دیتاشیت LED تمام‌رنگ SMD5050 RGB - ابعاد 5.0x5.0 میلی‌متر - ولتاژ 2.2-3.4 ولت - توان 0.2 وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

ال‌ایدی تمام‌رنگ RGB مدل SMD5050 یک قطعه نصب‌سطحی است که برای کاربردهای نیازمند روشنایی پرنور و چندرنگ طراحی شده است. این قطعه، تراشه‌های نیمه‌هادی قرمز، سبز و آبی (RGB) را در یک پکیج واحد با ابعاد 5.0x5.0 میلی‌متر ادغام کرده و امکان ایجاد طیف وسیعی از رنگ‌ها را از طریق ترکیب افزودنی رنگ‌ها فراهم می‌کند. این قطعه برای خروجی روشنایی بالا و عملکرد قابل اطمینان در قالب فشرده مهندسی شده و برای طراحی‌های روشنایی مدرن مناسب است.

1.1 مزایای اصلی

مزایای اصلی این ال‌ایدی شامل شدت نور بالا، زاویه دید گسترده 120 درجه و توانایی تولید میلیون‌ها رنگ با کنترل مستقل شدت دیودهای قرمز، سبز و آبی است. طراحی SMD آن، فرآیندهای مونتاژ خودکار را تسهیل کرده و کارایی و یکنواختی تولید را بهبود می‌بخشد.

1.2 بازار هدف و کاربردها

هدف این ال‌ایدی، صنایع الکترونیک مصرفی، روشنایی معماری، تابلوها، نورپردازی تزئینی خودرو و سرگرمی است. کاربردهای متداول شامل دیوارهای ویدیویی LED، نوارهای نور تزئینی، نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه نمایشگرها و سیستم‌های نورپردازی محیطی پویا است که در آنها قابلیت تغییر رنگ ضروری می‌باشد.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نوری و الکتریکی (دمای محیط=25°C)

جدول زیر پارامترهای عملیاتی کلیدی هر کانال رنگی را در شرایط معمول به تفصیل شرح می‌دهد. رعایت مقادیر حداکثر برای اطمینان از طول عمر و عملکرد قطعه حیاتی است.

پارامتر	نماد	مقدار معمول	مقدار حداکثر	واحد
توان تلف شده	PD	200	306	میلی‌وات
جریان مستقیم	IF	60	90	میلی‌آمپر
ولتاژ مستقیم (قرمز)	VF	2.2	2.6	V
ولتاژ مستقیم (سبز)	VF	3.2	3.4	V
ولتاژ مستقیم (آبی)	VF	3.2	3.4	V
ولتاژ معکوس	VR	-	5	V
جریان معکوس	IR	-	≤5	میکروآمپر
طول موج پیک (λd) قرمز	λd	625	-	نانومتر
طول موج پیک (λd) سبز	λd	525	-	نانومتر
طول موج پیک (λd) آبی	λd	460	-	نانومتر
زاویه دید (2θ½)	2θ½	120	-	°
دمای کاری	Topr	40- تا 80+	-	درجه سلسیوس
دمای نگهداری	Tstg	40- تا 80+	-	درجه سلسیوس
دمای اتصال	Tj	-	125	درجه سلسیوس

2.2 مشخصات حرارتی

حداکثر دمای اتصال (Tj) در 125 درجه سلسیوس مشخص شده است. مدیریت حرارتی مناسب، شامل مساحت کافی مس در PCB و احتمالاً هیت‌سینک، هنگام کار در جریان‌های بالا یا دمای محیط بالا برای جلوگیری از کاهش عملکرد و خرابی زودرس ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

3.1 استانداردهای دسته‌بندی طول موج

برای اطمینان از یکنواختی رنگ در تولید، ال‌ایدی‌ها بر اساس طول موج پیک انتشارشان در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. کدهای زیر محدوده طول موج هر رنگ را تعریف می‌کنند.

کد	حداقل	حداکثر	واحد
R1	620	625	نانومتر
R2	625	630	نانومتر
G5	519	522.5	نانومتر
G6	522.5	526	نانومتر
G7	526	530	نانومتر
B1	445	450	نانومتر
B2	450	455	نانومتر
B3	455	460	نانومتر
B4	460	465	نانومتر

این دسته‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد تا ال‌ایدی‌هایی با کروماتیسیته دقیق برای کاربردهای نیازمند ظاهر رنگی یکنواخت، مانند نمایشگرهای بزرگ یا تاسیسات نورپردازی هماهنگ، انتخاب کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی IV)

منحنی IV رابطه بین ولتاژ مستقیم (VF) و جریان مستقیم (IF) را برای تراشه‌های قرمز، سبز و آبی نشان می‌دهد. ال‌ایدی قرمز معمولاً ولتاژ مستقیم کمتری (~2.2 ولت) نسبت به ال‌ایدی‌های سبز و آبی (~3.2 ولت) نشان می‌دهد. این مشخصه برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان مناسب یا درایورهای جریان ثابت برای هر کانال، جهت دستیابی به خروجی رنگی متعادل و جلوگیری از شرایط اضافه جریان، حیاتی است.

