Fiche technique de la LED CMS LTST-C21RKGKT - 3,2x1,6x1,9 mm - 2,4 V - 75 mW - Vert - Documentation technique en anglais

1. Présentation du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) à montage en surface (SMD) haute performance. Le produit est une LED à puce à montage supérieur utilisant un matériau semi-conducteur ultra-lumineux à base de phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium (AlInGaP), émettant une lumière verte. Il est conçu pour les processus d'assemblage électronique modernes, avec une compatibilité avec les équipements de placement automatique et la soudure par refusion infrarouge (IR). Le dispositif est conforme aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), ce qui le classe comme produit écologique. Il est fourni sur des bobines de 7 pouces de diamètre avec une bande standard de 8 mm pour une fabrication en grande série efficace.

1.1 Avantages principaux

• Haute Luminosité : Utilise la technologie avancée AlInGaP pour une intensité lumineuse supérieure.
• Prêt pour la fabrication moderne : Entièrement compatible avec les systèmes automatisés de prélèvement et de placement et les profils de soudage par refusion sans plomb IR.
• Emballage standardisé : Conforme aux normes EIA (Electronic Industries Alliance) pour l'emballage en bande et bobine, garantissant une large compatibilité.
• Conformité Environnementale : Répond aux exigences RoHS, le rendant adapté aux marchés mondiaux soumis à des réglementations environnementales strictes.
• Flexibilité de conception : La lentille transparente comme l'eau offre un aspect neutre qui peut s'intégrer à diverses conceptions de produits.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Tous les paramètres sont spécifiés à une température ambiante (Ta) de 25°C sauf indication contraire. Comprendre ces paramètres est essentiel pour une conception de circuit fiable et pour atteindre les performances attendues.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif. Le fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti et doit être évité pour un fonctionnement fiable.

• Dissipation de puissance (Pd) : 75 mW. La puissance totale maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (IFP) : 80 mA. Courant maximal admissible en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Utilisé pour des éclairs brefs et de haute intensité.
• Courant direct continu (IF) : 30 mA. Le courant direct continu maximal pour un fonctionnement en régime permanent.
• Tension inverse (VR) : 5 V. Tension maximale pouvant être appliquée en sens inverse aux bornes de la LED.
• Plage de températures de fonctionnement : -30°C à +85°C. Plage de température ambiante pour laquelle le dispositif est conçu pour fonctionner.
• Plage de température de stockage : -40°C à +85°C. Plage de température pour le stockage en condition non opérationnelle.
• Condition de soudure infrarouge : 260°C pendant 10 secondes. Exposition maximale du profil thermique lors du soudage par refusion.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test standard (IF = 20mA).

• Intensité lumineuse (Iv) : 28.0 - 180.0 mcd (millicandela). La luminosité perçue de la source lumineuse telle que mesurée par l'œil humain (courbe CIE). La large plage est gérée par un système de classement (binning).
• Angle de vision (2θ_1/2): 70 degrés (typique). Angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité à 0 degré (sur l'axe). Cela définit l'ouverture du faisceau.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P): 574 nm (typique). Longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d): 567.5 - 576.5 nm. Longueur d'onde unique qui correspond perceptuellement à la couleur de la LED, dérivée du diagramme de chromaticité CIE. C'est le paramètre clé pour la spécification de la couleur.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ): 15 nm (typique). La largeur de bande spectrale mesurée à la moitié de l'intensité maximale (Largeur à Mi-Hauteur - FWHM). Une valeur plus faible indique une lumière plus monochromatique.
• Tension Directe (V_F): 1,80 - 2,40 V. La chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle fonctionne au courant direct spécifié (20mA).
• Courant Inverse (I_R): 10 μA (max) à V_R = 5V. Le faible courant de fuite qui circule lorsque le dispositif est polarisé en inverse.

3. Explication du système de binning

Pour garantir une couleur et une luminosité constantes en production, les LED sont triées en bins en fonction de leurs caractéristiques mesurées. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant aux exigences spécifiques de l'application en matière d'uniformité.

3.1 Binning d'intensité lumineuse

Binning effectué à un courant de test de 20mA. La tolérance au sein de chaque bin est de +/-15%.

