Scheda Tecnica LED SMD RGB 5050 - 5.0x5.0x1.6mm - Rosso/Verde/Blu - 150mA - Documentazione Tecnica in Cinese

1. Panoramica del prodotto

Questo documento descrive in dettaglio le specifiche tecniche di un LED SMT (Surface Mount Technology) full-color ad alte prestazioni. Il dispositivo integra chip semiconduttori indipendenti rosso, verde e blu in un unico package 5050, ed è in grado di generare un ampio spettro di colori attraverso il principio della miscelazione additiva. I suoi principali obiettivi di progettazione sono un'elevata emissione luminosa, un ampio angolo di visione e l'idoneità per processi di assemblaggio automatizzati.

1.1 Caratteristiche e vantaggi principali

• Chip ad alta luminosità:Utilizza materiali semiconduttori avanzati (GaInAlP per il rosso, InGaN per il verde e il blu) per garantire un'eccezionale emissione luminosa.
• Confezionamento SMT:Confezionamento SMT in plastica bianca, progettato per essere compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), facilitando l'assemblaggio PCB automatizzato e su larga scala.
• Controlli del chip indipendenti:Utilizza un package a telaio a 6 pin, con anodo e catodo per ciascun colore (rosso, verde, blu) accessibili indipendentemente. Ciò consente di pilotare e controllare con precisione ogni canale di colore in modo indipendente, fondamentale per la calibrazione del colore e per il collegamento in serie di più LED.
• Ampio angolo di visione:Il design dell'incapsulamento realizza un tipico angolo di visione di 120 gradi (2θ_1/2), garantendo una buona visibilità da un'ampia gamma di angoli di osservazione.
• Conformità Ambientale: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。
• Affidabilità:Il precondizionamento si basa sullo standard JEDEC J-STD-020D Level 3, indicando la sua capacità di resistere efficacemente agli stress causati dall'umidità durante il processo di saldatura.

1.2 Applicazioni target

La combinazione di alta luminosità, capacità a colori completi e fattore di montaggio superficiale SMT rende questo LED adatto a una vasta gamma di applicazioni che richiedono un'illuminazione vivace e controllabile.

• Dispositivi per intrattenimento e gioco:Utilizzato per illuminazione decorativa, indicatori di stato ed effetti luminosi interattivi.
• Pannelli di visualizzazione informazioni:Utilizzato per cartelli, pannelli informativi e altri display che richiedono indicazioni multicolore.
• Flash del dispositivo mobile:Grazie alle sue dimensioni compatte e alle capacità cromatiche, è adatto come flash o luce di riempimento per fotocamere di telefoni cellulari e fotocamere digitali.
• Applicazione del light guide:La sua ampia angolazione di visione e le caratteristiche di sorgente puntiforme lo rendono una scelta ideale per l'accoppiamento in light guide o light pipes, utilizzate in pannelli a illuminazione laterale o sistemi di indicatori luminosi.

2. Specifiche tecniche e interpretazione approfondita

2.1 Valori Assoluti Massimi

Questi valori nominali definiscono i limiti che potrebbero causare danni permanenti al dispositivo. Non è garantito il funzionamento in queste condizioni.

• Corrente diretta (I_F):Ciascun colore (rosso, verde, blu) è 150 mA. Questa è la massima corrente continua DC consigliata per un funzionamento affidabile.
• Corrente di picco in avanti (I_FP):Ogni colore è a 200 mA, consentito solo in condizioni di impulso (duty cycle 1/10, frequenza 1 kHz). Anche un breve superamento del valore nominale continuo può causare un degrado delle prestazioni del chip.
• Consumo di potenza (P_d):Luce rossa: 420 mW; luce verde/blu: 555 mW. Questo è il calore massimo che il package può dissipare a una temperatura ambiente di 25°C. Un corretto design termico del PCB è fondamentale per garantire che questo limite non venga superato durante il funzionamento.
• Temperatura di giunzione (T_j):Massimo 115°C. La temperatura del chip semiconduttore stesso non deve superare questo valore.
• Temperatura di funzionamento e di conservazione:-40°C a +85°C (operativo), -40°C a +100°C (stoccaggio).
• Temperatura di saldatura:Riflusso: temperatura di picco 260°C, massimo 10 secondi. Saldatura manuale: 350°C, massimo 3 secondi. Questi profili di temperatura sono cruciali per prevenire la rottura del package o danni ai fili di collegamento interni.

