Ficha Técnica do LED RGB SMD 5515-RGB020AH-AM - 5.5x1.5mm - Vermelho/Verde/Azul - 20mA - Grau Automotivo

1. Visão Geral do Produto

O 5515-RGB020AH-AM é um componente LED SMD de alto desempenho que integra emissores vermelho, verde e azul (RGB) em um único encapsulamento de 5,5mm x 1,5mm. Foi especificamente projetado e qualificado para os exigentes ambientes eletrônicos automotivos. Suas principais vantagens incluem alta saída luminosa, amplo ângulo de visão de 120 graus e construção robusta que atende a rigorosos padrões de confiabilidade automotiva, como o AEC-Q102. O mercado-alvo principal são os sistemas de iluminação interior automotiva, incluindo iluminação ambiente, retroiluminação de interruptores e outras aplicações de iluminação decorativa ou funcional onde a mistura de cores e a confiabilidade são críticas.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho do LED é caracterizado em uma corrente de teste padrão de 20mA e uma temperatura do ponto de solda de 25°C. Os valores típicos de intensidade luminosa são 1120 milicandelas (mcd) para o chip vermelho, 2800 mcd para o verde e 450 mcd para o azul. Estes valores representam o brilho máximo alcançável em condições padrão. Os comprimentos de onda dominantes, que definem a cor percebida, são tipicamente 621nm para o vermelho, 527nm para o verde e 467nm para o azul. Todas as três cores compartilham um ângulo de visão (2φ) consistente e amplo de 120 graus, garantindo distribuição uniforme da luz. As tolerâncias de medição são de ±8% para intensidade luminosa e ±1nm para comprimento de onda dominante.

2.2 Parâmetros Elétricos e Térmicos

A tensão direta (V_F) a 20mA é tipicamente 2,00V para o vermelho, 2,75V para o verde e 3,00V para o azul. As especificações máximas de corrente direta contínua (I_F) diferem: 50mA para o vermelho e 30mA para o verde e o azul. Esta diferença deve-se principalmente às diferentes eficiências e características térmicas dos materiais semicondutores. As especificações máximas absolutas de dissipação de potência são 137,5mW (Vermelho), 105mW (Verde) e 112,5mW (Azul). O gerenciamento térmico é crucial; a resistência térmica junção-ponto de solda (R_thJS) é especificada com valores reais (medidos) e elétricos (calculados). Por exemplo, a resistência térmica real é de até 52 K/W para o vermelho e 85 K/W para o verde/azul, indicando a necessidade de um projeto térmico adequado da PCB para manter o desempenho e a longevidade.

2.3 Especificações Máximas Absolutas e Confiabilidade

O dispositivo é classificado para uma faixa de temperatura de operação de -40°C a +110°C, adequada ao ambiente severo dentro de um veículo. A temperatura máxima permitida da junção é 125°C. Possui proteção contra Descarga Eletrostática (ESD) classificada em 2kV (Modelo do Corpo Humano), essencial para o manuseio durante a fabricação. O produto está em conformidade com RoHS, REACH e regulamentos livres de halogênio (Br/Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Também atende à Classe de Robustez à Corrosão B1, indicando um grau de resistência a atmosferas corrosivas, e possui um Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) de 3.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos-chave vitais para o projeto do circuito e previsão de desempenho.

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

A curva I-V mostra a relação entre a corrente que flui através do LED e a tensão sobre ele. Cada cor tem uma curva distinta devido às diferentes bandgaps dos semicondutores. O LED vermelho tem a tensão direta mais baixa, seguido pelo verde e depois pelo azul. Os projetistas usam este gráfico para selecionar resistores limitadores de corrente apropriados ou configurações de driver de corrente constante para garantir que o LED opere dentro de sua faixa de tensão especificada para uma corrente desejada.

3.2 Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta

Este gráfico ilustra como a saída de luz muda com a corrente de acionamento. Tipicamente, a intensidade luminosa aumenta com a corrente, mas nem sempre de forma linear, especialmente em correntes mais altas onde a eficiência pode cair devido ao aquecimento. Esta informação é crítica para projetar circuitos de dimerização ou alcançar níveis de brilho específicos.

3.3 Gráficos de Dependência da Temperatura

Três gráficos-chave mostram a variação de desempenho com a temperatura da junção (T_j):

1. Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura da Junção:A saída de luz geralmente diminui à medida que a temperatura aumenta. A taxa de diminuição varia conforme a cor, afetando o equilíbrio de cores em aplicações RGB se as temperaturas não forem controladas.

