SMD5050 RGB Vollfarb-LED Datenblatt - Abmessungen 5,0x5,0x1,6mm - Spannung 2,2-3,4V - Leistung 0,846W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die SMD5050-RGB ist eine hochleistungsfähige, oberflächenmontierbare Vollfarb-LED für Anwendungen, die lebendige Farbmischung und zuverlässigen Betrieb erfordern. Dieses Bauteil integriert rote, grüne und blaue LED-Chips in einem einzigen 5,0mm x 5,0mm Gehäuse, wodurch ein breites Farbspektrum durch Pulsweitenmodulation (PWM) oder analoge Stromsteuerung erzeugt werden kann. Hauptanwendungen sind dekorative Beleuchtung, architektonische Akzentbeleuchtung, Display-Hintergrundbeleuchtung, Beschilderung und Unterhaltungselektronik, bei denen dynamische Farbeffekte gewünscht sind.

Der Kernvorteil dieser LED liegt in ihrer kompakten Bauform, die drei separate Emitter beherbergt, was das Leiterplattendesign und die Montage im Vergleich zur Verwendung von drei separaten diskreten LEDs vereinfacht. Sie bietet einen typischen weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad, was eine gute Farbgleichmäßigkeit und Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln gewährleistet. Das Gehäuse ist für die Kompatibilität mit standardmäßigen SMT-Montageprozessen (Surface Mount Technology), einschließlich Reflow-Löten, ausgelegt.

2. Technische Parameter und Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte (Ta=25°C)

Die folgenden Parameter definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Durchlassstrom (IF):90 mA (kontinuierlich)
• Durchlass-Pulsstrom (IFP):120 mA (Pulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (PD):846 mW
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +80°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +80°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C
• Löttemperatur (Tsld):200°C oder 230°C für 10 Sekunden (Reflow-Profil)

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Diese Parameter definieren die typische Leistung unter Standardtestbedingungen.

• Durchlassspannung (Rot, VF_R):Typisch 2,2V, Maximal 2,6V (bei IF=60mA)
• Durchlassspannung (Grün, VF_G):Typisch 3,2V, Maximal 3,4V (bei IF=60mA)
• Durchlassspannung (Blau, VF_B):Typisch 3,2V, Maximal 3,4V (bei IF=60mA)
• Sperrspannung (VR):5 V
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):120 Grad

2.3 Wellenlängen-Binning

Die LEDs werden in spezifische Wellenlängen-Bins eingeteilt, um Farbkonsistenz innerhalb einer Anwendung sicherzustellen. Die dominierenden Wellenlängen-Bins sind wie folgt:

• Rot (R):R1 (620-625nm), R2 (625-630nm)
• Grün (G):G5 (519-522,5nm), G6 (522,5-526nm), G7 (526-530nm)
• Blau (B):B1 (445-450nm), B2 (450-455nm), B3 (455-460nm), B4 (460-465nm)

Dieses Binning ermöglicht es Designern, LEDs mit präzisen Farbortkoordinaten für Anwendungen auszuwählen, die spezifische Farbpunkte oder eine enge Farbabstimmung über mehrere Einheiten erfordern.

3. Leistungskurven und Analyse

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Die I-V-Kennlinie ist grundlegend für das Treiberdesign. Der rote LED-Chip weist eine niedrigere Durchlassspannung (typisch ~2,2V) im Vergleich zu den grünen und blauen Chips (typisch ~3,2V) auf, was mit den verwendeten unterschiedlichen Halbleitermaterialien (z.B. AlInGaP für Rot vs. InGaN für Grün/Blau) übereinstimmt. Diese Diskrepanz erfordert ein sorgfältiges Schaltungsdesign, oft mit separaten strombegrenzenden Widerständen oder unabhängigen Konstantstromkanälen für jede Farbe, um eine ausgewogene Helligkeit und korrekte Farbmischung zu erreichen. Die Kurve zeigt ein scharfes Einschalten, typisch für Diodenverhalten.

