Scheda Tecnica LED RGB Full Color SMD5050 - Dimensione 5.0x5.0mm - Tensione 2.2-3.4V - Potenza 0.2W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LED RGB full-color SMD5050 è un dispositivo a montaggio superficiale progettato per applicazioni che richiedono un'illuminazione vivace e multicolore. Integra chip semiconduttori rosso, verde e blu (RGB) all'interno di un unico package da 5.0mm x 5.0mm, consentendo la creazione di un ampio spettro di colori attraverso la sintesi additiva. Questo componente è progettato per un'elevata luminosità e prestazioni affidabili in un fattore di forma compatto, rendendolo adatto per progetti di illuminazione moderni.

1.1 Vantaggi Principali

I vantaggi principali di questo LED includono l'alta intensità luminosa, l'ampio angolo di visione di 120 gradi e la capacità di generare milioni di colori controllando indipendentemente l'intensità dei diodi rosso, verde e blu. Il suo design SMD facilita i processi di assemblaggio automatizzato, migliorando l'efficienza e la coerenza produttiva.

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo LED è rivolto ai settori dell'elettronica di consumo, dell'illuminazione architetturale, della segnaletica, dell'illuminazione di contorno automobilistica e dell'intrattenimento. Applicazioni tipiche includono videowall a LED, strisce luminose decorative, indicatori di stato, retroilluminazione per display e sistemi di illuminazione ambientale dinamica dove le capacità di cambio colore sono essenziali.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche (Ta=25°C)

La seguente tabella dettaglia i parametri operativi chiave per ogni canale colore in condizioni tipiche. È fondamentale rispettare i valori massimi per garantire longevità e prestazioni del dispositivo.

Parametro	Simbolo	Valore Tipico	Valore Massimo	Unità
Dissipazione di Potenza	PD	200	306	mW
Corrente Diretta	IF	60	90	mA
Tensione Diretta (Rosso)	VF	2.2	2.6	V
Tensione Diretta (Verde)	VF	3.2	3.4	V
Tensione Diretta (Blu)	VF	3.2	3.4	V
Tensione Inversa	VR	-	5	V
Corrente Inversa	IR	-	≤5	μA
Lunghezza d'Onda di Picco (λd) Rosso	λd	625	-	nm
Lunghezza d'Onda di Picco (λd) Verde	λd	525	-	nm
Lunghezza d'Onda di Picco (λd) Blu	λd	460	-	nm
Angolo di Visione (2θ½)	2θ½	120	-	°
Temperatura di Esercizio	Topr	-40 a +80	-	°C
Temperatura di Magazzinaggio	Tstg	-40 a +80	-	°C
Temperatura di Giunzione	Tj	-	125	°C

2.2 Caratteristiche Termiche

La temperatura massima di giunzione (Tj) è specificata a 125°C. Una corretta gestione termica, inclusa un'adeguata area di rame sul PCB e un potenziale dissipatore, è necessaria quando si opera ad alte correnti o in temperature ambientali elevate per prevenire il degrado delle prestazioni e guasti prematuri.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

3.1 Standard di Binning per Lunghezza d'Onda

Per garantire la coerenza del colore in produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base alla loro lunghezza d'onda di emissione di picco. I seguenti codici definiscono gli intervalli di lunghezza d'onda per ogni colore.

Codice	Minimo	Massimo	Unità
R1	620	625	nm
R2	625	630	nm
G5	519	522.5	nm
G6	522.5	526	nm
G7	526	530	nm
B1	445	450	nm
B2	450	455	nm
B3	455	460	nm
B4	460	465	nm

Questo sistema di binning consente ai progettisti di selezionare LED con cromaticità precisa per applicazioni che richiedono un aspetto del colore uniforme, come in display di grande formato o installazioni di illuminazione coordinate.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (Curva IV)

La curva IV illustra la relazione tra la tensione diretta (VF) e la corrente diretta (IF) per i chip rosso, verde e blu. Il LED rosso tipicamente presenta una tensione diretta inferiore (~2.2V) rispetto ai LED verde e blu (~3.2V). Questa caratteristica è cruciale per progettare circuiti di limitazione della corrente o driver a corrente costante appropriati per ogni canale, al fine di ottenere un'uscita colore bilanciata e prevenire condizioni di sovracorrente.