4.2 انرژی طیفی نسبی در مقابل دمای اتصال

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور (انرژی طیفی نسبی) هر تراشه رنگی با افزایش دمای اتصال (Tj) تغییر می‌کند. به طور کلی، خروجی نوری با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. نرخ کاهش می‌تواند بین مواد نیمه‌هادی مختلف (InGaN برای آبی/سبز و AlInGaP برای قرمز) متفاوت باشد. هیت‌سینک موثر برای حفظ خروجی رنگی و روشنایی پایدار در طول عمر محصول حیاتی است.

4.3 دمای محیط در مقابل جریان مستقیم مجاز

این منحنی کاهش رتبه، حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط (Ta) تعریف می‌کند. با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان مجاز باید کاهش یابد تا از تجاوز دمای اتصال از حد 125 درجه سلسیوس جلوگیری شود. طراحان باید برای تعیین جریان‌های کاری ایمن برای محیط کاربرد خاص خود به این منحنی مراجعه کنند.

4.4 الگوی تابش (منحنی زاویه دید)

نمودار توزیع شدت قطبی، زاویه دید 120 درجه را تایید می‌کند. الگوی تابش معمولاً لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است که میدان روشنایی گسترده و یکنواختی را برای بسیاری از کاربردهای روشنایی عمومی و نشانگر فراهم می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج و نقشه کلی

ال‌ایدی در یک پکیج استاندارد SMD5050 با ابعاد 5.0 میلی‌متر (طول) در 5.0 میلی‌متر (عرض) قرار دارد. ارتفاع دقیق و تلرانس‌های ابعادی (مثلاً ±0.10mm برای ابعاد .X و ±0.05mm برای ابعاد .XX) باید از نقشه مکانیکی دقیق در دیتاشیت اصلی برای چیدمان دقیق PCB استخراج شود.

5.2 چیدمان پد توصیه شده و طراحی استنسیل

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) و طراحی استنسیل خمیر لحیم توصیه شده ارائه شده است تا اتصال لحیم قابل اطمینان تضمین شود. چیدمان پد معمولاً شامل شش پد است - دو پد برای هر یک از سه تراشه رنگی، که بسته به شماره قطعه خاص، یک کاتد یا آند مشترک دارند. رعایت این چیدمان توصیه شده، عیوب لحیم‌کاری مانند "تومب‌ستونینگ" را به حداقل رسانده و اتصال حرارتی و الکتریکی مناسب را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

این ال‌ایدی با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR) یا جابجایی مورد استفاده برای فناوری نصب سطحی (SMT) سازگار است. یک پروفیل رفلو بدون سرب معمولی با حداکثر دمای مجاز 260 درجه سلسیوس برای مدت زمان مشخص شده توسط استانداردهای JEDEC (مثلاً 10-30 ثانیه بالای 240 درجه سلسیوس) به طور کلی قابل اعمال است. اجتناب از تنش حرارتی بیش از حد برای جلوگیری از آسیب به باندهای سیمی داخلی و لنز اپوکسی حیاتی است.

6.2 اقدامات احتیاطی در حمل و نگهداری

ال‌ایدی‌ها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. همیشه آن‌ها را در یک محیط محافظت شده از ESD با استفاده از مچ‌بندهای زمین شده و ظروف رسانا جابجا کنید. قطعات را در کیسه‌های ضد رطوبت اصلی خود در شرایط توصیه شده (دما < 40°C، رطوبت < 70% RH) نگهداری کنید تا از جذب رطوبت که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در حین رفلو شود، جلوگیری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی محصول

ال‌ایدی‌ها در نوار حامل برجسته برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place عرضه می‌شوند. عرض نوار، ابعاد جیب و تعداد قرقره از استانداردهای EIA-481 پیروی می‌کنند. یک نوار پوششی با قدرت جدایش مشخص (0.1 - 0.7N در زاویه 10 درجه) قطعات را در جای خود مهر و موم می‌کند. این بسته‌بندی، محافظت از قطعه، یکنواختی جهت‌گیری و قابلیت اطمینان تغذیه در ماشین‌های مونتاژ پرسرعت را تضمین می‌کند.

