Hoja de Datos del LED SMT Full Color 5050 - 5.0x5.0x1.6mm - Rojo/Verde/Azul - 150mA - Documento Técnico en Inglés

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones técnicas de un LED de montaje superficial (SMT) de alto rendimiento y color completo. El dispositivo integra chips semiconductores individuales rojos, verdes y azules dentro de un encapsulado único 5050, lo que permite generar un amplio espectro de colores mediante mezcla aditiva de color. Los objetivos principales de diseño son un alto flujo luminoso, un amplio ángulo de visión y la idoneidad para procesos de ensamblaje automatizado.

1.1 Características y Ventajas Principales

• Chips de Alta Luminosidad: Utiliza materiales semiconductores avanzados (GaInAlP para el rojo, InGaN para el verde y el azul) para lograr una salida de luz superior.
• Paquete SMT: El encapsulado de plástico blanco SMT está diseñado para ser compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), facilitando el ensamblaje automatizado de PCB en grandes volúmenes.
• Control Individual del Chip: Cuenta con un encapsulado de bastidor de pines de 6 terminales donde el ánodo y el cátodo de cada color (Rojo, Verde, Azul) son accesibles de forma independiente. Esto permite el control y manejo preciso e individual de cada canal de color, esencial para la calibración cromática y la conexión en serie de múltiples LEDs.
• Ángulo de Visión Amplio: El diseño del encapsulado produce un ángulo de visión típico (2θ_1/2) de 120 grados, garantizando una buena visibilidad desde una amplia gama de perspectivas.
• Cumplimiento Ambiental: The product is lead-free (Pb-free), compliant with the EU REACH regulation, and meets halogen-free standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). The product itself conforms to RoHS directives.
• Fiabilidad: El preacondicionamiento se basa en los estándares JEDEC J-STD-020D Nivel 3, lo que indica robustez frente al estrés inducido por la humedad durante la soldadura.

1.2 Aplicaciones Objetivo

La combinación de alto brillo, capacidad a todo color y factor de forma SMT hace que este LED sea adecuado para diversas aplicaciones que requieren una iluminación vibrante y controlable.

• Equipos de Entretenimiento y Juego: Para iluminación decorativa, indicadores de estado y efectos de luz interactivos.
• Tableros de Información: Utilizado en señalización, tableros de mensajes y otras pantallas donde es necesaria una indicación multicolor.
• Linternas de Dispositivos Móviles: Adecuado como flash de cámara o luz de relleno para teléfonos celulares y cámaras digitales, aprovechando su pequeño tamaño y capacidad de color.
• Aplicaciones de Tubos de Luz: Su amplio ángulo de visión y naturaleza de fuente puntual lo hacen ideal para acoplar a guías o tubos de luz en paneles con iluminación lateral o sistemas indicadores.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación en Profundidad

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estas especificaciones definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente al dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Corriente Directa (I_F): 150 mA para cada color (Rojo, Verde, Azul). Esta es la corriente continua máxima recomendada para un funcionamiento fiable.
• Corriente Directa de Pico (I_FP): 200 mA para cada color, permitido solo en condiciones de pulsos (ciclo de trabajo 1/10, frecuencia 1 kHz). Exceder la especificación continua, aunque sea brevemente, puede degradar el chip.
• Disipación de Potencia (P_d): Rojo: 420 mW; Verde/Azul: 555 mW. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar en forma de calor a 25°C ambiente. Un diseño térmico adecuado de la PCB es crucial para mantenerse dentro de este límite durante la operación.
• Temperatura de Unión (T_j): Máximo 115°C. La temperatura del propio chip semiconductor no debe superar este valor.
• Operating & Storage Temperature: -40°C a +85°C (funcionamiento), -40°C a +100°C (almacenamiento).
• Temperatura de Soldadura: Soldadura por reflujo: temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos. Soldadura manual: 350°C durante un máximo de 3 segundos. Estos perfiles son críticos para evitar grietas en el encapsulado o daños en los cables de unión internos.

2.2 Características Electro-Ópticas (Ta=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos en condiciones de prueba estándar (ambiente a 25°C, I_F=150mA por color).

