Scheda Tecnica LED SMD 5050 RGBW - 5.0x5.0x1.6mm - Rosso 2.6V/Verde 3.8V/Blu 3.8V/Bianco 3.6V - 0.2W per Chip - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un package LED compatto, a montaggio superficiale e a bassa potenza nel fattore di forma 5050. Il dispositivo integra quattro chip semiconduttori individuali all'interno di un unico package in resina bianca: Rosso (R), Verde (G), Blu (B) e Bianco (W). Questa configurazione multi-chip consente la generazione di un ampio spettro di colori, inclusa la luce bianca pura dal die bianco dedicato e colori misti dalla combinazione RGB. Il package è progettato con un telaio a 8 pin, fornendo accesso elettrico individuale a ciascun chip per un controllo indipendente.

I vantaggi principali di questo LED includono l'elevata efficienza luminosa, il basso consumo energetico e un ampio angolo di visione di 120 gradi. Il suo compatto fattore di forma SMD lo rende adatto a processi di assemblaggio automatizzati come la saldatura a rifusione IR. Il prodotto è conforme ai principali standard ambientali e di sicurezza, inclusi RoHS, EU REACH e requisiti alogeni-free (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

Le applicazioni target sono varie, sfruttando la sua capacità di miscelazione dei colori e le proprietà di illuminazione generale. Gli usi principali includono illuminazione decorativa e per intrattenimento generale, indicatori di stato, retroilluminazione o illuminazione per interruttori e pannelli, e altre applicazioni dove sono richieste sorgenti luminose compatte e multicolore.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Tutti i valori sono specificati a una temperatura del punto di saldatura (T_Saldatura) di 25°C. Superare questi limiti può causare danni permanenti.

• Tensione Inversa (V_R):Massimo 5V per tutti i chip (R, G, B, W). Applicare una tensione inversa più alta può causare il breakdown della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):I chip Rosso e Bianco sono classificati per 200mA. I chip Verde e Blu sono classificati per 180mA. Questi sono limiti di corrente continua (DC).
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):Per funzionamento impulsivo con un duty cycle di 1/10 e larghezza di impulso di 10ms. Rosso/Bianco: 400mA. Verde/Blu: 360mA.
• Dissipazione di Potenza (P_d):La massima perdita di potenza ammissibile per chip. R: 520mW, G/B: 684mW, W: 720mW. Questo è critico per la gestione termica.
• Intervalli di Temperatura:Funzionamento: -40°C a +85°C. Magazzinaggio: -40°C a +100°C. Temperatura Massima di Giunzione (T_j): 110°C.
• Resistenza Termica (R_{th J-S}):Da giunzione a punto di saldatura. R: 60°C/W, G: 110°C/W, B: 75°C/W, W: 75°C/W. Valori più bassi indicano un migliore trasferimento di calore dal chip al circuito stampato.
• Temperatura di Saldatura:Rifusione IR: picco di 260°C per massimo 10 secondi. Saldatura Manuale: 350°C per massimo 3 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le prestazioni tipiche sono misurate a T_Saldatura=25°C e I_F=100mA, salvo diversa indicazione.

• Intensità Luminosa (I_v):Misurata in millicandele (mcd). Valori tipici: R: 5000 mcd, G: 11000 mcd, B: 3000 mcd, W: 10000 mcd. Sono specificati anche i valori minimi. La tolleranza è ±11%.
• Tensione Diretta (V_F):La caduta di tensione ai capi del LED a 100mA. Tipico/Max: R: 2.10V/2.60V, G: 3.00V/3.80V, B: 3.10V/3.80V, W: 2.90V/3.60V. Tolleranza ±0.1V. Questo parametro è cruciale per la progettazione del driver.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità di picco (sull'asse).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_p):La lunghezza d'onda di picco della luce emessa. R: 619-629nm, G: 520-535nm, B: 460-475nm. Tolleranza ±1nm. Il colore del LED bianco è descritto come "Giallastro".
• Corrente Inversa (I_R):Corrente di dispersione massima di 10µA a V_R= -5V per tutti i chip.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità, i LED vengono suddivisi in bin in base alle prestazioni misurate.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

I LED sono raggruppati in base alla loro intensità luminosa misurata a I_F=100mA. Ogni bin ha un codice (es. CB, DA, EA) che definisce un intervallo minimo/massimo di intensità in mcd.