• Bin N: 28,0 - 45,0 mcd
• Bin P : 45,0 - 71,0 mcd
• Bin Q : 71.0 - 112.0 mcd
• Bin R : 112,0 - 180,0 mcd

3.2 Classement par longueur d'onde dominante

Classé à un courant de test de 20mA. La tolérance pour chaque classe est de +/- 1nm.

• Bin C : 567.5 - 570.5 nm
• Bin D : 570,5 - 573,5 nm
• Bac E : 573,5 - 576,5 nm

La combinaison des bacs d'intensité et de longueur d'onde (par exemple, RC, QD) fournit une spécification précise pour la cohérence de la couleur et de la luminosité dans un assemblage.

4. Analyse de la courbe de performance

Bien que des courbes graphiques spécifiques soient référencées dans la fiche technique, l'analyse suivante est basée sur le comportement standard des LED et les paramètres fournis.

4.1 Courant direct en fonction de la tension directe (Courbe I-V)

La LED présente une caractéristique I-V typique de diode. La tension directe (V_F) a une plage spécifiée de 1,80 V à 2,40 V à 20 mA. V_F a un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue légèrement lorsque la température de jonction augmente. Pour un fonctionnement stable, il est fortement recommandé d'alimenter la LED avec une source de courant constant plutôt qu'une source de tension constante pour éviter l'emballement thermique.

4.2 Intensité lumineuse en fonction du courant direct

L'intensité lumineuse est approximativement proportionnelle au courant direct dans la plage de fonctionnement. Cependant, l'efficacité (lumens par watt) peut diminuer à des courants très élevés en raison de l'augmentation de la chaleur. Fonctionner à ou en dessous du 20mA recommandé pour les tests garantit une efficacité et une longévité optimales.

4.3 Dépendance à la température

Les performances des LED sont sensibles à la température. Lorsque la température de jonction augmente :

• Diminution du flux lumineux : Le flux lumineux diminuera. Le facteur de déclassement exact est spécifique à chaque produit.
• Diminution de la tension directe : Comme indiqué dans la caractéristique I-V.
• Décalage de longueur d'onde : La longueur d'onde dominante peut légèrement se décaler, typiquement vers des longueurs d'onde plus longues (décalage vers le rouge) avec l'augmentation de la température.

Une gestion thermique appropriée sur le PCB (surface de cuivre adéquate, vias thermiques possibles) est essentielle pour maintenir les performances et la fiabilité, en particulier lors d'un fonctionnement à des températures ambiantes élevées ou près des courants nominaux maximaux.

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 Dimensions du dispositif

Le boîtier est au format CMS standard. Les dimensions clés incluent une taille de corps et une configuration des broches adaptées à l'assemblage automatisé. Toutes les tolérances dimensionnelles sont généralement de ±0,10 mm sauf indication contraire. Les concepteurs doivent se référer au dessin mécanique détaillé pour la conception précise du motif de pastilles.

5.2 Identification de la polarité

La cathode est généralement indiquée par un marqueur visuel sur le boîtier de la LED, tel qu'une encoche, un point vert ou un coin coupé sur la lentille. La polarité correcte doit être respectée lors du placement pour garantir le fonctionnement du dispositif.

5.3 Disposition recommandée des pastilles de soudure

Une empreinte recommandée (motif de pastilles) est fournie pour assurer une soudure fiable, un alignement correct et une résistance mécanique suffisante. Respecter cette disposition aide à prévenir le phénomène de "tombstoning" (composant dressé sur une extrémité) pendant le refusionnage et garantit une bonne connexion thermique avec le PCB.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 Profil de soudage par refusion IR

L'appareil est compatible avec les procédés de soudure sans plomb (Pb-free). Un profil de refusion recommandé est fourni, conforme aux normes JEDEC. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage : 150-200°C
• Durée de préchauffage : Maximum 120 secondes.
• Température de crête : Maximum 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus : L'appareil doit être exposé à la température maximale pendant un maximum de 10 secondes. Le refusionnage doit être effectué au maximum deux fois.

Le profil doit être caractérisé pour la conception spécifique du PCB, les composants, la pâte à souder et le four utilisé.

