Fiche technique de la LED SMD LTST-E683RGBW - 3,2x2,8x1,9mm - Rouge 2,4V/Vert 3,8V/Bleu 3,8V - 72-80mW - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

La LTST-E683RGBW est une LED à montage en surface (SMD) intégrant trois sources lumineuses semi-conductrices distinctes dans un seul boîtier compact. Elle combine une puce AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) pour l'émission rouge avec deux puces InGaN (Nitrure d'Indium Gallium) pour les émissions verte et bleue, le tout recouvert d'une lentille diffusante. Cette configuration permet de générer un large spectre de couleurs, y compris la lumière blanche lorsque les trois couleurs sont mélangées à des intensités appropriées. Son application principale concerne le rétroéclairage, les indicateurs d'état, l'éclairage décoratif et les modules d'affichage couleur complets où l'économie d'espace et l'assemblage automatisé sont critiques. Ses principaux avantages incluent la compatibilité avec les processus standards de soudage infrarouge et par refusion, une construction sans plomb conforme aux directives RoHS, et un conditionnement adapté aux équipements automatiques de prélèvement et de placement sur bobines de 8mm.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Il n'est pas recommandé de faire fonctionner la LED en continu à ou près de ces limites. Les paramètres clés incluent :

• Dissipation de puissance (Pd) :Rouge : 72mW, Vert/Bleu : 80mW. C'est la puissance maximale que la LED peut dissiper sous forme de chaleur en fonctionnement continu en courant continu à une température ambiante de 25°C. Dépasser cette limite risque de provoquer un emballement thermique et de réduire la durée de vie.
• Courant direct de crête (Ifp) :Rouge : 80mA, Vert/Bleu : 100mA. C'est le courant pulsé maximal autorisé, spécifié pour un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1ms. Il est nettement supérieur à la valeur en courant continu, permettant des flashs brefs et de haute intensité.
• Courant direct continu (If) :Rouge : 30mA, Vert/Bleu : 20mA. C'est le courant direct continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable à long terme. Alimenter la LED au-dessus de cette valeur augmentera le flux lumineux mais générera également plus de chaleur, ce qui peut dégrader le matériau semi-conducteur et les phosphores (le cas échéant) avec le temps.
• Plage de température :Fonctionnement : -40°C à +85°C ; Stockage : -40°C à +100°C. Ces plages garantissent l'intégrité mécanique et électrique de la LED pendant l'utilisation et les périodes d'inactivité.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C, If=20mA).

• Intensité lumineuse (Iv) :Mesurée en millicandelas (mcd), elle représente la luminosité perçue de la LED par l'œil humain (en utilisant un filtre photopique CIE). Les plages spécifiées sont : Rouge : 71-224 mcd, Vert : 355-900 mcd, Bleu : 140-355 mcd. La puce verte présente généralement l'efficacité lumineuse la plus élevée.
• Angle de vision (2θ1/2) :Une valeur typique de 120 degrés indique un motif d'émission de lumière large et diffusé. Cet angle est défini comme l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur sur l'axe central (0 degré).
• Longueur d'onde de crête (λp) & Longueur d'onde dominante (λd) :λp (Rouge : 639nm, Vert : 518nm, Bleu : 468nm) est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale. λd (Rouge : 631nm, Vert : 525nm, Bleu : 470nm) est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain comme correspondant à la couleur de la LED, dérivée du diagramme de chromaticité CIE. Elles sont étroitement liées mais pas identiques, en particulier pour les sources à large spectre.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :Ce paramètre, typiquement de 20nm (Rouge), 35nm (Vert) et 25nm (Bleu), indique la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise. Une valeur plus petite signifie une source lumineuse plus monochromatique.
• Tension directe (Vf) :La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle est alimentée à 20mA. Les plages sont : Rouge : 1,8-2,4V, Vert : 2,8-3,8V, Bleu : 2,8-3,8V. La Vf plus élevée pour les puces InGaN vertes et bleues par rapport à la puce AlInGaP rouge est due à leurs différentes énergies de bande interdite des semi-conducteurs. Une résistance limitant le courant ou un pilote à courant constant est essentiel pour un fonctionnement correct.
• Courant inverse (Ir) :Maximum 10μA à VR=5V. Cette LED n'est pas conçue pour fonctionner en polarisation inverse. L'application d'une tension inverse peut provoquer une défaillance immédiate et catastrophique en raison de la faible tension de claquage inverse de la jonction semi-conductrice.

