Mesures et calculs indispensables avant montage

Classer en tant que Del de puissance les diodes électroluminescentes pilotées par un courant supérieur à 100 mA est une convention et non un standard. De même, les composants dépassant les 200 mA en courant sont appelés Del de forte puissance ou HBLed (High-brightness Led). Ayant été choisies pour représenter l'état de l'art dans le domaine, les quelques familles réunies dans le tableau font presque toutes partie des HBLed. Celui-ci n'est donc absolument pas exhaustif, ni vis-à-vis des produits de puissance moyenne ou forte, ni vis-à-vis des sociétés impliquées sur ce marché. Par ailleurs, pour obtenir un flux lumineux plus élevé, beaucoup de produits réunissent plusieurs puces (2, 4, 6 ou plus) encapsulées ou non. Cette information n'est pas systématiquement indiquée dans le tableau.

Le choix d'une diode électroluminescente de puissance pour une application demande un minimum de connaissances du vocabulaire utilisé en optique. Les notices d'application comportent des courbes et des diagrammes dont l'interprétation ne relève pas toujours de l'univers habituel du systémier. Il est donc important de pouvoir comprendre pour ensuite choisir. Et ce n'est que le premier pas ! En effet, une diode sélectionnée sur catalogue doit ensuite être testée et simulée en fonction de son montage final, pour être certain qu'elle assurera le rôle désiré. La puissance, la direction, la couleur de la lumière de la Del de puissance installée dans le système final sont des caractéristiques qui ne peuvent se déduire directement des notices d'application.

Il existe pour cela des instruments de test et des logiciels de simulation utilisés par les concepteurs pour réussir leurs développements. Christophe Weisse, ingénieur technico-commercial chez Optoprim, souligne l'importance de cette étape incontournable : « Des Del blanches de même référence n'ont pas nécessairement exactement la même teinte. Une différence qui peut être détectable à l'œil dans un panneau de Del sur une planche de bord automobile, par exemple. Pour éviter ces mauvaises surprises, il faut tester les Del avant le montage final. » Les diodes sont bien sûr triées par le fabricant mais la précision de cette sélection n'est pas toujours suffisante. En plus, un défaut de ce type ne pardonne pas dès qu'il y a plusieurs Del côte à côte, ce qui est très souvent le cas. La moindre variation de luminosité ou de teinte saute aux yeux.

Comme nous l'avons vu précédemment, une Del est une jonction p-n qui, sous l'influence d'une tension directe, émet des photons sur une longueur d'onde précise lors des recombinaisons électrons-trous. Cependant des défauts dans la structure cristalline induisent non seulement des recombinaisons sans émission de photons mais également des vibrations dans le réseau d'atomes. Ces vibrations se traduisent en chaleur. Tout le problème du fabricant puis de l'utilisateur va être d'évacuer cette chaleur. C'est là qu'entre en jeu la résistance thermique entre deux points qui se définit ainsi : le rapport de la différence de température (en °C) entre ces deux points sur la puissance dissipée (en W). Comme le montre la figure, la chaleur va s'écouler, de la jonction p-n vers le boîtier, puis à travers le PCB ou le substrat métallique, pour finir dans le radiateur. Obtenir une résistance thermique la plus basse possible pour la puce et son boîtier est l'affaire du fabricant. Dans le tableau, nous trouvons une valeur moyenne de 10°C/W pour ce paramètre.

Déterminer le bon radiateur pour garantir un fonctionnement correct des diodes électroluminescentes est à la charge du systémier. Prenons un exemple réel pour illustrer ce calcul. Soit une Del dont la température maximale de jonction est de 125°C et la puissance dissipée de 3 W. Si la température ambiante maximale est de 50°C, la résistance thermique entre la Del et l'extérieur vaut (125°-50°)/3 W. Cette résistance thermique est également la somme des résistances thermiques respectives jonction-substrat (Rt_J-S), substrat-radiateur (Rt_S-R) et radiateur-ambiance (Rt_R-A). En réorganisant les termes de cette équation pour trouver la résistance thermique maximale autorisée pour le radiateur et en prenant les valeurs nominales de 10°C/W pour Rt_J-S et de 1°C/W pour Rt_S-R, nous trouvons : Rt_R-A = (125°C-50°C)/3 W - 10°C/W - 1°C/W, soit Rt_R-A = 14°C/W. Dans cet exemple, un radiateur ayant une résistance thermique de 14°C/W ou moins conviendra donc pour garantir un fonctionnement correct de la Del de puissance choisie.

Ce type de calcul fait partie de la réalité d'un développement à base de Del de puissance. Cependant, les systèmes étant généralement plus complexes qu'une Del et son substrat, le concepteur a tout intérêt à valider et affiner ses calculs avec l'aide des logiciels de simulation existants.

Dernière remarque : dans le tableau, nous voyons que les composants sont souvent présentés en boîtier CMS. Les fabricants donnent une quantité impressionnante de recommandations pour le montage de ces boîtiers, qui sont très sensibles aux cycles thermiques et aux contraintes mécaniques. A cette étape aussi, les avis des spécialistes s'avèrent précieux !