Hoja de Datos del LED SMD 5050 RGBW - 5.0x5.0x1.6mm - Rojo 2.6V/Verde 3.8V/Azul 3.8V/Blanco 3.6V - 0.2W por Chip - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un encapsulado LED de montaje superficial (SMD) compacto y de bajo consumo, en el factor de forma 5050. El dispositivo integra cuatro chips semiconductores individuales dentro de un único encapsulado de resina blanca: Rojo (R), Verde (G), Azul (B) y Blanco (W). Esta configuración multi-chip permite generar un amplio espectro de colores, incluyendo luz blanca pura procedente del dado blanco dedicado y colores mezclados a partir de la combinación RGB. El encapsulado está diseñado con un marco de pines de 8 terminales, proporcionando acceso eléctrico individual a cada chip para un control independiente.

Las ventajas principales de este LED incluyen su alta eficacia luminosa, bajo consumo de energía y un amplio ángulo de visión de 120 grados. Su factor de forma compacto SMD lo hace adecuado para procesos de montaje automatizado como la soldadura por reflujo IR. El producto cumple con normas clave medioambientales y de seguridad, incluyendo RoHS, REACH de la UE y requisitos libres de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

Las aplicaciones objetivo son diversas, aprovechando su capacidad de mezcla de colores y propiedades de iluminación general. Los usos principales incluyen iluminación decorativa y de entretenimiento general, indicadores de estado, retroiluminación o iluminación para interruptores y paneles, y otras aplicaciones donde se requieren fuentes de luz compactas y multicolor.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Todas las especificaciones se definen a una temperatura en el punto de soldadura (T_Soldadura) de 25°C. Superar estos límites puede causar daños permanentes.

• Tensión Inversa (V_R):Máximo 5V para todos los chips (R, G, B, W). Aplicar una tensión inversa mayor puede causar ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (I_F):Los chips Rojo y Blanco están clasificados para 200mA. Los chips Verde y Azul están clasificados para 180mA. Estos son límites de corriente continua (DC).
• Corriente Directa de Pico (I_FP):Para operación pulsada con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 10ms. Rojo/Blanco: 400mA. Verde/Azul: 360mA.
• Disipación de Potencia (P_d):La pérdida de potencia máxima permitida por chip. R: 520mW, G/B: 684mW, W: 720mW. Este parámetro es crítico para la gestión térmica.
• Rangos de Temperatura:Operación: -40°C a +85°C. Almacenamiento: -40°C a +100°C. Temperatura Máxima de Unión (T_j): 110°C.
• Resistencia Térmica (R_{th J-S}):De la unión al punto de soldadura. R: 60°C/W, G: 110°C/W, B: 75°C/W, W: 75°C/W. Valores más bajos indican una mejor transferencia de calor desde el chip a la placa.
• Temperatura de Soldadura:Reflujo IR: Pico de 260°C durante un máximo de 10 segundos. Soldadura Manual: 350°C durante un máximo de 3 segundos.

2.2 Características Electro-Ópticas

El rendimiento típico se mide a T_Soldadura=25°C e I_F=100mA, salvo que se indique lo contrario.

• Intensidad Luminosa (I_v):Medida en milicandelas (mcd). Valores típicos: R: 5000 mcd, G: 11000 mcd, B: 3000 mcd, W: 10000 mcd. También se especifican valores mínimos. La tolerancia es de ±11%.
• Tensión Directa (V_F):La caída de tensión en el LED a 100mA. Típico/Máx: R: 2.10V/2.60V, G: 3.00V/3.80V, B: 3.10V/3.80V, W: 2.90V/3.60V. La tolerancia es de ±0.1V. Este parámetro es crucial para el diseño del driver.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):120 grados. Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad máxima (en el eje).
• Longitud de Onda Dominante (λ_p):La longitud de onda pico de la luz emitida. R: 619-629nm, G: 520-535nm, B: 460-475nm. La tolerancia es de ±1nm. El color del LED blanco se describe como "Amarillento".
• Corriente Inversa (I_R):Corriente de fuga máxima de 10µA a V_R= -5V para todos los chips.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia de color y brillo, los LEDs se clasifican en lotes (bins) según su rendimiento medido.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Los LEDs se agrupan por su intensidad luminosa medida a I_F=100mA. Cada lote tiene un código (ej., CB, DA, EA) que define un rango mínimo/máximo de intensidad en mcd.

