Ficha Técnica do LED RGB SMD5050 - Dimensões 5.0x5.0x1.6mm - Tensão 2.2-3.4V - Potência 0.846W - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O SMD5050-RGB é um LED de cor total, de montagem em superfície e alto desempenho, projetado para aplicações que requerem mistura de cores vibrantes e operação confiável. Este dispositivo integra chips LED vermelho, verde e azul num único encapsulamento de 5.0mm x 5.0mm, permitindo a geração de um amplo espectro de cores através de modulação por largura de pulso (PWM) ou controlo de corrente analógico. As suas principais aplicações incluem iluminação decorativa, iluminação de destaque arquitetónico, retroiluminação para ecrãs, sinalização e eletrónica de consumo onde são desejados efeitos de cor dinâmicos.

A vantagem central deste LED reside no seu factor de forma compacto que aloja três emissores distintos, simplificando o design e montagem da PCB em comparação com o uso de três LEDs discretos separados. Oferece um típico ângulo de visão amplo de 120 graus, garantindo boa uniformidade de cor e visibilidade a partir de várias perspetivas. O encapsulamento é projetado para compatibilidade com processos padrão de montagem SMT (Tecnologia de Montagem em Superfície), incluindo soldadura por refluxo.

2. Parâmetros e Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos (Ta=25°C)

Os seguintes parâmetros definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida.

• Corrente Direta (IF):90 mA (contínua)
• Corrente de Pulso Direta (IFP):120 mA (Largura do pulso ≤10ms, Ciclo de trabalho ≤1/10)
• Dissipação de Potência (PD):846 mW
• Temperatura de Operação (Topr):-40°C a +80°C
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +80°C
• Temperatura de Junção (Tj):125°C
• Temperatura de Soldadura (Tsld):200°C ou 230°C durante 10 segundos (perfil de refluxo)

2.2 Características Eletro-Ópticas (Ta=25°C)

Estes parâmetros definem o desempenho típico em condições padrão de teste.

• Tensão Direta (Vermelho, VF_R):Típico 2.2V, Máximo 2.6V (a IF=60mA)
• Tensão Direta (Verde, VF_G):Típico 3.2V, Máximo 3.4V (a IF=60mA)
• Tensão Direta (Azul, VF_B):Típico 3.2V, Máximo 3.4V (a IF=60mA)
• Tensão Reversa (VR):5 V
• Corrente Reversa (IR):Máximo 10 µA
• Ângulo de Visão (2θ1/2):120 graus

2.3 Classificação por Comprimento de Onda

Os LEDs são classificados em lotes específicos de comprimento de onda para garantir consistência de cor numa aplicação. Os lotes de comprimento de onda dominante são os seguintes:

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

Esta classificação permite aos designers selecionar LEDs com coordenadas de cromaticidade precisas para aplicações que exigem pontos de cor específicos ou correspondência de cor rigorosa entre múltiplas unidades.

3. Curvas de Desempenho e Análise

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

A característica I-V é fundamental para o design do driver. O chip LED vermelho exibe uma tensão direta mais baixa (tipicamente ~2.2V) em comparação com os chips verde e azul (tipicamente ~3.2V), o que é consistente com os diferentes materiais semicondutores utilizados (por exemplo, AlInGaP para vermelho vs. InGaN para verde/azul). Esta disparidade exige um design de circuito cuidadoso, muitas vezes envolvendo resistores limitadores de corrente separados ou canais de corrente constante independentes para cada cor, a fim de alcançar brilho equilibrado e mistura de cores adequada. A curva mostra uma ativação abrupta, típica do comportamento de um díodo.

3.2 Potência Espectral Relativa vs. Temperatura de Junção

A saída espectral de um LED desloca-se com alterações na temperatura de junção. Geralmente, à medida que a temperatura de junção aumenta, o comprimento de onda dominante para LEDs baseados em InGaN (verde/azul) tende a deslocar-se para comprimentos de onda mais longos (desvio para o vermelho), enquanto a potência de saída óptica diminui. Para LEDs vermelhos baseados em AlInGaP, o comprimento de onda também pode deslocar-se e a eficiência cai. Este gráfico é crucial para aplicações que operam em temperaturas ambientes variáveis ou onde a gestão térmica é desafiadora, pois pode afetar a cor percebida e a saída de luz. Dissipadores de calor adequados e design térmico são essenciais para manter um desempenho de cor estável.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões e Desenho de Contorno

As dimensões do encapsulamento são 5.0mm (C) x 5.0mm (L) x 1.6mm (A). O desenho inclui tolerâncias críticas: dimensões .X têm uma tolerância de ±0.10mm, e dimensões .XX têm uma tolerância de ±0.05mm. O LED apresenta seis terminais (ânodo e cátodo para cada um dos três chips de cor).

