Scheda Tecnica LED SMD RGB 5515-RGB020AH-AM - 5.5x1.5mm - Rosso/Verde/Blu - 20mA - Grado Automotive

1. Panoramica del Prodotto

Il 5515-RGB020AH-AM è un componente LED SMD ad alte prestazioni che integra emettitori rosso, verde e blu (RGB) in un unico package da 5.5mm x 1.5mm. È specificamente progettato e qualificato per gli ambienti elettronici automotive più impegnativi. I suoi vantaggi principali includono un'elevata emissione luminosa, un ampio angolo di visione di 120 gradi e una costruzione robusta che soddisfa severi standard di affidabilità automotive come l'AEC-Q102. Il mercato target principale sono i sistemi di illuminazione interna per autoveicoli, inclusa l'illuminazione ambientale, la retroilluminazione di interruttori e altre applicazioni decorative o funzionali dove la miscelazione dei colori e l'affidabilità sono critiche.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni del LED sono caratterizzate a una corrente di prova standard di 20mA e una temperatura del pad termico di 25°C. I valori tipici di intensità luminosa sono 1120 millicandele (mcd) per il chip rosso, 2800 mcd per il chip verde e 450 mcd per il chip blu. Questi valori rappresentano la massima luminosità ottenibile in condizioni standard. Le lunghezze d'onda dominanti, che definiscono il colore percepito, sono tipicamente 621nm per il rosso, 527nm per il verde e 467nm per il blu. Tutti e tre i colori condividono un angolo di visione (2φ) ampio e consistente di 120 gradi, garantendo una distribuzione uniforme della luce. Le tolleranze di misura sono ±8% per l'intensità luminosa e ±1nm per la lunghezza d'onda dominante.

2.2 Parametri Elettrici e Termici

La tensione diretta (V_F) a 20mA è tipicamente 2.00V per il rosso, 2.75V per il verde e 3.00V per il blu. Le correnti dirette continue massime (I_F) differiscono: 50mA per il rosso e 30mA sia per il verde che per il blu. Questa differenza è dovuta principalmente alle diverse efficienze e caratteristiche termiche dei diversi materiali semiconduttori. Le potenze massime dissipabili assolute sono 137.5mW (Rosso), 105mW (Verde) e 112.5mW (Blu). La gestione termica è cruciale; la resistenza termica giunzione-punto di saldatura (R_thJS) è specificata con valori sia reali (misurati) che elettrici (calcolati). Ad esempio, la resistenza termica reale è fino a 52 K/W per il rosso e 85 K/W per verde/blu, indicando la necessità di un adeguato progetto termico del PCB per mantenere prestazioni e longevità.

2.3 Valori Massimi Assoluti e Affidabilità

Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -40°C a +110°C, adatto all'ambiente severo all'interno di un veicolo. La temperatura massima ammissibile della giunzione è 125°C. Dispone di protezione contro le scariche elettrostatiche (ESD) classificata a 2kV (Modello Corpo Umano), essenziale per la manipolazione durante la produzione. Il prodotto è conforme alle normative RoHS, REACH e privo di alogeni (Br/Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Soddisfa anche la Classe di Robustezza alla Corrosione B1, indicando un certo grado di resistenza ad atmosfere corrosive, e ha un Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) di 3.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici chiave vitali per la progettazione del circuito e la previsione delle prestazioni.

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

La curva I-V mostra la relazione tra la corrente che attraversa il LED e la tensione ai suoi capi. Ogni colore ha una curva distinta a causa dei diversi bandgap dei semiconduttori. Il LED rosso ha la tensione diretta più bassa, seguito dal verde, poi dal blu. I progettisti utilizzano questo grafico per selezionare resistori di limitazione appropriati o impostazioni di driver a corrente costante per garantire che il LED operi entro il suo intervallo di tensione specificato per una corrente desiderata.

3.2 Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra come l'emissione luminosa cambi con la corrente di pilotaggio. Tipicamente, l'intensità luminosa aumenta con la corrente ma non sempre in modo lineare, specialmente a correnti più elevate dove l'efficienza può diminuire a causa del riscaldamento. Questa informazione è critica per progettare circuiti di dimmerazione o per ottenere specifici livelli di luminosità.

3.3 Grafici di Dipendenza dalla Temperatura

Tre grafici chiave mostrano la variazione delle prestazioni con la temperatura di giunzione (T_j):

1. Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura di Giunzione:L'emissione luminosa generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura. Il tasso di diminuzione varia a seconda del colore, influenzando il bilanciamento del colore nelle applicazioni RGB se le temperature non sono controllate.

2. Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzione:La tensione diretta tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura. Questa caratteristica può essere utilizzata per il rilevamento della temperatura ma deve essere considerata negli schemi di pilotaggio a tensione costante.

3. Spostamento della Lunghezza d'Onda Dominante vs. Temperatura di Giunzione:La lunghezza d'onda del colore emesso si sposta leggermente con la temperatura. Sebbene lo spostamento sia solitamente piccolo (pochi nanometri nell'intervallo operativo), può essere importante per applicazioni critiche per il colore.

3.4 Curve di Derating della Corrente Diretta

Curve separate per il rosso e per verde/blu mostrano la massima corrente diretta continua ammissibile in funzione della temperatura del pad di saldatura (T_S). All'aumentare della temperatura del PCB, la corrente massima sicura diminuisce per prevenire che la temperatura di giunzione superi i 125°C. Ad esempio, la corrente massima del LED rosso si riduce da 50mA a 103°C di temperatura del punto di saldatura a 35mA a 110°C. Queste curve sono essenziali per garantire un funzionamento affidabile in applicazioni reali con temperature ambientali variabili.

3.5 Distribuzione Spettrale e Diagramma di Radiazione

Il grafico della distribuzione spettrale relativa mostra l'intensità della luce emessa attraverso lo spettro delle lunghezze d'onda per ogni colore. Conferma la natura a banda stretta dei LED, con picchi alle rispettive lunghezze d'onda dominanti. Il tipico diagramma di radiazione (non dettagliato nell'estratto) rappresenterebbe visivamente l'angolo di visione di 120 gradi, mostrando come l'intensità diminuisce agli angoli lontani dal centro (perpendicolare alla superficie del LED).

4. Informazioni sul Binning

La scheda tecnica include una sezione dedicata alle informazioni sul binning. Nella produzione di LED, il "binning" è il processo di ordinamento dei LED in base a parametri misurati come intensità luminosa (luminosità), tensione diretta (V_F) e lunghezza d'onda dominante (colore). Ciò è necessario a causa delle minime variazioni intrinseche nel processo produttivo dei semiconduttori. Le tabelle di binning (riferite nell'indice) definiscono gli intervalli o codici specifici per ogni bin di parametro. Per i progettisti, comprendere il binning è cruciale per garantire la coerenza del colore e la corrispondenza delle prestazioni elettriche quando si utilizzano più LED in un singolo assemblaggio, come in una striscia di luce ambientale. I valori tipici elencati nella tabella delle caratteristiche rappresentano il centro della distribuzione attesa, ma le parti effettivamente acquistate rientreranno in bin specifici secondo il codice d'ordine.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni Meccaniche

Il componente utilizza un footprint di package 5515, che denota una dimensione del corpo di circa 5.5mm di lunghezza e 1.5mm di larghezza. Il disegno meccanico dettagliato (Sezione 7) specifica tutte le dimensioni critiche inclusa l'altezza complessiva, la spaziatura dei terminali, le dimensioni dei pad e le tolleranze. Questo disegno è essenziale per i progettisti del layout PCB per creare il footprint corretto nel loro software CAD.

5.2 Layout Piazzole Saldature Consigliato e Polarità

La Sezione 8 fornisce un land pattern consigliato (progetto delle piazzole di saldatura) per il PCB. Utilizzare la geometria di pad consigliata garantisce una corretta formazione del giunto saldato durante la rifusione, una buona resistenza meccanica e un trasferimento termico ottimale dal pad termico del LED al PCB. Il diagramma indica anche chiaramente la polarità o la marcatura del pin-1, che è critica per la corretta connessione elettrica degli anodi rosso, verde e blu e del catodo comune (assumendo una configurazione a catodo comune, tipica per i LED RGB).

5.3 Informazioni di Imballaggio

I LED sono forniti su nastro e bobina per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. La Sezione 10 dettaglia le specifiche di imballaggio, incluse le dimensioni della bobina, la larghezza del nastro, la spaziatura delle tasche e l'orientamento. Queste informazioni sono necessarie per programmare correttamente le apparecchiature di assemblaggio.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

La Sezione 9 specifica il profilo di saldatura a rifusione consigliato. Questo è un grafico tempo-temperatura che definisce come l'assemblaggio PCB dovrebbe essere riscaldato per fondere la pasta saldante e formare connessioni affidabili senza danneggiare il LED. I parametri chiave includono la pendenza di preriscaldamento, il tempo e la temperatura di stabilizzazione, la temperatura di picco (non superiore a 260°C per 30 secondi, secondo i valori massimi assoluti) e la velocità di raffreddamento. Rispettare questo profilo è vitale per la resa e l'affidabilità a lungo termine.

