Spesifikasi Teknikal LED RGB SMD 5515-RGB020AH-AM - 5.5x1.5mm - Merah/Hijau/Biru - 20mA - Gred Automotif

1. Gambaran Keseluruhan Produk

5515-RGB020AH-AM ialah komponen LED prestasi tinggi jenis permukaan (SMD) yang menggabungkan pemancar merah, hijau dan biru (RGB) dalam satu pakej 5.5mm x 1.5mm. Ia direka dan diperakui khusus untuk persekitaran elektronik automotif yang mencabar. Kelebihan utamanya termasuk output cahaya yang tinggi, sudut pandangan luas 120 darjah, dan pembinaan teguh yang memenuhi piawaian kebolehpercayaan automotif yang ketat seperti AEC-Q102. Pasaran sasaran utama ialah sistem pencahayaan dalaman automotif, termasuk pencahayaan ambien, lampu latar suis, dan aplikasi pencahayaan hiasan atau fungsi lain di mana pencampuran warna dan kebolehpercayaan adalah kritikal.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri-ciri Fotometrik & Optik

Prestasi LED dicirikan pada arus ujian piawai 20mA dan suhu pad terma 25°C. Nilai keamatan cahaya tipikal ialah 1120 milikandela (mcd) untuk cip merah, 2800 mcd untuk cip hijau, dan 450 mcd untuk cip biru. Nilai ini mewakili kecerahan puncak yang boleh dicapai dalam keadaan piawai. Panjang gelombang dominan, yang menentukan warna yang dilihat, biasanya 621nm untuk merah, 527nm untuk hijau, dan 467nm untuk biru. Ketiga-tiga warna berkongsi sudut pandangan (2φ) yang konsisten dan luas iaitu 120 darjah, memastikan taburan cahaya seragam. Toleransi pengukuran ialah ±8% untuk keamatan cahaya dan ±1nm untuk panjang gelombang dominan.

2.2 Parameter Elektrik & Terma

Voltan hadapan (V_F) pada 20mA biasanya 2.00V untuk merah, 2.75V untuk hijau, dan 3.00V untuk biru. Penarafan arus hadapan berterusan maksimum (I_F) berbeza: 50mA untuk merah dan 30mA untuk kedua-dua hijau dan biru. Perbezaan ini terutamanya disebabkan oleh kecekapan dan ciri terma bahan semikonduktor yang berbeza. Penarafan penyebaran kuasa maksimum mutlak ialah 137.5mW (Merah), 105mW (Hijau), dan 112.5mW (Biru). Pengurusan terma adalah penting; rintangan terma sambungan-ke-titik pateri (R_thJS) dinyatakan dengan nilai sebenar (diukur) dan elektrik (dikira). Sebagai contoh, rintangan terma sebenar adalah sehingga 52 K/W untuk merah dan 85 K/W untuk hijau/biru, menunjukkan keperluan reka bentuk terma PCB yang mencukupi untuk mengekalkan prestasi dan jangka hayat.

2.3 Penarafan Maksimum Mutlak dan Kebolehpercayaan

Peranti ini dinilai untuk julat suhu operasi -40°C hingga +110°C, sesuai untuk persekitaran keras di dalam kenderaan. Suhu sambungan maksimum yang dibenarkan ialah 125°C. Ia mempunyai perlindungan Nyahcas Elektrostatik (ESD) dinilai pada 2kV (Model Badan Manusia), yang penting untuk pengendalian semasa pembuatan. Produk ini mematuhi peraturan RoHS, REACH dan bebas halogen (Br/Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Ia juga memenuhi Kelas Ketegasan Kakisan B1, menunjukkan tahap rintangan terhadap atmosfera mengakis, dan mempunyai Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL) 3.

3. Analisis Keluk Prestasi

Spesifikasi teknikal menyediakan beberapa graf utama yang penting untuk reka bentuk litar dan ramalan prestasi.

3.1 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Keluk I-V)

Keluk I-V menunjukkan hubungan antara arus yang mengalir melalui LED dan voltan merentasinya. Setiap warna mempunyai keluk yang berbeza disebabkan oleh jurang jalur semikonduktor yang berbeza. LED merah mempunyai voltan hadapan terendah, diikuti hijau, kemudian biru. Pereka bentuk menggunakan graf ini untuk memilih perintang pembatas arus atau tetapan pemacu arus malar yang sesuai untuk memastikan LED beroperasi dalam julat voltan yang ditentukan untuk arus yang dikehendaki.

