Hoja de Datos del LED RGB SMD 5515-RGB020AH-AM - 5.5x1.5mm - Rojo/Verde/Azul - 20mA - Grado Automotriz

1. Descripción General del Producto

El 5515-RGB020AH-AM es un componente LED de montaje superficial (SMD) de alto rendimiento que integra emisores rojo, verde y azul (RGB) en un único encapsulado de 5.5mm x 1.5mm. Está específicamente diseñado y calificado para los exigentes entornos electrónicos automotrices. Sus ventajas principales incluyen una alta salida luminosa, un amplio ángulo de visión de 120 grados y una construcción robusta que cumple con estrictos estándares de fiabilidad automotriz como el AEC-Q102. Su mercado objetivo principal son los sistemas de iluminación interior automotriz, incluyendo iluminación ambiental, retroiluminación de interruptores y otras aplicaciones de iluminación decorativa o funcional donde la mezcla de colores y la fiabilidad son críticas.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento del LED se caracteriza a una corriente de prueba estándar de 20mA y una temperatura de la almohadilla térmica de 25°C. Los valores típicos de intensidad luminosa son 1120 milicandelas (mcd) para el chip rojo, 2800 mcd para el verde y 450 mcd para el azul. Estos valores representan el brillo máximo alcanzable en condiciones estándar. Las longitudes de onda dominantes, que definen el color percibido, son típicamente 621nm para el rojo, 527nm para el verde y 467nm para el azul. Los tres colores comparten un ángulo de visión (2φ) consistente y amplio de 120 grados, asegurando una distribución uniforme de la luz. Las tolerancias de medición son ±8% para la intensidad luminosa y ±1nm para la longitud de onda dominante.

2.2 Parámetros Eléctricos y Térmicos

La tensión directa (V_F) a 20mA es típicamente 2.00V para el rojo, 2.75V para el verde y 3.00V para el azul. Las especificaciones de corriente directa continua máxima (I_F) difieren: 50mA para el rojo y 30mA para el verde y el azul. Esta diferencia se debe principalmente a las distintas eficiencias y características térmicas de los diferentes materiales semiconductores. Las especificaciones máximas absolutas de disipación de potencia son 137.5mW (Rojo), 105mW (Verde) y 112.5mW (Azul). La gestión térmica es crucial; la resistencia térmica unión-punto de soldadura (R_thJS) se especifica con valores reales (medidos) y eléctricos (calculados). Por ejemplo, la resistencia térmica real es de hasta 52 K/W para el rojo y 85 K/W para el verde/azul, lo que indica la necesidad de un diseño térmico adecuado en la PCB para mantener el rendimiento y la longevidad.

2.3 Especificaciones Máximas Absolutas y Fiabilidad

El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de funcionamiento de -40°C a +110°C, adecuado para el entorno hostil del interior de un vehículo. La temperatura máxima permitida en la unión es de 125°C. Cuenta con protección contra Descargas Electroestáticas (ESD) clasificada en 2kV (Modelo de Cuerpo Humano), esencial para su manipulación durante la fabricación. El producto cumple con las normativas RoHS, REACH y libre de halógenos (Br/Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). También cumple con la Clase de Robustez a la Corrosión B1, indicando un grado de resistencia a atmósferas corrosivas, y tiene un Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) de 3.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos clave que son vitales para el diseño del circuito y la predicción del rendimiento.

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

La curva I-V muestra la relación entre la corriente que fluye a través del LED y la tensión en sus terminales. Cada color tiene una curva distinta debido a los diferentes bandgaps de los semiconductores. El LED rojo tiene la tensión directa más baja, seguido del verde y luego el azul. Los diseñadores utilizan este gráfico para seleccionar resistencias limitadoras de corriente apropiadas o ajustes de controladores de corriente constante para asegurar que el LED opere dentro de su rango de tensión especificado para una corriente deseada.

3.2 Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra cómo cambia la salida de luz con la corriente de accionamiento. Típicamente, la intensidad luminosa aumenta con la corriente, pero no siempre de forma lineal, especialmente a corrientes más altas donde la eficiencia puede disminuir debido al calentamiento. Esta información es crítica para diseñar circuitos de atenuación o lograr niveles de brillo específicos.

3.3 Gráficos de Dependencia con la Temperatura

Tres gráficos clave muestran la variación del rendimiento con la temperatura de unión (T_j):

1. Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura de Unión:La salida de luz generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura. La tasa de disminución varía según el color, afectando el equilibrio de color en aplicaciones RGB si las temperaturas no se controlan.