3.2 Relative spektrale Leistung vs. Sperrschichttemperatur

Die spektrale Ausgangsleistung einer LED verschiebt sich mit Änderungen der Sperrschichttemperatur. Im Allgemeinen tendiert die dominante Wellenlänge für InGaN-basierte LEDs (Grün/Blau) bei steigender Sperrschichttemperatur zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung), während die optische Ausgangsleistung abnimmt. Für AlInGaP-basierte rote LEDs kann sich die Wellenlänge ebenfalls verschieben und der Wirkungsgrad sinken. Dieses Diagramm ist entscheidend für Anwendungen, die in variierenden Umgebungstemperaturen arbeiten oder bei denen das Wärmemanagement anspruchsvoll ist, da es die wahrgenommene Farbe und Lichtleistung beeinflussen kann. Eine ordnungsgemäße Kühlkörper- und thermische Auslegung ist unerlässlich, um eine stabile Farbleistung aufrechtzuerhalten.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Abmessungen und Umrisszeichnung

Die Gehäuseabmessungen betragen 5,0mm (L) x 5,0mm (B) x 1,6mm (H). Die Zeichnung enthält kritische Toleranzen: .X-Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,10mm und .XX-Abmessungen eine Toleranz von ±0,05mm. Die LED verfügt über sechs Anschlüsse (Anode und Kathode für jeden der drei Farbchips).

4.2 Empfohlener Footprint und Schablonendesign

Ein empfohlener Leiterplatten-Landpattern (Footprint) und ein Lötpastenschablonendesign werden bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens sicherzustellen. Der Footprint enthält thermische Entlastungsmuster und angemessene Pad-Größen, um eine gute Benetzung und mechanische Stabilität zu fördern. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts hilft, Tombstoning, Fehlausrichtung und unzureichende Lötstellen zu verhindern.

5. Montage, Handhabung und Anwendungsrichtlinien

5.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Trocknung

Das SMD5050-Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL-Klassifizierung gemäß IPC/JEDEC J-STD-020C). Wenn die originale Feuchtigkeitsschutzverpackung geöffnet und die Bauteile einer Umgebungsfeuchtigkeit über den spezifizierten Grenzen ausgesetzt werden, kann die aufgenommene Feuchtigkeit während des Reflow-Lötens verdampfen und möglicherweise interne Delamination oder Risse ("Popcorning") verursachen.

• Lagerung:Ungeöffnete Beutel bei <30°C/<85% r.F. lagern. Nach dem Öffnen bei <30°C/<60% r.F. lagern und innerhalb von 12 Stunden verwenden.
• Trocknung:Wenn die Exposition die Grenzwerte überschreitet oder die Feuchtigkeitsindikatorkarte hohe Luftfeuchtigkeit anzeigt, vor dem Löten bei 60°C für 24 Stunden trocknen. 60°C nicht überschreiten. Innerhalb von 1 Stunde nach dem Trocknen verwenden oder in einem Trockenschrank (<20% r.F.) lagern.

5.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

LEDs sind Halbleiterbauelemente, die anfällig für ESD-Schäden sind, insbesondere die grünen, blauen und weißen (hier nicht zutreffend) Varianten. ESD kann sofortiges Versagen (katastrophal) oder latente Schäden verursachen, die zu einer verkürzten Lebensdauer und Leistungsverschlechterung führen.

• Vorsichtsmaßnahmen:Ein vollständiges ESD-Schutzprogramm implementieren: geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten, Ionisatoren und leitfähige Bodenbeläge verwenden. LEDs nur an ESD-geschützten Arbeitsplätzen handhaben.
• Verpackung:Für Transport und Lagerung leitfähige oder ableitende Materialien verwenden.

5.3 Schaltungsdesign-Empfehlungen

Eine ordnungsgemäße Treiberschaltung ist entscheidend für Leistung und Langlebigkeit.