• Rojo (R):Lotes CB (3550-4500 mcd), DA (4500-5600 mcd), DB (5600-7100 mcd).
• Verde (G):Lotes EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd).
• Azul (B):Lotes BA (1800-2240 mcd), BB (2240-2800 mcd), CA (2800-3550 mcd), CB (3550-4500 mcd).
• Blanco (W):Lotes DB (5600-7100 mcd), EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd), FB (14000-18000 mcd).

3.2 Clasificación por Longitud de Onda Dominante

Los LEDs también se clasifican por la longitud de onda pico de su luz emitida para controlar el tono de color.

• Rojo (R):Lotes RB (619-624 nm), RC (624-629 nm).
• Verde (G):Lotes G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm).
• Azul (B):Lotes B3 (460-465 nm), B4 (465-470 nm), B5 (470-475 nm).

3.3 Clasificación por Coordenadas de Cromaticidad (LED Blanco)

Para el LED blanco, el color se define con precisión utilizando coordenadas de cromaticidad (x, y) en el diagrama CIE 1931. La hoja de datos proporciona una tabla detallada de códigos de lote (ej., A11, A12, A21) con sus correspondientes áreas cuadriláteras definidas por cuatro conjuntos de coordenadas (x,y). La tolerancia para estas coordenadas es de ±0.01. Este sistema garantiza un control estricto sobre el punto blanco (ej., blanco frío, blanco neutro, blanco cálido) de la luz emitida.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye curvas características típicas, que son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones de operación.

4.1 Distribución Espectral

Se muestra una curva típica de distribución espectral, que representa la intensidad relativa frente a la longitud de onda. Esta curva representa visualmente la composición de la salida de luz. Para los chips RGB, muestra picos estrechos en sus longitudes de onda dominantes. Para el LED blanco (típicamente un chip azul recubierto de fósforo), la curva muestra un pico ancho de la luz convertida por el fósforo, combinado con un pico azul más pequeño del LED de bombeo. También se hace referencia a la curva de respuesta estándar del ojo humano (V(λ)) para cálculos fotométricos.

4.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

Curvas separadas para los chips R, G, B y W muestran la relación entre la corriente directa (I_F) y la tensión directa (V_F) a 25°C. Estas curvas son de naturaleza exponencial. Son críticas para diseñar circuitos limitadores de corriente o drivers de corriente constante. Las curvas confirman que a una corriente de operación típica de 100mA, la V_Fcoincide con los valores típicos indicados en la tabla eléctrica.

4.3 Longitud de Onda vs. Corriente Directa

Estas curvas ilustran cómo la longitud de onda dominante (color) de cada chip se desplaza al aumentar la corriente directa. Generalmente, la longitud de onda puede aumentar ligeramente con la corriente debido al calentamiento de la unión y otros efectos. Esta es una consideración importante para aplicaciones que requieren una estabilidad de color precisa en un rango de niveles de brillo.

4.4 Intensidad Relativa vs. Corriente Directa

Estos gráficos muestran cómo la salida de luz (intensidad luminosa relativa para G/W, intensidad radiométrica relativa para R/B) aumenta con la corriente directa. La relación es generalmente lineal a corrientes bajas, pero puede saturarse a corrientes más altas debido a la caída térmica y de eficiencia. Estos datos se utilizan para determinar la corriente de accionamiento óptima para un nivel de brillo deseado.

