Fiche technique LED RGB SMD LTST-S32F1KT-5A - Puce pleine couleur - Tension 1,6-3,1V - Puissance 75-80mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTST-S32F1KT-5A est une lampe LED pleine couleur, latérale et compacte pour montage en surface (SMD). Il intègre trois puces semi-conductrices distinctes dans un seul boîtier : une puce AlInGaP pour l'émission rouge, et deux puces InGaN pour les émissions verte et bleue. Cette configuration permet de générer un large spectre de couleurs via le contrôle individuel ou combiné des trois canaux. Le dispositif est conçu pour les processus d'assemblage automatisé sur carte de circuit imprimé (PCB), avec des terminaisons étamées pour une meilleure soudabilité et une compatibilité avec les profils de soudage par refusion sans plomb (Pb-free).

L'objectif de conception principal est de fournir une source lumineuse RGB fiable et haute luminosité pour les applications à espace restreint nécessitant une indication d'état, un rétroéclairage ou un éclairage symbolique. Son encombrement miniature et son profil de lentille à émission latérale le rendent particulièrement adapté à l'intégration dans l'électronique grand public fine, les dispositifs de communication et les panneaux de contrôle industriel où l'espace frontal est limité mais la visibilité latérale est cruciale.

1.1 Caractéristiques

• Conforme aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses).
• Conception optique latérale avec une lentille transparente.
• Utilise la technologie semi-conductrice ultra-lumineuse InGaN (pour Vert/Bleu) et AlInGaP (pour Rouge).
• Conditionné sur bande de 8 mm logée sur des bobines standard de 7 pouces de diamètre pour les équipements de placement automatique.
• Conforme aux contours de boîtier standard EIA (Electronic Industries Alliance).
• Logique d'entrée compatible (compatible I.C.) pour une interface facile avec les microcontrôleurs et circuits de pilotage.
• Entièrement compatible avec les processus de soudage par refusion infrarouge (IR) à haut volume.

1.2 Applications

• Équipements de télécommunication (ex. : stations de base cellulaires, routeurs).
• Dispositifs de bureautique (ex. : imprimantes, scanners, appareils multifonctions).
• Panneaux indicateurs et interfaces de contrôle d'appareils électroménagers.
• Indicateurs d'état et de défaut pour équipements industriels.
• Rétroéclairage de clavier et pavé numérique dans les appareils portables.
• Indicateurs d'état et d'alimentation à usage général.
• Micro-affichages et éclairage d'icônes.
• Signalisation et éclairage symbolique dans les tableaux de commande.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Cette section fournit une analyse détaillée des limites opérationnelles et des caractéristiques de performance du dispositif dans des conditions de test définies. Toutes les données sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C sauf indication contraire.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Un fonctionnement continu à ou près de ces limites n'est pas conseillé.

• Dissipation de puissance (Pd) :Rouge : 75 mW, Vert/Bleu : 80 mW. C'est la perte de puissance maximale admissible sous forme de chaleur dans le boîtier.
• Courant direct de crête (I_F(PEAK)) :Rouge : 80 mA, Vert/Bleu : 100 mA. Applicable uniquement en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms) pour éviter une surcharge thermique.
• Courant direct continu (I_F) :Rouge : 30 mA, Vert/Bleu : 20 mA. Le courant direct continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable à long terme.
• Plage de température de fonctionnement :-20°C à +80°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est conçu pour fonctionner.
• Plage de température de stockage :-30°C à +100°C. La plage de température autorisée lorsque le dispositif n'est pas alimenté.
• Condition de soudage infrarouge :Supporte une température de crête de 260°C pendant 10 secondes, définissant son Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) et sa capacité de refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test standard (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• Intensité lumineuse (I_V) :Mesurée en millicandelas (mcd). Valeurs minimales : Rouge : 18,0 mcd, Vert : 45,0 mcd, Bleu : 11,2 mcd. Valeurs maximales : Rouge : 45,0 mcd, Vert : 180,0 mcd, Bleu : 45,0 mcd. Cette large plage est gérée via un système de binning.
• Angle de vision (2θ_1/2) :Typiquement 130 degrés. C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité de crête, définissant la largeur du faisceau.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :Typique : Rouge : 632 nm, Vert : 520 nm, Bleu : 468 nm. La longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :La longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond à la couleur de la LED. Plage : Rouge : 617-631 nm (Typ. 624 nm), Vert : 520-540 nm (Typ. 527 nm), Bleu : 463-477 nm (Typ. 470 nm).
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :Typique : Rouge : 17 nm, Vert : 35 nm, Bleu : 26 nm. La largeur de bande spectrale mesurée à la moitié de l'intensité maximale, indiquant la pureté de la couleur.
• Tension directe (V_F) :À I_F=5mA. Plage : Rouge : 1,6 - 2,3 V, Vert : 2,7 - 3,1 V, Bleu : 2,7 - 3,1 V. Ce paramètre est également trié par bin.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 µA à V_R= 5V. Les LED ne sont pas conçues pour fonctionner en polarisation inverse ; ce test est uniquement pour l'assurance qualité.

