Ficha Técnica LED SMD 5050 RGBW - 5.0x5.0x1.6mm - Vermelho 2.6V/Verde 3.8V/Azul 3.8V/Branco 3.6V - 0.2W por Chip - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um pacote LED compacto, de montagem em superfície e baixa potência, no formato 5050. O dispositivo integra quatro chips semicondutores individuais dentro de um único encapsulamento de resina branca: Vermelho (R), Verde (G), Azul (B) e Branco (W). Esta configuração multi-chip permite a geração de um amplo espectro de cores, incluindo luz branca pura proveniente do chip branco dedicado e cores mistas a partir da combinação RGB. O encapsulamento é projetado com um "lead frame" de 8 pinos, fornecendo acesso elétrico individual a cada chip para controle independente.

As principais vantagens deste LED incluem sua alta eficácia luminosa, baixo consumo de energia e um amplo ângulo de visão de 120 graus. Seu fator de forma compacto SMD o torna adequado para processos de montagem automatizados, como soldagem por refluxo IR. O produto está em conformidade com os principais padrões ambientais e de segurança, incluindo RoHS, REACH da UE e requisitos livres de halogênio (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

As aplicações-alvo são diversas, aproveitando sua capacidade de mistura de cores e propriedades de iluminação geral. Os usos principais incluem iluminação decorativa e de entretenimento em geral, indicadores de status, retroiluminação ou iluminação para interruptores e painéis, e outras aplicações onde são necessárias fontes de luz compactas e multicoloridas.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Todas as classificações são especificadas a uma temperatura do ponto de soldagem (T_Soldagem) de 25°C. Exceder esses limites pode causar danos permanentes.

• Tensão Reversa (V_R):Máximo de 5V para todos os chips (R, G, B, W). Aplicar uma tensão reversa mais alta pode causar ruptura da junção.
• Corrente Direta Contínua (I_F):Os chips Vermelho e Branco são classificados para 200mA. Os chips Verde e Azul são classificados para 180mA. Estes são limites de corrente CC.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):Para operação pulsada com um ciclo de trabalho de 1/10 e largura de pulso de 10ms. Vermelho/Branco: 400mA. Verde/Azul: 360mA.
• Dissipação de Potência (P_d):A perda de potência máxima permitida por chip. R: 520mW, G/B: 684mW, W: 720mW. Isto é crítico para o gerenciamento térmico.
• Faixas de Temperatura:Operação: -40°C a +85°C. Armazenamento: -40°C a +100°C. Temperatura Máxima da Junção (T_j): 110°C.
• Resistência Térmica (R_{th J-S}):Junção ao ponto de soldagem. R: 60°C/W, G: 110°C/W, B: 75°C/W, W: 75°C/W. Valores mais baixos indicam melhor transferência de calor do chip para a placa.
• Temperatura de Soldagem:Refluxo IR: Pico de 260°C por no máximo 10 segundos. Soldagem Manual: 350°C por no máximo 3 segundos.

2.2 Características Eletro-Ópticas

O desempenho típico é medido em T_Soldagem=25°C e I_F=100mA, salvo indicação em contrário.

• Intensidade Luminosa (I_v):Medida em milicandelas (mcd). Valores típicos: R: 5000 mcd, G: 11000 mcd, B: 3000 mcd, W: 10000 mcd. Valores mínimos também são especificados. A tolerância é de ±11%.
• Tensão Direta (V_F):A queda de tensão no LED a 100mA. Típico/Máx: R: 2.10V/2.60V, G: 3.00V/3.80V, B: 3.10V/3.80V, W: 2.90V/3.60V. A tolerância é de ±0.1V. Este parâmetro é crucial para o projeto do driver.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):120 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é metade da intensidade de pico (no eixo).
• Comprimento de Onda Dominante (λ_p):O pico de comprimento de onda da luz emitida. R: 619-629nm, G: 520-535nm, B: 460-475nm. A tolerância é de ±1nm. A cor do LED branco é descrita como "Amarelada".
• Corrente Reversa (I_R):Corrente de fuga máxima de 10µA em V_R= -5V para todos os chips.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir a consistência de cor e brilho, os LEDs são classificados em bins com base no desempenho medido.