4.5 Corriente Directa Máxima Permisible vs. Temperatura

Esta curva de reducción de potencia (derating) es una de las más importantes para la fiabilidad. Muestra cómo la corriente directa continua máxima permitida debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente (o del punto de soldadura). Por ejemplo, a 85°C, la corriente permisible será significativamente menor que la especificada a 25°C. Operar por encima de esta curva corre el riesgo de exceder la temperatura máxima de unión, lo que lleva a una depreciación acelerada del flujo luminoso y a una reducción significativa de la vida útil.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El LED es sensible a las descargas electrostáticas (ESD) y debe manipularse con las precauciones adecuadas. Los métodos de soldadura recomendados son:

• Soldadura por Reflujo IR:Este es el método preferido para el montaje SMD. La temperatura máxima de pico no debe superar los 260°C, y el tiempo por encima de 260°C debe limitarse a 10 segundos. Un perfil de reflujo estándar sin plomo es adecuado.
• Soldadura Manual:Si es necesario, se puede realizar soldadura manual con una temperatura de punta que no supere los 350°C. El tiempo de contacto por terminal debe limitarse a 3 segundos para evitar daños térmicos en el encapsulado y las conexiones internas (wire bonds).

Se debe tener cuidado para evitar tensiones mecánicas en el encapsulado durante y después de la soldadura. El rango de temperatura de almacenamiento es de -40°C a +100°C.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Cada chip (R, G, B, W) requiere su propio circuito limitador de corriente debido a sus diferentes características de tensión directa. Se recomienda encarecidamente un driver de corriente constante frente a una simple resistencia en serie para una mejor consistencia de brillo y estabilidad de color, especialmente cuando se opera desde una fuente de tensión variable como una batería. Para la mezcla de colores RGB, la modulación por ancho de pulso (PWM) es el método estándar para el control de intensidad, ya que mantiene una tensión y corriente directa constantes, preservando así la cromaticidad de cada color primario.

6.2 Gestión Térmica

Una disipación de calor efectiva es crucial para el rendimiento y la longevidad. Los valores de resistencia térmica (R_{th J-S}) indican la facilidad con la que el calor fluye desde el chip a la PCB. Los diseñadores deben asegurarse de que la PCB tenga un área de cobre adecuada (pads térmicos o vías a capas internas) para disipar el calor total generado (suma de I_F* V_Fpara todos los chips activos). Operar cerca o en los valores máximos de corriente sin un enfriamiento adecuado conducirá a altas temperaturas de unión, causando una caída en la salida de luz (depreciación del flujo luminoso) y acortando significativamente la vida operativa del LED.

6.3 Diseño Óptico

El amplio ángulo de visión de 120 grados hace que este LED sea adecuado para aplicaciones que requieren una iluminación amplia y difusa. Para una luz más dirigida, pueden ser necesarias ópticas secundarias (lentes). Al diseñar para mezcla de colores, la proximidad física de los cuatro chips dentro del encapsulado 5050 garantiza una buena mezcla espacial de colores a distancia, pero para una visualización muy cercana, podrían discernirse puntos de color individuales.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Este LED 5050 RGBW se diferencia al integrar cuatro emisores distintos en una huella muy compacta y estándar de la industria de 5.0mm x 5.0mm. En comparación con el uso de cuatro LEDs 5050 de un solo color separados, este encapsulado integrado ahorra espacio en la PCB y simplifica el montaje pick-and-place. La inclusión de un dado blanco dedicado, además de los dados RGB, proporciona una fuente de luz blanca de alta calidad sin necesidad de mezcla de colores, que a veces puede resultar en una menor eficacia o problemas de reproducción cromática. La configuración individual de 8 pines ofrece la máxima flexibilidad de control, permitiendo que cada color sea accionado de forma independiente o en cualquier combinación.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo accionar los cuatro chips (RGBW) en paralelo desde una única fuente de tensión constante con una resistencia en serie?

R: No recomendado. Las tensiones directas (V_F) difieren significativamente (ej., Rojo ~2.1V, Azul ~3.1V). Conectarlos en paralelo causaría un severo desequilibrio de corriente, con el chip rojo consumiendo la mayor parte de la corriente, posiblemente excediendo su especificación, mientras que los demás permanecen tenues o apagados. Cada canal de color requiere un control de corriente separado.