4.2 Padrão Recomendado de PCB e Design de Estêncil

É fornecido um padrão recomendado de PCB (footprint) e um design de estêncil para pasta de solda, a fim de garantir a formação confiável de juntas de solda durante o refluxo. O footprint inclui padrões de alívio térmico e tamanhos de pistas apropriados para facilitar boa molhagem da solda e estabilidade mecânica. Aderir a este layout recomendado ajuda a prevenir tombamento, desalinhamento e juntas de solda insuficientes.

5. Diretrizes de Montagem, Manuseio e Aplicação

5.1 Sensibilidade à Umidade e Secagem

O encapsulamento SMD5050 é sensível à humidade (classificado MSL conforme IPC/JEDEC J-STD-020C). Se a bolsa de barreira de humidade original for aberta e os componentes forem expostos à humidade ambiente além dos limites especificados, a humidade absorvida pode vaporizar-se durante a soldadura por refluxo, potencialmente causando delaminação interna ou fissuração ("popcorning").

• Armazenamento:Armazene as bolsas não abertas a <30°C/<85% HR. Após abertura, armazene a <30°C/<60% HR e utilize dentro de 12 horas.
• Secagem:Se a exposição exceder os limites ou o cartão indicador de humidade mostrar humidade elevada, seque a 60°C durante 24 horas antes da soldadura. Não exceda 60°C. Utilize dentro de 1 hora após a secagem ou armazene num armário seco (<20% HR).

5.2 Proteção contra Descarga Eletrostática (ESD)

Os LEDs são dispositivos semicondutores suscetíveis a danos por ESD, particularmente as variedades verde, azul e branca (não aplicável aqui). A ESD pode causar falha imediata (catastrófica) ou dano latente, levando à redução da vida útil e degradação do desempenho.

• Precauções:Implemente um programa completo de controlo de ESD: use pulseiras aterradas, tapetes antiestáticos, ionizadores e pavimentos condutores. Manipule os LEDs apenas em estações de trabalho protegidas contra ESD.
• Embalagem:Use materiais condutivos ou dissipativos para transporte e armazenamento.

5.3 Recomendações de Design de Circuito

O circuito de acionamento adequado é crítico para o desempenho e longevidade.

• Limitação de Corrente:Utilize sempre um resistor limitador de corrente em série para cada canal de cor. Isto estabiliza a corrente contra variações na tensão de alimentação e na tensão direta (Vf) entre LEDs individuais.
• Tipo de Driver:Drivers de corrente constante são fortemente recomendados em vez de drivers de tensão constante para uma estabilidade ótima e para prevenir fuga térmica.
• Polaridade da Ligação:Verifique a polaridade ânodo/cátodo antes de aplicar energia. A ligação inversa pode danificar o LED.
• Sequenciamento de Energia:Ao ligar, conecte primeiro a saída do driver ao LED, depois aplique a energia de entrada ao driver para evitar transientes de tensão.

A ficha técnica ilustra duas configurações de circuito: uma com um único resistor por string paralela (menos ideal devido ao desequilíbrio de corrente se Vf variar) e outra com um resistor individual para cada LED (preferível para melhor controlo de corrente).

5.4 Precauções de Manuseio

Evite manusear diretamente a lente do LED com os dedos desprotegidos. Os óleos da pele podem contaminar a lente de silicone, causando degradação óptica e reduzindo a saída de luz. Utilize ferramentas de vácuo ou pinças limpas projetadas para manuseio de componentes. A força mecânica excessiva com pinças pode danificar as ligações por fio ou o chip semicondutor dentro do encapsulamento.

6. Informações de Pedido e Numeração de Modelo

O produto segue um sistema de codificação de número de peça específico: T5A003FA. Embora os detalhes completos de decodificação para cada segmento sejam fornecidos no documento (cobrindo código de fluxo, temperatura de cor, código interno, contagem de chips, código de lente e contorno do pacote), o identificador chave "5050" confirma o tamanho do encapsulamento, e "RGB" ou "F" indica o tipo de cor total (Vermelho, Verde, Azul).