2. Tensão Direta Relativa vs. Temperatura da Junção:A tensão direta tipicamente diminui com o aumento da temperatura. Esta característica pode ser usada para sensoriamento de temperatura, mas deve ser considerada em esquemas de acionamento por tensão constante.

3. Deslocamento do Comprimento de Onda Dominante vs. Temperatura da Junção:O comprimento de onda da cor emitida muda ligeiramente com a temperatura. Embora o deslocamento seja geralmente pequeno (alguns nanômetros na faixa de operação), pode ser importante para aplicações críticas em termos de cor.

3.4 Curvas de Derating da Corrente Direta

Curvas separadas para o vermelho e para o verde/azul mostram a corrente direta contínua máxima permitida em função da temperatura do ponto de solda (T_S). À medida que a temperatura da PCB aumenta, a corrente segura máxima diminui para evitar que a temperatura da junção exceda 125°C. Por exemplo, a corrente máxima do LED vermelho derrate de 50mA a 103°C para 35mA a 110°C. Estas curvas são essenciais para garantir operação confiável em aplicações reais com temperaturas ambientes variáveis.

3.5 Distribuição Espectral e Diagrama de Radiação

O gráfico de distribuição espectral relativa mostra a intensidade da luz emitida ao longo do espectro de comprimentos de onda para cada cor. Confirma a natureza de banda estreita dos LEDs, com picos em seus respectivos comprimentos de onda dominantes. O diagrama de radiação típico (não detalhado totalmente no excerto) representaria visualmente o ângulo de visão de 120 graus, mostrando como a intensidade cai em ângulos afastados do centro (perpendicular à superfície do LED).

4. Informações de Binning (Classificação)

A ficha técnica inclui uma seção dedicada para informações de binning. Na fabricação de LEDs, "binning" é o processo de classificação dos LEDs com base em parâmetros medidos como intensidade luminosa (brilho), tensão direta (V_F) e comprimento de onda dominante (cor). Isto é necessário devido a variações inerentes e menores no processo de produção de semicondutores. As tabelas de binning (referenciadas no índice) definem as faixas ou códigos específicos para cada bin de parâmetro. Para os projetistas, entender o binning é crucial para garantir consistência de cor e correspondência de desempenho elétrico ao usar múltiplos LEDs em uma única montagem, como em uma fita de luz ambiente. Os valores típicos listados na tabela de características representam o centro da distribuição esperada, mas as peças compradas reais cairão em bins específicos conforme o código de pedido.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões Mecânicas

O componente utiliza um encapsulamento 5515, que denota um tamanho de corpo de aproximadamente 5,5mm de comprimento e 1,5mm de largura. O desenho mecânico detalhado (Seção 7) especifica todas as dimensões críticas, incluindo altura total, espaçamento dos terminais, tamanhos das trilhas e tolerâncias. Este desenho é essencial para os projetistas de layout de PCB criarem o footprint correto em seu software CAD.

5.2 Layout Recomendado de Trilhas e Polaridade

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 Informações de Embalagem

Os LEDs são fornecidos em fita e carretel para montagem automatizada pick-and-place. A Seção 10 detalha as especificações de embalagem, incluindo dimensões do carretel, largura da fita, espaçamento dos compartimentos e orientação. Esta informação é necessária para programar corretamente o equipamento de montagem.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

A Seção 9 especifica o perfil de soldagem por refluxo recomendado. Este é um gráfico tempo-temperatura que define como a montagem da PCB deve ser aquecida para derreter a pasta de solda e formar conexões confiáveis sem danificar o LED. Parâmetros-chave incluem inclinação de pré-aquecimento, tempo e temperatura de imersão, temperatura de pico (não exceder 260°C por 30 segundos, conforme as especificações máximas absolutas) e taxa de resfriamento. Aderir a este perfil é vital para o rendimento e a confiabilidade de longo prazo.

6.2 Precauções de Uso

A Seção 11 lista precauções importantes de manuseio e uso. Estas provavelmente incluem avisos sobre:

- Evitar tensão mecânica na lente do LED.

- Proteger o dispositivo de descarga eletrostática excessiva (ESD) durante o manuseio, apesar de sua classificação de 2kV.

- Garantir que a PCB e o processo de montagem estejam limpos para evitar contaminação.

- Seguir as diretrizes de derating de corrente com base na temperatura de operação.