6.2 Precauzioni per l'Uso

La Sezione 11 elenca importanti precauzioni per la manipolazione e l'uso. Queste probabilmente includono avvertenze su:

- Evitare stress meccanici sulla lente del LED.

- Proteggere il dispositivo da scariche elettrostatiche (ESD) eccessive durante la manipolazione, nonostante la sua classificazione di 2kV.

- Assicurare che il PCB e il processo di assemblaggio siano puliti per prevenire contaminazioni.

- Seguire le linee guida di derating della corrente in base alla temperatura operativa.

- Utilizzare metodi di limitazione della corrente appropriati (resistenze o driver) per prevenire sovracorrenti.

6.3 Criteri di Test per la Resistenza allo Zolfo

La Sezione 12 menziona i criteri di test per lo zolfo. Certi ambienti, specialmente alcuni interni automotive o contesti industriali, possono contenere gas solforosi che possono corrodere i componenti LED a base d'argento. Questo test verifica la robustezza del LED contro tali atmosfere corrosive, che fa parte della sua qualifica di grado automotive.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Applicazione Principale:Illuminazione ambientale interna automotive per pannelli porta, vani pedali, accenti cruscotto e console centrali.

Applicazioni Secondarie:Retroilluminazione per pulsanti, interruttori e pannelli di controllo; illuminazione decorativa nell'elettronica di consumo dove è desiderata un'affidabilità di grado automotive.

7.2 Considerazioni Critiche di Progetto

1. Circuito di Pilotaggio:Utilizzare driver a corrente costante per una coerenza di colore e un controllo della luminosità ottimali, specialmente per la dimmerazione PWM. Se si utilizzano semplici resistenze di limitazione, calcolare le resistenze separatamente per ogni canale colore a causa delle loro diverse tensioni dirette.

2. Gestione Termica:I valori di resistenza termica richiedono un progetto PCB con adeguato rilievo termico. Utilizzare via termiche sotto il pad termico del LED collegate a un piano di massa o a una zona di rame dedicata per dissipare il calore.

3. Miscelazione e Controllo del Colore:Per ottenere un'ampia gamma di colori (incluso il bianco), è altamente raccomandato il controllo indipendente a modulazione di larghezza di impulso (PWM) di ogni canale colore. Le diverse intensità luminose (Rosso: 1120mcd, Verde: 2800mcd, Blu: 450mcd) significano che la corrente di pilotaggio o il duty cycle PWM per ogni canale deve essere calibrato per ottenere un punto di bianco o un bilanciamento del colore desiderato.

4. Progetto Ottico:L'angolo di visione di 120° è adatto per un'illuminazione diffusa e ad ampia area. Per una luce più focalizzata, sarebbero necessarie ottiche secondarie (lenti o guide luminose). Il fattore di forma side-view è progettato per emettere luce parallela alla superficie del PCB, ideale per guide luminose a illuminazione laterale.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene il PDF non confronti direttamente con altri componenti, i principali fattori di differenziazione di questo componente possono essere dedotti:

- Qualifica Automotive (AEC-Q102):Questo è un differenziatore significativo rispetto ai LED di grado commerciale, coinvolgendo test rigorosi per cicli termici, umidità, funzionamento ad alta temperatura e altri stress specifici per gli ambienti automotive.

- Alta Intensità Luminosa:Le emissioni verde e rossa sono particolarmente elevate per una corrente di pilotaggio di 20mA, potenzialmente riducendo il numero di LED necessari per un dato livello di luminosità.

- RGB Integrato in Package Side-View:Combina tre colori in un package compatto e a basso profilo adatto per applicazioni di retroilluminazione con spazio limitato, eliminando la necessità di posizionare tre LED separati.

- Resistenza alla Corrosione e allo Zolfo:Soddisfa standard specifici per ambienti severi, che molti LED standard non soddisfano.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione a 5V?

R: Sì, ma devi utilizzare resistenze di limitazione della corrente. Ad esempio, per il LED blu (V_Ftip. 3.0V @20mA), il valore della resistenza sarebbe R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ohm. Utilizzare sempre la V_Fmassima dalla scheda tecnica per un progetto robusto.

D: Perché le correnti massime sono diverse per rosso vs. verde/blu?

R: Ciò è dovuto alle differenze nell'efficienza del materiale semiconduttore e nelle caratteristiche termiche. Il chip rosso (probabilmente AlInGaP) può tipicamente sopportare densità di corrente più elevate rispetto ai chip verde/blu (probabilmente InGaN) entro gli stessi vincoli termici del package.

D: Come posso creare luce bianca con questo LED RGB?

