Fiche technique LED CMS 2820 - Boîtier 2,8x2,0 mm - Couleur ambre - 3,0 V Typ. - 0,45 W @ 150 mA - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

La série 2820-PA1501M-AM est une LED CMS haute performance conçue principalement pour les applications exigeantes d'éclairage automobile. Elle utilise une technologie à conversion de phosphore pour produire une couleur ambre stable. Le composant est logé dans un boîtier CMS compact de 2,8 mm x 2,0 mm, offrant un équilibre entre taille et puissance lumineuse. Ses principaux avantages incluent la conformité à la norme stricte de qualification automobile AEC-Q102, une protection élevée contre les décharges électrostatiques (ESD) de 8 kV (HBM), et le respect des réglementations environnementales telles que RoHS, REACH et les exigences sans halogène. Le marché cible est l'éclairage automobile intérieur et extérieur, où la fiabilité, la constance des couleurs et les performances dans des conditions difficiles sont primordiales.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et électriques

Les performances de la LED sont caractérisées sous un courant de test standard de 150 mA. Le flux lumineux typique est de 45 lumens (lm), avec un minimum de 39 lm et un maximum de 60 lm selon la structure de tri. La tension directe (Vf) à ce courant est typiquement de 3,00 volts, avec une plage de 2,75 V à 3,5 V. Ce paramètre est crucial pour la conception de l'alimentation et la gestion thermique. Le dispositif offre un large angle de vision de 120 degrés, assurant une distribution lumineuse large et uniforme. Les coordonnées chromatiques sont centrées autour de CIE x=0,575 et CIE y=0,418, définissant sa teinte ambre spécifique. Toutes les mesures photométriques ont une tolérance de ±8 %, et les mesures de tension directe ont une tolérance de ±0,05 V.

2.2 Valeurs maximales absolues et propriétés thermiques

Pour garantir une fiabilité à long terme, le dispositif ne doit pas être utilisé au-delà de ses valeurs maximales absolues. Le courant direct continu maximal est de 350 mA, avec une capacité de courant de surtension crête (tp ≤ 10 μs) de 750 mA. La dissipation de puissance maximale est de 1225 mW. La température de jonction (Tj) ne doit pas dépasser 150 °C, avec une plage de température de fonctionnement de -40 °C à +125 °C. Deux valeurs de résistance thermique sont fournies : la résistance thermique réelle de la jonction au point de soudure (Rth JS réel) est au maximum de 22 K/W, tandis que la valeur dérivée par méthode électrique (Rth JS él) est au maximum de 15 K/W. Ces valeurs sont essentielles pour calculer le dissipateur thermique nécessaire afin de maintenir Tj dans des limites sûres pendant le fonctionnement.

3. Explication du système de tri

Les LED sont triées en catégories pour assurer la cohérence des paramètres clés pour la conception des applications.

3.1 Tri par flux lumineux

Les catégories de flux sont désignées F3, F4 et F5. La catégorie F3 couvre un flux lumineux de 39 lm à 45 lm, F4 de 45 lm à 52 lm, et F5 de 52 lm à 60 lm. Cela permet aux concepteurs de sélectionner les LED en fonction du niveau de luminosité requis pour leur application spécifique.

3.2 Tri par tension directe

Les catégories de tension aident à apparier les LED pour le partage de courant dans les réseaux multi-LED. Les catégories sont 2730 (2,75 V - 3,00 V), 3032 (3,00 V - 3,25 V) et 3235 (3,25 V - 3,50 V). L'utilisation de LED provenant de catégories de tension identiques ou très proches minimise le déséquilibre de courant.

