Folha de Dados do LED SMD RGB 5050 - 5.0x5.0x1.6mm - Vermelho/Verde/Azul - 150mA - Documento Técnico em Chinês

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações técnicas de um LED de alta performance em tecnologia de montagem em superfície (SMT) de cor total. O dispositivo integra chips semicondutores independentes de vermelho, verde e azul em um único encapsulamento 5050, sendo capaz de produzir um amplo espectro de cores através do princípio de mistura aditiva de cores. Seus principais objetivos de design são alcançar alta saída luminosa, amplo ângulo de visão e adequação para processos de montagem automatizados.

1.1 Características e Vantagens Principais

• Chip de Alta Luminosidade:Utiliza materiais semicondutores avançados (GaInAlP para luz vermelha, InGaN para luz verde e azul) para alcançar uma excelente saída de luz.
• Embalagem SMT:Embalagem SMT de plástico branco, projetada para ser compatível com processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho (IR), facilitando a montagem automatizada de PCB em grande volume.
• Controle de chip independente:Utiliza encapsulamento de moldura de fios de 6 pinos, permitindo acesso independente ao ânodo e cátodo de cada cor (vermelho, verde, azul). Isso possibilita o acionamento e controle preciso e independente de cada canal de cor, o que é crucial para calibração de cores e conexão em série de múltiplos LEDs.
• Ângulo de visão amplo:O design de encapsulamento alcança um ângulo de visão típico de 120 graus (2θ_1/2), garantindo boa visibilidade em uma ampla faixa de ângulos de visão.
• Conformidade Ambiental:产品为无铅（Pb-free）设计，符合欧盟REACH法规，并满足无卤标准（Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm）。产品本身符合RoHS指令。
• Confiabilidade:O pré-condicionamento é baseado no padrão JEDEC J-STD-020D Nível 3, indicando sua capacidade de resistir efetivamente ao estresse induzido por umidade durante o processo de soldagem.

1.2 Aplicações-Alvo

A combinação de alto brilho, capacidade de cores completas e formato SMT torna este LED adequado para uma variedade de aplicações que exigem iluminação vibrante e controlável.

• Equipamentos de Entretenimento e Jogos:Para iluminação decorativa, indicadores de status e efeitos de luz interativos.
• Painéis de Exibição de Informações:Para sinalização, painéis informativos e outros mostradores que necessitem de indicação multicolorida.
• Flash do dispositivo móvel:Com seu tamanho compacto e capacidade de cores, é adequado para uso como flash ou luz de preenchimento para câmeras de telefones celulares e câmeras digitais.
• Aplicação de tubo de luz:Suas características de amplo ângulo de visão e fonte pontual o tornam uma escolha ideal para acoplamento em guias de luz ou tubos de luz, utilizados em painéis de iluminação lateral ou sistemas de luz indicadora.

2. Especificações Técnicas e Análise Aprofundada

2.1 Valores Máximos Absolutos

Essas classificações definem os limites que podem causar danos permanentes ao dispositivo. A operação nessas condições não pode ser garantida.

• Corrente direta (I_F):Cada cor (vermelho, verde, azul) é de 150 mA. Esta é a máxima corrente contínua DC recomendada para operação confiável.
• Corrente de pico direta (I_FP):Cada cor é de 200 mA, permitido apenas em condições de pulso (ciclo de trabalho 1/10, frequência 1 kHz). Exceder brevemente a classificação contínua pode causar degradação do desempenho do chip.
• Dissipação de potência (P_d):Luz vermelha: 420 mW; Luz verde/azul: 555 mW. Este é o calor máximo que o encapsulamento pode dissipar a uma temperatura ambiente de 25°C. Um projeto térmico adequado da PCB é crucial para garantir que este limite não seja excedido durante a operação.
• Temperatura de junção (T_j):Máximo de 115°C. A temperatura do próprio chip semicondutor não deve exceder este valor.
• Temperatura de operação e armazenamento:-40°C a +85°C (operação), -40°C a +100°C (armazenamento).
• Temperatura de soldagem:Reflow: temperatura de pico 260°C, máximo 10 segundos. Solda manual: 350°C, máximo 3 segundos. Estes perfis de temperatura são cruciais para evitar rachaduras no encapsulamento ou danos aos fios de ligação internos.

2.2 Características Fotoelétricas (Ta=25°C)

Estes são parâmetros de desempenho típicos medidos sob condições de teste padrão (temperatura ambiente de 25°C, I_F=150mA para cada cor).