R: La luce bianca viene creata miscelando i tre colori primari. A causa delle diverse intensità luminose, non puoi semplicemente pilotare tutti e tre alla stessa corrente. Devi regolare l'intensità relativa di ogni canale (tramite diversi valori di resistenza o duty cycle PWM) per miscelare a un punto di bianco specifico (es. D65). Ciò richiede calibrazione.

D: Cosa significa MSL 3?

R: Livello di Sensibilità all'Umidità 3 significa che i LED confezionati possono essere esposti alle condizioni del pavimento di fabbrica (≤30°C/60% UR) per un massimo di 168 ore (7 giorni) prima di dover essere saldati. Se superato, richiedono una cottura per rimuovere l'umidità assorbita che potrebbe causare "popcorning" (crepe nel package) durante la saldatura a rifusione.

10. Caso di Studio Pratico di Progetto

Scenario:Progettazione di una striscia di luce ambientale per pannello porta automotive utilizzando dieci LED 5515-RGB020AH-AM.

Passaggi:

1. Layout PCB:Posizionare i LED con il layout di pad consigliato. Collegare il pad termico a una grande area di rame con multiple via termiche a un piano di massa interno per lo smaltimento del calore. Assicurarsi che le tracce per i tre anodi e il catodo comune siano dimensionate adeguatamente.

2. Circuito di Pilotaggio:Selezionare un driver LED a corrente costante a 3 canali progettato per uso automotive. Impostare il limite di corrente del driver a 20mA per canale per LED. Poiché dieci LED sono in parallelo su ogni canale, il driver deve fornire 200mA per canale colore. In alternativa, collegare i LED in serie per una migliore corrispondenza della corrente, ma ciò richiede una tensione di alimentazione più alta.

3. Analisi Termica:Calcolare la dissipazione di potenza nel caso peggiore: (10 LED * (2.0V*0.02A per Rosso)) + (10*(2.75V*0.02A per Verde)) + (10*(3.0V*0.02A per Blu)) = 0.4W + 0.55W + 0.6W = 1.55W totale. Utilizzando la resistenza termica, stimare l'incremento di temperatura e assicurarsi che rimanga entro i limiti della curva di derating per la temperatura ambiente dell'abitacolo prevista (es. 85°C).

4. Controllo del Colore:Utilizzare un microcontrollore per generare segnali PWM per gli ingressi di dimmerazione del driver IC. Programmare tabelle di ricerca per produrre i colori desiderati (es. colori ambientali specifici del marchio). Calibrare i rapporti PWM per rosso, verde e blu nell'assemblaggio finale per tenere conto delle variazioni di binning e ottenere una luce bianca consistente su tutte le porte.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED (Diodo Emettitore di Luce) è un dispositivo semiconduttore che emette luce quando una corrente elettrica lo attraversa. Questo fenomeno è chiamato elettroluminescenza. Il 5515-RGB020AH-AM contiene tre chip semiconduttori separati (dadi) all'interno di un unico package:

- Ilchip rossoè tipicamente realizzato in materiale Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP).

- Ichip verdeeblusono tipicamente realizzati in materiale Nitruro di Indio Gallio (InGaN).

Ogni chip ha una giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia caratteristica del chip, elettroni e lacune si ricombinano alla giunzione, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. La luce viene poi emessa attraverso una lente in epossidico modellata che fornisce anche protezione meccanica e modella il fascio (angolo di 120°). I tre chip condividono una connessione a catodo comune per semplificare il circuito esterno.

12. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo di LED come il 5515-RGB020AH-AM è guidato da diverse chiare tendenze del settore:

1. Aumento dell'Integrazione e Miniaturizzazione:Combinare più colori (RGB, RGBW) in package sempre più piccoli mantenendo o aumentando l'emissione luminosa.

2. Maggiore Efficienza (Lumen per Watt):Miglioramenti continui nell'epitassia dei semiconduttori e nel design dei chip portano a più luce emessa per lo stesso input elettrico, riducendo il consumo energetico e il carico termico.

3. Affidabilità e Robustezza Migliorate:Standard più severi per applicazioni automotive, industriali e outdoor guidano miglioramenti nei materiali (es. lenti più robuste, finiture resistenti alla corrosione) e nel packaging per resistere a temperature più elevate, umidità e cicli termici.

4. Qualità e Coerenza del Colore Migliorate:Tolleranze di binning più strette e lo sviluppo di LED con caratteristiche spettrali specifiche per soddisfare i requisiti di alto indice di resa cromatica (CRI) per l'illuminazione di fascia alta.

5. Illuminazione Intelligente e Connessa:I LED sono sempre più progettati per essere abbinati a driver integrati e interfacce di comunicazione (come I2C o LIN in ambito automotive) per un controllo del colore dinamico e indirizzabile, andando oltre la semplice dimmerazione analogica.