Fiche technique de la LED SMD RVB 5050 - 5.0x5.0x1.6mm - Rouge/Vert/Bleu - 150mA - Document technique

1. Présentation du produit

Ce document détaille les spécifications techniques d'une LED SMT (Surface Mount Technology) haute performance en couleurs complètes. Le dispositif intègre des puces semi-conductrices indépendantes rouge, verte et bleue dans un boîtier unique 5050, permettant de générer un large spectre de couleurs grâce au principe du mélange additif. Ses principaux objectifs de conception sont un rendement lumineux élevé, un large angle de vision et une compatibilité avec les processus d'assemblage automatisés.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

• Puce haute luminosité :Utilisation de matériaux semi-conducteurs avancés (GaInAlP pour le rouge, InGaN pour le vert et le bleu) pour assurer une excellente puissance lumineuse.
• Boîtier SMT :Boîtier SMT en plastique blanc, conçu pour être compatible avec les procédés standards de refusion infrarouge (IR), facilitant l'assemblage automatisé et en grande série sur PCB.
• Contrôle par puce indépendante :Utilise un boîtier à cadre de plomb à 6 broches, permettant un accès indépendant à l'anode et à la cathode pour chaque couleur (rouge, vert, bleu). Cela permet de piloter et de contrôler chaque canal de couleur de manière précise et indépendante, ce qui est crucial pour l'étalonnage des couleurs et la connexion en série de plusieurs LED.
• Large angle de vision :La conception du boîtier permet un angle de vision typique de 120 degrés (2θ_1/2), garantissant une bonne visibilité sur une large plage d'angles de vision.
• Conformité environnementale :产品为无铅（Pb-free）设计，符合欧盟REACH法规，并满足无卤标准（Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm）。产品本身符合RoHS指令。
• Fiabilité :Le préconditionnement est basé sur la norme JEDEC J-STD-020D Niveau 3, indiquant sa capacité à résister efficacement aux contraintes induites par l'humidité pendant le processus de soudure.

1.2 Applications cibles

La combinaison de sa haute luminosité, de ses capacités en couleurs complètes et de son facteur de forme SMT rend cette LED adaptée à diverses applications nécessitant un éclairage vif et contrôlable.

• Équipements de divertissement et de jeu :Utilisé pour l'éclairage décoratif, les indicateurs d'état et les effets lumineux interactifs.
• Panneaux d'affichage d'informations :Utilisé pour les enseignes, les panneaux d'information et autres afficheurs nécessitant une indication multicolore.
• Flash de l'appareil mobile :Grâce à sa petite taille et à ses capacités chromatiques, il convient comme flash d'appareil photo ou lumière d'appoint pour téléphones mobiles et appareils photo numériques.
• Application de tube de guidage de lumière :Sa large plage de vision et ses caractéristiques de source ponctuelle en font un choix idéal pour le couplage dans des guides de lumière ou des tubes lumineux, utilisés dans les systèmes de panneaux à rétroéclairage latéral ou les indicateurs lumineux.

2. Spécifications techniques et analyse approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs nominales définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent être causés au dispositif. Un fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Courant direct (I_F) :Chaque couleur (rouge, vert, bleu) est de 150 mA. Il s'agit du courant continu maximal recommandé pour un fonctionnement fiable.
• Courant de crête direct (I_FP) :Chaque couleur est de 200 mA, autorisée uniquement en conditions d'impulsion (rapport cyclique 1/10, fréquence 1 kHz). Même un léger dépassement de la valeur nominale continue peut entraîner une dégradation des performances de la puce.
• Puissance dissipée (P_d) :Lumière rouge : 420 mW ; lumière verte/bleue : 555 mW. Il s'agit de la dissipation thermique maximale que le boîtier peut supporter à une température ambiante de 25°C. Une conception thermique appropriée du PCB est essentielle pour garantir que cette limite n'est pas dépassée en fonctionnement.
• Température de jonction (T_j) :Maximum 115°C. La température de la puce semi-conductrice elle-même ne doit pas dépasser cette valeur.
• Température de fonctionnement et de stockage :-40°C à +85°C (fonctionnement), -40°C à +100°C (stockage).
• Température de soudure :Soudage par refusion : température de pointe 260°C, maximum 10 secondes. Soudage manuel : 350°C, maximum 3 secondes. Ces profils de température sont essentiels pour éviter la fissuration du boîtier ou l'endommagement des fils de liaison internes.