• Fluxo Luminoso (I_v):Saída total de luz visível.
  • Luz vermelha: valor típico de 25 lúmens (lm), faixa de 13.9-39.8 lm.
  • Luz verde: valor típico de 40 lm, faixa de 13.9-51.7 lm.
  • Luz azul: valor típico de 8.5 lm, faixa de 4.9-18.1 lm.
• Intensidade luminosa (I_v):Saída de luz em direção específica (candela). Os valores típicos são 7550 mcd (vermelho), 12100 mcd (verde) e 2550 mcd (azul).
• Ângulo de visão (2θ_1/2):Ângulo total típico de 120 graus (faixa de 110-130 graus). Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é pelo menos metade do valor de pico.
• Comprimento de onda dominante (λ_d):Cor percebida da luz.
  • Luz vermelha: valor típico de 622 nm (617-629 nm).
  • Luz verde: valor típico 525 nm (518-530 nm).
  • Luz azul: valor típico 457 nm (455-470 nm).
• Tensão direta (V_F):Queda de tensão nos terminais do LED sob corrente de teste.
  • Luz vermelha: valor típico 2.3V (1.8-2.8V).
  • Luz verde: valor típico 3.4V (2.7-3.7V).
  • Azul: Valor típico 3.2V (2.7-3.7V).
  Observe a diferença significativa entre as tensões do vermelho e do azul/verde, o que exige o projeto de circuitos limitadores de corrente independentes para cada canal.
• Corrente reversa (I_R):Máximo de 10 μA com polarização reversa de 5V. O LED não é projetado para operar com tensão reversa.

3. Descrição do Sistema de Classificação

Para garantir a consistência na produção em massa, os LEDs são classificados (binning) com base em parâmetros ópticos e elétricos críticos. Isso permite que os projetistas selecionem dispositivos que atendam aos requisitos de uniformidade de cor e brilho para aplicações específicas.

3.1 Classificação de Fluxo Luminoso

Os LEDs são classificados com base na sua saída luminosa medida a 150mA. As faixas de classificação para cada cor se sobrepõem para cobrir toda a faixa de especificação mínima-máxima.

• Vermelho (R):Classificação R1 a R4, cobrindo de 13.9 lm a 39.8 lm.
• Luz verde (G):Classificação G1 a G5, cobrindo de 13.9 lm a 51.7 lm.
• Luz azul (B):Subdivisões B1 a B5, cobrindo de 4.9 lm a 18.1 lm.

Os valores de fluxo luminoso dentro de cada subdivisão permitem uma tolerância de ±11%.

3.2 Classificação de Tensão Direta

Os LEDs são classificados de acordo com sua queda de tensão direta para auxiliar no projeto do circuito e na seleção da fonte de alimentação.

• Luz vermelha:Faixa única "1828", abrangendo de 1.8V a 2.8V.
• 绿光 & Luz azul:Faixa única "2737", abrangendo de 2.7V a 3.7V.

É permitida uma tolerância de ±0.1V.

3.3 Classificação de Comprimento de Onda Dominante

Para aplicações sensíveis à cor, esta é a classificação mais crítica, garantindo a consistência do tom.

• Luz vermelha:Classificação RA (617-621 nm), RB (621-625 nm), RC (625-629 nm).
• Luz verde:Classificação GA a GD (518-530 nm, com passos de aproximadamente 3 nm).
• Luz azul:Faixas BA a BE (455-470 nm, com incrementos de aproximadamente 3 nm).

É permitida uma tolerância de ±1 nm no comprimento de onda dominante.

4. Análise da Curva de Desempenho

4.1 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral típica mostra a intensidade relativa da luz emitida por cada chip em diferentes comprimentos de onda. O chip de luz vermelha emite luz em uma faixa estreita centrada em aproximadamente 622 nm. O chip de luz verde emite em cerca de 525 nm e o chip de luz azul em cerca de 457 nm. A pureza desses picos espectrais é crucial para alcançar cores saturadas. Esta curva deve ser comparada com a curva de resposta padrão do olho humano (V(λ)) para compreender o brilho percebido.

4.2 Padrão de Radiação

O diagrama de características de radiação ilustra a distribuição espacial da intensidade luminosa (intensidade relativa vs. ângulo). A curva confirma seu amplo padrão de emissão, semelhante a Lambert, com um ângulo de visão típico de 120 graus, intensidade bastante uniforme na região central e atenuação em direção às bordas.

4.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

A curva I-V do chip de luz azul (e de outros chips) mostra uma relação exponencial entre corrente e tensão. Abaixo da tensão de limiar (aproximadamente 2.7V para azul/verde, 1.8V para vermelho), quase nenhuma corrente flui. Após exceder esse limiar, a corrente aumenta rapidamente com um pequeno aumento na tensão. Esta característica exige o uso de um driver de corrente constante, e não de uma fonte de tensão constante, para evitar fuga térmica e garantir uma saída de luz estável.