• Flujo Luminoso (I_v): La salida total de luz visible.
  • Rojo: Típicamente 25 lúmenes (lm), rango de 13.9 a 39.8 lm.
  • Verde: Típicamente 40 lm, rango de 13.9 a 51.7 lm.
  • Azul: Típico 8.5 lm, rango 4.9-18.1 lm.
• Intensidad Luminosa (I_v): La salida de luz en una dirección específica (candela). Los valores típicos son 7550 mcd (Rojo), 12100 mcd (Verde) y 2550 mcd (Azul).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 120 grados típicos (rango de 110-130 grados). Este es el ángulo completo donde la intensidad es al menos la mitad del valor máximo.
• Longitud de onda dominante (λ_d): El color percibido de la luz.
  • Rojo: 622 nm típico (617-629 nm).
  • Verde: 525 nm típico (518-530 nm).
  • Azul: 457 nm típico (455-470 nm).
• Tensión Directa (V_F): La caída de tensión en el LED a la corriente de prueba.
  • Rojo: 2.3V típico (1.8-2.8V).
  • Verde: 3.4V típico (2.7-3.7V).
  • Azul: 3.2V típico (2.7-3.7V).
  Observe la diferencia significativa entre los voltajes del rojo y del azul/verde, lo que requiere un diseño de circuito limitador de corriente separado para cada canal.
• Corriente Inversa (I_R): Máximo 10 μA con una polarización inversa de 5V. Los LEDs no están diseñados para funcionar con voltaje inverso.

3. Explicación del Sistema de Binning

Para garantizar la consistencia en la producción en masa, los LEDs se clasifican (binned) según parámetros ópticos y eléctricos clave. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes que cumplan con los requisitos específicos de la aplicación para uniformidad de color y brillo.

3.1 Binning de Flujo Luminoso

Los LEDs se clasifican en lotes según su salida de luz medida a 150mA. Los lotes para cada color tienen rangos superpuestos para cubrir la especificación completa de Mín-Máx.

• Rojo (R): Bins R1 a R4, que abarcan de 13.9 lm a 39.8 lm.
• Verde (G): Bins G1 a G5, que abarcan de 13.9 lm a 51.7 lm.
• Azul (B): Bandejas B1 a B5, que abarcan de 4.9 lm a 18.1 lm.

Se aplica una tolerancia de ±11% a los valores de flujo luminoso dentro de cada bandeja.

3.2 Binning de Voltaje Directo

Los LEDs se clasifican según su caída de tensión directa para facilitar el diseño de circuitos y la selección de la fuente de alimentación.

• Rojo: Banda única "1828" que cubre de 1.8V a 2.8V.
• Green & Azul: Banda única "2737" que cubre de 2.7V a 3.7V.

Se aplica una tolerancia de ±0,1 V.

3.3 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Esta es la clasificación más crítica para aplicaciones sensibles al color, ya que garantiza un tono uniforme.

• Rojo: Clasificaciones RA (617-621 nm), RB (621-625 nm), RC (625-629 nm).
• Verde: Clasificaciones GA a GD (518-530 nm en pasos de ~3 nm).
• Azul: Bins BA a BE (455-470 nm en pasos de ~3 nm).

Se aplica una tolerancia de ±1 nm a la longitud de onda dominante.

4. Análisis de la Curva de Rendimiento

4.1 Distribución Espectral

La curva de distribución espectral típica muestra la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda para cada chip. El chip rojo emite en una banda estrecha centrada alrededor de 622nm. El chip verde emite alrededor de 525nm, y el chip azul alrededor de 457nm. La pureza de estos picos espectrales es importante para lograr colores saturados. La curva debe compararse con la curva de respuesta estándar del ojo humano (V(λ)) para comprender el brillo percibido.

4.2 Patrón de Radiación

El diagrama de características de radiación ilustra la distribución espacial de la intensidad de la luz (intensidad relativa frente al ángulo). La curva confirma el patrón de emisión amplio, similar al de Lambert, con un ángulo de visión típico de 120 grados, donde la intensidad es bastante uniforme en la región central y disminuye hacia los bordes.

4.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

La curva I-V para el chip azul (e implícitamente para los demás) muestra la relación exponencial entre la corriente y el voltaje. Por debajo del voltaje de encendido (~2.7V para azul/verde, ~1.8V para rojo), circula muy poca corriente. Por encima de este umbral, la corriente aumenta rápidamente con un pequeño incremento de voltaje. Esta característica requiere el uso de un driver de corriente constante, no de una fuente de voltaje constante, para evitar la fuga térmica y garantizar una salida de luz estable.

4.4 Longitud de Onda Dominante vs. Corriente Directa

Estas curvas para los chips Rojo, Verde y Azul muestran cómo el color emitido (longitud de onda dominante) cambia con la corriente de conducción. Típicamente, a medida que aumenta la corriente, la temperatura de la unión se eleva, causando un ligero desplazamiento en la longitud de onda (generalmente hacia longitudes de onda más largas para los LEDs verdes/azules basados en InGaN). Este efecto es importante para aplicaciones que requieren una estabilidad de color precisa en diferentes niveles de brillo.

