Scheda Tecnica LED RGB Full-Color SMD5050 - Dimensioni 5.0x5.0x1.6mm - Tensione 2.2-3.4V - Potenza 0.846W - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LED SMD5050-RGB è un dispositivo full-color ad alte prestazioni e a montaggio superficiale, progettato per applicazioni che richiedono una vivace miscelazione di colori e un funzionamento affidabile. Questo dispositivo integra chip LED rosso, verde e blu in un unico package da 5.0mm x 5.0mm, consentendo la generazione di un ampio spettro di colori tramite modulazione di larghezza d'impulso (PWM) o controllo analogico di corrente. Le sue principali applicazioni includono illuminazione decorativa, illuminazione d'accento architettonica, retroilluminazione per display, insegne ed elettronica di consumo dove sono desiderati effetti di colore dinamici.

Il vantaggio principale di questo LED risiede nel suo ingombro compatto che ospita tre emettitori distinti, semplificando il progetto e l'assemblaggio del PCB rispetto all'uso di tre LED discreti separati. Offre un tipico ampio angolo di visione di 120 gradi, garantendo una buona uniformità del colore e visibilità da varie prospettive. Il package è progettato per la compatibilità con i processi di assemblaggio SMT (Surface Mount Technology) standard, inclusa la saldatura a rifusione.

2. Parametri e Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti (Ta=25°C)

I seguenti parametri definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Corrente Diretta (IF):90 mA (continua)
• Corrente Diretta di Impulso (IFP):120 mA (Larghezza impulso ≤10ms, Ciclo di lavoro ≤1/10)
• Dissipazione di Potenza (PD):846 mW
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +80°C
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40°C a +80°C
• Temperatura di Giunzione (Tj):125°C
• Temperatura di Saldatura (Tsld):200°C o 230°C per 10 secondi (profilo di rifusione)

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (Ta=25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni tipiche in condizioni di test standard.

• Tensione Diretta (Rosso, VF_R):Tipica 2.2V, Massima 2.6V (a IF=60mA)
• Tensione Diretta (Verde, VF_G):Tipica 3.2V, Massima 3.4V (a IF=60mA)
• Tensione Diretta (Blu, VF_B):Tipica 3.2V, Massima 3.4V (a IF=60mA)
• Tensione Inversa (VR):5 V
• Corrente Inversa (IR):Massima 10 µA
• Angolo di Visione (2θ1/2):120 gradi

2.3 Classificazione per Lunghezza d'Onda

I LED sono classificati in specifici bin di lunghezza d'onda per garantire la coerenza del colore all'interno di un'applicazione. I bin di lunghezza d'onda dominante sono i seguenti:

• Rosso (R):R1 (620-625nm), R2 (625-630nm)
• Verde (G):G5 (519-522.5nm), G6 (522.5-526nm), G7 (526-530nm)
• Blu (B):B1 (445-450nm), B2 (450-455nm), B3 (455-460nm), B4 (460-465nm)

Questa classificazione consente ai progettisti di selezionare LED con coordinate cromatiche precise per applicazioni che richiedono punti colore specifici o una stretta corrispondenza di colore tra più unità.

3. Curve di Prestazione e Analisi

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

La caratteristica I-V è fondamentale per il progetto del driver. Il chip LED rosso presenta una tensione diretta inferiore (tipicamente ~2.2V) rispetto ai chip verde e blu (tipicamente ~3.2V), il che è coerente con i diversi materiali semiconduttori utilizzati (ad es., AlInGaP per il rosso vs. InGaN per verde/blu). Questa disparità richiede un'attenta progettazione del circuito, spesso coinvolgendo resistenze di limitazione di corrente separate o canali a corrente costante indipendenti per ogni colore per ottenere una luminosità bilanciata e una corretta miscelazione dei colori. La curva mostra un'accensione netta, tipica del comportamento di un diodo.

3.2 Potenza Spettrale Relativa vs. Temperatura di Giunzione

L'emissione spettrale di un LED si sposta con i cambiamenti della temperatura di giunzione. In generale, all'aumentare della temperatura di giunzione, la lunghezza d'onda dominante per i LED basati su InGaN (verde/blu) tende a spostarsi verso lunghezze d'onda maggiori (spostamento verso il rosso), mentre la potenza ottica in uscita diminuisce. Per i LED rossi basati su AlInGaP, la lunghezza d'onda può anch'essa spostarsi e l'efficienza cala. Questo grafico è cruciale per applicazioni che operano a temperature ambiente variabili o dove la gestione termica è impegnativa, poiché può influenzare il colore percepito e l'emissione luminosa. Un adeguato dissipatore e un progetto termico sono essenziali per mantenere prestazioni cromatiche stabili.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni e Disegno di Contorno

Le dimensioni del package sono 5.0mm (L) x 5.0mm (P) x 1.6mm (H). Il disegno include tolleranze critiche: le dimensioni .X hanno una tolleranza di ±0.10mm, e le dimensioni .XX hanno una tolleranza di ±0.05mm. Il LED presenta sei terminali (anodo e catodo per ciascuno dei tre chip di colore).