4.2 Energia Spettrale Relativa vs. Temperatura di Giunzione

Questo grafico mostra come l'uscita luminosa (energia spettrale relativa) di ogni chip colore varia con l'aumento della temperatura di giunzione (Tj). In generale, l'uscita luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il tasso di diminuzione può variare tra i diversi materiali semiconduttori (InGaN per blu/verde e AlInGaP per rosso). Un efficace dissipatore di calore è vitale per mantenere un'uscita colore e una luminosità stabili durante la vita del prodotto.

4.3 Temperatura Ambiente vs. Corrente Diretta Ammissibile

Questa curva di derating definisce la corrente diretta massima ammissibile in funzione della temperatura ambiente (Ta). All'aumentare della temperatura ambiente, la corrente massima ammissibile deve essere ridotta per impedire che la temperatura di giunzione superi il suo limite di 125°C. I progettisti devono fare riferimento a questa curva per determinare le correnti operative sicure per il loro specifico ambiente applicativo.

4.4 Diagramma di Radiazione (Curva dell'Angolo di Visione)

Il diagramma polare di distribuzione dell'intensità conferma l'angolo di visione di 120 gradi. Il pattern di emissione è tipicamente Lambertiano o quasi-Lambertiano, fornendo un campo di illuminazione ampio e uniforme adatto a molte applicazioni di illuminazione generale e indicatori.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni del Package e Disegno di Contorno

Il LED è alloggiato in un package SMD5050 standard con dimensioni di 5.0mm (L) x 5.0mm (W). L'altezza esatta e le tolleranze dimensionali (es. ±0.10mm per dimensioni .X, ±0.05mm per dimensioni .XX) devono essere ricavate dal disegno meccanico dettagliato nella scheda tecnica originale per un layout PCB preciso.

5.2 Layout Consigliato dei Pad e Progetto dello Stencil

Viene fornito un land pattern (impronta) consigliato e un progetto per lo stencil della pasta saldante per garantire una saldatura affidabile. Il layout dei pad presenta tipicamente sei pad—due per ciascuno dei tre chip colore, che condividono una configurazione a catodo o anodo comune a seconda del numero di parte specifico. Rispettare questo layout consigliato minimizza difetti di saldatura come il tombstoning e garantisce una corretta connessione termica ed elettrica.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Questo LED è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) o a convezione utilizzati per la tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Un tipico profilo di rifusione senza piombo con una temperatura di picco non superiore a 260°C per una durata specificata dagli standard JEDEC (es. 10-30 secondi sopra 240°C) è generalmente applicabile. È fondamentale evitare stress termici eccessivi per prevenire danni ai bond interni dei fili e alla lente epossidica.

6.2 Precauzioni per la Manipolazione e lo Stoccaggio

I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). Maneggiarli sempre in un ambiente protetto da ESD utilizzando braccialetti a terra e contenitori conduttivi. Conservare i componenti nelle loro originali buste barriera all'umidità nelle condizioni consigliate (temperatura < 40°C, umidità < 70% UR) per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare \"popcorning\" durante la rifusione.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifica di Confezionamento del Prodotto

I LED sono forniti in nastro portacomponenti goffrato per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. La larghezza del nastro, le dimensioni delle tasche e il numero per bobina seguono gli standard EIA-481. Un nastro di copertura con una forza di strappo specificata (0.1 - 0.7N a un angolo di 10 gradi) sigilla i componenti in posizione. Questo confezionamento garantisce la protezione dei componenti, la coerenza dell'orientamento e l'affidabilità di alimentazione nelle macchine di assemblaggio ad alta velocità.

