Hoja de Datos del LED RGB SMD5050 - Dimensiones 5.0x5.0x1.6mm - Voltaje 2.2-3.4V - Potencia 0.846W - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El SMD5050-RGB es un LED de color completo de montaje superficial de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren una mezcla de colores vibrante y un funcionamiento confiable. Este dispositivo integra chips LED rojo, verde y azul dentro de un solo encapsulado de 5.0mm x 5.0mm, permitiendo la generación de un amplio espectro de colores mediante modulación por ancho de pulso (PWM) o control de corriente analógico. Sus aplicaciones principales incluyen iluminación decorativa, iluminación de acento arquitectónico, retroiluminación para pantallas, señalización y electrónica de consumo donde se desean efectos de color dinámicos.

La ventaja principal de este LED radica en su factor de forma compacto que aloja tres emisores distintos, simplificando el diseño y montaje de la PCB en comparación con el uso de tres LEDs discretos separados. Ofrece un ángulo de visión típico amplio de 120 grados, garantizando una buena uniformidad de color y visibilidad desde diversas perspectivas. El encapsulado está diseñado para ser compatible con los procesos estándar de montaje SMT (Tecnología de Montaje Superficial), incluida la soldadura por reflujo.

2. Parámetros y Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos (Ta=25°C)

Los siguientes parámetros definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites.

• Corriente Directa (IF):90 mA (continua)
• Corriente de Pulso Directa (IFP):120 mA (Ancho de pulso ≤10ms, Ciclo de trabajo ≤1/10)
• Disipación de Potencia (PD):846 mW
• Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +80°C
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +80°C
• Temperatura de Unión (Tj):125°C
• Temperatura de Soldadura (Tsld):200°C o 230°C durante 10 segundos (perfil de reflujo)

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

Estos parámetros definen el rendimiento típico bajo condiciones de prueba estándar.

• Voltaje Directo (Rojo, VF_R):Típico 2.2V, Máximo 2.6V (a IF=60mA)
• Voltaje Directo (Verde, VF_G):Típico 3.2V, Máximo 3.4V (a IF=60mA)
• Voltaje Directo (Azul, VF_B):Típico 3.2V, Máximo 3.4V (a IF=60mA)
• Voltaje Inverso (VR):5 V
• Corriente Inversa (IR):Máximo 10 µA
• Ángulo de Visión (2θ1/2):120 grados

2.3 Clasificación por Longitud de Onda

Los LEDs se clasifican en lotes específicos de longitud de onda para garantizar la consistencia del color dentro de una aplicación. Los lotes de longitud de onda dominante son los siguientes:

• Rojo (R):R1 (620-625nm), R2 (625-630nm)
• Verde (G):G5 (519-522.5nm), G6 (522.5-526nm), G7 (526-530nm)
• Azul (B):B1 (445-450nm), B2 (450-455nm), B3 (455-460nm), B4 (460-465nm)

Esta clasificación permite a los diseñadores seleccionar LEDs con coordenadas de cromaticidad precisas para aplicaciones que exigen puntos de color específicos o un emparejamiento de color estricto entre múltiples unidades.

3. Curvas de Rendimiento y Análisis

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

La característica I-V es fundamental para el diseño del controlador. El chip LED rojo exhibe un voltaje directo más bajo (típicamente ~2.2V) en comparación con los chips verde y azul (típicamente ~3.2V), lo cual es consistente con los diferentes materiales semiconductores utilizados (por ejemplo, AlInGaP para el rojo vs. InGaN para verde/azul). Esta disparidad requiere un diseño de circuito cuidadoso, que a menudo implica resistencias limitadoras de corriente separadas o canales de corriente constante independientes para cada color, con el fin de lograr un brillo equilibrado y una mezcla de color adecuada. La curva muestra un encendido abrupto, típico del comportamiento de un diodo.

3.2 Potencia Espectral Relativa vs. Temperatura de Unión

La salida espectral de un LED cambia con las variaciones en la temperatura de unión. En general, a medida que aumenta la temperatura de unión, la longitud de onda dominante para los LEDs basados en InGaN (verde/azul) tiende a desplazarse hacia longitudes de onda más largas (corrimiento al rojo), mientras que la potencia de salida óptica disminuye. Para los LEDs rojos basados en AlInGaP, la longitud de onda también puede desplazarse y la eficiencia cae. Este gráfico es crucial para aplicaciones que operan en temperaturas ambientales variables o donde la gestión térmica es un desafío, ya que puede afectar el color percibido y la salida de luz. Un disipador de calor y un diseño térmico adecuados son esenciales para mantener un rendimiento de color estable.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones y Dibujo de Contorno

Las dimensiones del encapsulado son 5.0mm (L) x 5.0mm (A) x 1.6mm (H). El dibujo incluye tolerancias críticas: las dimensiones .X tienen una tolerancia de ±0.10mm, y las dimensiones .XX tienen una tolerancia de ±0.05mm. El LED cuenta con seis terminales (ánodo y cátodo para cada uno de los tres chips de color).