3.2 Keamatan Cahaya Relatif vs. Arus Hadapan

Graf ini menggambarkan bagaimana output cahaya berubah dengan arus pemacu. Biasanya, keamatan cahaya meningkat dengan arus tetapi tidak selalunya linear, terutamanya pada arus yang lebih tinggi di mana kecekapan mungkin menurun disebabkan pemanasan. Maklumat ini adalah kritikal untuk mereka bentuk litar malap atau mencapai tahap kecerahan tertentu.

3.3 Graf Kebergantungan Suhu

Tiga graf utama menunjukkan variasi prestasi dengan suhu sambungan (T_j):

1. Keamatan Cahaya Relatif vs. Suhu Sambungan:Output cahaya umumnya berkurangan apabila suhu meningkat. Kadar penurunan berbeza mengikut warna, menjejaskan keseimbangan warna dalam aplikasi RGB jika suhu tidak dikawal.

2. Voltan Hadapan Relatif vs. Suhu Sambungan:Voltan hadapan biasanya berkurangan dengan peningkatan suhu. Ciri ini boleh digunakan untuk pengesanan suhu tetapi mesti dipertimbangkan dalam skim pemacu voltan malar.

3. Anjakan Panjang Gelombang Dominan vs. Suhu Sambungan:Panjang gelombang warna yang dipancarkan berubah sedikit dengan suhu. Walaupun anjakan biasanya kecil (beberapa nanometer sepanjang julat operasi), ia boleh menjadi penting untuk aplikasi kritikal warna.

3.4 Keluk Penurunan Arus Hadapan

Keluk berasingan untuk merah dan untuk hijau/biru menunjukkan arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan sebagai fungsi suhu pad pateri (T_S). Apabila suhu PCB meningkat, arus selamat maksimum berkurangan untuk mengelakkan suhu sambungan melebihi 125°C. Sebagai contoh, arus maksimum LED merah menurun daripada 50mA pada suhu titik pateri 103°C kepada 35mA pada 110°C. Keluk ini adalah penting untuk memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam aplikasi sebenar dengan suhu ambien yang berbeza-beza.

3.5 Taburan Spektrum dan Corak Sinaran

Graf taburan spektrum relatif menunjukkan keamatan cahaya yang dipancarkan merentasi spektrum panjang gelombang untuk setiap warna. Ia mengesahkan sifat jalur sempit LED, dengan puncak pada panjang gelombang dominan masing-masing. Gambarajah sinaran tipikal (tidak diterangkan sepenuhnya dalam petikan) akan mewakili secara visual sudut pandangan 120 darjah, menunjukkan bagaimana keamatan berkurangan pada sudut jauh dari pusat (berserenjang dengan permukaan LED).

4. Maklumat Pembahagian Bin

Spesifikasi teknikal termasuk bahagian khusus untuk maklumat pembahagian bin. Dalam pembuatan LED, "binning" ialah proses menyusun LED berdasarkan parameter yang diukur seperti keamatan cahaya (kecerahan), voltan hadapan (V_F), dan panjang gelombang dominan (warna). Ini adalah perlu disebabkan variasi kecil semula jadi dalam proses pengeluaran semikonduktor. Jadual binning (dirujuk dalam kandungan) mentakrifkan julat atau kod khusus untuk setiap bin parameter. Bagi pereka bentuk, memahami binning adalah penting untuk memastikan konsistensi warna dan padanan prestasi elektrik apabila menggunakan pelbagai LED dalam satu pemasangan, seperti dalam jalur cahaya ambien. Nilai tipikal yang disenaraikan dalam jadual ciri mewakili pusat taburan yang dijangkakan, tetapi bahagian yang dibeli sebenarnya akan jatuh ke dalam bin tertentu mengikut kod pesanan.

5. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

5.1 Dimensi Mekanikal

Komponen menggunakan tapak pakej 5515, yang menandakan saiz badan kira-kira 5.5mm panjang dan 1.5mm lebar. Lukisan mekanikal terperinci (Seksyen 7) menentukan semua dimensi kritikal termasuk ketinggian keseluruhan, jarak kaki, saiz pad, dan toleransi. Lukisan ini adalah penting untuk pereka bentuk susun atur PCB untuk mencipta tapak yang betul dalam perisian CAD mereka.

5.2 Susun Atur Pad Pateri yang Disyorkan & Polarity

Section 8 provides a recommended land pattern (solder pad design) for the PCB. Using the recommended pad geometry ensures proper solder joint formation during reflow, good mechanical strength, and optimal thermal transfer from the LED's thermal pad to the PCB. The diagram also clearly indicates the polarity or pin-1 marking, which is critical for correct electrical connection of the red, green, and blue anodes and the common cathode (assuming a common-cathode configuration, which is typical for RGB LEDs).

5.3 Maklumat Pembungkusan

LED dibekalkan pada pita dan gegelung untuk pemasangan pick-and-place automatik. Seksyen 10 memperincikan spesifikasi pembungkusan, termasuk dimensi gegelung, lebar pita, jarak poket, dan orientasi. Maklumat ini adalah perlu untuk memprogram peralatan pemasangan dengan betul.

6. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

6.1 Profil Pateri Reflow

Seksyen 9 menentukan profil pateri reflow yang disyorkan. Ini adalah graf masa-suhu yang mentakrifkan bagaimana pemasangan PCB harus dipanaskan untuk mencairkan pes pateri dan membentuk sambungan yang boleh dipercayai tanpa merosakkan LED. Parameter utama termasuk cerun pemanasan awal, masa rendaman dan suhu, suhu puncak (tidak melebihi 260°C selama 30 saat, mengikut penarafan maksimum mutlak), dan kadar penyejukan. Mematuhi profil ini adalah penting untuk hasil dan kebolehpercayaan jangka panjang.

6.2 Langkah Berjaga-jaga Semasa Penggunaan

Seksyen 11 menyenaraikan langkah berjaga-jaga pengendalian dan penggunaan yang penting. Ini mungkin termasuk amaran tentang:

- Mengelakkan tekanan mekanikal pada kanta LED.

- Melindungi peranti daripada nyahcas elektrostatik (ESD) yang berlebihan semasa pengendalian, walaupun dengan penarafan 2kV.

- Memastikan PCB dan proses pemasangan bersih untuk mengelakkan pencemaran.

- Mengikuti garis panduan penurunan arus berdasarkan suhu operasi.

- Menggunakan kaedah pembatas arus yang sesuai (perintang atau pemacu) untuk mengelakkan arus berlebihan.

6.3 Kriteria Ujian Rintangan Sulfur

Seksyen 12 menyebut kriteria ujian sulfur. Persekitaran tertentu, terutamanya beberapa bahagian dalam automotif atau tetapan perindustrian, mungkin mengandungi gas sulfur yang boleh mengakis komponen LED berasaskan perak. Ujian ini mengesahkan ketegasan LED terhadap atmosfera mengakis sedemikian, yang merupakan sebahagian daripada kelayakan gred automotifnya.

7. Cadangan Aplikasi & Pertimbangan Reka Bentuk

7.1 Senario Aplikasi Biasa

Aplikasi Utama:Pencahayaan ambien dalaman automotif untuk panel pintu, ruang kaki, aksen papan pemuka, dan konsol tengah.

Aplikasi Sekunder:Lampu latar untuk butang, suis dan panel kawalan; pencahayaan hiasan dalam elektronik pengguna di mana kebolehpercayaan gred automotif dikehendaki.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

1. Litar Pemacu:Gunakan pemacu arus malar untuk konsistensi warna dan kawalan kecerahan yang optimum, terutamanya untuk pemudaran PWM. Jika menggunakan pembatas arus perintang mudah, kira perintang secara berasingan untuk setiap saluran warna kerana voltan hadapan mereka yang berbeza.

2. Pengurusan Terma:Nilai rintangan terma memerlukan reka bentuk PCB dengan pelega terma yang mencukupi. Gunakan via terma di bawah pad terma LED yang disambungkan ke satah bumi atau tuangan kuprum khusus untuk menyebarkan haba.