3.1 Binning de Intensidade Luminosa

Os LEDs são agrupados por sua intensidade luminosa medida em I_F=100mA. Cada bin possui um código (ex.: CB, DA, EA) definindo uma faixa de intensidade mín./máx. em mcd.

• Vermelho (R):Bins CB (3550-4500 mcd), DA (4500-5600 mcd), DB (5600-7100 mcd).
• Verde (G):Bins EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd).
• Azul (B):Bins BA (1800-2240 mcd), BB (2240-2800 mcd), CA (2800-3550 mcd), CB (3550-4500 mcd).
• Branco (W):Bins DB (5600-7100 mcd), EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd), FB (14000-18000 mcd).

3.2 Binning de Comprimento de Onda Dominante

Os LEDs também são classificados pelo pico de comprimento de onda da luz emitida para controlar o matiz da cor.

• Vermelho (R):Bins RB (619-624 nm), RC (624-629 nm).
• Verde (G):Bins G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm).
• Azul (B):Bins B3 (460-465 nm), B4 (465-470 nm), B5 (470-475 nm).

3.3 Binning de Coordenadas de Cromaticidade (LED Branco)

Para o LED branco, a cor é definida com precisão usando coordenadas de cromaticidade (x, y) no diagrama CIE 1931. A ficha técnica fornece uma tabela detalhada de códigos de bin (ex.: A11, A12, A21) com suas respectivas áreas quadriláteras definidas por quatro conjuntos de coordenadas (x,y). A tolerância para essas coordenadas é de ±0.01. Este sistema garante um controle rigoroso sobre o ponto de branco (ex.: branco frio, branco neutro, branco quente) da luz emitida.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui curvas características típicas, que são essenciais para entender o comportamento do dispositivo em diferentes condições de operação.

4.1 Distribuição Espectral

Uma curva típica de distribuição espectral é mostrada, plotando a intensidade relativa em função do comprimento de onda. Esta curva representa visualmente a composição da saída de luz. Para os chips RGB, ela mostra picos estreitos em seus comprimentos de onda dominantes. Para o LED branco (tipicamente um chip azul com revestimento de fósforo), a curva mostra um pico amplo da luz convertida pelo fósforo, combinado com um pico azul menor do LED de bombeamento. A curva de resposta padrão do olho humano (V(λ)) também é referenciada para cálculos fotométricos.

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

Curvas separadas para os chips R, G, B e W mostram a relação entre a corrente direta (I_F) e a tensão direta (V_F) a 25°C. Essas curvas são de natureza exponencial. Elas são críticas para projetar circuitos limitadores de corrente ou drivers de corrente constante. As curvas confirmam que, em uma corrente de operação típica de 100mA, o V_Festá alinhado com os valores típicos declarados na tabela elétrica.

4.3 Comprimento de Onda vs. Corrente Direta

Essas curvas ilustram como o comprimento de onda dominante (cor) de cada chip se desloca com o aumento da corrente direta. Geralmente, o comprimento de onda pode aumentar ligeiramente com a corrente devido ao aquecimento da junção e outros efeitos. Esta é uma consideração importante para aplicações que requerem estabilidade de cor precisa em uma faixa de níveis de brilho.

4.4 Intensidade Relativa vs. Corrente Direta

Esses gráficos mostram como a saída de luz (intensidade luminosa relativa para G/W, intensidade radiométrica relativa para R/B) aumenta com a corrente direta. A relação é geralmente linear em correntes mais baixas, mas pode saturar em correntes mais altas devido ao "droop" térmico e de eficiência. Esses dados são usados para determinar a corrente de acionamento ideal para um nível de brilho desejado.