6.2 Soudage manuel

Si une soudure manuelle est nécessaire :

• Température du fer : Maximum 300 °C.
• Temps de soudure : Maximum 3 secondes par broche.
• Tentatives : La soudure ne doit être effectuée qu'une seule fois. Évitez tout chauffage répété.

Il est recommandé d'utiliser un fer à souder à température contrôlée avec une pointe fine.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage après soudure est nécessaire :

• Utilisez uniquement les agents de nettoyage spécifiés. Des produits chimiques non spécifiés pourraient endommager la lentille en époxy ou le boîtier.
• Les solvants recommandés sont l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique à température ambiante normale.
• Le temps d'immersion doit être inférieur à une minute.

6.4 Storage & Handling

• Précautions ESD : Les LED sont sensibles aux décharges électrostatiques (ESD). Utilisez des bracelets antistatiques, des tapis antistatiques et un équipement correctement mis à la terre lors de la manipulation.
• Sensibilité à l'humidité : Conformément aux normes industrielles, le dispositif est probablement sensible à l'humidité. Si l'emballage barrière d'humidité scellé d'origine est ouvert :
  • Conserver à ≤30°C et ≤60% d'humidité relative.
  • Il est recommandé de réaliser le refusion IR dans la semaine suivant l'ouverture.
  • Pour un stockage prolongé hors de l'emballage d'origine, conserver dans un récipient hermétique avec dessiccant ou dans un dessiccateur à azote.
  • Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.

7. Packaging & Ordering Information

7.1 Spécifications de la bande et du dévidoir

• Taille de la bobine : Diamètre de 7 pouces.
• Largeur de la bande : 8mm.
• Quantité par bobine : 3000 pièces (bobine pleine standard).
• Quantité minimale de colisage : 500 pièces pour les quantités restantes.
• Norme de conditionnement : Conforme aux spécifications ANSI/EIA-481.
• Ruban de couverture : Les logements de composants vides sont scellés avec un ruban de couverture supérieur.
• Composants manquants : Selon les spécifications, un maximum de deux lampes manquantes consécutives (emplacements vides) est autorisé.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

Cette LED convient à un large éventail d'applications nécessitant un indicateur vert compact et lumineux, y compris, mais sans s'y limiter :

• Indicateurs d'état et d'alimentation sur les appareils électroniques grand public (routeurs, chargeurs, appareils électroménagers).
• Rétroéclairage des touches sur les claviers ou les panneaux de commande.
• Voyants d'état du panneau d'affichage.
• Éclairage intérieur automobile (fonctions non critiques, sous réserve de qualification supplémentaire).
• Appareils électroniques portables.

Il est destiné aux équipements électroniques ordinaires. Pour les applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle où une défaillance pourrait compromettre la sécurité (aviation, médical, systèmes de sécurité des transports), une consultation et une qualification spécifiques sont obligatoires.

8.2 Considérations de conception de circuit

• Limitation de courant : UTILISEZ TOUJOURS une résistance de limitation de courant en série ou un circuit pilote LED à courant constant dédié. La valeur est calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (V_{d'alimentation} - V_F) / I_F. Utilisez la tension V_F maximale indiquée dans la fiche technique (2,40 V) pour garantir que le courant ne dépasse pas les limites, même avec un composant de faible V_F .
• Connexions en parallèle : Évitez de connecter les LED directement en parallèle. De légères variations de V_F peuvent provoquer un déséquilibre de courant, où une LED accapare la majeure partie du courant et tombe prématurément en panne. Utilisez des résistances de limitation de courant séparées pour chaque LED ou un pilote à courant constant à plusieurs canaux.
• Connexions en série : La connexion de LED en série garantit un courant identique traversant chaque dispositif, ce qui est préférable pour une luminosité uniforme. Assurez-vous que la tension d'alimentation est suffisante pour la somme de toutes les tensions V_F de seuil plus la marge de manœuvre pour le régulateur de courant.
• Gestion thermique : Pour un fonctionnement continu à des courants élevés ou dans des températures ambiantes élevées, il convient de considérer la conception du PCB. Prévoir une petite pastille de cuivre sous le plot thermique de la LED (si présent) ou connecter les plots de cathode à un plan de cuivre plus large peut aider à dissiper la chaleur.
• Protection contre les tensions inverses : Bien que la LED puisse supporter jusqu'à 5 V en inverse, il est recommandé, dans les circuits où une inversion de polarité est possible (par exemple, des modules installables par l'utilisateur), d'inclure une protection, telle qu'une diode en série ou une diode de dérivation en parallèle de la LED.

