Hoja de Datos del LED RGB SMD5050 de Color Completo - Tamaño 5.0x5.0mm - Voltaje 2.2-3.4V - Potencia 0.2W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LED RGB de color completo SMD5050 es un dispositivo de montaje superficial diseñado para aplicaciones que requieren una iluminación multicolor y vibrante. Integra chips semiconductores rojo, verde y azul (RGB) dentro de un único encapsulado de 5.0mm x 5.0mm, lo que permite crear un amplio espectro de colores mediante la mezcla aditiva de color. Este componente está diseñado para un alto brillo y un rendimiento fiable en un factor de forma compacto, lo que lo hace idóneo para diseños de iluminación modernos.

1.1 Ventajas Principales

Las ventajas principales de este LED incluyen su alta intensidad luminosa, su amplio ángulo de visión de 120 grados y la capacidad de generar millones de colores controlando de forma independiente la intensidad de los diodos rojo, verde y azul. Su diseño SMD facilita los procesos de montaje automatizado, mejorando la eficiencia y la consistencia de fabricación.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

Este LED está dirigido a los sectores de electrónica de consumo, iluminación arquitectónica, señalización, iluminación de acento automotriz e industrias del entretenimiento. Las aplicaciones típicas incluyen pantallas de video LED, tiras de iluminación decorativas, indicadores de estado, retroiluminación para pantallas y sistemas de iluminación ambiental dinámica donde las capacidades de cambio de color son esenciales.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Eléctricas (Ta=25°C)

La siguiente tabla detalla los parámetros operativos clave para cada canal de color en condiciones típicas. Es crucial respetar los valores máximos para garantizar la longevidad y el rendimiento del dispositivo.

Parámetro	Símbolo	Valor Típico	Valor Máximo	Unidad
Disipación de Potencia	PD	200	306	mW
Corriente Directa	IF	60	90	mA
Tensión Directa (Rojo)	VF	2.2	2.6	V
Tensión Directa (Verde)	VF	3.2	3.4	V
Tensión Directa (Azul)	VF	3.2	3.4	V
Tensión Inversa	VR	-	5	V
Corriente Inversa	IR	-	≤5	μA
Longitud de Onda Pico (λd) Rojo	λd	625	-	nm
Longitud de Onda Pico (λd) Verde	λd	525	-	nm
Longitud de Onda Pico (λd) Azul	λd	460	-	nm
Ángulo de Visión (2θ½)	2θ½	120	-	°
Temperatura de Operación	Topr	-40 a +80	-	°C
Temperatura de Almacenamiento	Tstg	-40 a +80	-	°C
Temperatura de Unión	Tj	-	125	°C

2.2 Características Térmicas

La temperatura máxima de unión (Tj) se especifica en 125°C. Es necesario un correcto manejo térmico, incluyendo un área de cobre adecuada en el PCB y posible disipación de calor, cuando se opera a corrientes altas o en temperaturas ambientales elevadas para evitar la degradación del rendimiento y fallos prematuros.

3. Explicación del Sistema de Binning

3.1 Estándares de Binning por Longitud de Onda

Para garantizar la consistencia de color en la producción, los LEDs se clasifican en bins según su longitud de onda de emisión pico. Los siguientes códigos definen los rangos de longitud de onda para cada color.

Código	Mínimo	Máximo	Unidad
R1	620	625	nm
R2	625	630	nm
G5	519	522.5	nm
G6	522.5	526	nm
G7	526	530	nm
B1	445	450	nm
B2	450	455	nm
B3	455	460	nm
B4	460	465	nm

Este binning permite a los diseñadores seleccionar LEDs con una cromaticidad precisa para aplicaciones que exigen una apariencia de color uniforme, como en pantallas de gran formato o instalaciones de iluminación coordinadas.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Tensión Directa vs. Corriente Directa (Curva IV)

La curva IV ilustra la relación entre la tensión directa (VF) y la corriente directa (IF) para los chips rojo, verde y azul. El LED rojo típicamente exhibe una tensión directa más baja (~2.2V) en comparación con los LEDs verde y azul (~3.2V). Esta característica es crucial para diseñar circuitos limitadores de corriente o drivers de corriente constante apropiados para cada canal, con el fin de lograr una salida de color equilibrada y evitar condiciones de sobrecorriente.

4.2 Energía Espectral Relativa vs. Temperatura de Unión

Este gráfico muestra cómo la salida de luz (energía espectral relativa) de cada chip de color varía con el aumento de la temperatura de unión (Tj). Generalmente, la salida luminosa disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. La tasa de disminución puede variar entre los diferentes materiales semiconductores (InGaN para azul/verde y AlInGaP para rojo). Una disipación de calor efectiva es vital para mantener una salida de color y brillo estables durante la vida útil del producto.

4.3 Temperatura Ambiente vs. Corriente Directa Admisible

Esta curva de derating define la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente (Ta). A medida que aumenta la temperatura ambiente, la corriente máxima permitida debe reducirse para evitar que la temperatura de unión supere su límite de 125°C. Los diseñadores deben consultar esta curva para determinar las corrientes de operación seguras para su entorno de aplicación específico.