4.4 Comprimento de Onda Dominante vs. Corrente Direta

Essas curvas para os chips vermelho, verde e azul mostram como a cor da emissão (comprimento de onda dominante) varia com a corrente de acionamento. Geralmente, à medida que a corrente aumenta, a temperatura da junção sobe, causando um leve deslocamento no comprimento de onda (para LEDs verdes/azuis baseados em InGaN, tipicamente para comprimentos de onda mais longos). Este efeito é crucial para aplicações que exigem estabilidade de cor precisa em diferentes níveis de brilho.

4.5 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva descreve a saída de luz (relativa a um valor de referência) como uma função da corrente de acionamento. É tipicamente linear em correntes mais baixas, mas pode apresentar saturação ou roll-off em correntes mais altas devido a efeitos térmicos e queda de eficiência. A curva revela o compromisso entre brilho e eficiência/calor.

4.6 Corrente Direta Máxima Permitida vs. Temperatura

Esta curva de derating é crucial para o gerenciamento térmico. Ela mostra a máxima corrente direta contínua segura em função da temperatura ambiente (ou do invólucro). À medida que a temperatura aumenta, a corrente máxima permitida diminui linearmente. Por exemplo, a 85°C, a corrente permitida é significativamente menor do que o valor nominal de 150mA a 25°C. Os projetistas devem usar este gráfico para garantir que o LED não seja superacionado nas condições operacionais da aplicação.

5. Informações mecânicas e de encapsulamento

5.1 Dimensões do encapsulamento

O LED utiliza o encapsulamento SMT padrão 5050. As dimensões-chave são as seguintes:

• Comprimento do encapsulamento: 5.0 mm
• Largura do encapsulamento: 5.0 mm
• Altura do encapsulamento (típica): 1.6 mm

A menos que especificado em contrário, a tolerância é de ±0.1 mm. O datasheet fornece desenhos dimensionais detalhados (vista superior, lateral e inferior) mostrando o layout dos terminais e as características mecânicas.

5.2 Arranjo dos Pinos e Identificação de Polaridade

Este encapsulamento possui seis terminais, dispostos em duas fileiras de três cada. Quando visto de cima, a numeração dos terminais geralmente segue no sentido anti-horário. Os diagramas do datasheet indicam claramente os terminais ânodo e cátodo para os chips vermelho, verde e azul. A correta identificação da polaridade é crucial para evitar a polarização reversa do LED durante a montagem. A vista inferior normalmente inclui uma marca de polaridade (como um chanfro ou ponto) para auxiliar na orientação no PCB.

6. Guia de Soldagem e Montagem

6.1 Parâmetros de Reflow

O perfil de temperatura recomendado para soldagem por refluxo infravermelho (IR) é um parâmetro de processo crítico.

• Temperatura de pico:Máximo de 260°C.
• Tempo acima da linha líquida (TAL):O tempo em que a junta de solda permanece acima do ponto de fusão deve ser controlado, geralmente recomenda-se manter por 10 segundos na temperatura de pico.
• Taxa de Aquecimento/Resfriamento:Recomenda-se controlar as taxas de aquecimento e resfriamento (por exemplo, 1-3°C/segundo) para minimizar o choque térmico no encapsulamento plástico e nos fios de ligação internos.

Devem ser observadas as precauções do nível de sensibilidade à umidade (MSL) JEDEC J-STD-020D Nível 3. Se o dispositivo for exposto ao ar ambiente por um período superior à sua vida útil na bancada especificada, ele deve ser pré-assado antes da soldagem por refluxo para evitar o fenômeno "popcorn" (rachadura do encapsulamento devido à rápida expansão do vapor de água).

6.2 Soldagem Manual

Se for necessária soldagem manual, deve-se ter cuidado extra:

• Limite a temperatura da ponta do ferro de soldar a no máximo 350°C.
• Limite o tempo de contato de cada pino a um máximo de 3 segundos.
• Use um dissipador de calor (por exemplo, uma pinça) no pino entre a junta de solda e o corpo do encapsulamento para evitar que calor excessivo seja transferido para o LED.

6.3 Condições de Armazenamento

Os dispositivos devem ser armazenados em sua bolsa anti-umidade original, com dessecante interno, em temperatura entre -40°C e +100°C, em ambiente não condensante. Uma vez que a bolsa selada é aberta, o tempo de exposição do dispositivo à umidade ambiente é limitado pelo seu nível MSL (Level 3).