- Usar métodos de limitação de corrente apropriados (resistores ou drivers) para evitar sobrecorrente.

6.3 Critérios de Teste de Resistência ao Enxofre

A Seção 12 menciona critérios de teste de enxofre. Certos ambientes, especialmente alguns interiores automotivos ou configurações industriais, podem conter gases sulfurosos que podem corroer componentes de LED à base de prata. Este teste verifica a robustez do LED contra tais atmosferas corrosivas, o que faz parte de sua qualificação de grau automotivo.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Aplicação Principal:Iluminação ambiente interior automotiva para painéis de porta, poços de pé, destaques do painel de instrumentos e consoles centrais.

Aplicações Secundárias:Retroiluminação para botões, interruptores e painéis de controle; iluminação decorativa em eletrônicos de consumo onde se deseja confiabilidade de grau automotivo.

7.2 Considerações Críticas de Projeto

1. Circuito de Acionamento:Use drivers de corrente constante para consistência de cor e controle de brilho ideais, especialmente para dimerização PWM. Se usar limitação de corrente por resistor simples, calcule os resistores separadamente para cada canal de cor devido às suas diferentes tensões diretas.

2. Gerenciamento Térmico:Os valores de resistência térmica exigem um projeto de PCB com alívio térmico adequado. Use vias térmicas sob o ponto térmico do LED conectadas a um plano de terra ou a uma área de cobre dedicada para dissipar calor.

3. Mistura e Controle de Cores:Para alcançar uma ampla gama de cores (incluindo branco), o controle independente por modulação por largura de pulso (PWM) de cada canal de cor é altamente recomendado. As diferentes intensidades luminosas (Vermelho: 1120mcd, Verde: 2800mcd, Azul: 450mcd) significam que a corrente de acionamento ou o ciclo de trabalho PWM para cada canal deve ser calibrado para alcançar um ponto de branco ou equilíbrio de cor desejado.

4. Projeto Óptico:O ângulo de visão de 120° é adequado para iluminação difusa e de área ampla. Para luz mais focada, ópticas secundárias (lentes ou guias de luz) seriam necessárias. O fator de forma side-view é projetado para emitir luz paralela à superfície da PCB, ideal para guias de luz de iluminação de borda.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora o PDF não compare diretamente com outras peças, os principais diferenciadores deste componente podem ser inferidos:

- Qualificação Automotiva (AEC-Q102):Este é um diferenciador significativo em relação aos LEDs de grau comercial, envolvendo testes rigorosos para ciclagem térmica, umidade, operação em alta temperatura e outros estressores específicos de ambientes automotivos.

- Alta Intensidade Luminosa:As saídas verde e vermelha são particularmente altas para uma corrente de acionamento de 20mA, potencialmente reduzindo o número de LEDs necessários para um determinado nível de brilho.

- RGB Integrado em Encapsulamento Side-View:Combina três cores em um encapsulamento compacto e de baixo perfil, adequado para aplicações de retroiluminação com espaço restrito, eliminando a necessidade de colocar três LEDs separados.

- Resistência à Corrosão e Enxofre:Atende a padrões específicos para ambientes severos, o que muitos LEDs padrão não fazem.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED com uma fonte de 5V?

R: Sim, mas você deve usar resistores limitadores de corrente. Por exemplo, para o LED azul (V_Ftip. 3,0V @20mA), o valor do resistor seria R = (5V - 3,0V) / 0,020A = 100 Ohms. Sempre use o V_Fmáximo da ficha técnica para um projeto robusto.

P: Por que as correntes máximas são diferentes para o vermelho vs. verde/azul?

R: Isto se deve às diferenças na eficiência do material semicondutor e nas características térmicas. O chip vermelho (provavelmente AlInGaP) pode tipicamente suportar densidades de corrente mais altas do que os chips verde/azul (provavelmente InGaN) dentro das mesmas restrições térmicas do encapsulamento.

P: Como crio luz branca com este LED RGB?

R: A luz branca é criada misturando as três cores primárias. Devido às diferentes intensidades luminosas, você não pode simplesmente acionar todas as três na mesma corrente. Você deve ajustar a intensidade relativa de cada canal (via diferentes valores de resistor ou ciclos de trabalho PWM) para misturar para um ponto de branco específico (ex.: D65). Isto requer calibração.

P: Qual é o significado do MSL 3?