4.5 Corrente Direta Máxima Permitida vs. Temperatura

Esta curva de derating é uma das mais importantes para a confiabilidade. Ela mostra como a corrente direta contínua máxima permitida deve ser reduzida à medida que a temperatura ambiente (ou do ponto de soldagem) aumenta. Por exemplo, a 85°C, a corrente permitida será significativamente menor do que a classificação a 25°C. Operar acima desta curva corre o risco de exceder a temperatura máxima da junção, levando à depreciação acelerada do lúmen e à redução significativa da vida útil do LED.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O LED é sensível à descarga eletrostática (ESD) e deve ser manuseado com as devidas precauções. Os métodos de soldagem recomendados são:

• Soldagem por Refluxo IR:Este é o método preferencial para montagem SMD. A temperatura de pico máxima não deve exceder 260°C, e o tempo acima de 260°C deve ser limitado a 10 segundos. Um perfil de refluxo padrão sem chumbo é adequado.
• Soldagem Manual:Se necessário, a soldagem manual pode ser realizada com uma temperatura da ponta do ferro não superior a 350°C. O tempo de contato por terminal deve ser limitado a 3 segundos para evitar danos térmicos ao encapsulamento e às ligações dos fios.

Deve-se tomar cuidado para evitar tensão mecânica no encapsulamento durante e após a soldagem. A faixa de temperatura de armazenamento é de -40°C a +100°C.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Cada chip (R, G, B, W) requer seu próprio circuito limitador de corrente devido às suas diferentes características de tensão direta. Um driver de corrente constante é altamente recomendado em vez de um simples resistor em série para melhor consistência de brilho e estabilidade de cor, especialmente quando operado a partir de uma fonte de tensão variável, como uma bateria. Para mistura de cores RGB, a modulação por largura de pulso (PWM) é o método padrão para controle de intensidade, pois mantém uma tensão e corrente direta constantes, preservando assim a cromaticidade de cada cor primária.

6.2 Gerenciamento Térmico

A dissipação de calor eficaz é crucial para o desempenho e a longevidade. Os valores de resistência térmica (R_{th J-S}) indicam a facilidade com que o calor flui do chip para a PCB. Os projetistas devem garantir que a PCB tenha área de cobre adequada ("thermal pads" ou vias para camadas internas) para dissipar o calor total gerado (soma de I_F* V_Fpara todos os chips ativos). Operar próximo ou nas classificações de corrente máxima sem o resfriamento adequado levará a altas temperaturas de junção, causando queda na saída de luz (depreciação do lúmen) e encurtando significativamente a vida operacional do LED.

6.3 Projeto Óptico

O amplo ângulo de visão de 120 graus torna este LED adequado para aplicações que requerem iluminação difusa e ampla. Para luz mais direcionada, ópticas secundárias (lentes) podem ser necessárias. Ao projetar para mistura de cores, a proximidade física dos quatro chips dentro do encapsulamento 5050 garante uma boa mistura espacial de cores à distância, mas para visualização muito próxima, pontos coloridos individuais podem ser discerníveis.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Este LED 5050 RGBW se diferencia por integrar quatro emissores distintos em uma pegada muito compacta e padrão do setor de 5.0mm x 5.0mm. Em comparação com o uso de quatro LEDs 5050 monocromáticos separados, este pacote integrado economiza espaço na PCB e simplifica a montagem "pick-and-place". A inclusão de um chip branco dedicado, além dos chips RGB, fornece uma fonte de luz branca de alta qualidade sem a necessidade de mistura de cores, o que às vezes pode resultar em menor eficácia ou problemas de reprodução de cores. A configuração individual de 8 pinos oferece máxima flexibilidade de controle, permitindo que cada cor seja acionada de forma independente ou em qualquer combinação.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar todos os quatro chips (RGBW) em paralelo a partir de uma única fonte de tensão constante com um resistor em série?

R: Não recomendado. As tensões diretas (V_F) diferem significativamente (ex.: Vermelho ~2.1V, Azul ~3.1V). Conectá-los em paralelo causaria um grave desequilíbrio de corrente, com o chip vermelho consumindo a maior parte da corrente, potencialmente excedendo sua classificação, enquanto os outros permanecem fracos ou apagados. Cada canal de cor requer controle de corrente separado.