9. Technical Comparison & Differentiation

Comparé aux anciennes technologies LED comme les LED vertes standard au GaP (phosphure de gallium), ce dispositif à base d'AlInGaP offre des avantages significatifs :

• Luminosité supérieure : Le matériau AlInGaP offre une efficacité lumineuse nettement supérieure, ce qui se traduit par un flux lumineux plus important pour un courant d'alimentation identique.
• Meilleure pureté des couleurs : La demi-largeur spectrale est relativement étroite (typiquement 15 nm), produisant une couleur verte plus saturée et plus pure par rapport aux alternatives à spectre plus large.
• Compatibilité avec les procédés modernes : L'emballage et les matériaux sont spécifiquement conçus pour être compatibles avec les procédés de refusion IR sans plomb à haute température, ce qui est essentiel pour une fabrication moderne conforme à la directive RoHS.
• Normalisation : Le boîtier EIA et le format en bande et bobine garantissent une intégration transparente dans les lignes d'assemblage automatisées, réduisant le temps de configuration et les erreurs de placement par rapport aux composants non standardisés ou conditionnés en vrac.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante ?

La Longueur d'Onde de Crête (λ_P) est la longueur d'onde physique à laquelle la LED émet la plus grande puissance optique. Longueur d'onde dominante (λ_d) est la correspondance de couleur perceptuelle — la longueur d'onde unique que l'œil humain percevrait comme étant la même couleur que la sortie mixte de la LED. Pour les LED monochromatiques comme cette verte, elles sont souvent proches, mais λ_d est le paramètre clé pour la spécification des couleurs en conception.

10.2 Puis-je alimenter cette LED sans résistance de limitation de courant si mon alimentation délivre exactement 2,0 V ?

Non, ce n'est pas recommandé et cela comporte des risques. La tension directe (V_F) varie de 1,80 V à 2,40 V. Si vous disposez d'une alimentation de 2,0 V et d'une LED avec un V_F de 1,85 V, une petite différence de 0,15 V provoquera un courant important et non contrôlé (limité uniquement par la résistance dynamique de la LED et la résistance parasite du circuit), dépassant probablement le courant maximal et endommageant la LED. Utilisez toujours un mécanisme de limitation de courant.

10.3 Pourquoi existe-t-il un système de binning, et quel bin dois-je choisir ?

Les variations de fabrication entraînent de légères différences de couleur et de luminosité. Le classement (binning) trie les LED en groupes pour assurer une uniformité. Choisissez un classement en fonction de votre application :

• Pour des indicateurs individuels, n'importe quel classement convient généralement.
• Pour plusieurs LED qui doivent paraître identiques (par exemple, une rangée de voyants d'état), spécifiez le même classement d'intensité et de longueur d'onde (par exemple, toutes "QD") pour garantir une uniformité visuelle.
• Pour la luminosité maximale, spécifiez la plage d'intensité la plus élevée (R). Pour une teinte de vert spécifique, spécifiez la plage de longueur d'onde correspondante (C, D ou E).

10.4 La fiche technique mentionne une dissipation de puissance de 75mW. Comment la calcule-t-on ?

La dissipation de puissance (P_d) dans une LED est principalement calculée comme suit : P_d ≈ V_F * I_F. Par exemple, au courant continu maximum (I_F = 30mA) et un V typique_F de 2,1V, P_d = 0,030A * 2,1V = 63mW, ce qui est inférieur au maximum de 75mW. Utilisez toujours le V maximum_F pour le calcul du pire cas : 0,030A * 2,40V = 72mW. Cela laisse une petite marge de sécurité. Assurez-vous que vos conditions de fonctionnement, y compris la température ambiante, permettent cette dissipation sans surchauffe.