7.2 سیستم شماره‌گذاری قطعات (قانون نام‌گذاری مدل)

شماره قطعه از یک فرمت ساختاریافته پیروی می‌کند که ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند:

T [کد شکل] [تعداد تراشه] [کد اپتیک] [کد داخلی] [کد رنگ] [کد شار نوری] - [کد دمای رنگ] [کدهای دیگر].

به عنوان مثال، کد "5A" نشان‌دهنده شکل 5050N، "3" نشان‌دهنده سه تراشه (RGB)، "00" نشان‌دهنده عدم وجود لنز ثانویه، "F" نشان‌دهنده تمام‌رنگ و غیره است. درک این نام‌گذاری برای مشخص‌کردن و سفارش صحیح نوع ال‌ایدی مورد نظر با رنگ، روشنایی و ویژگی‌های نوری صحیح ضروری است.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

هر کانال رنگی ال‌ایدی RGB باید به طور مستقل با استفاده از یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با یک منبع ولتاژ سویچ‌شده راه‌اندازی شود. مدولاسیون عرض پالس (PWM) روش ترجیحی برای کنترل شدت (تاریک‌کنی و ترکیب رنگ) است زیرا ولتاژ مستقیم و کروماتیسیته ثابتی را حفظ می‌کند، برخلاف تاریک‌کنی آنالوگ که می‌تواند باعث تغییر رنگ شود. یک میکروکنترلر با خروجی‌های PWM معمولاً برای تولید سیگنال‌های کنترل استفاده می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• همسان‌سازی جریان:به دلیل Vf و بازده متفاوت تراشه‌های R، G، B، مقاومت‌های تنظیم جریان یا درایورهای جداگانه برای دستیابی به تعادل سفید یا نسبت‌های رنگی مورد نظر مورد نیاز است.
• مدیریت حرارتی:تخلیه حرارتی کافی و مساحت مس روی PCB را در نظر بگیرید، به ویژه اگر در جریان‌های بالا یا آرایه‌های با چگالی بالا کار می‌کنید.
• محافظت ESD:دیودهای محافظ ESD را روی خطوط سیگنال نزدیک به ال‌ایدی، به ویژه در کاربردهای قابل حمل یا مصرفی، بگنجانید.
• طراحی نوری:هنگام طراحی لنزها یا راهنماهای نور، زاویه دید 120 درجه را برای دستیابی به الگوی پرتو و توزیع فضایی مورد نظر در نظر بگیرید.

9. استانداردهای قابلیت اطمینان و کیفیت

9.1 استانداردهای آزمایش قابلیت اطمینان

محصول تحت آزمایش‌های سختگیرانه قابلیت اطمینان مطابق با استانداردهای صنعت (JESD22, MIL-STD-202G) قرار می‌گیرد. آزمایش‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

• آزمایش عمر کاری:در دمای اتاق، دمای بالا (85°C) و دمای پایین (40-°C) به مدت 1008 ساعت تحت حداکثر جریان انجام می‌شود.
• عمر کاری دمای بالا/رطوبت بالا:1008 ساعت در 60°C/90% RH.
• چرخه دمایی:در معرض قرار دادن قطعه در انتقال سریع بین دمای شدید (مثلاً 40-°C تا 125+°C).

معیارهای شکست به شدت تعریف شده‌اند، از جمله محدودیت‌های تغییر ولتاژ مستقیم (≤200mV)، کاهش شار نوری (≤15% برای InGaN، ≤25% برای AlInGaP) و جریان نشتی (≤10μA).

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

10.1 چگونه با این ال‌ایدی RGB نور سفید خالص ایجاد کنم؟

سفید خالص با ترکیب شدت‌های خاصی از نور قرمز، سبز و آبی ایجاد می‌شود. نسبت جریان دقیق مورد نیاز (مثلاً IR:IG:IB) به بازده و مختصات کروماتیسیته دسته خاص ال‌ایدی بستگی دارد. معمولاً برای کاربردهای با دقت بالا نیاز به کالیبراسیون و بازخورد از یک سنسور رنگ دارد. استفاده از کنترل PWM امکان تنظیم دقیق این نسبت را فراهم می‌کند.

10.2 آیا می‌توانم هر سه کانال را به صورت موازی از یک منبع جریان ثابت واحد راه‌اندازی کنم؟

خیر. به دلیل تفاوت قابل توجه ولتاژ مستقیم بین تراشه قرمز (~2.2V) و آبی/سبز (~3.2V)، اتصال موازی آن‌ها منجر به عدم تعادل شدید جریان می‌شود و ممکن است کانال قرمز اضافه بار شده در حالی که کانال‌های دیگر کم‌بار شوند. هر کانال رنگی باید مدار کنترل جریان مخصوص به خود را داشته باشد.