4.2 Impronta PCB e Progetto Stencil Consigliati

Vengono forniti un'impronta PCB (footprint) e un progetto per lo stencil della pasta saldante consigliati per garantire la formazione affidabile dei giunti di saldatura durante la rifusione. L'impronta include pattern di sgravio termico e dimensioni dei pad appropriate per facilitare una buona bagnabilità della saldatura e stabilità meccanica. Rispettare questo layout consigliato aiuta a prevenire l'effetto "tombstone", disallineamenti e giunti di saldatura insufficienti.

5. Linee Guida per Montaggio, Manipolazione e Applicazione

5.1 Sensibilità all'Umidità e Essiccamento

Il package SMD5050 è sensibile all'umidità (classificato MSL secondo IPC/JEDEC J-STD-020C). Se la busta barriera all'umidità originale viene aperta e i componenti sono esposti all'umidità ambientale oltre i limiti specificati, l'umidità assorbita può vaporizzarsi durante la saldatura a rifusione, potenzialmente causando delaminazione interna o crepe ("popcorning").

• Magazzinaggio:Conservare le buste non aperte a <30°C/<85% UR. Dopo l'apertura, conservare a <30°C/<60% UR e utilizzare entro 12 ore.
• Essiccamento:Se l'esposizione supera i limiti o la scheda indicatrice di umidità mostra umidità elevata, essiccare a 60°C per 24 ore prima della saldatura. Non superare i 60°C. Utilizzare entro 1 ora dall'essiccamento o conservare in un armadio asciutto (<20% UR).

5.2 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED sono dispositivi a semiconduttore suscettibili ai danni da ESD, in particolare le varietà verde, blu e bianca (qui non applicabile). L'ESD può causare guasti immediati (catastrofici) o danni latenti che portano a una riduzione della durata di vita e al degrado delle prestazioni.

• Precauzioni:Implementare un programma completo di controllo ESD: utilizzare braccialetti collegati a terra, tappetini antistatici, ionizzatori e pavimentazioni conduttive. Manipolare i LED solo presso postazioni di lavoro protette da ESD.
• Confezionamento:Utilizzare materiali conduttivi o dissipativi per il trasporto e lo stoccaggio.

5.3 Raccomandazioni per il Progetto del Circuito

Un circuito di pilotaggio corretto è fondamentale per prestazioni e longevità.

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione di corrente in serie per ogni canale colore. Ciò stabilizza la corrente contro le variazioni della tensione di alimentazione e della tensione diretta (Vf) tra singoli LED.
• Tipo di Driver:Si raccomanda vivamente l'uso di driver a corrente costante rispetto a quelli a tensione costante per una stabilità ottimale e per prevenire la fuga termica.
• Polarità di Connessione:Verificare la polarità anodo/catodo prima di applicare l'alimentazione. Una connessione inversa può danneggiare il LED.
• Sequenza di Alimentazione:Durante la connessione, collegare prima l'uscita del driver al LED, quindi applicare l'alimentazione in ingresso al driver per evitare transitori di tensione.

La scheda tecnica illustra due configurazioni di circuito: una con una singola resistenza per stringa parallela (meno ideale a causa dello squilibrio di corrente se Vf varia) e una con una resistenza individuale per ogni LED (preferita per un migliore controllo della corrente).

5.4 Precauzioni di Manipolazione

Evitare di toccare direttamente la lente del LED con le dita nude. I grassi della pelle possono contaminare la lente in silicone, causando degrado ottico e riducendo l'emissione luminosa. Utilizzare strumenti di presa a vuoto o pinzette pulite progettate per la manipolazione dei componenti. Una forza meccanica eccessiva con le pinzette può danneggiare i fili di connessione (wire bonds) o il die semiconduttore all'interno del package.

6. Informazioni per l'Ordine e Codifica del Modello

Il prodotto segue un sistema di codifica specifico per il numero di parte: T5A003FA. Mentre i dettagli completi di decodifica per ogni segmento sono forniti nel documento (coprendo codice flusso, temperatura di colore, codice interno, numero di chip, codice lente e contorno del package), l'identificatore chiave "5050" conferma la dimensione del package, e "RGB" o "F" indica il tipo full-color (Rosso, Verde, Blu).

7. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

7.1 Gestione Termica

Sebbene la temperatura massima di giunzione sia 125°C, operare a temperature più basse prolunga significativamente la durata di vita e mantiene la stabilità del colore. Assicurarsi che il PCB abbia un'adeguata area di rame per la diffusione del calore. Per array ad alta potenza o alta densità, considerare l'uso di PCB a nucleo metallico (MCPCB) o raffreddamento attivo.