• Rosso (R):Bin CB (3550-4500 mcd), DA (4500-5600 mcd), DB (5600-7100 mcd).
• Verde (G):Bin EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd).
• Blu (B):Bin BA (1800-2240 mcd), BB (2240-2800 mcd), CA (2800-3550 mcd), CB (3550-4500 mcd).
• Bianco (W):Bin DB (5600-7100 mcd), EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd), FB (14000-18000 mcd).

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

I LED sono anche suddivisi in bin in base alla lunghezza d'onda di picco della luce emessa per controllare la tonalità del colore.

• Rosso (R):Bin RB (619-624 nm), RC (624-629 nm).
• Verde (G):Bin G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm).
• Blu (B):Bin B3 (460-465 nm), B4 (465-470 nm), B5 (470-475 nm).

3.3 Binning delle Coordinate Cromatiche (LED Bianco)

Per il LED bianco, il colore è definito con precisione utilizzando le coordinate cromatiche (x, y) sul diagramma CIE 1931. La scheda tecnica fornisce una tabella dettagliata dei codici bin (es. A11, A12, A21) con le corrispondenti aree quadrilatere definite da quattro serie di coordinate (x,y). La tolleranza per queste coordinate è ±0.01. Questo sistema garantisce un controllo rigoroso sul punto bianco (es. bianco freddo, neutro, caldo) della luce emessa.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include curve caratteristiche tipiche, essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in diverse condizioni operative.

4.1 Distribuzione Spettrale

Viene mostrata una tipica curva di distribuzione spettrale, che traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda. Questa curva rappresenta visivamente la composizione dell'emissione luminosa. Per i chip RGB, mostra picchi stretti alle loro lunghezze d'onda dominanti. Per il LED bianco (tipicamente un chip blu con rivestimento fosforico), la curva mostra un ampio picco dalla luce convertita dal fosforo, combinato con un picco blu più piccolo del LED di pompaggio. La curva di risposta standard dell'occhio umano (V(λ)) è anch'essa referenziata per i calcoli fotometrici.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Curve separate per i chip R, G, B e W mostrano la relazione tra corrente diretta (I_F) e tensione diretta (V_F) a 25°C. Queste curve sono di natura esponenziale. Sono critiche per progettare circuiti limitatori di corrente o driver a corrente costante. Le curve confermano che a una tipica corrente operativa di 100mA, la V_Fsi allinea con i valori tipici indicati nella tabella elettrica.

4.3 Lunghezza d'Onda vs. Corrente Diretta

Queste curve illustrano come la lunghezza d'onda dominante (colore) di ciascun chip si sposti con l'aumentare della corrente diretta. Generalmente, la lunghezza d'onda può aumentare leggermente con la corrente a causa del riscaldamento della giunzione e altri effetti. Questa è una considerazione importante per applicazioni che richiedono una precisa stabilità del colore su una gamma di livelli di luminosità.

4.4 Intensità Relativa vs. Corrente Diretta

Questi grafici mostrano come l'emissione luminosa (intensità luminosa relativa per G/W, intensità radiometrica relativa per R/B) aumenti con la corrente diretta. La relazione è generalmente lineare a correnti più basse ma può saturarsi a correnti più elevate a causa dello "droop" termico e di efficienza. Questi dati sono utilizzati per determinare la corrente di pilotaggio ottimale per un livello di luminosità desiderato.