3.3 Tri par couleur

La couleur ambre est étroitement contrôlée dans deux catégories principales : YA et YB. Chaque catégorie est définie par une zone quadrilatère sur le diagramme de chromaticité CIE 1931. Les catégories YA et YB ont des limites de coordonnées spécifiques garantissant que la couleur ambre émise se situe dans une plage visuellement cohérente et acceptable. Les coordonnées typiques fournies (x=0,575, y=0,418) servent de point de référence central.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Courbe IV et flux lumineux relatif

Le graphique Courant direct vs Tension directe montre la relation exponentielle typique des LED. À 150 mA, la Vf est centrée autour de 3,0 V. Le graphique Flux lumineux relatif vs Courant direct indique que la puissance lumineuse augmente de manière sous-linéaire avec le courant. Bien qu'un fonctionnement à des courants plus élevés produise plus de lumière, il génère également plus de chaleur, affectant l'efficacité et la longévité.

4.2 Dépendance à la température

Les graphiques de performance en fonction de la température de jonction sont critiques pour les applications automobiles. La courbe Flux lumineux relatif vs Température de jonction montre que la puissance lumineuse diminue lorsque la température augmente. À 125 °C, le flux relatif est d'environ 70 à 80 % de sa valeur à 25 °C. La Tension directe a un coefficient de température négatif, diminuant linéairement avec l'augmentation de la température. Les graphiques de Déplacement des coordonnées chromatiques montrent un changement minimal avec l'augmentation du courant et de la température, indiquant une bonne stabilité des couleurs.

4.3 Distribution spectrale et diagramme de rayonnement

Le graphique de Distribution spectrale relative confirme un spectre à conversion de phosphore, typique des LED ambre, avec un large pic d'émission. Le diagramme de l'angle de vision illustre le motif d'émission de type Lambertien avec une largeur à mi-hauteur (FWHM) de 120°, confirmant la distribution lumineuse large et uniforme.

4.4 Dérating et gestion des impulsions

La Courbe de dérating du courant direct dicte le courant continu maximal autorisé en fonction de la température du plot de soudure (Ts). Par exemple, à Ts=125 °C, le IF maximum est de 350 mA. La courbe impose un courant de fonctionnement minimum de 20 mA. Le graphique de Capacité de gestion des impulsions autorisées définit le courant d'impulsion crête (IFP) autorisé pour des largeurs d'impulsion très courtes (tp) et divers cycles de service (D), ce qui est utile pour les applications de gradation PWM ou de stroboscopie.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions physiques

Le boîtier de la LED a des dimensions de 2,8 mm de longueur et 2,0 mm de largeur. Le dessin mécanique fournit des mesures détaillées incluant la hauteur totale, la géométrie de la lentille et les dimensions des broches. Toutes les tolérances sont de ±0,1 mm sauf indication contraire. La taille compacte facilite les implantations PCB à haute densité.

5.2 Empattement de soudure recommandé

Un dessin d'empattement est fourni pour assurer une soudure fiable et des performances thermiques optimales. La conception inclut des plots pour les deux bornes électriques et un plot thermique central. Le plot thermique est essentiel pour un transfert de chaleur efficace de la jonction de la LED vers le PCB. Le respect de cette implantation recommandée aide à prévenir l'effet "tombstoning", améliore la fiabilité des soudures et maximise la dissipation thermique.

5.3 Identification de la polarité

La cathode est généralement marquée sur le composant, souvent par une encoche, un point ou un marquage vert sur la face inférieure du boîtier comme indiqué sur le dessin mécanique. Une orientation correcte de la polarité lors de l'assemblage est obligatoire pour éviter d'endommager le composant.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion

La LED est conçue pour une température de soudure maximale de 260 °C pendant 30 secondes. Un profil de refusion détaillé doit être suivi, incluant typiquement les étapes de préchauffage, stabilisation thermique, refusion (avec une température de pic ne dépassant pas 260 °C) et refroidissement. Le profil doit être compatible avec les normes JEDEC pour les composants de niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) 2, ce qui signifie que le composant doit être séché s'il a été exposé aux conditions ambiantes au-delà de sa durée de vie en stock avant la refusion.