2.2 Caratteristiche fotoelettriche (Ta=25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di prova standard (temperatura ambiente 25°C, I_F=150mA per ciascun colore).

• Flusso Luminoso (I_v):L'output totale di luce visibile.
  • Luce rossa: valore tipico 25 lumen (lm), intervallo 13.9-39.8 lm.
  • Luce verde: valore tipico 40 lm, intervallo 13.9-51.7 lm.
  • Luce blu: valore tipico 8.5 lm, intervallo 4.9-18.1 lm.
• Intensità luminosa (I_v):Emissione luminosa in una direzione specifica (candela). I valori tipici sono 7550 mcd (rosso), 12100 mcd (verde) e 2550 mcd (blu).
• Angolo di visione (2θ_1/2):Angolo totale tipico di 120° (intervallo 110-130°). Questo è l'angolo completo in cui l'intensità luminosa è almeno la metà del valore di picco.
• Lunghezza d'onda dominante (λ_d):Colore percepito della luce.
  • Luce rossa: valore tipico 622 nm (617-629 nm).
  • Luce verde: valore tipico 525 nm (518-530 nm).
  • Luce blu: valore tipico 457 nm (455-470 nm).
• Tensione diretta (V_F):Caduta di tensione ai capi del LED alla corrente di prova.
  • Luce rossa: valore tipico 2.3V (1.8-2.8V).
  • Luce verde: valore tipico 3.4V (2.7-3.7V).
  • Blu: Valore tipico 3.2V (2.7-3.7V).
  Si prega di notare la significativa differenza di tensione tra il rosso e il blu/verde, che richiede la progettazione di circuiti di limitazione di corrente indipendenti per ciascun canale.
• Corrente inversa (I_R):Massimo 10 μA con polarizzazione inversa di 5V. L'LED non è progettato per funzionare con tensione inversa.

3. Descrizione del sistema di binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono selezionati (binnati) in base a parametri chiave ottici ed elettrici. Ciò consente ai progettisti di scegliere dispositivi che soddisfino i requisiti di uniformità del colore e della luminosità per applicazioni specifiche.

3.1 Classificazione del flusso luminoso

I LED sono classificati in base alla loro emissione luminosa misurata a 150mA. Gli intervalli di classificazione per ciascun colore si sovrappongono per coprire l'intera gamma specificata minima-massima.

• Rosso (R):Classificazione da R1 a R4, copre da 13.9 lm a 39.8 lm.
• Luce verde (G):Classificazione da G1 a G5, copre da 13.9 lm a 51.7 lm.
• Luce blu (B):Classificazione da B1 a B5, coprendo da 4.9 lm a 18.1 lm.

All'interno di ogni classificazione è consentita una tolleranza di ±11% sul valore del flusso luminoso.

3.2 Classificazione della tensione diretta

I LED vengono classificati in base alla loro caduta di tensione diretta, per facilitare la progettazione del circuito e la selezione dell'alimentazione.

• Luce rossa:Singola classificazione "1828", copre da 1.8V a 2.8V.
• 绿光 & Luce blu:Singola classificazione "2737", copre da 2.7V a 3.7V.

È consentita una tolleranza di ±0.1V.

3.3 Classificazione della lunghezza d'onda dominante

Per le applicazioni sensibili al colore, questa è la classificazione più critica, che garantisce la coerenza della tonalità.

• Luce rossa:Classificazione RA (617-621 nm), RB (621-625 nm), RC (625-629 nm).
• Luce verde:Classificazione da GA a GD (518-530 nm, con incrementi di circa 3 nm).
• Luce blu:Classificazione da BA a BE (455-470 nm, con incrementi di circa 3 nm).