3. Explication du système de classement par bacs

Pour garantir la cohérence des couleurs et de la luminosité en production, les LED sont triées en bacs de performance. La fiche technique fournit des codes de bac pour l'intensité lumineuse uniquement pour chaque couleur.

• Bacs d'intensité lumineuse Rouge :Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd). La tolérance au sein de chaque bac est de ±11%.
• Bacs d'intensité lumineuse Verte :T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd). La tolérance au sein de chaque bac est de ±11%.
• Bacs d'intensité lumineuse Bleue :R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). La tolérance au sein de chaque bac est de ±11%.

Lors de la commande ou de la conception, spécifier le(s) code(s) de bac requis est crucial pour obtenir un aspect uniforme dans un réseau ou un affichage. Mélanger des bacs peut entraîner des variations visibles de luminosité ou de couleur.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que le PDF fasse référence à des courbes caractéristiques typiques à la page 5, les graphiques spécifiques ne sont pas fournis dans le texte. Sur la base du comportement standard d'une LED, ces courbes incluraient typiquement :

• Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V) :Montre la relation exponentielle. La tension de "genou" est celle où la conduction commence, après quoi le courant augmente rapidement avec de petites augmentations de tension.
• Intensité lumineuse vs Courant direct (Courbe I-L) :Généralement linéaire à faibles courants, mais peut saturer à des courants plus élevés en raison des effets d'affaiblissement thermique et d'efficacité.
• Intensité lumineuse vs Température ambiante :Montre comment le flux lumineux diminue lorsque la température de jonction augmente. Les LED rouges AlInGaP ont généralement un effet d'extinction thermique plus prononcé que les LED bleues/vertes InGaN.
• Distribution spectrale de puissance :Graphiques montrant l'intensité relative de la lumière émise sur le spectre des longueurs d'onde pour chaque puce de couleur.

Ces courbes sont vitales pour comprendre le comportement de la LED dans des conditions non standard (différents courants d'alimentation, températures) et pour la conception de la gestion thermique.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est conforme à une empreinte standard SMD de l'EIA. Les dimensions clés (en mm, tolérance ±0,2mm sauf indication contraire) définissent son placement sur un PCB. L'affectation des broches est : Broche 1 : Anode pour le Rouge, Broche 4 : Anode pour le Vert, Broche 3 : Anode pour le Bleu. La cathode commune est probablement connectée en interne à une autre broche ou au plot thermique (la connexion spécifique doit être vérifiée sur le dessin dimensionnel). La lentille diffusante aide à obtenir un angle de vision plus large et plus uniforme.

5.2 Conception recommandée des pastilles de PCB

A land pattern diagram is suggested for infrared or vapor phase reflow soldering. Following this recommendation ensures proper solder joint formation, good thermal conduction away from the LED junction, and mechanical stability. The pad design accounts for solder fillet formation and prevents tombstoning during reflow.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Pour le processus sans plomb, un profil conforme à la norme J-STD-020B est suggéré. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :150-200°C pendant un maximum de 120 secondes pour chauffer progressivement la carte et activer la flux.
• Température de crête :Maximum 260°C. Le temps au-dessus du liquidus (typiquement ~217°C pour la soudure sans plomb) doit être contrôlé pour former des joints fiables sans surchauffer la LED.
• Temps total de soudage :Maximum 10 secondes à la température de crête, avec un maximum de deux cycles de refusion autorisés.