4.5 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva representa la salida de luz (en relación con una referencia) en función de la corriente de accionamiento. Generalmente es lineal a corrientes más bajas, pero puede presentar saturación o caída a corrientes más altas debido a efectos térmicos y a la caída de eficiencia. La curva informa sobre la compensación entre brillo y eficiencia/calor.

4.6 Corriente Directa Máxima Permisible vs. Temperatura

Esta curva de reducción de potencia es crucial para la gestión térmica. Muestra la máxima corriente directa continua segura en función de la temperatura ambiente (o de la carcasa). A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima permitida disminuye linealmente. Por ejemplo, a 85°C, la corriente permisible es significativamente menor que la especificación de 150mA a 25°C. Los diseñadores deben utilizar este gráfico para garantizar que el LED no sea sobreexcitado en el entorno operativo de la aplicación.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El LED está alojado en un encapsulado SMD estándar 5050. Las dimensiones clave son:

• Longitud del encapsulado: 5.0 mm
• Ancho del encapsulado: 5.0 mm
• Altura del Paquete (típica): 1.6 mm

Las tolerancias son de ±0.1 mm a menos que se especifique lo contrario. En la hoja de datos se proporciona un dibujo detallado con dimensiones (vistas superior, lateral e inferior) que muestra la disposición de los pines y las características mecánicas.

5.2 Pinout e Identificación de Polaridad

El paquete tiene seis pines dispuestos en dos filas de tres. La numeración de los pines suele ser en sentido antihorario visto desde arriba. El diagrama de la hoja de datos etiqueta claramente los pines de ánodo y cátodo para los chips Rojo, Verde y Azul. La identificación correcta de la polaridad es esencial para evitar la polarización inversa del LED durante el montaje. La vista inferior suele incluir un marcador de polaridad (como una esquina achaflanada o un punto) para ayudar en la orientación en el PCB.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El perfil recomendado para la soldadura por reflujo infrarrojo (IR) es un parámetro de proceso crítico.

• Temperatura Máxima: 260°C máximo.
• Tiempo por Encima del Líquidus (TAL): El tiempo que las soldaduras permanecen por encima del punto de fusión debe controlarse, generalmente con el objetivo de alcanzar los 10 segundos recomendados a la temperatura máxima.
• Tasas de Calentamiento: Se recomiendan tasas de calentamiento y enfriamiento controladas (por ejemplo, 1-3°C/segundo) para minimizar el choque térmico en el encapsulado plástico y las uniones internas.

Es imperativo seguir las precauciones del nivel de sensibilidad a la humedad (MSL) Nivel 3 de JEDEC J-STD-020D. Si los dispositivos han estado expuestos al aire ambiente más allá de su vida útil especificada, deben ser horneados antes del reflujo para prevenir el "efecto palomita de maíz" (agrietamiento del encapsulado debido a la rápida expansión del vapor).

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, se debe tener extremo cuidado:

• Limitar la temperatura de la punta del soldador a un máximo de 350°C.
• Limitar el tiempo de contacto por pin a un máximo de 3 segundos.
• Utilizar un disipador de calor (por ejemplo, pinzas) en la pata entre la unión y el cuerpo del encapsulado para evitar que el calor excesivo se transmita al LED.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

Los dispositivos deben almacenarse en sus bolsas originales barrera de humedad con desecante, a temperaturas entre -40°C y +100°C, en un ambiente no condensante. Una vez abierta la bolsa sellada, la exposición de los dispositivos a la humedad ambiental está limitada por su clasificación MSL (Nivel 3).

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de la Bobina y la Cinta

Los LEDs se suministran en cinta portadora con relieve enrollada en bobinas para máquinas de colocación automática pick-and-place.

• Dimensiones de la Cinta Portadora: Tamaño del bolsillo (Dim A): 5.70±0.10 mm, (Dim B): 5.38±0.10 mm, Profundidad (Dim C): 1.60±0.10 mm.
• Dimensiones del Carrete: Se proporcionan las dimensiones estándar del carrete de 13 pulgadas (330 mm).
• Cantidad por carrete: El embalaje estándar es de 1000 piezas por carrete. Las cantidades mínimas de pedido pueden ser de 250 o 500 piezas por carrete.