6.2 Précautions d'utilisation

Les précautions clés incluent : éviter les contraintes mécaniques sur la lentille, prévenir la contamination de la surface optique, utiliser des procédures de manipulation ESD appropriées, et s'assurer que le PCB et la pâte à souder sont propres pour éviter la corrosion induite par le soufre (le dispositif répond à la Classe de test Soufre A1).

6.3 Conditions de stockage

La plage de température de stockage est de -40 °C à +125 °C. Pour un stockage à long terme, les composants doivent être conservés dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine avec un dessiccant si le sac a été ouvert et que le temps d'exposition dépasse la durée de vie en stock MSL 2.

7. Informations d'emballage et de commande

7.1 Spécifications d'emballage

Les LED sont fournies en bande et en bobine pour l'assemblage automatisé. Les informations d'emballage détaillent les dimensions de la bobine, la largeur de la bande, l'espacement des alvéoles et l'orientation des composants sur la bande.

7.2 Règles de dénomination des références et modèles

La référence 2820-PA1501M-AM suit une structure logique : "2820" indique la taille du boîtier, "PA" signifie probablement Ambre à conversion de Phosphore, "150" peut faire référence au courant de test nominal en mA, "1M" pourrait désigner une catégorie de flux/couleur ou une version spécifique, et "AM" confirme la couleur ambre. Les informations de commande permettent la sélection de catégories spécifiques pour le flux lumineux (F3/F4/F5) et la tension directe (2730/3032/3235) pour répondre aux exigences précises de l'application.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

L'application principale est l'éclairage automobile. Cela inclut les applications intérieures telles que le rétroéclairage du tableau de bord, l'éclairage des commutateurs et l'éclairage d'ambiance. Les applications extérieures incluent les feux de position latéraux, les indicateurs de clignotement (selon les réglementations locales et l'intensité lumineuse requise) et les feux de jour (DRL) lorsqu'ils sont utilisés en grappes ou avec des optiques appropriées.

8.2 Considérations de conception

Les concepteurs doivent prendre en compte plusieurs facteurs :Gestion thermique :Utilisez les valeurs de résistance thermique et la courbe de dérating pour concevoir un dissipateur thermique PCB adéquat (nappe de cuivre) et envisagez éventuellement l'utilisation de PCB à âme métallique (MCPCB) pour les applications haute puissance ou à température ambiante élevée.Alimentation en courant :Utilisez un pilote à courant constant pour une puissance lumineuse stable. Le pilote doit être conçu pour s'adapter à la plage de catégories de tension directe.Optiques :L'angle de vision de 120° peut nécessiter des optiques secondaires (lentilles, guides de lumière) pour obtenir les faisceaux lumineux souhaités pour des applications spécifiques.Implantation PCB :Suivez de près la conception d'empattement recommandée, en particulier pour la connexion du plot thermique, qui doit être connecté à une grande surface de cuivre avec plusieurs vias vers les couches internes ou inférieures pour la diffusion de la chaleur.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux LED de qualité commerciale standard, la série 2820-PA1501M-AM se différencie par sa qualification de qualité automobile (AEC-Q102). Cela implique des tests plus rigoureux pour le cyclage thermique, la résistance à l'humidité, la durée de vie en fonctionnement à haute température (HTOL) et autres contraintes. La classification ESD de 8 kV est supérieure à celle des composants commerciaux typiques. Sa résistance au soufre (Classe A1) est un avantage clé dans les environnements automobiles et industriels où le soufre atmosphérique peut corroder les composants argentés. La combinaison d'un flux de sortie relativement élevé (45 lm typ.) dans un petit boîtier 2820 offre une bonne efficacité lumineuse et une flexibilité de conception.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED en continu à 350 mA ?

A : Vous ne pouvez l'alimenter à 350 mA que si la température du plot de soudure (Ts) est à ou en dessous de 25 °C, selon la courbe de dérating. Dans une application réelle avec une Ts plus élevée, le courant continu maximal autorisé sera inférieur. Consultez toujours la courbe de dérating.