7.2 Miscelazione e Controllo del Colore

Per ottenere un punto di bianco specifico o un colore saturo, è necessario un controllo preciso del rapporto di corrente tra i canali rosso, verde e blu. Ciò viene tipicamente fatto tramite dimmeraggio PWM, che è più efficace per il controllo del colore rispetto al dimmeraggio analogico, poiché mantiene la tensione diretta ottimale e le caratteristiche cromatiche del LED. Le diverse tensioni dirette richiedono canali driver separati o valori di resistenza calcolati attentamente per ogni colore se si utilizza un'alimentazione comune con resistenze.

7.3 Progetto Ottico

L'angolo di visione di 120 gradi fornisce un pattern di emissione ampio, simile a Lambertiano. Per applicazioni che richiedono luce diretta, ottiche secondarie come lenti o riflettori possono essere montate sopra il LED. Il materiale della lente in silicone è relativamente morbido; bisogna fare attenzione a non graffiarlo durante l'assemblaggio.

8. Confronto e Differenziazione

Rispetto all'uso di tre LED SMD separati (ad es., package 3528), l'SMD5050 RGB integrato offre una soluzione più compatta, semplifica l'assemblaggio pick-and-place (un componente vs. tre) e garantisce un allineamento spaziale preciso dei tre punti colore, fondamentale per una buona miscelazione dei colori a brevi distanze. Rispetto ai package RGB LED precedenti, il 5050 spesso fornisce una maggiore emissione luminosa e migliori prestazioni termiche grazie alla sua impronta più grande.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Posso pilotare tutti e tre i colori in parallelo con una sola resistenza?

No, non è raccomandato. Le tensioni dirette (Vf) dei chip rosso, verde e blu sono diverse. Collegarli in parallelo con una singola resistenza causerà un grave squilibrio di corrente, con la maggior parte della corrente che fluisce attraverso il canale con la Vf più bassa (tipicamente il rosso), portando a colori errati e potenziale sovracorrente in alcuni chip.

9.2 Perché è necessario l'essiccamento e posso usare una temperatura più alta per essiccare più velocemente?

L'essiccamento rimuove l'umidità assorbita per prevenire danni durante la rifusione. Non superare i 60°C. Temperature più elevate possono degradare i materiali interni (silicone, fosfori se presenti, adesivi) e lo stesso confezionamento in nastro e bobina.

9.3 Qual è la durata di vita tipica di questo LED?

La durata di vita del LED (spesso definita come L70 - tempo per raggiungere il 70% del flusso luminoso iniziale) dipende fortemente dalle condizioni operative, principalmente dalla corrente di pilotaggio e dalla temperatura di giunzione. Operare alla corrente consigliata o inferiore (60mA per chip) e mantenere una bassa temperatura di giunzione attraverso un buon progetto termico può portare a decine di migliaia di ore di funzionamento.

10. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario: Progetto di una striscia LED a cambio colore.

1. Layout:Più LED SMD5050 RGB sono posizionati lungo una striscia PCB flessibile a una distanza definita (es., 30 LED/metro).
2. Circuito:Gli anodi R, G e B di ogni LED sono collegati alle linee di alimentazione comuni (Vcc_R, Vcc_G, Vcc_B) tramite singole resistenze di limitazione di corrente sulla striscia. I catodi sono collegati al drain di MOSFET a canale N controllati da un microcontrollore.
3. Controllo:Il microcontrollore genera segnali PWM per ogni canale colore di ogni gruppo di LED (spesso raggruppati in segmenti da 3 LED per strisce indirizzabili come WS2812B, che integra un chip di controllo). Ciò consente un controllo indipendente del colore e della luminosità per ogni segmento.
4. Alimentazione:Viene utilizzata un'alimentazione a tensione costante da 5V o 12V. La tensione e i valori delle resistenze sono scelti per fornire i desiderati 60mA per chip, tenendo conto della caduta di tensione lungo la striscia.
5. Assemblaggio:La striscia è assemblata utilizzando processi SMT, seguendo le linee guida sulla sensibilità all'umidità e sull'ESD. Dopo la saldatura, viene spesso applicato un rivestimento in silicone per l'impermeabilizzazione.

11. Principio di Funzionamento

Un LED è un diodo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune della regione di tipo p all'interno dello strato attivo. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati nella regione attiva. L'SMD5050 RGB integra tre di queste giunzioni, realizzate con diversi sistemi di materiali (ad es., AlInGaP per il rosso, InGaN per il verde e il blu), in un unico package. La luce di ciascun chip si miscela esternamente per produrre il colore percepito.

12. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nei LED RGB è verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), un miglioramento della resa cromatica (gamma più ampia) e un'affidabilità superiore. C'è anche una tendenza verso una classificazione più stretta per colore e flusso per garantire la coerenza nella produzione di massa. L'integrazione con l'elettronica di controllo (ad es., creazione di "LED intelligenti" o LED indirizzabili con circuiti integrati incorporati) sta diventando sempre più comune, semplificando la progettazione del sistema per applicazioni di illuminazione dinamica. Inoltre, i progressi nei materiali di packaging mirano a fornire migliori prestazioni termiche e una maggiore resistenza a lungo termine a fattori ambientali come umidità ed esposizione ai raggi UV.