7.2 Explicación de la Etiqueta

La etiqueta del carrete contiene códigos que especifican la clasificación (binning) de los LEDs en ese carrete:

• CAT: Rango de Intensidad Luminosa (basado en el bin de flujo luminoso).
• MATIZ: Rango de Longitud de Onda Dominante (código de intervalo de longitud de onda).
• REF: Rango de Tensión Directa (código de clasificación de tensión).
• Número de Lote: Número de lote de trazabilidad.
• P/N: Número de producto completo.
• QTY: Cantidad en el carrete.

Consultar estos códigos es esencial al realizar pedidos para garantizar la recepción de componentes con las características ópticas y eléctricas específicas requeridas para la aplicación.

8. Consideraciones de Diseño de Aplicación

8.1 Diseño del Circuito del Driver

Debido a los diferentes voltajes directos de los chips rojos (~2.3V) y verdes/azules (~3.4V), una conexión en serie simple con una sola resistencia limitadora de corriente no es óptima si se desea una corriente uniforme. El enfoque recomendado es utilizar resistencias limitadoras de corriente separadas para cada canal de color o, mejor aún, un circuito integrado (IC) controlador de LED de corriente constante dedicado con múltiples canales. Esto garantiza un brillo y color consistentes independientemente de las variaciones del voltaje de alimentación o la dispersión de V_F La Modulación por Ancho de Pulso (PWM) es el método preferido para el atenuado y la mezcla de colores, ya que mantiene una corriente constante (y por lo tanto un punto de color estable) mientras varía el ciclo de trabajo.

8.2 Gestión Térmica

La disipación de potencia por LED puede llegar hasta 0.555W (para verde/azul a 150mA). Cuando se utilizan múltiples LED en una placa, la generación total de calor puede ser significativa. Un diseño térmico adecuado es crítico:

• Diseño del PCB: Utilice un PCB con un área de cobre suficiente (almohadillas térmicas) conectada a la almohadilla térmica del LED (si está presente) o a los terminales para disipar el calor.
• Vías Térmicas: Implemente una matriz de vías térmicas bajo la huella del LED para transferir el calor a los planos de tierra internos o al lado inferior de la placa.
• Reducción de potencia nominal: Consulte siempre la curva de reducción de potencia nominal de corriente máxima frente a temperatura. En aplicaciones con temperaturas ambientales elevadas, reduzca la corriente de accionamiento en consecuencia para mantener la temperatura de unión por debajo de 115°C.

8.3 Diseño Óptico

El amplio ángulo de visión de 120 grados es beneficioso para la iluminación general, pero puede requerir ópticas secundarias (lentes, reflectores) para aplicaciones que necesiten un haz enfocado. Para aplicaciones de guías de luz, la pequeña área de emisión y el amplio ángulo facilitan un acoplamiento eficiente. Al diseñar para mezcla de colores, considere la superposición espacial de los patrones de emisión rojo, verde y azul para lograr colores mezclados uniformes en el objetivo.

La disipación de potencia por LED puede alcanzar hasta 0.555W (para verde/azul a 150mA). Cuando se utilizan múltiples LEDs en una placa, la generación total de calor puede ser significativa. Un diseño térmico adecuado es crucial:

En comparación con paquetes RGB LED anteriores o LEDs discretos de un solo color, este dispositivo ofrece varias ventajas clave:

• Integración: Tres chips en un solo paquete SMT ahorran espacio en la PCB y simplifican el ensamblaje en comparación con el uso de tres LED separados.
• Control Individual: El diseño de 6 pines proporciona un acceso verdadero e independiente al ánodo/cátodo para cada color, ofreciendo una flexibilidad superior en comparación con los LED RGB de 4 pines de ánodo común o cátodo común. Esto permite esquemas de conducción más complejos, como la conexión en serie para operar a voltajes más altos.
• Rendimiento: El uso de chips de "superluminosidad" sugiere una mayor eficiencia y salida de luz que las ofertas estándar en el mismo tamaño de encapsulado.
• Conformidad: El cumplimiento total de las normativas medioambientales modernas (RoHS, REACH, sin halógenos) es un requisito básico, pero se confirma explícitamente aquí.

Derating: Consulte siempre la curva de derating de corriente máxima vs. temperatura. En aplicaciones con alta temperatura ambiente, reduzca la corriente de accionamiento en consecuencia para mantener la temperatura de unión por debajo de 115°C.

10.1 ¿Puedo controlar los tres colores con una sola fuente de 5V y una resistencia?