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Especificações do Reel e da Fita de Transporte

Os LEDs são fornecidos em bobinas de fita porta-chips tipo embutido, adequadas para máquinas de montagem automática.

• Dimensões da fita porta-chips:Dimensões do bolso (Dimensão A): 5.70±0.10 mm, (Dimensão B): 5.38±0.10 mm, profundidade (Dimensão C): 1.60±0.10 mm.
• Dimensões do carretel:São fornecidas as dimensões padrão de carretel de 13 polegadas (330mm).
• Quantidade por bobina:A embalagem padrão é de 1000 unidades por bobina. A quantidade mínima de pedido pode ser de 250 ou 500 unidades por bobina.

7.2 Descrição do Rótulo

O rótulo da bobina contém o código que especifica a classificação dos LEDs nessa bobina:

• CAT:Nível de intensidade luminosa (com base na classificação do fluxo luminoso).
• HUE:Grau de comprimento de onda dominante (código de classificação por comprimento de onda).
• REF:Grau de tensão direta (código de classificação por tensão).
• Nº do Lote:Número de lote rastreável.
• P/N:Número completo do produto.
• QTY:Quantidade no carretel.

Consultar estes códigos no momento do pedido é crucial para garantir o recebimento de dispositivos com as características ópticas e elétricas específicas exigidas pela aplicação.

8. Considerações de Design de Aplicação

8.1 Design do Circuito de Acionamento

Devido à diferença na tensão direta dos chips de luz vermelha (∼2.3V) e verde/azul (∼3.4V), se for desejada uma distribuição uniforme de corrente, o uso de um único resistor limitador de corrente em uma conexão em série simples não é a solução ideal. O método recomendado é utilizar resistores limitadores de corrente independentes para cada canal de cor ou, preferencialmente, empregar um CI driver de LED dedicado de corrente constante com múltiplos canais. Isso garante que, independentemente de variações na tensão da fonte ou V_FIndependentemente da diferença de binning, é possível manter o brilho e a cor consistentes. A modulação por largura de pulso (PWM) é o método preferido para dimerização e mistura de cores, pois permite alterar o ciclo de trabalho mantendo uma corrente constante (e, portanto, um ponto de cor estável).

8.2 Gerenciamento Térmico

Cada LED pode consumir até 0,555W (verde/azul a 150mA). Quando vários LEDs são usados em uma única placa de circuito, o calor total gerado pode ser considerável. Um projeto térmico adequado é crucial:

• Layout do PCB:Utilize um PCB com área suficiente de folha de cobre (pads térmicos) e conecte-o aos pads térmicos (se disponíveis) ou terminais do LED para conduzir o calor.
• Vias térmicas:Dispor um conjunto de vias térmicas sob os pads do LED para transferir o calor para as camadas de terra internas ou para o verso da placa.
• Derating:Consulte sempre a curva de derating de corrente máxima versus temperatura. Em aplicações com temperaturas ambientes elevadas, a corrente de acionamento deve ser reduzida correspondentemente para garantir que a temperatura de junção permaneça abaixo de 115°C.

8.3 Optical Design

O amplo ângulo de visão de 120 graus é benéfico para iluminação geral, mas para aplicações que requerem um feixe focalizado, podem ser necessários elementos ópticos secundários (lentes, refletores). Para aplicações de tubos de luz guiada, sua pequena área emissora e amplo ângulo de visão favorecem o acoplamento eficiente. Ao projetar a mistura de cores, deve-se considerar a sobreposição espacial dos padrões de emissão de vermelho, verde e azul para alcançar uma cor mista uniforme na posição alvo.

9. Comparação Técnica e Diferenciação

Em comparação com encapsulamentos RGB LED anteriores ou LEDs monocromáticos discretos, este dispositivo oferece várias vantagens-chave:

• Grau de Integração:Três chips são integrados em um único encapsulamento SMT, economizando espaço na PCB e simplificando a montagem em comparação com o uso de três LEDs independentes.
• Controle Independente:O design de 6 pinos fornece acesso verdadeiramente independente de ânodo/cátodo para cada cor, oferecendo maior flexibilidade em comparação com LEDs RGB de 4 pinos de ânodo comum ou cátodo comum. Isso permite esquemas de acionamento mais complexos, como conexão em série para operação em tensões mais altas.
• Desempenho:A adoção de chips de "ultra-alto brilho" indica maior eficiência e saída de luz em comparação com produtos padrão de mesmo tamanho de encapsulamento.
• Conformidade:A conformidade total com regulamentações ambientais modernas (RoHS, REACH, livre de halogênio) é um requisito básico, mas é explicitamente confirmada aqui.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