Le respect de ce profil prévient le choc thermique, qui peut fissurer la lentille en époxy ou la puce semi-conductrice, et empêche une croissance excessive d'intermétalliques aux joints de soudure.

6.2 Soudage manuel

Si nécessaire, le soudage manuel avec un fer à souder est autorisé avec des limites strictes : température de la pointe du fer ne dépassant pas 300°C, et temps de soudage ne dépassant pas 3 secondes par joint. Un seul cycle de soudage manuel est autorisé. Il faut éviter d'appliquer le fer directement sur le corps de la LED ; la chaleur doit être appliquée sur la pastille du PCB.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est nécessaire, seuls des solvants alcooliques spécifiés comme l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique doivent être utilisés à température normale pendant moins d'une minute. Des produits chimiques agressifs ou non spécifiés peuvent endommager le matériau de la lentille en époxy, provoquant un ternissement, des fissures ou une décoloration.

6.4 Stockage et sensibilité à l'humidité

Le boîtier de la LED est sensible à l'humidité. Si le sachet scellé étanche à l'humidité d'origine (avec dessicant) n'est pas ouvert, le stockage doit se faire à ≤30°C et ≤70% d'HR, avec une période d'utilisation recommandée d'un an. Une fois le sachet ouvert, les composants doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% d'HR. Les composants exposés à l'humidité ambiante pendant plus de 168 heures (7 jours) doivent être cuits à environ 60°C pendant au moins 48 heures avant le soudage par refusion pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir l'effet "pop-corn" (fissuration du boîtier due à l'expansion rapide de la vapeur pendant la refusion).

7. Conditionnement et informations de commande

Le produit est fourni dans un conditionnement standard de l'industrie pour l'assemblage automatisé :

• Bande et bobine :Les composants sont placés dans une bande porteuse de 8mm de large.
• Taille de la bobine :7 pouces (178mm) de diamètre.
• Quantité par bobine :2000 pièces.
• Quantité minimale de commande (MOQ) :500 pièces pour les quantités restantes.
• Bande de couverture :Les emplacements vides sont scellés avec une bande de couverture supérieure.
• Composants manquants :Un maximum de deux LED manquantes consécutives est autorisé selon les spécifications de la bobine.
• Norme :Le conditionnement est conforme aux spécifications EIA-481-1-B.

Le numéro de pièce LTST-E683RGBW suit le système de codage interne du fabricant, où "RGBW" indique la combinaison de couleurs capable de produire de la lumière blanche.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Panneaux d'affichage couleur complets :Utilisés comme pixels individuels ou sous-pixels dans de grands murs vidéo ou enseignes intérieures.
• Rétroéclairage :Pour les panneaux LCD dans l'électronique grand public, les tableaux de bord automobiles ou les commandes industrielles, souvent combinés avec des guides de lumière et des diffuseurs.
• Lumières d'état et indicateurs :Dans les équipements réseau, les appareils électroménagers et l'instrumentation où un codage d'état multicolore est nécessaire.
• Éclairage décoratif et architectural :Dans des bandes ou modules pour des effets de changement de couleur.

8.2 Considérations de conception

• Alimentation en courant :Utilisez toujours un pilote à courant constant ou une résistance limitant le courant en série avec chaque canal de couleur. Calculez la valeur de la résistance en utilisant R = (V_alimentation - Vf_LED) / If. Utilisez la Vf maximale de la fiche technique pour garantir que le courant ne dépasse pas la limite même avec une LED à Vf élevée.
• Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, une disposition de PCB appropriée avec une surface de cuivre adéquate (plots thermiques) est essentielle pour évacuer la chaleur de la jonction de la LED, en particulier lorsqu'elle est alimentée à des courants élevés ou dans des températures ambiantes élevées. Cela maintient le flux lumineux et la longévité.
• Mélange et contrôle des couleurs :Pour obtenir des couleurs spécifiques ou des points blancs, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) est la méthode préférée pour le contrôle de l'intensité de chaque canal, car elle maintient une tension directe et une chromaticité de couleur constantes contrairement à l'atténuation analogique.
• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Les LED sont sensibles aux décharges électrostatiques. Mettez en œuvre des procédures de manipulation sécurisées contre les ESD pendant l'assemblage.

