SMD5050 RGB Vollfarben-LED Datenblatt - Größe 5,0x5,0mm - Spannung 2,2-3,4V - Leistung 0,2W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die SMD5050 RGB-Vollfarben-LED ist ein oberflächenmontierbares Bauteil, das für Anwendungen entwickelt wurde, die lebendige, mehrfarbige Beleuchtung erfordern. Sie integriert rote, grüne und blaue (RGB) Halbleiterchips in einem einzigen 5,0 mm x 5,0 mm großen Gehäuse und ermöglicht so die Erzeugung eines breiten Farbspektrums durch additive Farbmischung. Diese Komponente ist für hohe Helligkeitsleistung und zuverlässige Funktion in kompakter Bauform ausgelegt, was sie für moderne Lichtdesigns geeignet macht.

1.1 Kernvorteile

Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihre hohe Lichtstärke, den weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad und die Fähigkeit, Millionen von Farben durch unabhängige Steuerung der Intensität der roten, grünen und blauen Dioden zu erzeugen. Ihr SMD-Design erleichtert automatisierte Bestückungsprozesse und verbessert so die Fertigungseffizienz und Konsistenz.

Diese LED richtet sich an die Märkte für Unterhaltungselektronik, Architekturbeleuchtung, Beschilderung, Automotive-Akzentbeleuchtung und die Unterhaltungsindustrie. Typische Anwendungen sind LED-Videowände, dekorative LED-Streifen, Statusanzeigen, Display-Hintergrundbeleuchtung und dynamische Ambientebeleuchtungssysteme, bei denen Farbwechsel-Fähigkeiten wesentlich sind.

2. Technische Parameteranalyse

2.1 Fotometrische und elektrische Kenngrößen (Ta=25°C)

Die folgende Tabelle zeigt die wesentlichen Betriebsparameter für jeden Farbkanal unter typischen Bedingungen. Die Einhaltung der Maximalwerte ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistung des Bauteils.

Parameter

Die maximale Sperrschichttemperatur (Tj) ist mit 125°C spezifiziert. Bei Betrieb mit hohen Strömen oder in erhöhter Umgebungstemperatur ist ein angemessenes Wärmemanagement erforderlich, einschließlich ausreichender Kupferfläche auf der Leiterplatte und gegebenenfalls Kühlkörpern, um Leistungsabfall und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

3.1 Wellenlängen-Binning-Standards

Um Farbkonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf ihrer Emissions-Spitzenwellenlänge in Bins sortiert. Die folgenden Codes definieren die Wellenlängenbereiche für jede Farbe.

Code

4. Leistungskurvenanalyse

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kurve)

Die IV-Kurve zeigt die Beziehung zwischen der Durchlassspannung (VF) und dem Durchlassstrom (IF) für die roten, grünen und blauen Chips. Die rote LED weist typischerweise eine niedrigere Durchlassspannung (~2,2V) auf als die grünen und blauen LEDs (~3,2V). Diese Eigenschaft ist entscheidend für das Design geeigneter strombegrenzender Schaltungen oder Konstantstromtreiber für jeden Kanal, um einen ausgeglichenen Farbausgang zu erreichen und Überstromzustände zu verhindern.

4.2 Relative spektrale Energie vs. Sperrschichttemperatur

Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtleistung (relative spektrale Energie) jedes Farbchips mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj) variiert. Im Allgemeinen nimmt die Lichtleistung ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Die Abnahmerate kann zwischen den verschiedenen Halbleitermaterialien (InGaN für blau/grün und AlInGaP für rot) variieren. Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend, um eine stabile Farbausgabe und Helligkeit über die Lebensdauer des Produkts hinweg aufrechtzuerhalten.

4.3 Umgebungstemperatur vs. zulässiger Durchlassstrom

Diese Derating-Kurve definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Ta). Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Grenzwert von 125°C überschreitet. Designer müssen diese Kurve heranziehen, um sichere Betriebsströme für ihre spezifische Anwendungsumgebung zu bestimmen.