3. Pencampuran & Kawalan Warna:Untuk mencapai gamut warna yang luas (termasuk putih), kawalan modulasi lebar nadi (PWM) bebas bagi setiap saluran warna sangat disyorkan. Keamatan cahaya yang berbeza (Merah: 1120mcd, Hijau: 2800mcd, Biru: 450mcd) bermakna arus pemacu atau kitar tugas PWM untuk setiap saluran mesti dikalibrasi untuk mencapai titik putih atau keseimbangan warna yang dikehendaki.

4. Reka Bentuk Optik:Sudut pandangan 120° sesuai untuk pencahayaan kawasan luas yang meresap. Untuk cahaya yang lebih fokus, optik sekunder (kanta atau pandu cahaya) akan diperlukan. Bentuk faktor pandangan sisi direka untuk memancarkan cahaya selari dengan permukaan PCB, sesuai untuk pandu cahaya pencahayaan tepi.

8. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Walaupun PDF tidak membandingkan secara langsung dengan bahagian lain, pembeza utama komponen ini boleh disimpulkan:

- Kelayakan Automotif (AEC-Q102):Ini adalah pembeza yang ketara daripada LED gred komersial, melibatkan ujian ketat untuk kitaran suhu, kelembapan, operasi suhu tinggi, dan tekanan lain khusus untuk persekitaran automotif.

- Keamatan Cahaya Tinggi:Output hijau dan merah adalah sangat tinggi untuk arus pemacu 20mA, berpotensi mengurangkan bilangan LED yang diperlukan untuk tahap kecerahan tertentu.

- RGB Bersepadu dalam Pakej Pandangan Sisi:Menggabungkan tiga warna dalam pakej padat dan rendah sesuai untuk aplikasi lampu latar yang terhad ruang, menghapuskan keperluan untuk meletakkan tiga LED berasingan.

- Rintangan Kakisan & Sulfur:Memenuhi piawaian khusus untuk persekitaran keras, yang tidak dipenuhi oleh banyak LED piawai.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

Q: Bolehkah saya memacu LED ini dengan bekalan 5V?

A: Ya, tetapi anda mesti menggunakan perintang pembatas arus. Sebagai contoh, untuk LED biru (V_Ftip. 3.0V @20mA), nilai perintang akan menjadi R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ohm. Sentiasa gunakan V_Fmaksimum dari spesifikasi teknikal untuk reka bentuk yang teguh.

Q: Mengapakah arus maksimum berbeza untuk merah berbanding hijau/biru?

A: Ini disebabkan oleh perbezaan kecekapan bahan semikonduktor dan ciri terma. Cip merah (mungkin AlInGaP) biasanya boleh mengendalikan ketumpatan arus yang lebih tinggi daripada cip hijau/biru (mungkin InGaN) dalam kekangan terma pakej yang sama.

Q: Bagaimanakah saya mencipta cahaya putih dengan LED RGB ini?

A: Cahaya putih dicipta dengan mencampurkan tiga warna utama. Disebabkan keamatan cahaya yang berbeza, anda tidak boleh hanya memacu ketiga-tiganya pada arus yang sama. Anda mesti melaraskan keintensitian relatif setiap saluran (melalui nilai perintang yang berbeza atau kitar tugas PWM) untuk mencampur ke titik putih tertentu (contohnya, D65). Ini memerlukan kalibrasi.

Q: Apakah maksud MSL 3?

A: Tahap Kepekaan Kelembapan 3 bermaksud LED yang dibungkus boleh terdedah kepada keadaan lantai kilang (≤30°C/60% RH) sehingga 168 jam (7 hari) sebelum ia mesti dipateri. Jika melebihi, ia memerlukan pembakaran untuk mengeluarkan kelembapan yang diserap yang boleh menyebabkan "popcorning" (retak pakej) semasa pateri reflow.

10. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mereka bentuk jalur cahaya ambien panel pintu automotif menggunakan sepuluh LED 5515-RGB020AH-AM.

Langkah-langkah:

1. Susun Atur PCB:Letakkan LED dengan susun atur pad yang disyorkan. Sambungkan pad terma ke kawasan kuprum besar dengan pelbagai via terma ke satah bumi dalaman untuk penyingkiran haba. Pastikan kesan untuk tiga anod dan katod biasa bersaiz secukupnya.