È consentita una tolleranza di ±1 nm per la lunghezza d'onda dominante.

4. Analisi della curva di prestazione

4.1 Distribuzione spettrale

La tipica curva di distribuzione spettrale mostra l'intensità relativa della luce emessa da ciascun chip a diverse lunghezze d'onda. Il chip rosso emette luce in una banda stretta centrata attorno a 622 nm. Il chip verde emette attorno a 525 nm e il chip blu attorno a 457 nm. La purezza di questi picchi spettrali è cruciale per ottenere colori saturi. Questa curva dovrebbe essere confrontata con la curva di risposta standard dell'occhio umano (V(λ)) per comprendere la luminosità percepita.

4.2 Modello di radiazione

Il diagramma delle caratteristiche di radiazione illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa (intensità relativa vs. angolo). La curva conferma il suo ampio pattern di emissione di tipo Lambertiano, con un tipico angolo di visione di 120 gradi, un'intensità piuttosto uniforme nella regione centrale e un'attenuazione verso i bordi.

4.3 Corrente diretta vs. Tensione diretta (Curva I-V)

La curva I-V del chip a luce blu (e di altri chip) mostra una relazione esponenziale tra corrente e tensione. Sotto la tensione di soglia (circa 2.7V per blu/verde, circa 1.8V per rosso), scorre pochissima corrente. Superata questa soglia, la corrente aumenta rapidamente con un piccolo incremento di tensione. Questa caratteristica richiede l'uso di un driver a corrente costante, non di una sorgente a tensione costante, per prevenire la fuga termica e garantire un'uscita luminosa stabile.

4.4 Lunghezza d'onda dominante vs. Corrente diretta

Queste curve per i chip rosso, verde e blu mostrano come il colore di emissione (lunghezza d'onda dominante) vari in funzione della corrente di pilotaggio. Tipicamente, all'aumentare della corrente, la temperatura di giunzione aumenta, causando un leggero spostamento della lunghezza d'onda (per i LED verdi/blu basati su InGaN, lo spostamento è generalmente verso lunghezze d'onda più lunghe). Questo effetto è cruciale per le applicazioni che richiedono una stabilità cromatica precisa a diversi livelli di luminosità.

4.5 Intensità luminosa relativa vs. Corrente diretta

Questa curva descrive l'output luminoso (relativo a un valore di riferimento) in funzione della corrente di pilotaggio. È tipicamente lineare a correnti basse, ma a correnti più elevate possono verificarsi saturazione o decadimento a causa di effetti termici e del calo di efficienza. La curva rivela il compromesso tra luminosità ed efficienza/calore.

4.6 Corrente diretta massima ammissibile vs. Temperatura

Questa curva di derating è cruciale per la gestione termica. Mostra la massima corrente diretta continua sicura in funzione della temperatura ambiente (o del case). All'aumentare della temperatura, la corrente massima ammissibile diminuisce linearmente. Ad esempio, a 85°C, la corrente consentita è significativamente inferiore al valore nominale di 150mA a 25°C. I progettisti devono utilizzare questo grafico per garantire che il LED non venga sovraccaricato nelle condizioni operative dell'applicazione.

5. Informazioni meccaniche e di package

5.1 Dimensioni del package

L'LED utilizza il package SMT standard 5050. Le dimensioni chiave sono le seguenti:

• Lunghezza del package: 5.0 mm
• Larghezza del package: 5.0 mm
• Altezza del package (tipica): 1.6 mm

Salvo diversa indicazione, la tolleranza è ±0.1 mm. Il datasheet fornisce disegni dimensionali dettagliati (vista dall'alto, laterale e inferiore) che mostrano il layout dei pin e le caratteristiche meccaniche.