4.4 Patrón de Radiación (Curva de Ángulo de Visión)

El diagrama de distribución de intensidad polar confirma el ángulo de visión de 120 grados. El patrón de emisión es típicamente Lambertiano o casi Lambertiano, proporcionando un campo de iluminación amplio y uniforme adecuado para muchas aplicaciones de iluminación general e indicadores.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Dimensiones del Empaquetado y Dibujo de Contorno

El LED está alojado en un paquete SMD5050 estándar con dimensiones de 5.0mm (L) x 5.0mm (W). La altura exacta y las tolerancias dimensionales (por ejemplo, ±0.10mm para dimensiones .X, ±0.05mm para dimensiones .XX) deben consultarse en el dibujo mecánico detallado de la hoja de datos original para un diseño de PCB preciso.

5.2 Diseño Recomendado de Pads y Plantilla de Soldadura

Se proporciona un patrón de pistas (footprint) recomendado y un diseño de plantilla de pasta de soldar para garantizar una soldadura fiable. El diseño de pads típicamente presenta seis pads, dos para cada uno de los tres chips de color, que comparten una configuración de cátodo o ánodo común dependiendo del número de parte específico. Adherirse a este diseño recomendado minimiza defectos de soldadura como el efecto "tombstoning" y asegura una conexión térmica y eléctrica adecuada.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

Este LED es compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo por infrarrojos (IR) o convección utilizados para la tecnología de montaje superficial (SMT). Generalmente es aplicable un perfil típico de reflujo sin plomo con una temperatura máxima que no exceda los 260°C durante una duración especificada por los estándares JEDEC (por ejemplo, 10-30 segundos por encima de 240°C). Es fundamental evitar un estrés térmico excesivo para prevenir daños en los alambres de unión internos y la lente de epoxi.

6.2 Precauciones de Manipulación y Almacenamiento

Los LEDs son sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Siempre manipúlelos en un entorno protegido contra ESD utilizando pulseras conectadas a tierra y contenedores conductores. Almacene los componentes en sus bolsas barrera de humedad originales en las condiciones recomendadas (temperatura < 40°C, humedad < 70% HR) para prevenir la absorción de humedad, que puede causar el efecto "popcorning" durante el reflujo.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificación del Empaquetado del Producto

Los LEDs se suministran en cinta portadora embutida para el montaje automatizado pick-and-place. El ancho de la cinta, las dimensiones de los alvéolos y el conteo por carrete siguen los estándares EIA-481. Una cinta de cubierta con una fuerza de despegue especificada (0.1 - 0.7N a un ángulo de 10 grados) sella los componentes en su lugar. Este empaquetado garantiza la protección del componente, la consistencia de la orientación y la fiabilidad de alimentación en máquinas de montaje de alta velocidad.

7.2 Sistema de Numeración de Parte (Regla de Nomenclatura del Modelo)

El número de parte sigue un formato estructurado que codifica atributos clave:

T [Código de Forma] [Conteo de Chips] [Código Óptico] [Código Interno] [Código de Color] [Código de Flujo] - [Código CCT] [Otros Códigos].

Por ejemplo, el código "5A" indica una forma 5050N, "3" indica tres chips (RGB), "00" indica sin lente secundaria, "F" indica color completo, etc. Comprender esta nomenclatura es esencial para especificar y pedir correctamente la variante de LED deseada con el color, brillo y características ópticas correctas.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Cada canal de color del LED RGB debe ser manejado de forma independiente utilizando una fuente de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente en serie con una fuente de tensión conmutada. La modulación por ancho de pulso (PWM) es el método preferido para el control de intensidad (atenuación y mezcla de colores), ya que mantiene una tensión directa y cromaticidad consistentes, a diferencia de la atenuación analógica que puede causar un cambio de color. Un microcontrolador con salidas PWM se usa comúnmente para generar las señales de control.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Emparejamiento de Corriente:Debido a los diferentes Vf y eficiencia de los chips R, G, B, se necesitan resistencias o drivers de ajuste de corriente separados para lograr el balance de blancos o las proporciones de color deseadas.
• Gestión Térmica:Incluya suficiente alivio térmico y área de cobre en el PCB, especialmente si opera a corrientes altas o en arreglos de alta densidad.
• Protección ESD:Incorpore diodos de protección ESD en las líneas de señal cerca del LED, particularmente en aplicaciones portátiles o de consumo.
• Diseño Óptico:Considere el ángulo de visión de 120 grados al diseñar lentes o guías de luz para lograr el patrón de haz y la distribución espacial deseados.

9. Estándares de Fiabilidad y Calidad

9.1 Estándares de Pruebas de Fiabilidad

El producto se somete a rigurosas pruebas de fiabilidad según estándares de la industria (JESD22, MIL-STD-202G). Las pruebas clave incluyen:

• Prueba de Vida Operativa:Realizada a temperatura ambiente, alta temperatura (85°C) y baja temperatura (-40°C) durante 1008 horas bajo corriente máxima.
• Vida Operativa a Alta Temperatura/Humedad:1008 horas a 60°C/90% HR.
• Ciclo de Temperatura:Exponer el dispositivo a transiciones rápidas entre temperaturas extremas (por ejemplo, -40°C a +125°C).