4.5 Corrente Diretta Massima Ammissibile vs. Temperatura

Questa curva di derating è una delle più importanti per l'affidabilità. Mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile debba essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente (o del punto di saldatura). Ad esempio, a 85°C, la corrente ammissibile sarà significativamente inferiore al valore nominale a 25°C. Operare al di sopra di questa curva rischia di superare la temperatura massima di giunzione, portando a un'accelerata della deprezzamento del flusso luminoso e a una riduzione della durata di vita.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il LED è sensibile alle scariche elettrostatiche (ESD) e deve essere maneggiato con le opportune precauzioni. I metodi di saldatura consigliati sono:

• Saldatura a Rifusione IR:Questo è il metodo preferito per l'assemblaggio SMD. La temperatura di picco massima non deve superare i 260°C e il tempo sopra i 260°C deve essere limitato a 10 secondi. Un profilo standard di rifusione senza piombo è adatto.
• Saldatura Manuale:Se necessario, è possibile eseguire la saldatura manuale con una temperatura della punta del saldatore non superiore a 350°C. Il tempo di contatto per ogni terminale deve essere limitato a 3 secondi per prevenire danni termici al package e ai fili di connessione (wire bonds).

È necessario prestare attenzione per evitare stress meccanici sul package durante e dopo la saldatura. L'intervallo di temperatura di magazzinaggio è -40°C a +100°C.

6. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

6.1 Circuiti Applicativi Tipici

Ogni chip (R, G, B, W) richiede il proprio circuito limitatore di corrente a causa delle loro diverse caratteristiche di tensione diretta. Un driver a corrente costante è altamente raccomandato rispetto a una semplice resistenza in serie per una migliore coerenza di luminosità e stabilità del colore, specialmente quando si opera da una sorgente di tensione variabile come una batteria. Per la miscelazione dei colori RGB, la modulazione a larghezza di impulso (PWM) è il metodo standard per il controllo dell'intensità, poiché mantiene una tensione e una corrente dirette costanti, preservando così la cromaticità di ogni colore primario.

6.2 Gestione Termica

Un efficace dissipatore di calore è cruciale per le prestazioni e la longevità. I valori di resistenza termica (R_{th J-S}) indicano quanto facilmente il calore fluisce dal chip al PCB. I progettisti devono assicurarsi che il PCB abbia un'adeguata area di rame (pad termici o via agli strati interni) per dissipare il calore totale generato (somma di I_F* V_Fper tutti i chip attivi). Operare vicino o ai valori nominali di corrente massima senza un adeguato raffreddamento porterà ad alte temperature di giunzione, causando un calo dell'emissione luminosa (deprezzamento del flusso) e riducendo significativamente la vita operativa del LED.

6.3 Progettazione Ottica

L'ampio angolo di visione di 120 gradi rende questo LED adatto ad applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e diffusa. Per una luce più direzionale, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti). Quando si progetta per la miscelazione dei colori, la vicinanza fisica dei quattro chip all'interno del package 5050 garantisce una buona fusione spaziale del colore a distanza, ma per una visione molto ravvicinata, potrebbero essere distinguibili singoli punti colorati.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Questo LED 5050 RGBW si differenzia integrando quattro emettitori distinti in un ingombro molto compatto e standard del settore di 5.0mm x 5.0mm. Rispetto all'uso di quattro LED 5050 monocromatici separati, questo package integrato risparmia spazio sul PCB e semplica l'assemblaggio pick-and-place. L'inclusione di un die bianco dedicato, oltre ai die RGB, fornisce una sorgente di luce bianca di alta qualità senza la necessità di miscelazione dei colori, che a volte può risultare in minore efficienza o problemi di resa cromatica. La configurazione individuale a 8 pin offre la massima flessibilità di controllo, consentendo a ciascun colore di essere pilotato indipendentemente o in qualsiasi combinazione.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare tutti e quattro i chip (RGBW) in parallelo da un'unica sorgente di tensione costante con una resistenza in serie?

R: Non raccomandato. Le tensioni dirette (V_F) differiscono significativamente (es. Rosso ~2.1V, Blu ~3.1V). Collegarli in parallelo causerebbe un grave squilibrio di corrente, con il chip rosso che assorbirebbe la maggior parte della corrente, potenzialmente superando il suo valore nominale, mentre gli altri rimarrebbero deboli o spenti. Ogni canale colore richiede un controllo di corrente separato.