2. Litar Pemacu:Pilih IC pemacu LED arus malar 3-saluran yang direka untuk kegunaan automotif. Tetapkan had arus pemacu kepada 20mA setiap saluran setiap LED. Memandangkan sepuluh LED adalah selari pada setiap saluran, pemacu mesti membekalkan 200mA setiap saluran warna. Sebagai alternatif, wayar LED secara bersiri untuk padanan arus yang lebih baik, tetapi ini memerlukan voltan bekalan yang lebih tinggi.

3. Analisis Terma:Kira penyebaran kuasa kes terburuk: (10 LED * (2.0V*0.02A untuk Merah)) + (10*(2.75V*0.02A untuk Hijau)) + (10*(3.0V*0.02A untuk Biru)) = 0.4W + 0.55W + 0.6W = 1.55W jumlah. Menggunakan rintangan terma, anggarkan kenaikan suhu dan pastikan ia kekal dalam had keluk penurunan untuk suhu ambien kabin yang dijangkakan (contohnya, 85°C).

4. Kawalan Warna:Gunakan mikropengawal untuk menjana isyarat PWM untuk input pemudaran IC pemacu. Program jadual carian untuk menghasilkan warna yang dikehendaki (contohnya, warna ambien khusus jenama). Kalibrasi nisbah PWM untuk merah, hijau dan biru dalam pemasangan akhir untuk mengambil kira variasi binning dan mencapai cahaya putih yang konsisten merentasi semua pintu.

11. Pengenalan Prinsip Operasi

LED (Diod Pemancar Cahaya) ialah peranti semikonduktor yang memancarkan cahaya apabila arus elektrik melaluinya. Fenomena ini dipanggil elektroluminesens. 5515-RGB020AH-AM mengandungi tiga cip semikonduktor berasingan (dadu) dalam satu pakej:

- Cipmerahbiasanya diperbuat daripada bahan Aluminium Indium Gallium Fosfida (AlInGaP).

- Ciphijaudanbirubiasanya diperbuat daripada bahan Indium Gallium Nitrida (InGaN).

Setiap cip mempunyai simpang p-n. Apabila voltan hadapan melebihi ambang ciri cip dikenakan, elektron dan lubang bergabung semula di simpang, membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Panjang gelombang khusus (warna) cahaya ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor. Cahaya kemudiannya dipancarkan melalui kanta epoksi acuan yang juga memberikan perlindungan mekanikal dan membentuk pancaran (sudut 120°). Ketiga-tiga cip berkongsi sambungan katod biasa untuk memudahkan litar luaran.

12. Trend Teknologi

Pembangunan LED seperti 5515-RGB020AH-AM didorong oleh beberapa trend jelas dalam industri:

1. Integrasi dan Pengecilan yang Meningkat:Menggabungkan pelbagai warna (RGB, RGBW) ke dalam pakej yang semakin kecil sambil mengekalkan atau meningkatkan output cahaya.

2. Kecekapan Lebih Tinggi (Lumen per Watt):Penambahbaikan berterusan dalam epitaksi semikonduktor dan reka bentuk cip membawa kepada lebih banyak output cahaya untuk input elektrik yang sama, mengurangkan penggunaan kuasa dan beban terma.

3. Kebolehpercayaan dan Ketegasan yang Dipertingkatkan:Piawaian yang lebih ketat untuk aplikasi automotif, perindustrian dan luar memacu penambahbaikan dalam bahan (contohnya, kanta yang lebih teguh, kemasan tahan kakisan) dan pembungkusan untuk menahan suhu, kelembapan dan kitaran terma yang lebih tinggi.

4. Kualiti dan Konsistensi Warna yang Diperbaiki:Toleransi binning yang lebih ketat dan pembangunan LED dengan ciri spektrum khusus untuk memenuhi keperluan indeks pembiakan warna (CRI) tinggi untuk pencahayaan premium.

5. Pencahayaan Pintar dan Bersambung:LED semakin direka untuk dipasangkan dengan pemacu bersepadu dan antara muka komunikasi (seperti I2C atau LIN dalam automotif) untuk kawalan warna dinamik dan boleh dialamatkan, bergerak melebihi pemudaran analog mudah.