3. Explication du système de binning

Pour garantir une couleur et une luminosité constantes en production, les LED sont triées en catégories de performance. Le LTST-S32F1KT-5A utilise un binning séparé pour la Tension directe (V_F) et l'Intensité lumineuse (I_V).

3.1 Binning de la Tension directe (V_F)

Pour les puces Verte et Bleue (testées à I_F=5mA) :

- Code de bin E7 : V_F= 2,70V à 2,90V.

- Code de bin E8 : V_F= 2,90V à 3,10V.

La tolérance sur chaque bin est de ±0,1V. La V_Fde la puce Rouge est spécifiée mais non triée par bin dans ce document.

3.2 Binning de l'Intensité lumineuse (I_V)

Mesurée à I_F=5mA. La tolérance sur chaque bin est de ±15%.

Bleu :L (11,2-18,0 mcd), M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd).

Vert :P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd), R (112,0-180,0 mcd).

Rouge :M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd).

Le code de bin est marqué sur l'emballage, permettant aux concepteurs de sélectionner des LED avec une luminosité correspondante pour les réseaux multi-LED.

4. Analyse des courbes de performance

Les courbes de performance typiques illustrent la relation entre les paramètres clés. Elles sont essentielles pour la conception de circuit et la gestion thermique.

• Intensité lumineuse relative vs. Courant direct :Montre la relation non linéaire entre le courant de commande et la sortie lumineuse pour chaque couleur. Fonctionner au-dessus du courant continu recommandé entraîne des rendements décroissants et une chaleur accrue.
• Intensité lumineuse relative vs. Température ambiante :Démontre l'effet d'extinction thermique, où la sortie lumineuse diminue lorsque la température de jonction augmente. Une dissipation thermique appropriée ou une déclassification du courant est nécessaire pour les environnements à haute température.
• Tension directe vs. Courant direct :Affiche la caractéristique I-V de la diode. La résistance dynamique peut être déduite de la pente de la courbe au-dessus de la tension de seuil.
• Distribution spectrale :Graphiques montrant la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde pour chaque puce, mettant en évidence le pic (λ_p) et la largeur spectrale (Δλ).

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est conforme à un contour SMD standard. Les dimensions critiques incluent la longueur, la largeur et la hauteur du corps, ainsi que les recommandations de motif de pastilles (empreinte) pour la conception PCB. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,1 mm sauf indication contraire. Un diagramme détaillé spécifie l'affectation des broches : Broche 1 pour l'anode Rouge, Broche 2 pour l'anode Verte et Broche 3 pour l'anode Bleue. Les cathodes des trois puces sont connectées en interne à la Broche 4.

5.2 Conception de pastilles PCB recommandée et polarité

Un diagramme de motif de pastilles est fourni pour assurer une formation correcte du joint de soudure pendant la refusion. La conception permet des congés de soudure et empêche l'effet "tombstoning". La polarité est clairement indiquée par un marquage sur le corps du dispositif (généralement un point ou un coin chanfreiné) correspondant à la Broche 1 (Rouge).

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de refusion IR recommandé (Procédé sans plomb)

Un graphique temps-température définit le profil de soudage par refusion suggéré :

- Préchauffage : 150-200°C jusqu'à 120 secondes.

- Refusion : Température de crête ne dépassant pas 260°C.