10.1 Posso usar uma única fonte de alimentação de 5V e um resistor para acionar todas as três cores?

Não é a solução ideal. A tensão direta dos LEDs verde e azul (∼3.4V) deixa apenas ∼1.6V para o resistor limitador de corrente sob uma fonte de 5V, o que permite um controle de corrente estável. No entanto, o LED vermelho (∼2.3V) terá uma queda de tensão de ∼2.7V em seu resistor. Usar o mesmo valor de resistor para todas as três cores resultará em grandes diferenças nos níveis de corrente e brilho devido aos diferentes valores de V_FÉ necessário usar resistores independentes ou drivers de corrente constante.

10.2 Qual é a diferença entre fluxo luminoso (lm) e intensidade luminosa (mcd)?

O fluxo luminoso (lúmens) mede a quantidade total de luz visível emitida por uma fonte de luz em todas as direções. A intensidade luminosa (candelas) mede o quão brilhante uma fonte de luz parece em uma direção específica. Para LEDs de amplo ângulo de visão como este, o valor de intensidade é tipicamente o pico medido no eixo. O fluxo luminoso total reflete melhor a saída de luz geral para iluminação, enquanto a intensidade luminosa é relevante para indicadores visíveis de um ângulo específico.

10.3 Como usar este LED RGB para produzir luz branca?

A luz branca é produzida misturando luz vermelha, verde e azul com intensidades apropriadas. A proporção exata depende do alvo de cromaticidade específico (por exemplo, branco frio, branco quente) e das características espectrais dos LEDs individuais. Devido a diferenças na eficiência do chip e no binning, alcançar um ponto de branco consistente e de alta qualidade geralmente requer calibração individual dentro do sistema ou o uso de um sensor de cor para feedback. Isso é mais complexo do que usar um LED branco dedicado com fósforo.

10.4 Por que a temperatura máxima de junção é apenas 115°C?

O limite de temperatura de junção é determinado pelos materiais usados no chip LED, nos fios de ligação e no encapsulamento. O superaquecimento acelera os mecanismos de degradação do desempenho, reduz a saída luminosa (depreciação do fluxo luminoso) e pode levar a falhas catastróficas. Operar na temperatura máxima T_jou próxima da temperatura máxima T

reduzirá significativamente a vida útil do dispositivo. Um bom projeto térmico visa manter a temperatura de junção o mais baixa possível durante a operação.

11. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

11.1 Exemplo: Indicador de Status de Dispositivos Eletrônicos de Consumo

Em dispositivos de casa inteligente, um LED RGB 5050 pode fornecer vários códigos de status: vermelho indica erro, verde indica pronto, azul indica emparelhamento Bluetooth, amarelo (vermelho+verde) indica modo de espera, etc. O amplo ângulo de visão garante visibilidade de qualquer direção. Um microcontrolador simples com três pinos GPIO com funcionalidade PWM e três resistores limitadores de corrente (por exemplo, 15-20Ω ao acionar cerca de 20mA de uma fonte de 3.3V ou 5V) é suficiente para acionar esse LED. A baixa corrente prolonga a vida útil e minimiza o calor.

11.2 Exemplo: Retroiluminação para Pequenas Placas

Para a iluminação de borda de placas de acrílico, alguns desses LEDs podem ser posicionados ao longo da borda. Seu amplo ângulo de visão auxilia no acoplamento da luz no acrílico. Ao organizá-los em séries (por exemplo, todos os LEDs vermelhos em série, todos os verdes em série, todos os azuis em série), é possível utilizar drivers de maior tensão e menor corrente, aumentando a eficiência. O controle independente permite a programação dinâmica da cor da sinalização. O gerenciamento térmico envolve garantir que o acrílico ou o substrato de montagem possa dissipar o calor de toda a matriz de LEDs.

12. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio da eletroluminescência em materiais semicondutores. Quando a tensão direta aplicada à junção p-n excede a energia da banda proibida do chip, elétrons e lacunas se recombinam, liberando energia na forma de fótons (luz). A cor (comprimento de onda) da luz emitida é determinada pela energia da banda proibida do material semicondutor: luz vermelha (∼622 nm) utiliza material GaInAlP, luz verde (∼525 nm) e luz azul (∼457 nm) utilizam material InGaN. Três chips semicondutores independentes, feitos desses materiais diferentes, são montados dentro de um copo refletor e encapsulados em resina transparente ou difusora, formando o pacote completo do LED.

13. Tendências Tecnológicas