L'utilisation de LED et d'autres composants optoélectroniques dans les appareils est devenue une pratique courante. Cependant, la sécurité de la manipulation et du montage des LED doit être aussi importante que la fiabilité et la résistance de ces composants.
La diode électroluminescente (DEL ou, plus couramment, LED - de l’anglais Light Emitting Diode), qu'elle soit à montage traversant (LED THT) ou en surface (LED CMS), est un composant plutôt sensible. C'est pourquoi tous les principaux fabricants de LED publient des recommandations afin de les manipuler en toute sécurité, et ce sous forme de « Notes techniques » et documents similaires.
Les erreurs les plus courantes sont les suivantes :
- conditions de stockage insatisfaisantes ;
- mauvaise mise en forme des conducteurs des LED THT ;
- protection ESD insuffisante ;
- soudure inappropriée ;
- circuit imprimé mal nettoyé ;
- circuit électronique mal connecté ;
- mauvaise conception du circuit et des pastilles.
« Si l'on ne respecte pas les recommandations du fabricant, la durée de vie d’une LED diminuera et, dans certains cas extrêmes, elle pourrait même ne pas fonctionner du tout. Il ne s'agit pas forcément d'une défaillance qui se produit après un certain temps d’utilisation dans un appareil en état de marche. Une anomalie de fonctionnement peut se présenter dès la mise au point définitive - lors de l'installation ou de la remise en marche d'un nouveau produit. Les réparations ultérieures, qui prennent beaucoup de temps et sont très coûteuses, peuvent être facilement évitées. De plus, les dommages dus au non-respect des recommandations ne peuvent pas faire l'objet d'une réclamation », a déclaré Martin Brestovič, spécialiste produit chez SOS electronic.
L'aperçu suivant résume certains des principaux facteurs qui ont un impact significatif sur le fonctionnement fiable et à long terme de votre appareil lorsque vous utilisez des LED dans une application.
Stockage
Lors du stockage des LED, il est important de maintenir la température et l’humidité sous contrôle. Respecter les conditions ambiantes recommandées vous permettra d’éviter d'endommager les LED pendant le soudage. En effet, l'humidité accumulée peut les endommager mécaniquement lorsqu'elles sont chauffées rapidement.
Le stockage des LED et, en général, d'autres composants électroniques dans un environnement où des gaz corrosifs peuvent se dégager est à proscrire. Les vapeurs acides peuvent endommager les LED et oxyder leurs points de soudure. Le stockage des LED dans de mauvaises conditions se traduit généralement par une mauvaise soudabilité de ces composants.
Les LED CMS sont particulièrement sensibles à l'humidité de l'air. Il est donc nécessaire de les stocker exactement selon les instructions du fabricant, à savoir, dans la plupart des cas, dans un emballage étanche avec un absorbeur d’humidité et un indicateur d'humidité. Il est important de connaître la classe de sensibilité d’une LED. Cette information se trouve dans la fiche technique de la LED en question.
Le niveau de sensibilité à l'humidité, dit MSL (Moisture Sensitivity Level) va de 1 à 6, 1 correspondant à la sensibilité la plus faible.
Par exemple, une LED MSL 3 peut être stockée dans un sachet ouvert pendant 168 heures à 30 ℃/60 % HR, comme indiqué dans le tableau ci-après.
En cas de dépassement d'un des paramètres (durée, température ou humidité), avant de monter les LED, il est nécessaire de les « recuire » ou faire sécher selon le tableau suivant.
Cependant, même avec ce procédé, il vous faut respecter les durées et les températures recommandées ou vous ne pourrez pas présenter une réclamation pour les LED.
Les LED THT sont elles aussi partiellement sensibles à l'humidité de l'air et, si elles sont stockées dans un emballage ouvert pendant plus de 72 heures, il est recommandé de les faire sécher pendant environ 30 heures à une température comprise entre 85 °C et 100 °C.
Certains appareils comme le Sensirion Smart Gadget, avec capteur SHT40, écran et Bluetooth 4.0, ainsi que des enregistreurs de données de température et d’humidité, vous aideront à mesure ces paramètres importants de manière fiable.
Mise en forme des conducteurs des LED THT
« Si votre application nécessite la mise en forme des conducteurs des LED, sachez que, lors de cette opération, il vous faudra éviter d’exercer une pression sur le boîtier et sur la puce des LED. Une contrainte mécanique accrue, même à court terme, peut détacher les contacts fins de la puce des LED, provoquant ainsi une défaillance complète de ces dernières », a poursuivi Martin Brestovič.
Dans la pratique, il suffit de soutenir la partie supérieure des conducteurs (côté boîtier) à l’aide, par exemple, de brucelles ou d’un autre outil approprié. La règle consistant à minimiser la pression sur le boîtier s'applique à toute manipulation des LED, qu'elle soit manuelle ou mécanique.