5.2 Disposizione dei pin e identificazione della polarità

Questo package ha sei pin, disposti in due file da tre ciascuna. Visti dall'alto, i pin sono solitamente numerati in senso antiorario. I diagrammi del datasheet indicano chiaramente i pin anodo e catodo per i chip rosso, verde e blu. La corretta identificazione della polarità è fondamentale per prevenire il bias inverso del LED durante l'assemblaggio. La vista inferiore include solitamente un indicatore di polarità (come un angolo smussato o un punto) per facilitare l'orientamento sul PCB.

6. Guida alla saldatura e all'assemblaggio

6.1 Parametri di reflow soldering

Il profilo di temperatura per la saldatura a rifusione a infrarossi (IR) consigliato è un parametro di processo cruciale.

• Temperatura di picco:Massimo 260°C.
• Tempo sopra la linea del liquido (TAL):Il tempo in cui la saldatura rimane al di sopra del punto di fusione deve essere controllato; si consiglia generalmente una permanenza di 10 secondi alla temperatura di picco.
• Tasso di riscaldamento/raffreddamento:Si consiglia di controllare la velocità di riscaldamento e raffreddamento (ad esempio, 1-3°C/secondo) per minimizzare lo shock termico sul package plastico e sui fili di connessione interni.

Devono essere osservate le precauzioni per il livello di sensibilità all'umidità (MSL) JEDEC J-STD-020D Livello 3. Se il dispositivo è esposto all'aria ambiente per un periodo superiore alla sua durata di vita in officina specificata, deve essere sottoposto a pre-riscaldamento prima del riflusso per prevenire l'effetto "popcorn" (rottura del package dovuta alla rapida espansione del vapore acqueo).

6.2 Saldatura manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, è richiesta particolare attenzione:

• Limitare la temperatura della punta del saldatore a un massimo di 350°C.
• Limitare il tempo di contatto per ogni pin a un massimo di 3 secondi.
• Utilizzare un dissipatore di calore (ad esempio una pinzetta) sul pin tra il punto di saldatura e il corpo del package per evitare che un eccesso di calore si trasmetta al LED.

6.3 Condizioni di stoccaggio

I dispositivi devono essere conservati nella loro confezione originale a tenuta di umidità, contenente essiccante, a una temperatura compresa tra -40°C e +100°C, in un ambiente non condensa. Una volta aperta la confezione sigillata, la durata di esposizione del dispositivo all'umidità ambientale è limitata dal suo livello MSL (Level 3).

7. Confezionamento e informazioni per l'ordine

7.1 Specifiche del Reel e del Carrier Tape

I LED sono forniti su rulli con nastro portacomponenti a tasca sporgente, adatti per macchine pick-and-place automatizzate.

• Dimensioni del nastro portacomponenti:Dimensioni della tasca (Dimensione A): 5.70±0.10 mm, (Dimensione B): 5.38±0.10 mm, Profondità (Dimensione C): 1.60±0.10 mm.
• Dimensioni del reel:Vengono fornite le dimensioni standard del reel da 13 pollici (330mm).
• Quantità per bobina:La confezione standard è di 1000 pezzi per bobina. La quantità minima d'ordine può essere di 250 o 500 pezzi per bobina.

7.2 Descrizione Etichetta

L'etichetta della bobina contiene il codice che specifica la classificazione dei LED su quella bobina:

• CAT:Livello di intensità luminosa (basato sulla classificazione del flusso luminoso).
• HUE:Classe di lunghezza d'onda dominante (codice di classificazione della lunghezza d'onda).
• REF:Classe di tensione diretta (codice di classificazione della tensione).
• LOT No:Numero di lotto tracciabile.
• P/N:Numero di prodotto completo.
• Quantità:Quantità sul nastro.

Consultare questi codici al momento dell'ordine è essenziale per garantire la ricezione di dispositivi con le specifiche caratteristiche ottiche ed elettriche richieste dall'applicazione.