4.4 Strahlungsdiagramm (Betrachtungswinkelkurve)

Das polare Intensitätsverteilungsdiagramm bestätigt den 120-Grad-Betrachtungswinkel. Das Emissionsmuster ist typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch und bietet ein breites, gleichmäßiges Beleuchtungsfeld, das für viele allgemeine Beleuchtungs- und Indikatoranwendungen geeignet ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Umrisszeichnung

Die LED ist in einem standardmäßigen SMD5050-Gehäuse mit den Abmessungen 5,0 mm (L) x 5,0 mm (B) untergebracht. Die genaue Höhe und die Maßtoleranzen (z.B. ±0,10 mm für .X-Maße, ±0,05 mm für .XX-Maße) sollten der detaillierten mechanischen Zeichnung im Original-Datenblatt für ein präzises Leiterplattenlayout entnommen werden.

5.2 Empfohlenes Pad-Layout und Schablonendesign

Ein empfohlenes Land Pattern (Footprint) und ein Lotpastenschablonendesign werden bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötung zu gewährleisten. Das Pad-Layout weist typischerweise sechs Pads auf – zwei für jeden der drei Farbchips, die je nach spezifischer Artikelnummer eine gemeinsame Kathoden- oder Anodenkonfiguration teilen. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts minimiert Lötfehler wie Tombstoning und gewährleistet eine ordnungsgemäße thermische und elektrische Verbindung.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Diese LED ist mit Standard-Infrarot (IR)- oder Konvektions-Reflow-Lötprozessen kompatibel, die für die Oberflächenmontagetechnik (SMT) verwendet werden. Ein typisches bleifreies Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für eine nach JEDEC-Standards spezifizierte Dauer (z.B. 10-30 Sekunden über 240°C) ist im Allgemeinen anwendbar. Es ist entscheidend, übermäßige thermische Belastung zu vermeiden, um Schäden an den internen Bonddrähten und der Epoxidlinse zu verhindern.

6.2 Handhabungs- und Lagerungsvorsichtsmaßnahmen

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Sie sollten stets in einer ESD-geschützten Umgebung unter Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und leitfähiger Behälter gehandhabt werden. Lagern Sie die Bauteile in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln unter den empfohlenen Bedingungen (Temperatur < 40°C, Luftfeuchtigkeit < 70 % RH), um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Prozesses zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Produktverpackungsspezifikation

Die LEDs werden in geprägter Trägerbandverpackung für die automatisierte Pick-and-Place-Bestückung geliefert. Die Bandbreite, Taschenabmessungen und die Anzahl pro Rolle folgen den EIA-481-Standards. Ein Deckband mit einer spezifizierten Abziehfestigkeit (0,1 - 0,7N bei einem 10-Grad-Winkel) versiegelt die Bauteile an ihrem Platz. Diese Verpackung gewährleistet den Schutz der Bauteile, eine konsistente Ausrichtung und eine zuverlässige Zuführung in Hochgeschwindigkeits-Bestückungsmaschinen.

7.2 Artikelnummernsystem (Modellbenennungsregel)

Die Artikelnummer folgt einem strukturierten Format, das Schlüsselattribute kodiert:

T [Formcode] [Chipanzahl] [Optikcode] [Interner Code] [Farbcode] [Fluxcode] - [CCT-Code] [Andere Codes].

Zum Beispiel zeigt der Code \"5A\" eine 5050N-Form an, \"3\" zeigt drei Chips (RGB) an, \"00\" zeigt keine Sekundärlinse an, \"F\" zeigt Vollfarbe an usw. Das Verständnis dieser Nomenklatur ist wesentlich, um die gewünschte LED-Variante mit der korrekten Farbe, Helligkeit und optischen Eigenschaften korrekt zu spezifizieren und zu bestellen.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Jeder Farbkanal der RGB-LED sollte unabhängig mit einer Konstantstromquelle oder einem strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit einer geschalteten Spannungsquelle angesteuert werden. Pulsweitenmodulation (PWM) ist die bevorzugte Methode zur Intensitätssteuerung (Dimmung und Farbmischung), da sie im Gegensatz zur analogen Dimmung, die Farbverschiebungen verursachen kann, eine konsistente Durchlassspannung und Farbigkeit beibehält. Ein Mikrocontroller mit PWM-Ausgängen wird üblicherweise verwendet, um die Steuersignale zu erzeugen.