11. Practical Design & Usage Examples

11.1 Exemple 1 : Circuit indicateur simple 5V

Objectif : Alimenter une seule LED à partir d'une alimentation CC de 5V avec un courant I_F = 20mA. Calcul : Supposons le pire cas pour V_F = 2,40 V._R = 5 V - 2,40 V = 2,60 V._R / I_F = 2,60 V / 0,020 A = 130 Ω. Sélection des composants : Choisissez la valeur de résistance standard la plus proche, par exemple 130Ω ou 150Ω. Une résistance de 150Ω donnerait un I_F ≈ (5V - 2.40V)/150Ω = 17.3mA, ce qui est sûr et reste lumineux. Puissance nominale de la résistance : P_résistance = I² * R = (0.020)² * 150 = 0.06W. Une résistance standard de 1/8W (0.125W) ou 1/4W est largement suffisante.

11.2 Exemple 2 : Alimentation de plusieurs LED à partir d'une source 12V

Objectif : Alimenter trois LED en série à partir d'une alimentation 12V à I_F = 20mA. Calcul : Total LED V_F (cas le plus défavorable max) : 3 * 2,40 V = 7,20 V._R = 12V - 7,20V = 4,80V. Avantage : La connexion en série garantit un courant identique à travers les trois LED, assurant une luminosité uniforme même si leurs tensions de seuil V_F diffèrent. Une seule résistance de limitation de courant est nécessaire, ce qui améliore l'efficacité par rapport à trois résistances séparées.

12. Introduction à la technologie

12.1 Principe du semi-conducteur AlInGaP

AlInGaP (Aluminum Indium Gallium Phosphide) est un matériau semi-conducteur composé III-V utilisé principalement pour les LED rouges, oranges, jaunes et vertes de haute luminosité. En ajustant avec précision les rapports d'aluminium, d'indium, de gallium et de phosphore dans le réseau cristallin pendant la croissance épitaxiale, les ingénieurs peuvent "ajuster" la largeur de bande interdite du matériau. L'énergie de la bande interdite détermine la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise lorsque les électrons se recombinent avec les trous à travers la jonction. AlInGaP offre une efficacité quantique et une stabilité thermique plus élevées pour les couleurs du spectre jaune au rouge par rapport aux matériaux plus anciens, ce qui se traduit par des dispositifs plus lumineux et plus fiables. L'émission verte de cette partie spécifique est obtenue en poussant la composition vers une énergie de bande interdite plus élevée.

13. Tendances de l'industrie

13.1 Évolution des LED indicatrices

La tendance pour les LED indicatrices CMS continue d'évoluer vers :

• Augmentation de l'efficacité : Développement de nouveaux matériaux semi-conducteurs et de nouvelles structures de puces (comme les conceptions flip-chip) pour fournir plus de lumens par watt, réduisant ainsi la consommation d'énergie pour une luminosité donnée.
• Miniaturisation : Les boîtiers deviennent plus petits (par exemple, les tailles métriques 0402, 0201) pour économiser de l'espace précieux sur les cartes de circuits imprimés dans des appareils de plus en plus compacts comme les wearables et les smartphones ultra-fins.
• Enhanced Reliability & Robustness: Amélioration des matériaux et des procédés d'encapsulation pour résister à des températures de refusion plus élevées, à des conditions environnementales plus sévères et offrir une meilleure résistance à l'humidité.
• Solutions Intégrées : Développement de LED intégrant des résistances de limitation de courant ou des pilotes CI ("pilotes LED en boîtier") pour simplifier la conception des circuits et réduire le nombre de composants.
• Élargissement de la Gamme de Couleurs : Recherches en cours sur des matériaux comme le nitrure de gallium (GaN) sur différents substrats et la technologie des points quantiques pour obtenir des couleurs vertes et cyan plus pures et saturées, essentielles pour les affichages en couleurs complètes et l'éclairage.

Les dispositifs tels que celui documenté ici, avec leur conformité RoHS, leur compatibilité avec le refusion et leur haute luminosité, représentent la norme dominante actuelle pour les applications d'indicateurs à usage général.