2.2 Caractéristiques optoélectroniques (Ta=25°C)

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test standard (température ambiante de 25°C, I_F=150mA pour chaque couleur).

• Flux lumineux (I_v) :Sortie totale de lumière visible.
  • Lumière rouge : valeur typique de 25 lumens (lm), plage de 13,9 à 39,8 lm.
  • Lumière verte : valeur typique de 40 lm, plage de 13,9 à 51,7 lm.
  • Lumière bleue : valeur typique de 8,5 lm, plage de 4,9 à 18,1 lm.
• Intensité lumineuse (I_v) :Flux lumineux dans une direction spécifique (candela). Les valeurs typiques sont de 7550 mcd (rouge), 12100 mcd (vert) et 2550 mcd (bleu).
• Angle de vision (2θ_1/2) :Angle total typique de 120 degrés (plage 110-130 degrés). C'est l'angle complet où l'intensité lumineuse est au moins la moitié du pic.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Couleur perçue de la lumière.
  • Lumière rouge : valeur typique 622 nm (617-629 nm).
  • Lumière verte : valeur typique 525 nm (518-530 nm).
  • Lumière bleue : valeur typique 457 nm (455-470 nm).
• Tension directe (V_F) :Chute de tension aux bornes de la LED sous courant de test.
  • Rouge : valeur typique 2,3 V (1,8-2,8 V).
  • Vert : valeur typique 3,4 V (2,7-3,7 V).
  • Lumière bleue : valeur typique 3,2 V (2,7-3,7 V).
  Veuillez noter la différence significative de tension entre la lumière rouge et la lumière bleue/verte, ce qui nécessite la conception de circuits de limitation de courant indépendants pour chaque canal.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 μA sous une polarisation inverse de 5 V. La LED n'est pas conçue pour fonctionner sous tension inverse.

3. Explication du système de classement

Pour garantir l'uniformité en production de masse, les LED sont triées (classées) en fonction de paramètres optiques et électriques clés. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des dispositifs répondant aux exigences d'uniformité de couleur et de luminosité pour des applications spécifiques.

3.1 Classement du flux lumineux

Les LED sont classées en fonction de leur sortie lumineuse mesurée à 150 mA. Les plages de classement pour chaque couleur se chevauchent afin de couvrir l'ensemble de la plage de spécifications minimale-maximale.

• Rouge (R) :Classement R1 à R4, couvrant de 13,9 lm à 39,8 lm.
• Lumière verte (G) :Classement G1 à G5, couvrant de 13,9 lm à 51,7 lm.
• Lumière bleue (B) :Les classes B1 à B5 couvrent une plage de 4,9 lm à 18,1 lm.

Une tolérance de ±11 % est autorisée pour la valeur du flux lumineux dans chaque classe.

3.2 Classement de la tension directe

Les LED sont classées en fonction de leur tension directe afin de faciliter la conception des circuits et le choix des alimentations.

• Lumière rouge :Une seule plage "1828", couvrant de 1,8 V à 2,8 V.
• 绿光 & Lumière bleue :Une seule plage "2737", couvrant de 2,7 V à 3,7 V.

Une tolérance de ±0,1 V est autorisée.

3.3 Classement par longueur d'onde dominante

Pour les applications sensibles à la couleur, c'est le classement le plus critique, garantissant l'uniformité de la teinte.