9. Comparaison et différenciation techniques

Bien qu'une comparaison directe avec d'autres modèles ne figure pas dans le PDF, les principaux points de différenciation de la LTST-E683RGBW peuvent être déduits :

• Boîtier RVB intégré :Combine trois puces dans une empreinte de 3,2x2,8mm, économisant de l'espace sur le PCB par rapport à l'utilisation de trois LED monochromes discrètes.
• Lentille diffusante à grand angle :L'angle de vision de 120 degrés fournit un motif d'émission large et uniforme adapté aux applications nécessitant des cônes de vision larges sans optiques secondaires.
• Compatibilité des processus :La compatibilité explicite avec le soudage standard infrarouge/par refusion et le placement automatique la rend adaptée à une fabrication en grande série et rentable.
• Choix des matériaux :L'utilisation d'AlInGaP pour le rouge offre une efficacité plus élevée et une meilleure stabilité thermique par rapport aux technologies plus anciennes comme le GaAsP sur GaP.

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

10.1 Puis-je alimenter la LED rouge à 30mA et les vertes/bleues à 20mA simultanément ?

Oui, vous pouvez alimenter chaque canal indépendamment à leurs courants directs continus maximaux respectifs. Cependant, la dissipation de puissance totale du boîtier doit être prise en compte. Si les trois sont allumés au courant max, calculez la puissance totale : Pred = 30mA * 2,4V(max) = 72mW ; Pvert = 20mA * 3,8V(max) = 76mW ; Pbleu = 20mA * 3,8V(max) = 76mW. La somme (224mW) dépasse probablement la capacité de dissipation totale du boîtier. Par conséquent, un fonctionnement simultané à pleine puissance peut nécessiter une déclassement ou une gestion thermique améliorée. Consultez les données détaillées de résistance thermique si disponibles.

10.2 Pourquoi la tension directe est-elle différente pour chaque couleur ?

La tension directe est principalement déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. L'AlInGaP (rouge) a une bande interdite plus basse (~1,9-2,0 eV) que l'InGaN (vert/~2,4 eV, bleu/~2,7 eV). Une bande interdite plus élevée nécessite plus d'énergie pour que les électrons la traversent, ce qui entraîne une chute de tension directe plus élevée.

10.3 Comment obtenir de la lumière blanche avec cette LED RVB ?

La lumière blanche est créée en mélangeant les trois couleurs primaires (rouge, vert, bleu) dans des rapports d'intensité spécifiques. Il n'y a pas un seul rapport "correct", car cela dépend du point blanc cible (par exemple, blanc froid, blanc chaud). Vous devrez expérimenter avec différents niveaux de courant ou cycles de service PWM pour chaque canal. L'utilisation d'un microcontrôleur avec des sorties PWM est l'approche la plus flexible. Notez que le mélange RVB produit souvent une lumière blanche avec un indice de rendu de couleur (IRC) plus faible par rapport aux LED blanches à conversion de phosphore.

10.4 Que se passe-t-il si je connecte la polarité de manière incorrecte ?

L'application d'une tension inverse, même faible (comme 5V comme dans la condition de test Ir), peut provoquer un courant inverse élevé, potentiellement entraînant des dommages immédiats et irréversibles (claquage de la jonction). Vérifiez toujours la polarité avant d'appliquer l'alimentation. L'incorporation d'une diode en série pour la protection contre la polarité inverse sur la ligne d'alimentation est une bonne pratique pour le circuit global.

11. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'un indicateur d'état multicolore pour un appareil portable. L'indicateur doit afficher le rouge (erreur), le vert (OK), le bleu (actif) et le cyan (actif+OK) en utilisant une seule LTST-E683RGBW pour économiser de l'espace.