8.2 Designüberlegungen

Stromabgleich:

• Aufgrund der unterschiedlichen Vf und Effizienz der R-, G-, B-Chips sind separate stromeinstellende Widerstände oder Treiber erforderlich, um einen Weißabgleich oder gewünschte Farbverhältnisse zu erreichen.Wärmemanagement:
• Bieten Sie ausreichende thermische Entlastung und Kupferfläche auf der Leiterplatte, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in hochdichten Arrays.ESD-Schutz:
• Integrieren Sie ESD-Schutzdioden auf den Signalleitungen in der Nähe der LED, insbesondere in tragbaren oder Verbraucheranwendungen.Optisches Design:
• Berücksichtigen Sie den 120-Grad-Betrachtungswinkel bei der Gestaltung von Linsen oder Lichtleitern, um das gewünschte Strahlprofil und die räumliche Verteilung zu erreichen.9. Zuverlässigkeits- und Qualitätsstandards

9.1 Zuverlässigkeitsteststandards

Das Produkt durchläuft strenge Zuverlässigkeitstests gemäß Industriestandards (JESD22, MIL-STD-202G). Zu den wichtigsten Tests gehören:

Betriebslebensdauertest:

• Durchgeführt bei Raumtemperatur, hoher Temperatur (85°C) und niedriger Temperatur (-40°C) für 1008 Stunden unter maximalem Strom.Hochtemperatur-/Feuchtigkeits-Betriebslebensdauer:
• 1008 Stunden bei 60°C/90 % RH.Temperaturwechsel:
• Das Bauteil wird schnellen Übergängen zwischen extremen Temperaturen (z.B. -40°C bis +125°C) ausgesetzt.Ausfallkriterien sind streng definiert, einschließlich Grenzen für die Durchlassspannungsverschiebung (≤200mV), den Lichtstromrückgang (≤15 % für InGaN, ≤25 % für AlInGaP) und den Leckstrom (≤10μA).

10.1 Wie erzeuge ich mit dieser RGB-LED reines weißes Licht?

Reines Weiß wird durch das Mischen spezifischer Intensitäten von rotem, grünem und blauem Licht erzeugt. Das genaue erforderliche Stromverhältnis (z.B. IR:IG:IB) hängt von der individuellen Effizienz und den Farbkoordinaten des spezifischen LED-Bins ab. Für hochpräzise Anwendungen ist typischerweise eine Kalibrierung und Rückmeldung von einem Farbsensor erforderlich. Die Verwendung der PWM-Steuerung ermöglicht eine Feinabstimmung dieses Verhältnisses.

10.2 Kann ich alle drei Kanäle parallel von einer einzigen Konstantstromquelle ansteuern?

Nein. Aufgrund des erheblichen Unterschieds in der Durchlassspannung zwischen den roten (~2,2V) und blauen/grünen (~3,2V) Chips würde eine Parallelschaltung zu einem schwerwiegenden Stromungleichgewicht führen, wodurch der rote Kanal möglicherweise überlastet wird, während die anderen unterversorgt werden. Jeder Farbkanal muss seine eigene Stromregelschaltung haben.

10.3 Welche Auswirkung hat die Sperrschichttemperatur auf die Farbe?

Eine steigende Sperrschichttemperatur verursacht eine Verschiebung der Spitzenwellenlänge (typischerweise eine längere Wellenlänge für AlInGaP-Rot und eine kürzere Wellenlänge für InGaN-Blau/Grün) und eine Verringerung der Lichtleistung. Dies kann in RGB-Systemen zu sichtbaren Farbverschiebungen führen, wenn es nicht gemanagt wird. Die Aufrechterhaltung einer stabilen, niedrigen Sperrschichttemperatur durch gutes thermisches Design ist für farbstabile Anwendungen entscheidend.