D: Qual è la differenza tra intensità luminosa (mcd) e potenza (mW) nei valori nominali?

R: L'intensità luminosa (misurata in candela o millicandela) è la luminosità percepita della luce come vista dall'occhio umano, ponderata dalla curva di sensibilità dell'occhio. La dissipazione di potenza (in milliwatt) è la potenza elettrica convertita in calore (I_F*V_F) alla giunzione del LED. Una parte della potenza in ingresso è convertita in luce (potenza radiante), ma la scheda tecnica specifica il calore massimo che deve essere gestito.

D: Come interpreto i bin delle coordinate cromatiche per il LED bianco?

R: Ogni bin (es. A11) definisce una piccola area quadrilatera sul diagramma cromatico CIE. Le quattro coppie di coordinate (x,y) sono gli angoli di quell'area. Ai LED il cui colore misurato rientra in questo quadrilatero viene assegnato quel codice bin. Ciò garantisce che tutti i LED in un lotto abbiano un punto di bianco quasi identico.

D: Perché la corrente diretta di picco (I_FP) è superiore alla corrente continua (I_F)?

R: La giunzione semiconduttrice può sopportare impulsi di corrente più elevati per durate molto brevi (10ms in questo caso) perché il calore generato non ha il tempo di innalzare la temperatura di giunzione a un livello critico. Ciò è utile per la regolazione PWM o per creare brevi lampi luminosi.

9. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di una luce d'atmosfera a cambio colore.

Un progettista seleziona questo LED per una lampada da scrivania alimentata via USB. Utilizza un microcontrollore con quattro canali PWM per controllare indipendentemente le correnti R, G, B e W. Il LED bianco fornisce una modalità di luce di lettura pura. I LED RGB vengono miscelati per creare milioni di colori per l'illuminazione d'ambiente. Il progetto utilizza un circuito integrato driver LED a corrente costante in grado di erogare fino a 200mA per canale. Il PCB include un ampio piano di massa collegato al pad termico del LED tramite più via per fungere da dissipatore di calore. Il firmware implementa algoritmi di dissolvenza del colore e include una logica di gestione termica che riduce la corrente di pilotaggio massima se il sensore di temperatura del microcontrollore (posizionato vicino al LED sul PCB) rileva una temperatura superiore a 70°C, garantendo che il LED operi all'interno della sua curva di derating di temperatura sicura.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

L'emissione di luce si basa sull'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n del LED, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). Il colore (lunghezza d'onda) della luce è determinato dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Il chip Rosso utilizza AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). I chip Verde e Blu utilizzano InGaN (Nitruro di Indio Gallio) con diversi rapporti indio/gallio per sintonizzare il bandgap. Il LED Bianco utilizza tipicamente un chip Blu InGaN rivestito con un fosforo giallo (o multicolore). La luce blu del chip eccita il fosforo, che poi emette un ampio spettro di lunghezze d'onda più lunghe (giallo, rosso), combinando con la luce blu residua per produrre luce bianca. La descrizione "Giallastro" suggerisce una temperatura di colore correlata (CCT) sul lato più caldo dello spettro del bianco.

11. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Package multi-chip integrati come questo 5050 RGBW rappresentano una tendenza verso una maggiore densità funzionale e una progettazione di sistema semplificata nell'illuminazione a LED. Il passaggio ad angoli di visione più ampi (come 120 gradi) risponde ad applicazioni che richiedono un'illuminazione uniforme e senza abbagliamento piuttosto che fasci focalizzati. C'è una continua spinta del settore verso una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt elettrico) e un miglioramento della resa cromatica, specialmente per il componente bianco. Inoltre, tolleranze di binning più strette, come evidenziato dalle tabelle dettagliate delle coordinate cromatiche, riflettono la domanda del mercato per una superiore coerenza cromatica sia nelle applicazioni LED monocromatiche che bianche, fondamentale in apparecchi e display multi-LED.