- Temps au-dessus de 260°C : Maximum 10 secondes.

- Nombre de passages : Maximum deux cycles de refusion.

Pour le soudage manuel à l'étain : Température ≤300°C, temps ≤3 secondes, une seule fois.

6.2 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après soudure, n'utiliser que des solvants alcooliques spécifiés comme l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique. L'immersion doit se faire à température normale pendant moins d'une minute. Des produits chimiques non spécifiés peuvent endommager la lentille en époxy ou le boîtier.

6.3 Stockage et manipulation

• Précautions ESD :Le dispositif est sensible aux décharges électrostatiques (ESD). La manipulation doit impliquer des bracelets antistatiques mis à la terre, des tapis antistatiques et un équipement correctement mis à la terre.
• Sensibilité à l'humidité :Conditionné en MSL 3. Une fois le sac barrière à l'humidité d'origine ouvert, les composants doivent être soudés par refusion dans la semaine (168 heures) dans des conditions d'atelier (≤30°C/60% HR). Pour un stockage plus long hors du sac, utiliser une armoire sèche ou un conteneur desséché. Les composants exposés au-delà d'une semaine nécessitent un séchage (ex. : 60°C pendant 20 heures) avant refusion pour éviter l'effet "popcorn".

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le dispositif est fourni dans une bande porteuse gaufrée avec une bande de protection, enroulée sur des bobines de 7 pouces (178 mm) de diamètre.

- Quantité par bobine : 3000 pièces.

- Quantité minimale de commande pour les restes : 500 pièces.

- Largeur de bande : 8 mm.

- L'espacement des alvéoles et les dimensions des bobines sont conformes aux normes ANSI/EIA-481.

- Le nombre maximum autorisé de composants manquants consécutifs dans la bande est de deux.

8. Suggestions d'application

8.1 Circuits d'application typiques

Chaque canal de couleur (Rouge, Vert, Bleu) doit être piloté indépendamment via une résistance de limitation de courant ou, de préférence, un pilote à courant constant. La tension directe diffère par couleur (Rouge ~2,0V, Vert/Bleu ~3,0V), donc des calculs de réglage de courant séparés sont nécessaires si l'on utilise une alimentation commune avec des résistances en série. Pour l'atténuation PWM (Modulation de Largeur d'Impulsion) ou le mélange de couleurs, s'assurer que le pilote peut gérer la fréquence et le courant requis.

8.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, assurer une surface de cuivre PCB adéquate ou des vias thermiques sous la pastille thermique du dispositif (le cas échéant) pour évacuer la chaleur, surtout lors d'un fonctionnement à ou près du courant maximum.
• Déclassification du courant :Pour un fonctionnement près de l'extrémité supérieure de la plage de température (+80°C), réduire le courant direct pour maintenir la fiabilité et éviter une dépréciation accélérée du flux lumineux.
• Conception optique :Le profil à émission latérale est idéal pour les applications de guide de lumière ou d'onde. Considérer l'angle de vision de 130 degrés lors de la conception des guides de lumière pour assurer un éclairage uniforme.

9. Comparaison et différenciation techniques

Les principaux points de différenciation du LTST-S32F1KT-5A résident dans sa combinaison spécifique de caractéristiques :

- Latérale vs. Vue de dessus :Contrairement aux LED à émission supérieure courantes, ce dispositif émet la lumière par le côté, permettant une intégration mécanique unique pour les panneaux rétroéclairés sur les bords ou les indicateurs d'état sur la surface verticale d'un PCB.

- Pleine couleur dans un seul boîtier :Intègre trois puces de couleur primaire, économisant de l'espace sur la carte par rapport à l'utilisation de trois LED monochromes discrètes.

- Mélange technologique :Utilise le matériau semi-conducteur optimal pour chaque couleur : AlInGaP haute efficacité pour le rouge et InGaN haute luminosité pour le vert/bleu, résultant en une bonne efficacité lumineuse globale.

- Construction robuste :Les broches étamées et la compatibilité avec les profils de refusion IR rigoureux le rendent adapté à la fabrication moderne à haut volume.

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

Q1 : Puis-je piloter les trois couleurs à partir d'une seule alimentation 5V ?