• Lumière rouge :Bande RA (617-621 nm), RB (621-625 nm), RC (625-629 nm).
• Lumière verte :Bandes GA à GD (518-530 nm, par pas d'environ 3 nm).
• Lumière bleue :Classement BA à BE (455-470 nm, par pas d'environ 3 nm).

Une tolérance de ±1 nm est autorisée pour la longueur d'onde dominante.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Distribution spectrale

La courbe de distribution spectrale typique montre l'intensité relative de la lumière émise par chaque puce à différentes longueurs d'onde. La puce rouge émet de la lumière dans une bande étroite centrée autour de 622 nm. La puce verte émet autour de 525 nm et la puce bleue autour de 457 nm. La pureté de ces pics spectraux est cruciale pour obtenir des couleurs saturées. Cette courbe doit être comparée à la courbe de sensibilité visuelle standard (V(λ)) pour comprendre la luminosité perçue.

4.2 Diagramme de rayonnement

Le diagramme de caractéristiques de rayonnement illustre la distribution spatiale de l'intensité lumineuse (intensité relative vs. angle). La courbe confirme son mode d'émission large, de type lambertien, avec un angle de vue typique de 120 degrés, une intensité assez uniforme dans la région centrale et une atténuation vers les bords.

4.3 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

La courbe I-V d'une puce bleue (et d'autres puces) montre une relation exponentielle entre le courant et la tension. En dessous de la tension de seuil (environ 2.7V pour le bleu/vert, environ 1.8V pour le rouge), presque aucun courant ne circule. Au-delà de ce seuil, le courant augmente rapidement avec une légère augmentation de la tension. Cette caractéristique nécessite l'utilisation d'un pilote à courant constant, et non d'une source de tension constante, pour éviter l'emballement thermique et assurer une sortie lumineuse stable.

4.4 Longueur d'onde dominante vs. Courant direct

Ces courbes pour les puces rouge, verte et bleue montrent comment la couleur d'émission (longueur d'onde dominante) varie avec le courant de commande. Généralement, lorsque le courant augmente, la température de jonction s'élève, entraînant un léger décalage de la longueur d'onde (pour les LED vertes/bleues à base d'InGaN, un décalage vers les longueurs d'onde plus longues est typique). Cet effet est très important pour les applications nécessitant une stabilité de couleur précise à différents niveaux de luminosité.

4.5 Intensité lumineuse relative vs. Courant direct

Cette courbe décrit la sortie lumineuse (relative à une valeur de référence) en fonction du courant de commande. Elle est généralement linéaire à faible courant, mais peut présenter une saturation ou un déclin à des courants plus élevés en raison des effets thermiques et de la baisse d'efficacité. La courbe révèle le compromis entre la luminosité et l'efficacité/la chaleur.

4.6 Courant direct maximal admissible vs. Température

Cette courbe de déclassement est cruciale pour la gestion thermique. Elle montre le courant direct continu maximal de sécurité en fonction de la température ambiante (ou de boîtier). Le courant maximal admissible diminue linéairement avec l'augmentation de la température. Par exemple, à 85°C, le courant autorisé est nettement inférieur à la valeur nominale de 150mA à 25°C. Les concepteurs doivent utiliser ce graphique pour s'assurer que la LED n'est pas suralimentée dans les conditions de fonctionnement de l'application.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED utilise un boîtier SMT standard 5050. Les dimensions clés sont les suivantes :

• Longueur du boîtier : 5.0 mm
• Largeur du boîtier : 5.0 mm
• Hauteur du boîtier (typique) : 1.6 mm

Sauf indication contraire, la tolérance est de ±0,1 mm. Le document technique fournit des schémas dimensionnels détaillés (vue de dessus, vue latérale et vue de dessous) montrant la disposition des broches et les caractéristiques mécaniques.