• Strombegrenzung:Immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand für jeden Farbkanal verwenden. Dies stabilisiert den Strom gegen Schwankungen der Versorgungsspannung und der Durchlassspannung (Vf) zwischen einzelnen LEDs.
• Treibertyp:Konstantstromtreiber werden gegenüber Konstantspannungstreibern für optimale Stabilität und zur Verhinderung von thermischem Durchgehen dringend empfohlen.
• Anschlusspolarität:Vor dem Anlegen der Spannung die Anoden-/Kathodenpolarität überprüfen. Ein falscher Anschluss kann die LED beschädigen.
• Einschaltreihenfolge:Beim Anschließen zuerst den Treiberausgang mit der LED verbinden, dann die Eingangsspannung an den Treiber anlegen, um Spannungstransienten zu vermeiden.

Das Datenblatt zeigt zwei Schaltungskonfigurationen: eine mit einem einzelnen Widerstand pro Parallelstring (weniger ideal aufgrund von Stromungleichgewicht bei variierender Vf) und eine mit einem individuellen Widerstand für jede LED (bevorzugt für bessere Stromkontrolle).

5.4 Handhabungshinweise

Vermeiden Sie die direkte Berührung der LED-Linse mit bloßen Fingern. Hautfette können die Silikonlinse kontaminieren, was zu optischer Verschlechterung und reduzierter Lichtleistung führt. Verwenden Sie Vakuum-Aufnahmewerkzeuge oder saubere Pinzetten, die für die Bauteilhandhabung ausgelegt sind. Übermäßige mechanische Kraft mit Pinzetten kann die Bonddrähte oder den Halbleiterchip im Gehäuse beschädigen.

6. Bestellinformationen und Modellnummerierung

Das Produkt folgt einem spezifischen Teilenummernsystem: T5A003FA. Während die vollständigen Decodierungsdetails für jedes Segment im Dokument bereitgestellt werden (abdeckend Fluss-Code, Farbtemperatur, interner Code, Chip-Anzahl, Linsencode und Gehäuseumriss), bestätigt der Schlüsselbezeichner "5050" die Gehäusegröße, und "RGB" oder "F" kennzeichnet den Vollfarb-Typ (Rot, Grün, Blau).

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Wärmemanagement

Obwohl die maximale Sperrschichttemperatur 125°C beträgt, verlängert ein Betrieb bei niedrigeren Temperaturen die Lebensdauer erheblich und erhält die Farbstabilität. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferfläche zur Wärmeableitung verfügt. Für Hochleistungs- oder Hochdichte-Arrays sollten Metallkern-Leiterplatten (MCPCBs) oder aktive Kühlung in Betracht gezogen werden.

7.2 Farbmischung und -steuerung

Um einen spezifischen Weißpunkt oder gesättigte Farben zu erreichen, ist eine präzise Steuerung des Stromverhältnisses zwischen den roten, grünen und blauen Kanälen erforderlich. Dies wird typischerweise über PWM-Dimmung erreicht, die für die Farbsteuerung effektiver ist als analoge Dimmung, da sie die optimale Durchlassspannung und Farbcharakteristik der LED beibehält. Die unterschiedlichen Durchlassspannungen erfordern separate Treiberkanäle oder sorgfältig berechnete Widerstandswerte für jede Farbe, wenn eine gemeinsame Spannungsversorgung mit Widerständen verwendet wird.

7.3 Optisches Design

Der 120-Grad-Betrachtungswinkel bietet ein breites, lambertstrahlerähnliches Abstrahlmuster. Für Anwendungen, die gerichtetes Licht erfordern, können Sekundäroptiken wie Linsen oder Reflektoren über der LED montiert werden. Das Silikonlinsenmaterial ist relativ weich; es muss darauf geachtet werden, es während der Montage nicht zu verkratzen.

8. Vergleich und Abgrenzung

Im Vergleich zur Verwendung von drei separaten SMD-LEDs (z.B. 3528-Gehäuse) bietet die integrierte SMD5050 RGB eine kompaktere Lösung, vereinfacht die Pick-and-Place-Montage (eine Komponente vs. drei) und gewährleistet eine präzise räumliche Ausrichtung der drei Farbpunkte, was für eine gute Farbmischung auf kurze Distanz entscheidend ist. Im Vergleich zu früheren RGB-LED-Gehäusen bietet die 5050 oft eine höhere Lichtleistung und bessere thermische Leistung aufgrund ihres größeren Footprints.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Kann ich alle drei Farben parallel mit einem Widerstand ansteuern?