10.3 تأثیر دمای اتصال بر رنگ چیست؟

افزایش دمای اتصال باعث تغییر در طول موج پیک (معمولاً طول موج بلندتر برای قرمز AlInGaP و طول موج کوتاه‌تر برای آبی/سبز InGaN) و کاهش خروجی نور می‌شود. این می‌تواند در صورت عدم مدیریت، منجر به تغییر رنگ قابل مشاهده در سیستم‌های RGB شود. حفظ دمای اتصال پایدار و پایین از طریق طراحی حرارتی خوب برای کاربردهای با رنگ پایدار حیاتی است.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

11.1 طراحی یک چراغ مطالعه با قابلیت تنظیم رنگ

یک چراغ مطالعه را در نظر بگیرید که از آرایه‌ای از این ال‌ایدی‌های RGB مدل SMD5050 استفاده می‌کند. طراحی شامل موارد زیر خواهد بود:

1. مدار درایور:یک IC درایور ال‌ایدی اختصاصی با سه خروجی جریان ثابت مستقل و قابلیت تاریک‌کنی PWM برای هر کانال، که از طریق I2C یا رابط مشابهی از یک میکروکنترلر کنترل می‌شود.
2. طراحی حرارتی:PCB با هسته فلزی (MCPCB) به عنوان هیت‌سینک عمل می‌کند. وایاهای حرارتی، پدهای حرارتی ال‌ایدی را به یک صفحه مسی بزرگ در پشت برد متصل می‌کنند تا گرما را به طور موثر دفع کنند.
3. اپتیک:یک دیفیوزر روی آرایه ال‌ایدی قرار می‌گیرد تا نقاط نور منفرد را به یک منطقه روشنایی یکنواخت و بدون خیرگی تبدیل کند.
4. کنترل:یک رابط کاربری (دکمه‌ها، سنسور لمسی یا اپ) امکان انتخاب رنگ‌های از پیش تنظیم شده (سفید، سفید گرم، سفید سرد) یا رنگ‌های سفارشی از طریق اسلایدرهای RGB را فراهم می‌کند. میکروکنترلر این ورودی‌ها را به چرخه‌های وظیفه PWM مربوطه برای کانال‌های R، G و B ترجمه می‌کند.

این مورد، ادغام ملاحظات طراحی الکتریکی، حرارتی، نوری و فریم‌ور را هنگام استفاده از این قطعه برجسته می‌کند.

12. معرفی اصل فنی

12.1 اصل کار ال‌ایدی‌های RGB

یک ال‌ایدی RGB اساساً سه دیود نورافشان مستقل - قرمز، سبز و آبی - است که با هم کپسوله شده‌اند. هر دیود از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کند: هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n یک ماده نیمه‌هادی (AlInGaP برای قرمز، InGaN برای سبز و آبی) اعمال می‌شود، الکترون‌ها با حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. با کنترل مستقل شدت این سه رنگ اصلی، می‌توان طیف وسیعی از رنگ‌های ثانویه را از طریق ترکیب افزودنی رنگ‌ها تولید کرد.

13. روندهای فناوری

13.1 تحول در ال‌ایدی‌های تمام‌رنگ

بازار ال‌ایدی‌های تمام‌رنگ با تمرکز بر روندهای زیر همچنان در حال تحول است:

• بازده بالاتر (لومن بر وات):بهبودهای مستمر در رشد اپیتاکسیال و طراحی تراشه، خروجی نور بیشتری در واحد توان الکتریکی تولید کرده و مصرف انرژی و بار حرارتی را کاهش می‌دهد.
• بهبود بازآفرینی رنگ و گاموت:توسعه سیستم‌های فسفر جدید و ساطع‌کننده‌های باند باریک (مانند نقاط کوانتومی) برای گسترش گاموت رنگ نمایشگرها و بهبود شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) برای روشنایی، حتی در سیستم‌های مبتنی بر RGB.
• کوچک‌سازی:توسعه اندازه پکیج کوچک‌تر (مانند 2020، 1515) با عملکرد مشابه یا بهبود یافته برای کاربردهای با محدودیت فضا مانند نور پس‌زمینه مینی‌ال‌ایدی تلویزیون‌ها و مانیتورها.
• ویژگی‌های هوشمند یکپارچه:ظهور ال‌ایدی‌هایی با درایور، کنترلر و رابط‌های ارتباطی داخلی (مانند I2C، SPI یا بی‌سیم مانند Zigbee/BLE) که طراحی سیستم را برای روشنایی متصل به اینترنت اشیا ساده می‌کند.
• قابلیت اطمینان بهبود یافته:پیشرفت در مواد بسته‌بندی (سیلیکون‌ها، سرامیک‌ها) برای مقاومت بهتر در برابر دمای بالاتر و شرایط محیطی سخت‌تر، که طول عمر محصول را افزایش می‌دهد.