R : Oui, mais vous devez utiliser des résistances de limitation de courant séparées pour chaque canal. Calculer la valeur de la résistance comme R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Utiliser la V_Fmaximale de la fiche technique pour une conception sûre. Par exemple, pour le canal Bleu à 20mA : R = (5V - 3,1V) / 0,02A = 95 Ohms (utiliser 100 Ohms).

Q2 : Pourquoi le courant continu maximum est-il différent pour le Rouge (30mA) par rapport au Vert/Bleu (20mA) ?

R : Cela est principalement dû aux différences d'efficacité quantique interne et de caractéristiques thermiques des matériaux semi-conducteurs AlInGaP (Rouge) et InGaN (Vert/Bleu). La puce Rouge peut généralement supporter des densités de courant plus élevées dans les mêmes contraintes thermiques de boîtier.

Q3 : Comment obtenir de la lumière blanche avec cette LED RGB ?

R : La lumière blanche est créée en pilotant simultanément les puces Rouge, Verte et Bleue selon des rapports de courant spécifiques. Le rapport exact dépend du point de blanc souhaité (ex. : blanc froid, blanc chaud) et du bin spécifique des LED utilisées. Cela nécessite une calibration ou l'utilisation d'une boucle de rétroaction avec capteur de couleur pour des résultats précis.

Q4 : Quelle est la signification des codes de bin ?

R : Les codes de bin garantissent la cohérence de la couleur et de la luminosité. Pour les applications utilisant plusieurs LED (comme une barre lumineuse), spécifier et utiliser des LED des mêmes bins V_Fet I_Vest essentiel pour éviter des différences visibles de teinte de couleur ou de luminosité entre les dispositifs adjacents.

11. Cas d'utilisation pratique

Scénario : Indicateur d'état pour un routeur réseau

Un concepteur a besoin d'un indicateur d'état multicolore pour un routeur indiquant l'alimentation (vert fixe), l'activité (vert clignotant), l'erreur (rouge) et le mode configuration (bleu). L'utilisation du LTST-S32F1KT-5A économise de l'espace par rapport à trois LED séparées. La conception à émission latérale permet à la lumière d'être couplée dans un guide de lumière qui va jusqu'au panneau avant du boîtier fin du routeur. Les broches GPIO d'un microcontrôleur, chacune avec une résistance en série (calculée pour un pilotage de 5-10mA), contrôlent les couleurs individuelles. Le large angle de vision assure que l'indicateur est visible sous différents angles dans une pièce.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Les diodes électroluminescentes (LED) sont des dispositifs à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région de type n se recombinent avec les trous de la région de type p dans la couche active, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde (couleur) de la lumière émise est déterminée par la largeur de bande interdite du matériau semi-conducteur. Le LTST-S32F1KT-5A utilise :

- AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) :Un système de matériau avec une largeur de bande correspondant à la lumière rouge et ambre. Il offre une haute efficacité dans le spectre rouge-orange.

- InGaN (Nitrures d'Indium Gallium) :Un système de matériau avec une largeur de bande réglable capable d'émettre de la lumière de l'ultraviolet au bleu et au vert, selon la teneur en indium. C'est la norme pour les LED bleues et vertes haute luminosité.

13. Tendances technologiques

La trajectoire générale pour les LED SMD comme celle-ci comprend :

- Efficacité accrue :Des améliorations continues dans la croissance épitaxiale et la conception des puces conduisent à plus de lumens par watt (lm/W), réduisant la consommation d'énergie pour la même sortie lumineuse.

- Miniaturisation :Réduction continue de la taille du boîtier tout en maintenant ou en augmentant la puissance optique.

- Amélioration de la restitution des couleurs et de la cohérence :Des tolérances de binning plus strictes et de nouvelles technologies de phosphores (pour les LED blanches) produisent des points de couleur plus cohérents et un Indice de Rendu des Couleurs (IRC) plus élevé.

- Intelligence intégrée :Croissance des modules "LED intelligentes" avec pilotes, contrôleurs et interfaces de communication intégrés (ex. : I2C, SPI) pour une conception de système simplifiée. Bien que le LTST-S32F1KT-5A soit un composant discret, l'industrie évolue vers des solutions plus intégrées pour les tâches d'éclairage complexes.