Mise en œuvre :

1. Circuit pilote :Utilisez un microcontrôleur avec trois broches GPIO capables de PWM. Chaque broche se connecte à la base d'un petit transistor NPN (par exemple, 2N3904). Le collecteur de chaque transistor se connecte à la cathode (commune) de la couleur de LED respective via une résistance limitant le courant. Les anodes des LED sont connectées à un rail d'alimentation de 3,3V.
2. Calcul de la résistance (pour le Vert, Vf pire cas=3,8V) :R = (3,3V - 3,8V) / 0,02A = Valeur négative. Cela indique que 3,3V est insuffisant pour polariser directement les LED vertes/bleues à leur Vf typique. Solution : Utilisez une tension d'alimentation plus élevée (par exemple, 5V) pour le circuit LED. Recalcul pour le Vert à 5V : R = (5,0V - 3,8V) / 0,02A = 60 Ohms. Utilisez une résistance standard de 62 ohms. Pour le Rouge : R = (5,0V - 2,4V) / 0,03A ≈ 87 Ohms, utilisez 91 ohms.
3. Contrôle logiciel :Programmez le microcontrôleur pour définir les cycles de service PWM : 100% pour les couleurs pleines. Pour le cyan (bleu+vert), réglez les deux canaux bleu et vert à 100%. L'équilibre d'intensité entre le vert et le bleu peut être ajusté via le PWM pour régler la teinte cyan.
4. Vérification thermique :Le scénario de puissance maximal est le cyan (Vert+Bleu tous deux à 20mA). Ptotal ≈ (5V-3,8V)*0,02A * 2 = 48mW, bien dans les limites du boîtier. Assurez-vous que le PCB a une petite zone de cuivre sous la LED pour la dissipation de chaleur.

12. Introduction au principe de fonctionnement

L'émission de lumière dans les LED est basée sur l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active (la jonction). Lorsqu'un électron se recombine avec un trou, il libère de l'énergie. Dans les semi-conducteurs à bande interdite directe comme l'AlInGaP et l'InGaN, cette énergie est libérée principalement sous forme de photon (particule de lumière). La longueur d'onde (couleur) du photon émis est déterminée par l'énergie de la bande interdite (Eg) du matériau semi-conducteur, selon l'équation λ ≈ 1240 / Eg (où λ est en nm et Eg en eV). La lentille en époxy diffusante sert à protéger la puce semi-conductrice, à façonner le faisceau lumineux de sortie et à améliorer l'extraction de la lumière de la puce.

13. Tendances technologiques

Le domaine des LED RVB SMD est animé par plusieurs tendances clés :

• Efficacité et luminance accrues :Les améliorations continues dans la croissance épitaxiale, la conception des puces et les techniques d'extraction de la lumière continuent d'augmenter l'efficacité lumineuse (lumens par watt), permettant des affichages plus brillants ou une consommation d'énergie plus faible.
• Miniaturisation :Les boîtiers deviennent plus petits (par exemple, 2,0x1,6mm, 1,6x1,6mm) tout en maintenant ou en améliorant les performances optiques, permettant des affichages à plus haute résolution.
• Amélioration de la cohérence des couleurs et du classement par bacs :Des tolérances de classement plus strictes pour l'intensité lumineuse, la longueur d'onde dominante et la tension directe deviennent la norme, réduisant le besoin d'étalonnage dans les produits finis.
• Pilotes intégrés et LED intelligentes :Une tendance croissante est l'intégration de circuits de contrôle (comme des interfaces I2C ou SPI) dans le boîtier de la LED elle-même, créant des LED RVB adressables "intelligentes" qui simplifient la conception du système et le câblage.
• Fiabilité et durée de vie améliorées :Les améliorations dans les matériaux de boîtier (par exemple, les silicones haute température au lieu de l'époxy) et les techniques de fixation des puces augmentent la température de fonctionnement maximale et la durée de vie globale des LED, en particulier pour les applications automobiles et industrielles.