5.2 Configuration des broches et identification de la polarité

Ce boîtier comporte six broches, disposées en deux rangées de trois. Vue de dessus, la numérotation des broches suit généralement le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les schémas de la fiche technique indiquent clairement les broches d'anode et de cathode pour les puces rouge, verte et bleue. Une identification correcte de la polarité est essentielle pour éviter une polarisation inverse de la LED lors de l'assemblage. La vue de dessous comporte généralement un repère de polarité (comme un chanfrein ou un point) pour faciliter l'orientation sur le PCB.

6. Guide de soudage et d'assemblage

6.1 Paramètres de soudage par refusion

Le profil de température recommandé pour le refusion infrarouge (IR) est un paramètre de processus clé.

• Température de pic :Maximum 260°C.
• Temps au-dessus de la ligne liquidus (TAL) :La durée pendant laquelle la soudure reste au-dessus de son point de fusion doit être contrôlée ; il est généralement recommandé de maintenir 10 secondes à la température de pic.
• Taux de montée/descente en température :Il est recommandé de contrôler les taux de chauffage et de refroidissement (par exemple, 1-3°C/seconde) pour minimiser le choc thermique sur le boîtier plastique et les fils de liaison internes.

Il est impératif de respecter les précautions liées au niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) JEDEC J-STD-020D Niveau 3. Si le composant est exposé à l'air ambiant au-delà de sa durée de vie en atelier spécifiée, il doit être cuit avant le refusion pour prévenir le phénomène de "popcorn" (fissuration du boîtier due à l'expansion rapide de l'humidité).

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, une extrême prudence est requise :

• Limiter la température de la panne du fer à un maximum de 350 °C.
• Limiter le temps de contact pour chaque broche à un maximum de 3 secondes.
• Utiliser un dissipateur thermique (par exemple, une pince) sur la broche entre le point de soudure et le corps du boîtier pour éviter qu'une chaleur excessive ne soit transmise à la LED.

6.3 Conditions de stockage

Les dispositifs doivent être stockés dans leur sac antistatique d'origine avec dessiccant, à une température comprise entre -40°C et +100°C, dans un environnement non condensant. Une fois le sac scellé ouvert, la durée d'exposition des dispositifs à l'humidité ambiante est limitée par leur niveau MSL (Level 3).

7. Emballage et informations de commande

7.1 Spécifications des bobines et des bandes porteuses

Les LED sont fournies sous forme de bobines de bandes porteuses à poche saillante, adaptées aux machines de placement automatique.

• Dimensions de la bande porteuse :Dimensions de la poche (Dimension A) : 5.70±0.10 mm, (Dimension B) : 5.38±0.10 mm, Profondeur (Dimension C) : 1.60±0.10 mm.
• Dimensions de la bobine :Fournit les dimensions standard de bobine de 13 pouces (330 mm).
• Quantité par plateau :L'emballage standard est de 1000 pièces par plateau. La quantité minimale de commande peut être de 250 ou 500 pièces par plateau.

7.2 Instructions d'étiquetage

L'étiquette de la bobine contient un code spécifiant le classement des LED sur cette bobine :

• CAT :Niveau d'intensité lumineuse (basé sur le classement du flux lumineux).
• HUE :Classe de longueur d'onde dominante (code de classement par longueur d'onde).
• REF :Classe de tension directe (code de classement par tension).
• N° de LOT :Numéro de lot traçable.
• P/N :Numéro de produit complet.
• QTY :Quantité sur la bobine.

Il est essentiel de consulter ces codes lors de la commande pour s'assurer de recevoir des dispositifs possédant les caractéristiques optiques et électriques spécifiques requises pour l'application.

8. Considérations de conception d'application

8.1 Conception du circuit de commande

En raison de la différence de tension directe entre les puces rouges (∼2,3 V) et vertes/bleues (∼3,4 V), une simple connexion en série avec une seule résistance de limitation de courant n'est pas optimale si l'on souhaite un courant uniforme. La méthode recommandée consiste à utiliser une résistance de limitation de courant indépendante pour chaque canal de couleur, ou mieux encore, à utiliser un circuit intégré de commande LED à courant constant dédié et multicanaux. Cela garantit que, quelles que soient les variations de la tension d'alimentation ou du V_FQuelle que soit la différence de gradation, une luminosité et des couleurs constantes peuvent être maintenues. La modulation de largeur d'impulsion (PWM) est la méthode privilégiée pour le gradation et le mélange des couleurs, car elle permet de maintenir un courant constant (et donc un point de couleur stable) tout en modifiant le rapport cyclique.