P: Qual é a diferença entre intensidade luminosa (mcd) e potência (mW) nas classificações?

R: Intensidade luminosa (medida em candela ou milicandela) é o brilho percebido da luz como visto pelo olho humano, ponderado pela curva de sensibilidade do olho. Dissipação de potência (em miliwatts) é a potência elétrica convertida em calor (I_F*V_F) na junção do LED. Uma parte da potência de entrada é convertida em luz (potência radiante), mas a ficha técnica especifica o calor máximo que deve ser gerenciado.

P: Como interpreto os bins de coordenadas de cromaticidade para o LED branco?

R: Cada bin (ex.: A11) define uma pequena área quadrilátera no gráfico de cores CIE. Os quatro pares de coordenadas (x,y) são os cantos dessa área. LEDs cuja cor medida cai dentro deste quadrilátero recebem esse código de bin. Isso garante que todos os LEDs de um lote tenham um ponto de branco quase idêntico.

P: Por que a corrente direta de pico (I_FP) é maior que a corrente contínua (I_F)?

R: A junção semicondutora pode suportar pulsos de corrente mais altos por durações muito curtas (10ms neste caso) porque o calor gerado não tem tempo para elevar a temperatura da junção a um nível crítico. Isso é útil para dimerização PWM ou para criar flashes breves e brilhantes.

9. Caso Prático de Projeto e Uso

Cenário: Projetando uma luz de ambiente com mudança de cor.

Um projetista seleciona este LED para uma luminária de mesa alimentada por USB. Ele usa um microcontrolador com quatro canais PWM para controlar independentemente as correntes R, G, B e W. O LED branco fornece um modo de luz de leitura pura. Os LEDs RGB são misturados para criar milhões de cores para iluminação ambiente. O projeto utiliza um CI driver de LED de corrente constante capaz de fornecer até 200mA por canal. A PCB inclui um grande plano de terra conectado ao "thermal pad" do LED por meio de múltiplas vias para atuar como dissipador de calor. O firmware implementa algoritmos de transição de cor e inclui lógica de gerenciamento térmico que reduz a corrente de acionamento máxima se o sensor de temperatura do microcontrolador (colocado próximo ao LED na PCB) ler acima de 70°C, garantindo que o LED opere dentro de sua curva de derating de temperatura segura.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

A emissão de luz é baseada na eletroluminescência em materiais semicondutores. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n do LED, elétrons e lacunas se recombinam, liberando energia na forma de fótons (luz). A cor (comprimento de onda) da luz é determinada pela energia da banda proibida do material semicondutor. O chip Vermelho usa AlInGaP (Fosfeto de Alumínio Índio Gálio). Os chips Verde e Azul usam InGaN (Nitreto de Índio Gálio) com diferentes proporções de índio/gálio para ajustar a banda proibida. O LED Branco normalmente usa um chip Azul InGaN revestido com um fósforo amarelo (ou multicolor). A luz azul do chip excita o fósforo, que então emite um amplo espectro de comprimentos de onda mais longos (amarelo, vermelho), combinando-se com a luz azul remanescente para produzir luz branca. A descrição "Amarelada" sugere uma temperatura de cor correlacionada (CCT) no lado mais quente do espectro branco.

11. Tendências e Contexto Tecnológico

Pacotes multi-chip integrados como este 5050 RGBW representam uma tendência em direção a maior densidade funcional e projeto de sistema simplificado na iluminação LED. A mudança para ângulos de visão mais amplos (como 120 graus) atende a aplicações que requerem iluminação uniforme e sem ofuscamento, em vez de holofotes focados. Há um impulso contínuo da indústria por maior eficácia luminosa (mais saída de luz por watt elétrico) e melhor reprodução de cores, especialmente para o componente branco. Além disso, tolerâncias de binning mais rigorosas, como evidenciado pelas tabelas detalhadas de coordenadas de cromaticidade, refletem a demanda do mercado por consistência de cor superior em aplicações de LED monocromático e branco, o que é crítico em luminárias e displays multi-LED.