C'est pourquoi, pour les LED CMS avec encapsulation silicone, une taille minimale est généralement prescrite pour l’embout afin d'éviter que, dans le cadre du montage mécanique, la pression de l’embout ne s'exerce pas directement sur la puce des LED lors de l’injection de silicone relativement souple.
Protection ESD
Les composants électroniques, LED comprises, sont susceptibles d'être endommagés par des décharges électrostatiques à basse tension. Même une décharge de moins de 10 volts peut causer des dommages importants et, selon des recherches internationales, près de 70 % des dommages aux appareils électroniques sont dus à une protection insuffisante de l'opérateur.
Selon les normes internationales, notamment la norme EN 61340, le principal élément de protection contre les décharges électrostatiques sont les vêtements ESD. Il existe néanmoins d'autres moyens de protection contre les décharges électrostatiques - comme les outils ESD et divers accessoires - qui permettent de réduire les risques qui leur sont liés.
La protection ESD est un sujet relativement vaste et, dans le cas des LED, vous trouverez toutes les informations importantes, par exemple, dans le document « Notes techniques » de Kingbright. Les LED qui utilisent les technologies InGaN (nitrure de gallium-indium) et GaN (nitrure de gallium) sont particulièrement sensibles aux décharges électrostatiques et peuvent donc en subir les dommages.
C'est un fait intéressant et bien connu que, pour éviter que les décharges électrostatiques n'endommagent les composants électroniques, il convient que l’humidité de l'air ne soit pas trop faible dans les espaces de production. Le taux idéal d'humidité relative dans ce type d’environnement est compris entre 40 % et 60 %.
Soudage
Si nous soudons des LED CMS manuellement, par exemple pendant la production d’un prototype, la température de la pointe ne devra pas dépasser 350 °C pendant 3 secondes à une distance d'au moins 2 mm entre le joint et le boîtier. Pour les LED de couleur bleue, blanche et vert brillant (525 nm), certaines sources recommandent pour la pointe une température de 280 °C seulement - notamment en cas de soudage manuel de LED CMS dans un prototype.
Le profil de température pour le soudage par refusion se trouve généralement dans la fiche technique d'une LED spécifique. Pour souder sans plomb, la température limite est généralement de 260 °C pendant un maximum de 10 secondes.
Nettoyage
Dans la plupart des cas, il n'est pas nécessaire de nettoyer un circuit imprimé sur lequel des LED sont montées. Cependant, si vous devez le faire, nous vous recommandons d'utiliser uniquement des produits de nettoyage non agressifs, généralement à base d'éthanol ou d'isopropanol, ou encore à base d'eau. Des produits de nettoyage trop agressifs peuvent pénétrer la puce des LED et l'endommager, par exemple en provoquant sa corrosion.
Connexion des LED dans un circuit électronique
Comme presque toutes les diodes, les LED se caractérisent par une très faible variation de tension en fonction du courant.
Par conséquent, le circuit d'alimentation des LED est conçu uniquement comme une source de courant qui, dans les cas les plus simples, utilise la connexion en série d’une résistance.
De plus, mieux vaut éviter que les LED soient connectées en parallèle avec une résistance commune car elles n'ont jamais exactement la même tension dans le sens direct Vf (tension directe) pour un même courant. Ce qui peut provoquer une surcharge de courant des LED dont la Vf est la plus faible : l'augmentation de courant tente de « compenser » la Vf pour atteindre le niveau des autres LED connectées en parallèle.
Certaines LED ont également une capacité de charge en mode dit pulsé, comme indiqué dans la fiche technique, lorsqu’il est possible de les alimenter avec un courant nettement supérieure à la normale pendant un certain temps (généralement quelques dizaines de ms).
Conception des circuits imprimés
Pour chaque LED CMS, nous trouvons généralement la forme recommandée des pastilles dans la fiche technique.
Bien entendu, un concepteur expérimenté peut utiliser une autre forme ; par exemple, pour les LED haute puissance, une surface de cuivre suffisamment grande favorisera la dissipation de chaleur. Cependant, il est généralement nécessaire de bien délimiter la zone à souder à l'aide d'un vernis-épargne, ce qui évitera tout déplacement imprévisible de la LED pendant le soudage par refusion.
En conclusion
« Comme indiqué au début de cet article, les LED sont des composants sensibles qui nécessitent une manipulation adéquate lors de leur montage. J’espère vous avoir aidé à identifier certaines de vos erreurs de manipulation et leur solution. Si vous avez de l'expérience avec les LED et que vous connaissez d'autres erreurs de manipulation graves pouvant compromettre le développement et la production, veuillez nous en faire part. Enfin, pour vos autres projets, n’hésitez pas à découvrir notre large éventail de LED sur notre site web », a conclu Martin Brestovič, spécialiste produit chez SOS electronic.
Pour de plus amples informations techniques sur notre assortiment de LED, veuillez visiter notre site web. Nous serons ravis de répondre à toutes vos questions à l’adresse sales@soselectronic.com.
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