8.2 Gestion thermique

La consommation électrique de chaque LED peut atteindre 0,555 W (vert/bleu à 150 mA). Lorsque plusieurs LED sont utilisées sur une carte de circuit imprimé, la chaleur totale générée peut être considérable. Une conception thermique appropriée est cruciale :

• Conception du PCB :Utilisez un PCB avec une surface de cuivre suffisante (pastille thermique) et connectez-la à la pastille thermique (si présente) ou aux broches de la LED pour dissiper la chaleur.
• Vias thermiques :Disposez un groupe de vias thermiques sous la pastille de la LED pour transférer la chaleur vers le plan de masse interne ou l'arrière de la carte.
• Dérating :Il est impératif de se référer à la courbe de dégradation du courant maximal en fonction de la température. Dans les applications où la température ambiante est élevée, le courant de commande doit être réduit en conséquence pour garantir que la température de jonction reste inférieure à 115°C.

8.3 Conception optique

Un large angle de vision de 120 degrés est avantageux pour l'éclairage général, mais pour les applications nécessitant un faisceau focalisé, des optiques secondaires (lentilles, réflecteurs) peuvent être requises. Pour les applications de tubes lumineux, leur petite surface émissive et leur large angle de vision favorisent un couplage efficace. Lors de la conception du mélange des couleurs, il faut prendre en compte le chevauchement spatial des modes d'émission rouge, verte et bleue pour obtenir une couleur mixte uniforme à l'emplacement cible.

9. Comparaison technique et différenciation

Par rapport aux encapsulations RGB LED antérieures ou aux LED monochromes discrètes, ce dispositif offre plusieurs avantages clés :

• Niveau d'intégration :Les trois puces sont intégrées dans un boîtier SMT, permettant d'économiser de l'espace sur le PCB et de simplifier l'assemblage par rapport à l'utilisation de trois LED indépendantes.
• Contrôle indépendant :La conception à 6 broches offre un accès anode/cathode véritablement indépendant pour chaque couleur, procurant une plus grande flexibilité par rapport aux LED RGB à 4 broches à anode ou cathode commune. Cela permet la mise en œuvre de schémas de pilotage plus complexes, comme une connexion en série pour des fonctionnements à tension plus élevée.
• Performances :L'utilisation de puces "ultra-lumineuses" indique une efficacité et un flux lumineux supérieurs à ceux des produits standards pour un même format de boîtier.
• Conformité :La conformité totale aux réglementations environnementales modernes (RoHS, REACH, sans halogène) est une exigence fondamentale, mais elle est ici explicitement confirmée.

10. Foire aux questions (basée sur les paramètres techniques)

10.1 Puis-je utiliser une seule alimentation 5V et une résistance pour piloter les trois couleurs ?

Ce n'est pas la solution optimale. La tension directe des LED verte et bleue (∼3,4 V) ne laisse qu'environ ∼1,6 V pour la résistance de limitation sous 5V, ce qui permet un contrôle de courant stable. Cependant, la LED rouge (∼2,3 V) aura une chute de tension d'environ ∼2,7 V sur sa résistance. Utiliser la même valeur de résistance pour les trois couleurs entraînera, en raison des différentes valeurs de V_F, des différences considérables de courant et de niveaux de luminosité. Il est nécessaire d'utiliser des résistances indépendantes ou des pilotes à courant constant.