R: Nível de Sensibilidade à Umidade 3 significa que os LEDs embalados podem ser expostos às condições do chão de fábrica (≤30°C/60% UR) por até 168 horas (7 dias) antes de serem soldados. Se excedido, eles requerem secagem para remover a umidade absorvida que poderia causar "pipocamento" (rachadura do encapsulamento) durante a soldagem por refluxo.

10. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Projetando uma fita de luz ambiente para painel de porta automotivo usando dez LEDs 5515-RGB020AH-AM.

Passos:

1. Layout da PCB:Posicione os LEDs com o layout de trilhas recomendado. Conecte o ponto térmico a uma grande área de cobre com múltiplas vias térmicas para um plano de terra interno para dissipação de calor. Certifique-se de que os traços para os três ânodos e o cátodo comum tenham tamanho adequado.

2. Circuito de Acionamento:Selecione um CI driver de LED de corrente constante de 3 canais projetado para uso automotivo. Defina o limite de corrente do driver para 20mA por canal por LED. Como dez LEDs estão em paralelo em cada canal, o driver deve fornecer 200mA por canal de cor. Alternativamente, ligue os LEDs em série para melhor correspondência de corrente, mas isso requer uma tensão de alimentação mais alta.

3. Análise Térmica:Calcule a dissipação de potência no pior caso: (10 LEDs * (2,0V*0,02A para Vermelho)) + (10*(2,75V*0,02A para Verde)) + (10*(3,0V*0,02A para Azul)) = 0,4W + 0,55W + 0,6W = 1,55W total. Usando a resistência térmica, estime o aumento de temperatura e garanta que ele permaneça dentro dos limites da curva de derating para a temperatura ambiente esperada na cabine (ex.: 85°C).

4. Controle de Cor:Use um microcontrolador para gerar sinais PWM para as entradas de dimerização do driver IC. Programe tabelas de consulta para produzir cores desejadas (ex.: cores ambiente específicas da marca). Calibre as proporções PWM para vermelho, verde e azul na montagem final para contabilizar variações de binning e alcançar luz branca consistente em todas as portas.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um LED (Diodo Emissor de Luz) é um dispositivo semicondutor que emite luz quando uma corrente elétrica passa por ele. Este fenômeno é chamado de eletroluminescência. O 5515-RGB020AH-AM contém três chips semicondutores separados (dados) dentro de um único encapsulamento:

- Ochip vermelhoé tipicamente feito de material Fosfeto de Alumínio Índio Gálio (AlInGaP).

- Oschips verdeeazulsão tipicamente feitos de material Nitreto de Gálio Índio (InGaN).

Cada chip tem uma junção p-n. Quando uma tensão direta que excede o limiar característico do chip é aplicada, elétrons e lacunas se recombinam na junção, liberando energia na forma de fótons (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz é determinado pela energia da bandgap do material semicondutor. A luz é então emitida através de uma lente de epóxi moldada que também fornece proteção mecânica e molda o feixe (ângulo de 120°). Os três chips compartilham uma conexão de cátodo comum para simplificar o circuito externo.

12. Tendências Tecnológicas

O desenvolvimento de LEDs como o 5515-RGB020AH-AM é impulsionado por várias tendências claras na indústria:

1. Maior Integração e Miniaturização:Combinar múltiplas cores (RGB, RGBW) em encapsulamentos cada vez menores enquanto mantém ou aumenta a saída de luz.

2. Maior Eficiência (Lúmens por Watt):Melhorias contínuas na epitaxia de semicondutores e no projeto de chips levam a mais saída de luz para a mesma entrada elétrica, reduzindo o consumo de energia e a carga térmica.

3. Confiabilidade e Robustez Aprimoradas:Padrões mais rigorosos para aplicações automotivas, industriais e externas impulsionam melhorias em materiais (ex.: lentes mais robustas, acabamentos resistentes à corrosão) e encapsulamento para suportar temperaturas, umidade e ciclagem térmica mais altas.

4. Qualidade e Consistência de Cor Melhoradas:Tolerâncias de binning mais apertadas e o desenvolvimento de LEDs com características espectrais específicas para atender aos requisitos de alto índice de reprodução de cor (IRC) para iluminação premium.

5. Iluminação Inteligente e Conectada:Os LEDs são cada vez mais projetados para serem emparelhados com drivers integrados e interfaces de comunicação (como I2C ou LIN no automotivo) para controle de cor dinâmico e endereçável, indo além da simples dimerização analógica.