8. Considerazioni sulla progettazione dell'applicazione

8.1 Progettazione del circuito di pilotaggio

Poiché i chip per la luce rossa (∼2.3V) e per la luce verde/blu (∼3.4V) hanno tensioni dirette diverse, l'uso di una singola resistenza limitatrice di corrente in una semplice connessione in serie non è la soluzione ottimale se si desidera una corrente uniforme. Il metodo consigliato è utilizzare resistenze limitatrici di corrente indipendenti per ogni canale colore, o, ancora meglio, utilizzare un IC driver LED dedicato a corrente costante con più canali. Ciò garantisce che, indipendentemente dalle variazioni della tensione di alimentazione o della V_FIndipendentemente dalle differenze di binning, è possibile mantenere una luminosità e un colore uniformi. La modulazione a larghezza di impulso (PWM) è il metodo preferito per la regolazione dell'intensità e la miscelazione dei colori, poiché consente di mantenere una corrente costante (e quindi un punto di colore stabile) mentre si varia il duty cycle.

8.2 Gestione termica

Ogni LED può dissipare fino a 0,555 W (luce verde/blu a 150 mA). Quando su una scheda vengono utilizzati più LED, il calore totale generato può essere considerevole. Una corretta progettazione termica è fondamentale:

• Layout del PCB:Utilizzare un PCB con un'area sufficiente di lamina di rame (pad termico) e collegarlo al pad termico (se presente) o ai pin del LED per dissipare il calore.
• Via termica:Disporre un gruppo di vie termiche sotto il pad del LED per trasferire il calore allo strato di massa interno o al retro del circuito stampato.
• Derating:È fondamentale fare riferimento alla curva di derating della corrente massima in funzione della temperatura. Nelle applicazioni con temperature ambientali elevate, la corrente di pilotaggio deve essere ridotta di conseguenza per garantire che la temperatura di giunzione rimanga al di sotto dei 115°C.

8.3 Progettazione Ottica

Un ampio angolo di visione di 120 gradi è vantaggioso per l'illuminazione generale, ma per applicazioni che richiedono un fascio focalizzato, potrebbero essere necessari componenti ottici secondari (lenti, riflettori). Per le applicazioni con light guide, la piccola area di emissione e l'ampio angolo di visione favoriscono un accoppiamento efficiente. Nella progettazione della miscelazione dei colori, è necessario considerare la sovrapposizione spaziale dei modelli di emissione del rosso, verde e blu per ottenere un colore miscelato uniforme nella posizione target.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai precedenti package RGB LED o ai LED monocromatici discreti, questo dispositivo offre diversi vantaggi chiave:

• Livello di integrazione:Tre chip sono integrati in un unico package SMT, consentendo di risparmiare spazio sul PCB e semplificare l'assemblaggio rispetto all'utilizzo di tre LED separati.
• Controllo indipendente:Il design a 6 pin fornisce un accesso anodo/catodo veramente indipendente per ogni colore, offrendo una maggiore flessibilità rispetto ai LED RGB a 4 pin ad anodo o catodo comune. Ciò consente di implementare schemi di pilotaggio più complessi, come il collegamento in serie per operare a tensioni più elevate.
• Prestazioni:L'utilizzo di chip "ad altissima luminosità" indica un'efficienza e un'output luminoso superiori rispetto ai prodotti standard a parità di dimensioni del package.
• Conformità:La piena conformità alle moderne normative ambientali (RoHS, REACH, alogeni-free) è un requisito fondamentale, ma qui viene esplicitamente confermata.

10. Domande Frequenti (basate sui parametri tecnici)

10.1 Posso alimentare tutti e tre i colori utilizzando un'unica alimentazione da 5V e una resistenza?

Non è la soluzione ottimale. La tensione diretta dei LED verdi e blu (∼3.4V) lascia solo ∼1.6V per la resistenza limitatrice con un'alimentazione a 5V, il che consente un controllo stabile della corrente. Tuttavia, il LED rosso (∼2.3V) avrebbe una caduta di tensione di ∼2.7V sulla sua resistenza. Utilizzando lo stesso valore di resistenza per tutti e tre i colori, a causa dei diversi valori di V_Fsi otterrebbero differenze significative nella corrente e nei livelli di luminosità. È necessario utilizzare resistenze indipendenti o driver a corrente costante.