2. Tensión Directa Relativa vs. Temperatura de Unión:La tensión directa típicamente disminuye al aumentar la temperatura. Esta característica puede usarse para sensado de temperatura, pero debe considerarse en esquemas de accionamiento a tensión constante.

3. Desplazamiento de Longitud de Onda Dominante vs. Temperatura de Unión:La longitud de onda del color emitido se desplaza ligeramente con la temperatura. Aunque el desplazamiento suele ser pequeño (unos pocos nanómetros en el rango de funcionamiento), puede ser importante para aplicaciones críticas en color.

3.4 Curvas de Reducción de Corriente Directa

Curvas separadas para el rojo y para el verde/azul muestran la corriente directa continua máxima permitida en función de la temperatura del pad de soldadura (T_S). A medida que la temperatura de la PCB aumenta, la corriente segura máxima disminuye para evitar que la temperatura de unión exceda los 125°C. Por ejemplo, la corriente máxima del LED rojo se reduce de 50mA a 103°C de temperatura en el punto de soldadura a 35mA a 110°C. Estas curvas son esenciales para garantizar una operación fiable en aplicaciones reales con temperaturas ambientales variables.

3.5 Distribución Espectral y Patrón de Radiación

El gráfico de distribución espectral relativa muestra la intensidad de la luz emitida a lo largo del espectro de longitudes de onda para cada color. Confirma la naturaleza de banda estrecha de los LEDs, con picos en sus respectivas longitudes de onda dominantes. El diagrama de radiación típico (no detallado completamente en el extracto) representaría visualmente el ángulo de visión de 120 grados, mostrando cómo la intensidad decae en ángulos alejados del centro (perpendicular a la superficie del LED).

4. Información de Clasificación (Binning)

La hoja de datos incluye una sección dedicada a la información de clasificación (binning). En la fabricación de LEDs, el "binning" es el proceso de clasificar los LEDs en función de parámetros medidos como la intensidad luminosa (brillo), la tensión directa (V_F) y la longitud de onda dominante (color). Esto es necesario debido a las variaciones menores inherentes al proceso de producción de semiconductores. Las tablas de clasificación (referenciadas en el contenido) definen los rangos o códigos específicos para cada lote de parámetros. Para los diseñadores, entender el binning es crucial para garantizar la consistencia del color y la coincidencia del rendimiento eléctrico cuando se usan múltiples LEDs en un mismo ensamblaje, como en una tira de luz ambiental. Los valores típicos listados en la tabla de características representan el centro de la distribución esperada, pero las piezas compradas reales caerán en lotes específicos según el código de pedido.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones Mecánicas

El componente utiliza una huella de encapsulado 5515, que denota un tamaño de cuerpo de aproximadamente 5.5mm de largo y 1.5mm de ancho. El dibujo mecánico detallado (Sección 7) especifica todas las dimensiones críticas, incluyendo la altura total, el espaciado de los terminales, el tamaño de los pads y las tolerancias. Este dibujo es esencial para que los diseñadores de layout de PCB creen la huella correcta en su software CAD.

5.2 Diseño Recomendado de Pads de Soldadura y Polaridad

La Sección 8 proporciona un patrón de pistas recomendado (diseño de pads de soldadura) para la PCB. Usar la geometría de pad recomendada asegura una correcta formación de la junta de soldadura durante el reflujo, una buena resistencia mecánica y una transferencia térmica óptima desde la almohadilla térmica del LED a la PCB. El diagrama también indica claramente la polaridad o la marca del pin 1, lo cual es crítico para la correcta conexión eléctrica de los ánodos rojo, verde y azul y del cátodo común (asumiendo una configuración de cátodo común, típica para LEDs RGB).

5.3 Información de Empaquetado

Los LEDs se suministran en cinta y carrete para el montaje automatizado pick-and-place. La Sección 10 detalla las especificaciones de empaquetado, incluyendo dimensiones del carrete, ancho de la cinta, espaciado de los bolsillos y orientación. Esta información es necesaria para programar correctamente el equipo de montaje.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

La Sección 9 especifica el perfil de soldadura por reflujo recomendado. Este es un gráfico tiempo-temperatura que define cómo se debe calentar el ensamblaje de la PCB para fundir la pasta de soldadura y formar conexiones fiables sin dañar el LED. Los parámetros clave incluyen la pendiente de precalentamiento, el tiempo y temperatura de estabilización, la temperatura pico (no exceder 260°C durante 30 segundos, según las especificaciones máximas absolutas) y la tasa de enfriamiento. Adherirse a este perfil es vital para el rendimiento y la fiabilidad a largo plazo.