Nein, dies wird nicht empfohlen. Die Durchlassspannungen (Vf) der roten, grünen und blauen Chips sind unterschiedlich. Ein Parallelschalten mit einem einzigen Widerstand führt zu einem schwerwiegenden Stromungleichgewicht, wobei der meiste Strom durch den Kanal mit der niedrigsten Vf (typischerweise rot) fließt, was zu falschen Farben und potenziellem Überstrom in einigen Chips führt.

9.2 Warum ist Trocknen notwendig und kann ich eine höhere Temperatur für schnellere Trocknung verwenden?

Das Trocknen entfernt aufgenommene Feuchtigkeit, um Schäden während des Reflow-Lötens zu verhindern. 60°C nicht überschreiten. Höhere Temperaturen können die internen Materialien (Silikon, falls vorhanden Leuchtstoffe, Klebstoffe) und die Tape-and-Reel-Verpackung selbst schädigen.

9.3 Was ist die typische Lebensdauer dieser LED?

Die Lebensdauer der LED (oft definiert als L70 - Zeit bis 70% des anfänglichen Lichtstroms) hängt stark von den Betriebsbedingungen ab, hauptsächlich vom Treiberstrom und der Sperrschichttemperatur. Ein Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Stroms (60mA pro Chip) und die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur durch gutes thermisches Design können zu einer Betriebsdauer von Zehntausenden Stunden führen.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Design einer farbwechselnden LED-Leiste.

1. Layout:Mehrere SMD5050 RGB LEDs werden entlang einer flexiblen Leiterplattenleiste in einem definierten Abstand (z.B. 30 LEDs/Meter) platziert.
2. Schaltung:Die R-, G- und B-Anoden jeder LED sind über individuelle strombegrenzende Widerstände auf der Leiste mit gemeinsamen Stromschienen (Vcc_R, Vcc_G, Vcc_B) verbunden. Die Kathoden sind mit dem Drain von N-Kanal-MOSFETs verbunden, die von einem Mikrocontroller gesteuert werden.
3. Steuerung:Der Mikrocontroller erzeugt PWM-Signale für jeden Farbkanal jeder LED-Gruppe (oft in 3-LED-Segmente gruppiert für adressierbare Leisten wie WS2812B, die einen Controller-Chip integrieren). Dies ermöglicht eine unabhängige Farb- und Helligkeitssteuerung für jedes Segment.
4. Stromversorgung:Eine 5V- oder 12V-Konstantspannungsversorgung wird verwendet. Spannung und Widerstandswerte werden so gewählt, dass der gewünschte Strom von 60mA pro Chip unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls entlang der Leiste bereitgestellt wird.
5. Montage:Die Leiste wird unter Einhaltung der Feuchtigkeitsempfindlichkeits- und ESD-Richtlinien mit SMT-Prozessen montiert. Nach dem Löten wird oft eine Silikonbeschichtung zur Wasserdichtung aufgetragen.

11. Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich innerhalb der aktiven Schicht. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie der in der aktiven Region verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. Die SMD5050 RGB integriert drei solcher Übergänge, hergestellt aus verschiedenen Materialsystemen (z.B. AlInGaP für Rot, InGaN für Grün und Blau), in ein Gehäuse. Das Licht jedes Chips mischt sich extern, um die wahrgenommene Farbe zu erzeugen.

12. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei RGB-LEDs geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbessertem Farbwiedergabeindex (größerer Farbraum) und höherer Zuverlässigkeit. Es gibt auch eine Bewegung hin zu engerem Farb- und Fluss-Binning, um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen. Die Integration mit Steuerelektronik (z.B. Erstellung von "Smart LEDs" oder adressierbaren LEDs mit integrierten ICs) wird immer häufiger, was das Systemdesign für dynamische Beleuchtungsanwendungen vereinfacht. Darüber hinaus zielen Fortschritte bei Verpackungsmaterialien darauf ab, eine bessere thermische Leistung und langfristige Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und UV-Strahlung zu bieten.