10.2 Qual è la differenza tra flusso luminoso (lm) e intensità luminosa (mcd)?

Il flusso luminoso (lumen) misura la quantità totale di luce visibile emessa da una sorgente in tutte le direzioni. L'intensità luminosa (candela) misura quanto luminosa appare una sorgente in una direzione specifica. Per LED ad ampio angolo di visione come questo, il valore di intensità è tipicamente il picco misurato sull'asse. Il flusso luminoso totale riflette meglio l'output luminoso complessivo per l'illuminazione, mentre l'intensità luminosa è rilevante per indicatori visibili da un angolo specifico.

10.3 Come utilizzare questo LED RGB per ottenere luce bianca?

La luce bianca viene generata miscelando luce rossa, verde e blu con intensità appropriate. Le proporzioni esatte dipendono dall'obiettivo cromatico specifico (ad es., bianco freddo, bianco caldo) e dalle caratteristiche spettrali dei singoli LED. A causa delle differenze nell'efficienza del chip e nel binning, il raggiungimento di un punto di bianco coerente e di alta qualità richiede tipicamente una calibrazione individuale all'interno del sistema o l'uso di un sensore di colore per il feedback. Questo è più complesso rispetto all'uso di un LED bianco dedicato con fosfori.

10.4 Perché la temperatura massima di giunzione è solo di 115°C?

Il limite della temperatura di giunzione è determinato dai materiali utilizzati nel chip LED, nei fili di connessione e nell'incapsulamento. Il surriscaldamento accelera i meccanismi di degrado delle prestazioni, riduce l'output luminoso (lumen depreciation) e può portare a guasti catastrofici. Operare alla massima T_jo vicino alla massima T

riduce significativamente la durata di vita del dispositivo. Un buon design termico mira a mantenere la temperatura di giunzione il più bassa possibile durante il funzionamento.

11. Esempi pratici di progettazione e utilizzo

11.1 Esempio: Indicatore di stato per dispositivi elettronici di consumo

In un dispositivo per smart home, un LED RGB 5050 può fornire vari codici di stato: il rosso indica un errore, il verde indica pronto, il blu indica l'associazione Bluetooth, il giallo (rosso+verde) indica standby, ecc. L'ampio angolo di visione garantisce la visibilità da qualsiasi direzione. Un semplice microcontrollore con tre pin GPIO con funzionalità PWM e tre resistori di limitazione di corrente (ad esempio, 15-20Ω per pilotare circa 20mA da un'alimentazione di 3.3V o 5V) è sufficiente per pilotare questo LED. La bassa corrente prolunga la durata di vita e minimizza il calore.

11.2 Esempio: Retroilluminazione per piccole insegne

Per l'illuminazione al bordo di insegne in acrilico, è possibile posizionare diversi LED di questo tipo lungo il bordo. Il loro ampio angolo di visione facilita l'accoppiamento della luce nell'acrilico. Organizzandoli in stringhe in serie (ad esempio, tutti i LED rossi in serie, tutti i verdi in serie, tutti i blu in serie), è possibile utilizzare driver a tensione più alta e corrente più bassa, migliorando così l'efficienza. Il controllo indipendente consente la programmazione dinamica del colore dell'insegna. La gestione termica implica garantire che l'acrilico o il substrato di montaggio possa dissipare il calore proveniente dall'intero array di LED.

12. Principio di funzionamento

Il dispositivo funziona in base al principio dell'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori. Quando la tensione diretta applicata alla giunzione p-n supera l'energia della banda proibita del chip, gli elettroni e le lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). Il colore (lunghezza d'onda) della luce emessa è determinato dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore: la luce rossa (∼622 nm) utilizza materiale GaInAlP, mentre la luce verde (∼525 nm) e quella blu (∼457 nm) utilizzano materiale InGaN. Tre chip semiconduttori indipendenti, realizzati con questi diversi materiali, sono montati all'interno di una coppa riflettente e incapsulati in resina trasparente o diffondente, formando il package LED completo.

13. Tendenze tecnologiche