6.2 Precauciones de Uso

La Sección 11 enumera precauciones importantes de manejo y uso. Es probable que incluyan advertencias sobre:

- Evitar estrés mecánico en la lente del LED.

- Proteger el dispositivo de descargas electrostáticas (ESD) excesivas durante el manejo, a pesar de su clasificación de 2kV.

- Asegurar que la PCB y el proceso de montaje estén limpios para prevenir contaminación.

- Seguir las guías de reducción de corriente basadas en la temperatura de funcionamiento.

- Usar métodos de limitación de corriente apropiados (resistencias o controladores) para prevenir sobrecorriente.

6.3 Criterios de Prueba de Resistencia al Azufre

La Sección 12 menciona criterios de prueba de azufre. Ciertos entornos, especialmente algunos interiores automotrices o entornos industriales, pueden contener gases sulfurosos que pueden corroer los componentes LED basados en plata. Esta prueba verifica la robustez del LED frente a tales atmósferas corrosivas, lo cual es parte de su calificación de grado automotriz.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Aplicación Principal:Iluminación ambiental interior automotriz para paneles de puertas, huecos de pies, acentos del salpicadero y consolas centrales.

Aplicaciones Secundarias:Retroiluminación para botones, interruptores y paneles de control; iluminación decorativa en electrónica de consumo donde se desea fiabilidad de grado automotriz.

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. Circuito de Accionamiento:Usar controladores de corriente constante para una óptima consistencia de color y control de brillo, especialmente para atenuación PWM. Si se usan resistencias simples para limitar la corriente, calcular las resistencias por separado para cada canal de color debido a sus diferentes tensiones directas.

2. Gestión Térmica:Los valores de resistencia térmica requieren un diseño de PCB con alivio térmico adecuado. Usar vías térmicas bajo la almohadilla térmica del LED conectadas a un plano de masa o a una zona de cobre dedicada para disipar el calor.

3. Mezcla y Control de Color:Para lograr una amplia gama de colores (incluyendo blanco), se recomienda encarecidamente el control independiente por modulación por ancho de pulso (PWM) de cada canal de color. Las diferentes intensidades luminosas (Rojo: 1120mcd, Verde: 2800mcd, Azul: 450mcd) significan que la corriente de accionamiento o el ciclo de trabajo PWM para cada canal debe calibrarse para lograr un punto blanco o un equilibrio de color deseado.

4. Diseño Óptico:El ángulo de visión de 120° es adecuado para iluminación difusa de área amplia. Para una luz más focalizada, se requerirían ópticas secundarias (lentes o guías de luz). El factor de forma de visión lateral está diseñado para emitir luz paralela a la superficie de la PCB, ideal para guías de luz de iluminación lateral.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Aunque el PDF no compara directamente con otras piezas, se pueden inferir los diferenciadores clave de este componente:

- Calificación Automotriz (AEC-Q102):Este es un diferenciador significativo respecto a los LEDs de grado comercial, involucrando pruebas rigurosas de ciclado térmico, humedad, operación a alta temperatura y otros factores de estrés específicos de entornos automotrices.

- Alta Intensidad Luminosa:Las salidas de verde y rojo son particularmente altas para una corriente de accionamiento de 20mA, lo que potencialmente reduce el número de LEDs necesarios para un nivel de brillo dado.

- RGB Integrado en Encapsulado de Visión Lateral:Combina tres colores en un encapsulado compacto y de bajo perfil, adecuado para aplicaciones de retroiluminación con espacio limitado, eliminando la necesidad de colocar tres LEDs separados.

- Resistencia a la Corrosión y al Azufre:Cumple con estándares específicos para entornos hostiles, que muchos LEDs estándar no cumplen.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de 5V?

R: Sí, pero debes usar resistencias limitadoras de corriente. Por ejemplo, para el LED azul (V_Ftíp. 3.0V @20mA), el valor de la resistencia sería R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ohmios. Siempre usa el V_Fmáximo de la hoja de datos para un diseño robusto.

P: ¿Por qué las corrientes máximas son diferentes para el rojo frente al verde/azul?

R: Esto se debe a diferencias en la eficiencia del material semiconductor y sus características térmicas. El chip rojo (probablemente AlInGaP) típicamente puede manejar densidades de corriente más altas que los chips verde/azul (probablemente InGaN) dentro de las mismas restricciones térmicas del encapsulado.

P: ¿Cómo creo luz blanca con este LED RGB?