7.2 Sistema di Numerazione delle Parti (Regola di Denominazione del Modello)

Il numero di parte segue un formato strutturato che codifica attributi chiave:

T [Codice Forma] [Numero Chip] [Codice Ottica] [Codice Interno] [Codice Colore] [Codice Flusso] - [Codice CCT] [Altri Codici].

Ad esempio, il codice \"5A\" indica una forma 5050N, \"3\" indica tre chip (RGB), \"00\" indica nessuna lente secondaria, \"F\" indica full-color, ecc. Comprendere questa nomenclatura è essenziale per specificare e ordinare correttamente la variante LED desiderata con il colore, la luminosità e le caratteristiche ottiche corrette.

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Ogni canale colore del LED RGB dovrebbe essere pilotato indipendentemente utilizzando una sorgente di corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente in serie con una sorgente di tensione commutata. La modulazione a larghezza di impulso (PWM) è il metodo preferito per il controllo dell'intensità (dimming e miscelazione dei colori) poiché mantiene una tensione diretta e una cromaticità costanti, a differenza del dimming analogico che può causare uno spostamento del colore. Un microcontrollore con uscite PWM è comunemente utilizzato per generare i segnali di controllo.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Bilanciamento della Corrente:A causa dei diversi Vf ed efficienze dei chip R, G, B, sono necessarie resistenze di impostazione della corrente o driver separati per ottenere il bilanciamento del bianco o i rapporti di colore desiderati.
• Gestione Termica:Includere sufficienti vie di fuga termiche e area di rame sul PCB, specialmente se si opera ad alte correnti o in array ad alta densità.
• Protezione ESD:Incorporare diodi di protezione ESD sulle linee di segnale vicino al LED, in particolare in applicazioni portatili o consumer.
• Progetto Ottico:Considerare l'angolo di visione di 120 gradi quando si progettano lenti o guide luminose per ottenere il pattern del fascio e la distribuzione spaziale desiderati.

9. Affidabilità e Standard di Qualità

9.1 Standard di Test di Affidabilità

Il prodotto è sottoposto a rigorosi test di affidabilità secondo gli standard di settore (JESD22, MIL-STD-202G). I test chiave includono:

• Test di Vita Operativa:Condotto a temperatura ambiente, alta temperatura (85°C) e bassa temperatura (-40°C) per 1008 ore alla corrente massima.
• Vita Operativa ad Alta Temperatura/Umidità:1008 ore a 60°C/90% UR.
• Ciclo Termico:Esposizione del dispositivo a transizioni rapide tra temperature estreme (es. -40°C a +125°C).

I criteri di fallimento sono rigorosamente definiti, inclusi limiti sullo spostamento della tensione diretta (≤200mV), degradazione del flusso luminoso (≤15% per InGaN, ≤25% per AlInGaP) e corrente di dispersione (≤10μA).

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Come si ottiene la luce bianca pura con questo LED RGB?

Il bianco puro viene creato miscelando specifiche intensità di luce rossa, verde e blu. L'esatto rapporto di corrente (es. IR:IG:IB) richiesto dipende dall'efficienza individuale e dalle coordinate cromatiche del bin LED specifico. Tipicamente richiede calibrazione e feedback da un sensore di colore per applicazioni ad alta precisione. L'utilizzo del controllo PWM consente una regolazione fine di questo rapporto.

10.2 Posso pilotare tutti e tre i canali in parallelo da un'unica sorgente di corrente costante?

No. A causa della significativa differenza nella tensione diretta tra il chip rosso (~2.2V) e quelli blu/verde (~3.2V), collegarli in parallelo comporterebbe un grave squilibrio di corrente, potenzialmente sovraccaricando il canale rosso mentre sottocaricherebbe gli altri. Ogni canale colore deve avere il proprio circuito di controllo della corrente.