No de manera óptima. La tensión directa de los LEDs verdes y azules (∼3.4V) deja solo ∼1.6V para una resistencia limitadora de corriente a 5V, lo que permite un control de corriente estable. Sin embargo, el LED rojo (∼2.3V) tendría ∼2.7V en su resistencia. Usar un solo valor de resistencia para los tres resultaría en corrientes y niveles de brillo muy diferentes debido a la diferente V_F Se requieren resistencias separadas o un controlador de corriente constante.

10.2 ¿Cuál es la diferencia entre el flujo luminoso (lm) y la intensidad luminosa (mcd)?

El flujo luminoso (lúmenes) mide la cantidad total de luz visible emitida por la fuente en todas las direcciones. La intensidad luminosa (candelas) mide cuán brillante aparece la fuente en una dirección específica. Para un LED de gran ángulo como este, el valor de intensidad es el valor máximo típicamente medido en el eje. El flujo total da una mejor idea de la salida de luz general para iluminación, mientras que la intensidad es relevante para indicadores vistos desde un ángulo específico.

10.3 ¿Cómo puedo obtener luz blanca con este LED RGB?

La luz blanca se crea mezclando intensidades apropiadas de luz roja, verde y azul. Las proporciones exactas dependen del objetivo de cromaticidad específico (por ejemplo, blanco frío, blanco cálido) y de las características espectrales de los LED individuales. Debido a las variaciones en la eficiencia del chip y el binning, lograr un punto blanco consistente y de alta calidad generalmente requiere calibración individual o retroalimentación de un sensor de color en el sistema. Es más complejo que utilizar un fósforo de LED blanco dedicado.

10.4 ¿Por qué la temperatura máxima de unión es solo de 115°C?

El límite de temperatura de unión está determinado por los materiales utilizados en el chip LED, los cables de conexión y el encapsulado. El calor excesivo acelera los mecanismos de degradación, reduciendo la salida de luz (depreciación de lúmenes) y pudiendo causar una falla catastrófica. Operar en o cerca de la T_j máxima acortará significativamente la vida útil del dispositivo. Un buen diseño térmico tiene como objetivo mantener la temperatura de unión lo más baja posible durante la operación.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

11.1 Ejemplo: Indicador de Estado para un Dispositivo de Consumo

En un dispositivo de hogar inteligente, un solo LED RGB 5050 puede proporcionar múltiples códigos de estado: rojo para error, verde para listo, azul para emparejamiento Bluetooth, amarillo (rojo+verde) para espera, etc. El amplio ángulo de visión garantiza la visibilidad desde cualquier dirección. Un microcontrolador simple con tres pines GPIO capaces de PWM y tres resistencias limitadoras de corriente (por ejemplo, 15-20Ω para ~20mA desde una fuente de 3.3V o 5V) puede controlar el LED. La baja corriente prolonga la vida útil y minimiza el calor.

11.2 Ejemplo: Retroiluminación para un Letrero Pequeño

Para iluminar por el borde una señal de acrílico, se pueden colocar varios de estos LED a lo largo del borde. Su amplio ángulo ayuda a acoplar la luz en el acrílico. Al organizarlos en una cadena en serie (por ejemplo, todos los rojos en serie, todos los verdes en serie, todos los azules en serie), se puede utilizar un controlador de mayor voltaje y menor corriente, mejorando la eficiencia. El control independiente permite programar dinámicamente el color de la señal. La gestión térmica implica asegurar que el acrílico o el sustrato de montaje puedan disipar el calor del conjunto de la matriz de LED.

12. Principio de Funcionamiento

El dispositivo funciona según el principio de electroluminiscencia en materiales semiconductores. Cuando se aplica un voltaje directo que supera la energía de la banda prohibida del chip a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). El color (longitud de onda) de la luz emitida está determinado por la energía de la banda prohibida del material semiconductor: GaInAlP para luz roja (~622 nm), e InGaN para luz verde (~525 nm) y azul (~457 nm). Tres chips semiconductores separados, fabricados con estos diferentes materiales, se montan dentro de una única copa reflectante y se encapsulan en una resina transparente o difusa para formar el paquete LED completo.

13. Tendencias Tecnológicas

La tendencia general en LEDs SMT de color completo como este es hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), una mejor consistencia del color (clasificación más estricta) y corrientes de accionamiento máximas más altas en tamaños de paquete iguales o más pequeños. También existe un movimiento hacia la integración de electrónica de control (como controladores de corriente constante o incluso microcontroladores simples) dentro del propio paquete LED, creando "LEDs inteligentes".