : Comment créer de la lumière blanche avec cette LED RGB ?

A : La lumière blanche est créée en mélangeant les trois couleurs primaires. En raison des différentes intensités lumineuses, vous ne pouvez pas simplement alimenter les trois avec le même courant. Vous devez ajuster l'intensité relative de chaque canal (via différentes valeurs de résistance ou rapports cycliques PWM) pour mélanger à un point blanc spécifique (par exemple, D65). Cela nécessite une calibration.

Q : Quelle est la signification de MSL 3 ?

A : Le niveau de sensibilité à l'humidité 3 signifie que les LED conditionnées peuvent être exposées aux conditions de l'atelier (≤30 °C / 60 % HR) jusqu'à 168 heures (7 jours) avant d'être soudées. Si cette durée est dépassée, elles nécessitent un séchage pour éliminer l'humidité absorbée qui pourrait provoquer un "effet pop-corn" (fissuration du boîtier) pendant la soudure par refusion.

10. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'une bande lumineuse ambiante pour panneau de porte automobile utilisant dix LED 5515-RGB020AH-AM.

Étapes :

1. Mise en page du circuit imprimé :Placez les LED avec la configuration de pastilles recommandée. Connectez la pastille thermique à une grande zone de cuivre avec plusieurs vias thermiques vers un plan de masse interne pour le dissipateur thermique. Assurez-vous que les pistes pour les trois anodes et la cathode commune sont dimensionnées de manière adéquate.

2. Circuit d'alimentation :Sélectionnez un circuit intégré pilote LED à courant constant 3 canaux conçu pour une utilisation automobile. Réglez la limite de courant du pilote à 20 mA par canal par LED. Puisque dix LED sont en parallèle sur chaque canal, le pilote doit fournir 200 mA par canal de couleur. Alternativement, câblez les LED en série pour une meilleure correspondance du courant, mais cela nécessite une tension d'alimentation plus élevée.

3. Analyse thermique :Calculez la dissipation de puissance dans le pire des cas : (10 LED * (2,0 V*0,02 A pour Rouge)) + (10*(2,75 V*0,02 A pour Vert)) + (10*(3,0 V*0,02 A pour Bleu)) = 0,4 W + 0,55 W + 0,6 W = 1,55 W total. En utilisant la résistance thermique, estimez l'élévation de température et assurez-vous qu'elle reste dans les limites des courbes de déclassement pour la température ambiante de l'habitacle prévue (par exemple, 85 °C).

4. Contrôle des couleurs :Utilisez un microcontrôleur pour générer des signaux PWM pour les entrées de gradation du circuit intégré pilote. Programmez des tables de correspondance pour produire les couleurs souhaitées (par exemple, des couleurs ambiantes spécifiques à la marque). Calibrez les rapports PWM pour le rouge, le vert et le bleu dans l'assemblage final pour tenir compte des variations de classement et obtenir une lumière blanche cohérente sur toutes les portes.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Une LED (diode électroluminescente) est un dispositif semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu'un courant électrique la traverse. Ce phénomène est appelé électroluminescence. Le 5515-RGB020AH-AM contient trois puces semi-conductrices séparées (dés) dans un seul boîtier :

- Lapuce rougeest généralement fabriquée à partir de matériau Phosphure d'Aluminium Indium Gallium (AlInGaP).

- Lespuce verteetpuce bleuesont généralement fabriquées à partir de matériau Nitrure de Gallium Indium (InGaN).

Chaque puce a une jonction p-n. Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil caractéristique de la puce est appliquée, les électrons et les trous se recombinent à la jonction, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière est déterminée par l'énergie de bandgap du matériau semi-conducteur. La lumière est ensuite émise à travers une lentille en époxy moulée qui fournit également une protection mécanique et façonne le faisceau (angle de 120°). Les trois puces partagent une connexion de cathode commune pour simplifier le circuit externe.

12. Tendances technologiques

Le développement de LED comme le 5515-RGB020AH-AM est motivé par plusieurs tendances claires dans l'industrie :

1. Intégration et miniaturisation accrues :Combinaison de plusieurs couleurs (RGB, RGBW) dans des boîtiers de plus en plus petits tout en maintenant ou en augmentant le flux lumineux.

2. Efficacité plus élevée (Lumens par Watt) :Des améliorations continues dans l'épitaxie des semi-conducteurs et la conception des puces conduisent à plus de lumière pour la même entrée électrique, réduisant la consommation d'énergie et la charge thermique.

3. Fiabilité et robustesse améliorées :Des normes plus strictes pour les applications automobiles, industrielles et extérieures stimulent les améliorations des matériaux (par exemple, des lentilles plus robustes, des finitions résistantes à la corrosion) et du conditionnement pour résister à des températures, une humidité et des cyclages thermiques plus élevés.

4. Qualité et cohérence des couleurs améliorées :Des tolérances de classement plus serrées et le développement de LED avec des caractéristiques spectrales spécifiques pour répondre aux exigences d'indice de rendu des couleurs (IRC) élevé pour l'éclairage haut de gamme.

5. Éclairage intelligent et connecté :Les LED sont de plus en plus conçues pour être associées à des pilotes intégrés et des interfaces de communication (comme I2C ou LIN dans l'automobile) pour un contrôle de couleur dynamique et adressable, allant au-delà de la simple gradation analogique.