Q : Quelle est la différence entre Rth JS réel et Rth JS él ?

A : Rth JS réel est mesuré à l'aide d'un paramètre sensible à la température (comme la tension directe) et représente le chemin thermique réel. Rth JS él est calculé à partir de paramètres électriques et est souvent plus faible. Pour une conception thermique conservatrice, utilisez la valeur Rth JS réel la plus élevée (22 K/W max).

Q : Comment sélectionner la bonne catégorie ?

A : Pour les applications nécessitant une luminosité constante, spécifiez une catégorie de flux lumineux serrée (par exemple, F4). Pour les réseaux où le partage de courant est critique, spécifiez une catégorie de tension directe serrée. Pour les applications critiques en couleur, spécifiez la catégorie de couleur (YA ou YB).

Q : Cette LED est-elle adaptée à la gradation PWM ?

A : Oui, le graphique de capacité de gestion des impulsions montre qu'elle peut supporter des courants de crête élevés à faible cycle de service. Assurez-vous que la largeur d'impulsion et la fréquence sont dans les limites spécifiées pour éviter la surchauffe.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Exemple 1 : Ruban d'éclairage d'ambiance intérieur automobile :Une conception utilise 20 LED en série sur un PCB flexible. Le concepteur sélectionne la catégorie de flux F4 pour une luminosité constante et la catégorie de tension 3032 pour un bon appariement. Un pilote à courant constant fournissant 150 mA est utilisé. Le PCB flexible est fixé à un châssis métallique pour le dissipateur thermique, maintenant Ts en dessous de 80 °C, ce qui permet un courant de fonctionnement sûr selon la courbe de dérating.

Exemple 2 : Feu de position latéral extérieur :La conception utilise 3 LED. En raison des températures ambiantes plus élevées sous le capot, le concepteur utilise un PCB à âme métallique (MCPCB). Une simulation thermique est réalisée en utilisant Rth JS réel = 22 K/W et la température ambiante attendue pour s'assurer que Tj reste inférieure à 125 °C. Le large angle de vision de 120° élimine le besoin d'une lentille diffuseuse secondaire, simplifiant la conception du boîtier.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Cette LED est de type à conversion de phosphore. La puce semi-conductrice centrale émet de la lumière à une courte longueur d'onde (typiquement bleue ou proche de l'UV). Cette lumière est absorbée par une couche de matériau phosphor déposée sur ou autour de la puce. Le phosphore réémet ensuite de la lumière à des longueurs d'onde plus longues. En sélectionnant soigneusement la composition du phosphore, la lumière combinée de la puce et du phosphore est perçue comme ambre. Cette méthode permet un contrôle précis du point de couleur et offre souvent une meilleure stabilité et constance par rapport aux LED colorées à émission directe (comme AlInGaP pour l'ambre/rouge). Le boîtier CMS intègre la puce, le phosphore et une lentille moulée en silicone ou en époxy qui façonne la sortie lumineuse et assure la protection environnementale.

13. Tendances et évolutions technologiques

La tendance dans l'éclairage LED automobile va vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt), une densité de puissance accrue (plus de lumière à partir de boîtiers plus petits) et une fiabilité améliorée dans des conditions extrêmes. La technologie des phosphores continue de progresser, offrant un rendement de conversion plus élevé et une meilleure stabilité des couleurs en fonction de la température et du temps. Les technologies de boîtier évoluent pour améliorer les performances thermiques, permettant des courants d'alimentation plus élevés sans compromettre la durée de vie. De plus, l'intégration de l'électronique de pilotage et de plusieurs puces LED dans des modules uniques est une tendance croissante. Le respect de normes comme l'AEC-Q102 et de tests spécifiques de résistance au soufre reflète la volonté de l'industrie d'obtenir une fiabilité quantifiée et garantie dans les environnements automobiles difficiles.