Los criterios de fallo están estrictamente definidos, incluyendo límites en el cambio de tensión directa (≤200mV), degradación del flujo luminoso (≤15% para InGaN, ≤25% para AlInGaP) y corriente de fuga (≤10μA).

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

10.1 ¿Cómo logro luz blanca pura con este LED RGB?

El blanco puro se crea mezclando intensidades específicas de luz roja, verde y azul. La proporción exacta de corriente requerida (por ejemplo, IR:IG:IB) depende de la eficiencia individual y las coordenadas de cromaticidad del bin específico del LED. Típicamente requiere calibración y retroalimentación de un sensor de color para aplicaciones de alta precisión. El uso de control PWM permite un ajuste fino de esta proporción.

10.2 ¿Puedo manejar los tres canales en paralelo desde una única fuente de corriente constante?

No. Debido a la diferencia significativa en la tensión directa entre los chips rojo (~2.2V) y azul/verde (~3.2V), conectarlos en paralelo resultaría en un severo desequilibrio de corriente, potencialmente sobreexcitando el canal rojo mientras se subexcitan los otros. Cada canal de color debe tener su propio circuito de control de corriente.

10.3 ¿Cuál es el impacto de la temperatura de unión en el color?

El aumento de la temperatura de unión provoca un desplazamiento en la longitud de onda pico (típicamente una longitud de onda más larga para el rojo AlInGaP y una más corta para el azul/verde InGaN) y una reducción en la salida de luz. Esto puede llevar a un cambio de color visible en sistemas RGB si no se gestiona. Mantener una temperatura de unión baja y estable a través de un buen diseño térmico es crítico para aplicaciones con color estable.

11. Estudio de Caso de Diseño Práctico

11.1 Diseño de una Lámpara de Mesa con Color Ajustable

Considere una lámpara de mesa que utiliza un arreglo de estos LEDs RGB SMD5050. El diseño involucraría:

1. Circuito Driver:Un CI driver de LED dedicado con tres salidas de corriente constante independientes y capacidad de atenuación PWM para cada canal, controlado vía I2C o una interfaz similar desde un microcontrolador.
2. Diseño Térmico:El PCB de núcleo metálico (MCPCB) actúa como disipador de calor. Las vías térmicas conectan los pads térmicos del LED a un plano grande de cobre en la parte posterior de la placa para disipar el calor eficientemente.
3. Óptica:Se coloca un difusor sobre el arreglo de LEDs para mezclar los puntos de luz individuales en un área de iluminación uniforme y sin deslumbramiento.
4. Control:Una interfaz de usuario (botones, sensor táctil o app) permite la selección de colores preestablecidos (blanco, blanco cálido, blanco frío) o colores personalizados mediante deslizadores RGB. El microcontrolador traduce estas entradas a los correspondientes ciclos de trabajo PWM para los canales R, G y B.

Este caso destaca la integración de consideraciones de diseño eléctrico, térmico, óptico y de firmware al usar este componente.

12. Introducción al Principio Técnico

12.1 Principio de Funcionamiento de los LEDs RGB

Un LED RGB es esencialmente tres diodos emisores de luz independientes—rojo, verde y azul—encapsulados juntos. Cada diodo emite luz a través de electroluminiscencia: cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n de un material semiconductor (AlInGaP para rojo, InGaN para verde y azul), los electrones se recombinan con huecos, liberando energía en forma de fotones. La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. Al controlar de forma independiente la intensidad de estos tres colores primarios, se puede producir una gran variedad de colores secundarios mediante la mezcla aditiva de color.

13. Tendencias Tecnológicas

13.1 Evolución en los LEDs de Color Completo

El mercado de los LEDs de color completo continúa evolucionando con tendencias centradas en:

• Mayor Eficiencia (lm/W):Mejoras continuas en el crecimiento epitaxial y el diseño de chips producen más salida de luz por unidad de potencia eléctrica, reduciendo el consumo de energía y la carga térmica.
• Mejora en la Reproducción de Color y Gama:Desarrollo de nuevos sistemas de fósforo y emisores de banda estrecha (como puntos cuánticos) para expandir la gama de colores en pantallas y mejorar el Índice de Reproducción de Color (CRI) para iluminación, incluso en sistemas basados en RGB.
• Miniaturización:Desarrollo de tamaños de paquete más pequeños (por ejemplo, 2020, 1515) con un rendimiento similar o mejorado para aplicaciones con espacio limitado, como retroiluminación mini-LED para televisores y monitores.
• Funciones Inteligentes Integradas:La aparición de LEDs con drivers, controladores e interfaces de comunicación integradas (por ejemplo, I2C, SPI o inalámbricas como Zigbee/BLE) simplificando el diseño del sistema para iluminación conectada al IoT.
• Fiabilidad Mejorada:Avances en materiales de empaquetado (siliconas, cerámicas) para resistir mejor temperaturas más altas y condiciones ambientales más severas, extendiendo la vida útil del producto.