10.3 Qual è l'impatto della temperatura di giunzione sul colore?

L'aumento della temperatura di giunzione provoca uno spostamento nella lunghezza d'onda di picco (tipicamente una lunghezza d'onda più lunga per il rosso AlInGaP e una più corta per il blu/verde InGaN) e una riduzione dell'uscita luminosa. Ciò può portare a uno spostamento di colore visibile nei sistemi RGB se non gestito. Mantenere una temperatura di giunzione stabile e bassa attraverso un buon progetto termico è critico per applicazioni con colore stabile.

11. Studio di Caso Pratico di Progetto

11.1 Progetto di una Lampada da Scrivolo a Colore Regolabile

Consideriamo una lampada da scrivania che utilizza un array di questi LED RGB SMD5050. Il progetto coinvolgerebbe:

1. Circuito di Pilotaggio:Un IC driver LED dedicato con tre uscite a corrente costante indipendenti e capacità di dimming PWM per ogni canale, controllato via I2C o interfaccia simile da un microcontrollore.
2. Progetto Termico:Il PCB a nucleo metallico (MCPCB) funge da dissipatore. Via termici collegano i pad termici del LED a un ampio piano di rame sul lato posteriore del circuito per dissipare efficacemente il calore.
3. Ottica:Un diffusore è posizionato sopra l'array LED per fondere i singoli punti di luce in un'area di illuminazione uniforme e senza abbagliamento.
4. Controllo:Un'interfaccia utente (pulsanti, sensore touch o app) consente la selezione di colori preimpostati (bianco, bianco caldo, bianco freddo) o colori personalizzati tramite slider RGB. Il microcontrollore traduce questi input nei corrispondenti cicli di lavoro PWM per i canali R, G e B.

Questo caso evidenzia l'integrazione di considerazioni di progetto elettrico, termico, ottico e firmware quando si utilizza questo componente.

12. Introduzione al Principio Tecnico

12.1 Principio di Funzionamento dei LED RGB

Un LED RGB è essenzialmente tre diodi emettitori di luce indipendenti—rosso, verde e blu—incapsulati insieme. Ogni diodo emette luce attraverso l'elettroluminescenza: quando una tensione diretta è applicata attraverso la giunzione p-n di un materiale semiconduttore (AlInGaP per il rosso, InGaN per il verde e blu), gli elettroni si ricombinano con le lacune, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Controllando indipendentemente l'intensità di questi tre colori primari, si può produrre una vasta gamma di colori secondari attraverso la sintesi additiva.

13. Tendenze Tecnologiche

13.1 Evoluzione nei LED Full-Color

Il mercato dei LED full-color continua a evolversi con tendenze focalizzate su:

• Maggiore Efficienza (lm/W):Miglioramenti continui nella crescita epitassiale e nel design del chip producono più luce per unità di potenza elettrica, riducendo il consumo energetico e il carico termico.
• Miglioramento della Resa Cromatica e del Gamut:Sviluppo di nuovi sistemi di fosfori ed emettitori a banda stretta (come i quantum dot) per espandere il gamut dei colori per i display e migliorare l'Indice di Resa Cromatica (CRI) per l'illuminazione, anche nei sistemi basati su RGB.
• Miniaturizzazione:Sviluppo di dimensioni di package più piccole (es. 2020, 1515) con prestazioni simili o migliorate per applicazioni con vincoli di spazio come i mini-LED per retroilluminazione di TV e monitor.
• Funzionalità Intelligenti Integrate:L'emergere di LED con driver integrati, controller e interfacce di comunicazione (es. I2C, SPI o wireless come Zigbee/BLE) semplifica il progetto di sistema per l'illuminazione connessa IoT.
• Affidabilità Migliorata:Progressi nei materiali di incapsulamento (siliconi, ceramiche) per resistere meglio a temperature più elevate e condizioni ambientali più severe, estendendo la vita del prodotto.