4.2 Patrón de Soldadura y Diseño de Esténcil Recomendados

Se proporciona un patrón de soldadura (huella) de PCB recomendado y un diseño de esténcil para pasta de soldar para garantizar la formación confiable de las juntas de soldadura durante el reflujo. La huella incluye patrones de alivio térmico y tamaños de almohadilla apropiados para facilitar una buena humectación de la soldadura y estabilidad mecánica. Adherirse a este diseño recomendado ayuda a prevenir el efecto "tombstoning", la desalineación y las juntas de soldadura insuficientes.

5. Guías de Montaje, Manejo y Aplicación

5.1 Sensibilidad a la Humedad y Secado

El encapsulado SMD5050 es sensible a la humedad (clasificado MSL según IPC/JEDEC J-STD-020C). Si se abre la bolsa barrera de humedad original y los componentes se exponen a una humedad ambiental más allá de los límites especificados, la humedad absorbida puede vaporizarse durante la soldadura por reflujo, pudiendo causar delaminación interna o agrietamiento (efecto "palomita de maíz").

• Almacenamiento:Almacene las bolsas sin abrir a <30°C/<85% HR. Después de abrir, almacene a <30°C/<60% HR y utilice dentro de las 12 horas.
• Secado:Si la exposición excede los límites o la tarjeta indicadora de humedad muestra humedad alta, seque a 60°C durante 24 horas antes de soldar. No exceda los 60°C. Utilice dentro de 1 hora después del secado o almacene en un gabinete seco (<20% HR).

5.2 Protección contra Descargas Electroestáticas (ESD)

Los LEDs son dispositivos semiconductores susceptibles a daños por ESD, particularmente las variedades verde, azul y blanca (no aplicable aquí). La ESD puede causar fallos inmediatos (catastróficos) o daños latentes que conducen a una vida útil reducida y degradación del rendimiento.

• Precauciones:Implemente un programa completo de control de ESD: use pulseras con conexión a tierra, tapetes antiestáticos, ionizadores y pisos conductivos. Manipule los LEDs únicamente en estaciones de trabajo protegidas contra ESD.
• Empaquetado:Utilice materiales conductivos o disipativos para el transporte y almacenamiento.

5.3 Recomendaciones de Diseño de Circuito

Un circuito de excitación adecuado es crítico para el rendimiento y la longevidad.

• Limitación de Corriente:Utilice siempre una resistencia limitadora de corriente en serie para cada canal de color. Esto estabiliza la corriente frente a variaciones en el voltaje de alimentación y el voltaje directo (Vf) entre LEDs individuales.
• Tipo de Controlador:Se recomienda encarecidamente el uso de controladores de corriente constante sobre los de voltaje constante para una estabilidad óptima y para prevenir la fuga térmica.
• Polaridad de Conexión:Verifique la polaridad ánodo/cátodo antes de aplicar energía. Una conexión inversa puede dañar el LED.
• Secuencia de Encendido:Al conectar, primero conecte la salida del controlador al LED, luego aplique la energía de entrada al controlador para evitar transitorios de voltaje.

La hoja de datos ilustra dos configuraciones de circuito: una con una sola resistencia por cadena en paralelo (menos ideal debido al desequilibrio de corriente si Vf varía) y otra con una resistencia individual para cada LED (preferida para un mejor control de corriente).

5.4 Precauciones de Manejo

Evite manipular directamente la lente del LED con los dedos desnudos. Los aceites de la piel pueden contaminar la lente de silicona, causando degradación óptica y reduciendo la salida de luz. Utilice herramientas de succión al vacío o pinzas limpias diseñadas para el manejo de componentes. Una fuerza mecánica excesiva con pinzas puede dañar los alambres de unión (wire bonds) o el dado semiconductor dentro del encapsulado.

6. Información de Pedido y Numeración de Modelo

El producto sigue un sistema de codificación de número de parte específico: T5A003FA. Si bien en el documento se proporcionan los detalles completos de decodificación para cada segmento (cubriendo código de flujo, temperatura de color, código interno, número de chips, código de lente y contorno del paquete), el identificador clave "5050" confirma el tamaño del encapsulado, y "RGB" o "F" indica el tipo de color completo (Rojo, Verde, Azul).

7. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Gestión Térmica

Aunque la temperatura máxima de unión es de 125°C, operar a temperaturas más bajas extiende significativamente la vida útil y mantiene la estabilidad del color. Asegúrese de que la PCB tenga un área de cobre adecuada para la dispersión del calor. Para arreglos de alta potencia o alta densidad, considere el uso de PCBs con núcleo metálico (MCPCBs) o refrigeración activa.