R: La luz blanca se crea mezclando los tres colores primarios. Debido a las diferentes intensidades luminosas, no puedes simplemente accionar los tres a la misma corriente. Debes ajustar la intensidad relativa de cada canal (mediante diferentes valores de resistencia o ciclos de trabajo PWM) para mezclar hasta un punto blanco específico (ej., D65). Esto requiere calibración.

P: ¿Qué significa MSL 3?

R: Nivel de Sensibilidad a la Humedad 3 significa que los LEDs empaquetados pueden estar expuestos a condiciones de suelo de fábrica (≤30°C/60% HR) hasta 168 horas (7 días) antes de que deban ser soldados. Si se excede, requieren horneado para eliminar la humedad absorbida que podría causar "efecto palomita" (agrietamiento del encapsulado) durante la soldadura por reflujo.

10. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar una tira de luz ambiental para panel de puerta automotriz usando diez LEDs 5515-RGB020AH-AM.

Pasos:

1. Layout de PCB:Colocar los LEDs con el diseño de pads recomendado. Conectar la almohadilla térmica a una gran área de cobre con múltiples vías térmicas hacia un plano de masa interno para disipación de calor. Asegurar que las trazas para los tres ánodos y el cátodo común tengan un tamaño adecuado.

2. Circuito de Accionamiento:Seleccionar un CI controlador de LED de corriente constante de 3 canales diseñado para uso automotriz. Ajustar el límite de corriente del controlador a 20mA por canal por LED. Dado que diez LEDs están en paralelo en cada canal, el controlador debe suministrar 200mA por canal de color. Alternativamente, conectar los LEDs en serie para un mejor emparejamiento de corriente, pero esto requiere una tensión de alimentación más alta.

3. Análisis Térmico:Calcular la disipación de potencia en el peor caso: (10 LEDs * (2.0V*0.02A para Rojo)) + (10*(2.75V*0.02A para Verde)) + (10*(3.0V*0.02A para Azul)) = 0.4W + 0.55W + 0.6W = 1.55W total. Usando la resistencia térmica, estimar el aumento de temperatura y asegurar que se mantenga dentro de los límites de la curva de reducción para la temperatura ambiente esperada en la cabina (ej., 85°C).

4. Control de Color:Usar un microcontrolador para generar señales PWM para las entradas de atenuación del CI controlador. Programar tablas de búsqueda para producir colores deseados (ej., colores ambientales específicos de la marca). Calibrar las proporciones PWM para rojo, verde y azul en el ensamblaje final para tener en cuenta las variaciones de binning y lograr luz blanca consistente en todas las puertas.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un LED (Diodo Emisor de Luz) es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando una corriente eléctrica pasa a través de él. Este fenómeno se llama electroluminiscencia. El 5515-RGB020AH-AM contiene tres chips semiconductores separados (dados) dentro de un mismo encapsulado:

- Elchiprojo está típicamente hecho de material Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP).

- Loschipsverdeyazul están típicamente hechos de material Nitruro de Indio y Galio (InGaN).

Cada chip tiene una unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa que excede el umbral característico del chip, los electrones y los huecos se recombinan en la unión, liberando energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz está determinada por la energía del bandgap del material semiconductor. La luz se emite luego a través de una lente de epoxi moldeada que también proporciona protección mecánica y da forma al haz (ángulo de 120°). Los tres chips comparten una conexión de cátodo común para simplificar el circuito externo.

12. Tendencias Tecnológicas

El desarrollo de LEDs como el 5515-RGB020AH-AM está impulsado por varias tendencias claras en la industria:

1. Mayor Integración y Miniaturización:Combinar múltiples colores (RGB, RGBW) en encapsulados cada vez más pequeños mientras se mantiene o aumenta la salida de luz.

2. Mayor Eficiencia (Lúmenes por Vatio):Mejoras continuas en la epitaxia de semiconductores y el diseño de chips conducen a más salida de luz para la misma entrada eléctrica, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica.

3. Fiabilidad y Robustez Mejoradas:Estándares más estrictos para aplicaciones automotrices, industriales y exteriores impulsan mejoras en materiales (ej., lentes más robustas, acabados resistentes a la corrosión) y empaquetado para soportar temperaturas más altas, humedad y ciclado térmico.

4. Calidad y Consistencia de Color Mejoradas:Tolerancias de clasificación más ajustadas y el desarrollo de LEDs con características espectrales específicas para cumplir con los requisitos de alto índice de reproducción cromática (CRI) para iluminación premium.

5. Iluminación Inteligente y Conectada:Los LEDs están cada vez más diseñados para emparejarse con controladores integrados e interfaces de comunicación (como I2C o LIN en automoción) para un control de color dinámico y direccionable, yendo más allá del simple atenuado analógico.