11. Praktische Design-Fallstudie

11.1 Design einer farbveränderlichen Schreibtischlampe

Betrachten Sie eine Schreibtischlampe, die ein Array dieser SMD5050 RGB-LEDs verwendet. Das Design würde umfassen:

Treiberschaltung:

1. Ein dedizierter LED-Treiber-IC mit drei unabhängigen Konstantstromausgängen und PWM-Dimmfähigkeit für jeden Kanal, gesteuert über I2C oder eine ähnliche Schnittstelle von einem Mikrocontroller.Thermisches Design:
2. Die Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) dient als Kühlkörper. Thermische Durchkontaktierungen verbinden die thermischen Pads der LED mit einer großen Kupferebene auf der Rückseite der Platine, um Wärme effizient abzuleiten.Optik:
3. Ein Diffusor wird über dem LED-Array platziert, um die einzelnen Lichtpunkte zu einem gleichmäßigen, blendfreien Beleuchtungsbereich zu verschmelzen.Steuerung:
4. Eine Benutzeroberfläche (Tasten, Touchsensor oder App) ermöglicht die Auswahl voreingestellter Farben (Weiß, Warmweiß, Kaltweiß) oder benutzerdefinierter Farben über RGB-Schieberegler. Der Mikrocontroller übersetzt diese Eingaben in die entsprechenden PWM-Tastverhältnisse für die R-, G- und B-Kanäle.Dieser Fall verdeutlicht die Integration elektrischer, thermischer, optischer und Firmware-Designüberlegungen bei der Verwendung dieser Komponente.

12.1 Funktionsweise von RGB-LEDs

Eine RGB-LED ist im Wesentlichen drei unabhängige Leuchtdioden – rot, grün und blau – die gemeinsam verkapselt sind. Jede Diode emittiert Licht durch Elektrolumineszenz: Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang eines Halbleitermaterials (AlInGaP für rot, InGaN für grün und blau) angelegt wird, rekombinieren Elektronen mit Löchern und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Durch unabhängige Steuerung der Intensität dieser drei Primärfarben kann eine Vielzahl von Sekundärfarben durch additive Farbmischung erzeugt werden.

13. Technologietrends

13.1 Entwicklung bei Vollfarben-LEDs

Der Markt für Vollfarben-LEDs entwickelt sich weiter mit Trends, die sich auf Folgendes konzentrieren:

Höhere Effizienz (lm/W):

• Fortlaufende Verbesserungen im epitaktischen Wachstum und im Chipdesign führen zu mehr Lichtleistung pro Einheit elektrischer Leistung, was den Energieverbrauch und die thermische Belastung reduziert.Verbesserte Farbwiedergabe und Farbraum:
• Entwicklung neuer Leuchtstoffsysteme und Schmalbandemitter (wie Quantenpunkte), um den Farbraum für Displays zu erweitern und den Farbwiedergabeindex (CRI) für Beleuchtung zu verbessern, auch in RGB-basierten Systemen.Miniaturisierung:
• Entwicklung kleinerer Gehäusegrößen (z.B. 2020, 1515) mit ähnlicher oder verbesserter Leistung für platzbeschränkte Anwendungen wie Mini-LED-Hintergrundbeleuchtungen für Fernseher und Monitore.Integrierte Smart-Features:
• Das Aufkommen von LEDs mit integrierten Treibern, Controllern und Kommunikationsschnittstellen (z.B. I2C, SPI oder drahtlos wie Zigbee/BLE) vereinfacht das Systemdesign für IoT-vernetzte Beleuchtung.Erhöhte Zuverlässigkeit:
• Fortschritte bei Verpackungsmaterialien (Silicone, Keramiken), um höheren Temperaturen und raueren Umgebungsbedingungen besser standzuhalten und die Produktlebensdauer zu verlängern.Advancements in packaging materials (silicones, ceramics) to better withstand higher temperatures and harsher environmental conditions, extending product lifetime.