10.2 Quelle est la différence entre le flux lumineux (lm) et l'intensité lumineuse (mcd) ?

Le flux lumineux (lumen) mesure la quantité totale de lumière visible émise par une source dans toutes les directions. L'intensité lumineuse (candela) mesure la luminosité apparente d'une source dans une direction spécifique. Pour une LED à large angle de vue comme celle-ci, la valeur d'intensité est généralement le pic mesuré sur l'axe. Le flux lumineux total reflète mieux la sortie lumineuse globale pour l'éclairage, tandis que l'intensité lumineuse est pertinente pour les voyants lumineux observés sous un angle spécifique.

10.3 Comment utiliser cette LED RVB pour obtenir une lumière blanche ?

La lumière blanche est produite en mélangeant des intensités appropriées de lumière rouge, verte et bleue. Les proportions exactes dépendent de la cible chromatique spécifique (par exemple, blanc froid, blanc chaud) et des caractéristiques spectrales des LED individuelles. En raison des variations d'efficacité des puces et du binning, la réalisation d'un point blanc cohérent et de haute qualité nécessite généralement un étalonnage individuel au sein du système ou l'utilisation d'un capteur de couleur pour la rétroaction. Cela est plus complexe que l'utilisation d'une LED blanche dédiée avec phosphore.

10.4 Pourquoi la température de jonction maximale est-elle seulement de 115 °C ?

La limite de température de jonction est déterminée par les matériaux utilisés dans la puce LED, les fils de liaison et le boîtier. Une surchauffe accélère les mécanismes de dégradation des performances, réduit le flux lumineux (déclin lumineux) et peut entraîner une défaillance catastrophique. Fonctionner à la T_jou près de la T

maximale réduira considérablement la durée de vie utile du dispositif. Une bonne conception thermique vise à maintenir la température de jonction aussi basse que possible pendant le fonctionnement.

11. Exemples concrets de conception et d'utilisation

11.1 Exemple : Indicateur d'état pour appareil électronique grand public

Dans les appareils domotiques, une LED RGB 5050 peut fournir plusieurs codes d'état : le rouge indique une erreur, le vert indique la disponibilité, le bleu indique l'appairage Bluetooth, le jaune (rouge+vert) indique le mode veille, etc. Son large angle de vision assure une visibilité depuis toutes les directions. Une simple carte à microcontrôleur équipée de trois broches GPIO avec fonction PWM et de trois résistances de limitation de courant (par exemple, 15-20Ω pour un courant d'environ 20mA à partir d'une alimentation de 3.3V ou 5V) suffit pour piloter cette LED. Le faible courant prolonge la durée de vie et minimise la production de chaleur.

11.2 Exemple : Rétroéclairage pour petite enseigne

Pour l'éclairage par les bords d'une enseigne en acrylique, plusieurs de ces LED peuvent être placées le long du bord. Leur large angle de vision facilite le couplage de la lumière dans l'acrylique. En les organisant en chaînes en série (par exemple, toutes les LED rouges en série, toutes les vertes en série, toutes les bleues en série), il est possible d'utiliser des pilotes à tension plus élevée et courant plus faible, améliorant ainsi l'efficacité. Le contrôle indépendant permet une programmation dynamique de la couleur de l'enseigne. La gestion thermique implique de s'assurer que l'acrylique ou le substrat de montage puisse dissiper la chaleur provenant de l'ensemble du réseau de LED.

12. Principe de fonctionnement

Ce dispositif fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs. Lorsque la tension directe appliquée à la jonction p-n dépasse l'énergie de la bande interdite de la puce, les électrons et les trous se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La couleur (longueur d'onde) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur : la lumière rouge (∼622 nm) utilise le matériau GaInAlP, tandis que les lumières verte (∼525 nm) et bleue (∼457 nm) utilisent le matériau InGaN. Trois puces semi-conductrices indépendantes, fabriquées à partir de ces différents matériaux, sont montées dans une coupelle réfléchissante et encapsulées dans une résine transparente ou diffuse pour former un boîtier LED complet.

13. Tendances technologiques