P: ¿Cuál es la diferencia entre intensidad luminosa (mcd) y potencia (mW) en las especificaciones?

R: La intensidad luminosa (medida en candela o milicandela) es el brillo percibido de la luz tal como la ve el ojo humano, ponderado por la curva de sensibilidad del ojo. La disipación de potencia (en milivatios) es la potencia eléctrica convertida en calor (I_F*V_F) en la unión del LED. Una parte de la potencia de entrada se convierte en luz (potencia radiante), pero la hoja de datos especifica el calor máximo que debe gestionarse.

P: ¿Cómo interpreto los lotes de coordenadas de cromaticidad para el LED blanco?

R: Cada lote (ej., A11) define un área cuadrilátera pequeña en el gráfico de color CIE. Los cuatro pares de coordenadas (x,y) son las esquinas de esa área. A los LEDs cuyo color medido cae dentro de este cuadrilátero se les asigna ese código de lote. Esto garantiza que todos los LEDs de un lote tengan un punto de blanco casi idéntico.

P: ¿Por qué la corriente directa de pico (I_FP) es mayor que la corriente continua (I_F)?

R: La unión semiconductora puede soportar pulsos de corriente más altos durante duraciones muy cortas (10ms en este caso) porque el calor generado no tiene tiempo de elevar la temperatura de la unión a un nivel crítico. Esto es útil para el atenuado PWM o para crear destellos breves y brillantes.

9. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de una lámpara de ambiente con cambio de color.

Un diseñador selecciona este LED para una lámpara de escritorio alimentada por USB. Utiliza un microcontrolador con cuatro canales PWM para controlar de forma independiente las corrientes de R, G, B y W. El LED blanco proporciona un modo de luz de lectura pura. Los LEDs RGB se mezclan para crear millones de colores para iluminación ambiental. El diseño utiliza un circuito integrado driver de LED de corriente constante capaz de suministrar hasta 200mA por canal. La PCB incluye una gran capa de tierra conectada al pad térmico del LED a través de múltiples vías para actuar como disipador de calor. El firmware implementa algoritmos de transición de color e incluye lógica de gestión térmica que reduce la corriente de accionamiento máxima si el sensor de temperatura del microcontrolador (colocado cerca del LED en la PCB) registra más de 70°C, asegurando que el LED opere dentro de su curva segura de reducción de potencia por temperatura.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

La emisión de luz se basa en la electroluminiscencia en materiales semiconductores. Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n del LED, los electrones y los huecos se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). El color (longitud de onda) de la luz está determinado por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El chip Rojo utiliza AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Los chips Verde y Azul utilizan InGaN (Nitruro de Indio y Galio) con diferentes proporciones de indio/galio para ajustar la banda prohibida. El LED Blanco típicamente utiliza un chip Azul de InGaN recubierto con un fósforo amarillo (o multicolor). La luz azul del chip excita el fósforo, que luego emite un amplio espectro de longitudes de onda más largas (amarillo, rojo), combinándose con la luz azul restante para producir luz blanca. La descripción "Amarillento" sugiere una temperatura de color correlacionada (CCT) en el lado más cálido del espectro blanco.

11. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los encapsulados multi-chip integrados como este 5050 RGBW representan una tendencia hacia una mayor densidad funcional y un diseño de sistema simplificado en la iluminación LED. El movimiento hacia ángulos de visión más amplios (como 120 grados) atiende a aplicaciones que requieren una iluminación uniforme y sin deslumbramiento en lugar de focos puntuales. Existe un impulso continuo en la industria para lograr una mayor eficacia luminosa (más salida de luz por vatio eléctrico) y una mejor reproducción cromática, especialmente para el componente blanco. Además, las tolerancias de clasificación más estrictas, como lo demuestran las tablas detalladas de coordenadas de cromaticidad, reflejan la demanda del mercado de una consistencia de color superior tanto en aplicaciones de LED monocromáticos como blancos, lo cual es crítico en luminarias y pantallas con múltiples LEDs.