7.2 Mezcla y Control de Color

Para lograr un punto blanco específico o un color saturado, es necesario un control preciso de la proporción de corriente entre los canales rojo, verde y azul. Esto se realiza típicamente mediante atenuación PWM, que es más efectiva para el control del color que la atenuación analógica, ya que mantiene el voltaje directo óptimo y las características de color del LED. Los diferentes voltajes directos requieren canales de controlador separados o valores de resistencia cuidadosamente calculados para cada color si se utiliza una fuente de voltaje común con resistencias.

7.3 Diseño Óptico

El ángulo de visión de 120 grados proporciona un patrón de emisión amplio, similar al de Lambert. Para aplicaciones que requieren luz dirigida, se pueden montar ópticas secundarias como lentes o reflectores sobre el LED. El material de la lente de silicona es relativamente blando; se debe tener cuidado de no rayarlo durante el montaje.

8. Comparación y Diferenciación

En comparación con el uso de tres LEDs SMD separados (por ejemplo, encapsulado 3528), el SMD5050 RGB integrado ofrece una solución más compacta, simplifica el montaje pick-and-place (un componente frente a tres) y garantiza una alineación espacial precisa de los tres puntos de color, lo cual es crítico para una buena mezcla de color a cortas distancias. En comparación con encapsulados RGB LED anteriores, el 5050 a menudo proporciona una mayor salida de luz y un mejor rendimiento térmico debido a su mayor huella.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs)

9.1 ¿Puedo alimentar los tres colores en paralelo con una sola resistencia?

No, esto no es recomendable. Los voltajes directos (Vf) de los chips rojo, verde y azul son diferentes. Conectarlos en paralelo con una sola resistencia causará un severo desequilibrio de corriente, con la mayor parte de la corriente fluyendo a través del canal con el Vf más bajo (típicamente el rojo), lo que lleva a colores incorrectos y posible sobrecorriente en algunos chips.

9.2 ¿Por qué es necesario el secado y puedo usar una temperatura más alta para secar más rápido?

El secado elimina la humedad absorbida para prevenir daños durante el reflujo. No exceda los 60°C. Temperaturas más altas pueden degradar los materiales internos (silicona, fósforos si los hay, adhesivos) y el propio empaquetado en cinta y carrete.

9.3 ¿Cuál es la vida útil típica de este LED?

La vida útil del LED (a menudo definida como L70 - tiempo hasta el 70% del flujo luminoso inicial) depende en gran medida de las condiciones de operación, principalmente de la corriente de excitación y la temperatura de unión. Operar en o por debajo de la corriente recomendada (60mA por chip) y mantener una baja temperatura de unión mediante un buen diseño térmico puede resultar en decenas de miles de horas de operación.

10. Ejemplo Práctico de Aplicación

Escenario: Diseño de una tira de LED de cambio de color.

1. Diseño:Múltiples LEDs RGB SMD5050 se colocan a lo largo de una tira de PCB flexible con un paso definido (por ejemplo, 30 LEDs/metro).
2. Circuito:Los ánodos R, G y B de cada LED se conectan a rieles de alimentación comunes (Vcc_R, Vcc_G, Vcc_B) a través de resistencias limitadoras de corriente individuales en la tira. Los cátodos se conectan al drenaje de MOSFETs de canal N controlados por un microcontrolador.
3. Control:El microcontrolador genera señales PWM para cada canal de color de cada grupo de LEDs (a menudo agrupados en segmentos de 3 LEDs para tiras direccionables como la WS2812B, que integra un chip controlador). Esto permite un control independiente del color y el brillo para cada segmento.
4. Alimentación:Se utiliza una fuente de voltaje constante de 5V o 12V. El voltaje y los valores de resistencia se eligen para proporcionar los 60mA deseados por chip, teniendo en cuenta la caída de voltaje a lo largo de la tira.
5. Montaje:La tira se ensambla utilizando procesos SMT, siguiendo las guías de sensibilidad a la humedad y ESD. Después de la soldadura, a menudo se aplica un recubrimiento de silicona para impermeabilización.

11. Principio de Funcionamiento

Un LED es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el umbral del diodo, los electrones de la región tipo n se recombinan con los huecos de la región tipo p dentro de la capa activa. Esta recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados en la región activa. El SMD5050 RGB integra tres de estas uniones, hechas de diferentes sistemas de materiales (por ejemplo, AlInGaP para rojo, InGaN para verde y azul), en un solo encapsulado. La luz de cada chip se mezcla externamente para producir el color percibido.

12. Tendencias Tecnológicas

La tendencia general en los LEDs RGB es hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), una mejor reproducción cromática (gama más amplia) y una mayor fiabilidad. También hay un movimiento hacia una clasificación más estricta de color y flujo para garantizar la consistencia en la producción en masa. La integración con electrónica de control (por ejemplo, creando "LEDs inteligentes" o LEDs direccionables con circuitos integrados incorporados) es cada vez más común, simplificando el diseño del sistema para aplicaciones de iluminación dinámica. Además, los avances en materiales de encapsulado apuntan a proporcionar un mejor rendimiento térmico y una mayor resistencia a largo plazo a factores ambientales como la humedad y la exposición a los rayos UV.