7. Notas de Aplicação e Considerações de Design

7.1 Gestão Térmica

Embora a temperatura máxima de junção seja 125°C, operar a temperaturas mais baixas prolonga significativamente a vida útil e mantém a estabilidade da cor. Certifique-se de que a PCB tem área de cobre adequada para dispersão de calor. Para matrizes de alta potência ou alta densidade, considere usar PCBs com núcleo metálico (MCPCBs) ou arrefecimento ativo.

7.2 Mistura e Controle de Cores

Para alcançar um ponto de branco específico ou uma cor saturada, é necessário um controlo preciso da razão de corrente entre os canais vermelho, verde e azul. Isto é tipicamente feito através de dimmer PWM, que é mais eficaz para o controlo de cor do que o dimmer analógico, pois mantém a tensão direta ótima e as características de cor do LED. As diferentes tensões diretas exigem canais de driver separados ou valores de resistência cuidadosamente calculados para cada cor, se estiver a usar uma fonte de tensão comum com resistores.

7.3 Design Óptico

O ângulo de visão de 120 graus fornece um padrão de emissão amplo, semelhante a Lambertiano. Para aplicações que requerem luz direcionada, ópticas secundárias, como lentes ou refletores, podem ser montadas acima do LED. O material da lente de silicone é relativamente macio; deve-se ter cuidado para não riscá-lo durante a montagem.

8. Comparação e Diferenciação

Em comparação com o uso de três LEDs SMD separados (por exemplo, encapsulamento 3528), o SMD5050 RGB integrado oferece uma solução mais compacta, simplifica a montagem pick-and-place (um componente vs. três) e garante o alinhamento espacial preciso dos três pontos de cor, o que é crítico para uma boa mistura de cores a curtas distâncias. Em comparação com encapsulamentos RGB LED anteriores, o 5050 geralmente fornece maior saída de luz e melhor desempenho térmico devido à sua maior área de contacto.

9. Perguntas Frequentes (FAQs)

9.1 Posso acionar todas as três cores em paralelo com um único resistor?

Não, isto não é recomendado. As tensões diretas (Vf) dos chips vermelho, verde e azul são diferentes. Conectá-los em paralelo com um único resistor causará um grave desequilíbrio de corrente, com a maior parte da corrente a fluir através do canal com o Vf mais baixo (tipicamente o vermelho), levando a cores incorretas e potencial sobrecorrente em alguns chips.

9.2 Por que a secagem é necessária e posso usar uma temperatura mais alta para secar mais rápido?

A secagem remove a humidade absorvida para prevenir danos durante o refluxo. Não exceda 60°C. Temperaturas mais altas podem degradar os materiais internos (silicone, fósforos se presentes, adesivos) e a própria embalagem em fita e carretel.

9.3 Qual é a vida útil típica deste LED?

A vida útil do LED (frequentemente definida como L70 - tempo até 70% do fluxo luminoso inicial) é altamente dependente das condições de operação, principalmente da corrente de acionamento e da temperatura de junção. Operar na ou abaixo da corrente recomendada (60mA por chip) e manter uma baixa temperatura de junção através de um bom design térmico pode resultar em dezenas de milhares de horas de operação.

10. Exemplo de Aplicação Prática

Cenário: Design de uma fita LED de mudança de cor.

1. Layout:Múltiplos LEDs RGB SMD5050 são colocados ao longo de uma fita de PCB flexível com um espaçamento definido (por exemplo, 30 LEDs/metro).
2. Circuito:Os ânodos R, G e B de cada LED são conectados aos barramentos de alimentação comuns (Vcc_R, Vcc_G, Vcc_B) através de resistores limitadores de corrente individuais na fita. Os cátodos são conectados ao dreno de MOSFETs de canal N controlados por um microcontrolador.
3. Controlo:O microcontrolador gera sinais PWM para cada canal de cor de cada grupo de LED (frequentemente agrupados em segmentos de 3 LEDs para fitas endereçáveis como a WS2812B, que integra um chip controlador). Isto permite o controlo independente de cor e brilho para cada segmento.
4. Energia:É utilizada uma fonte de tensão constante de 5V ou 12V. A tensão e os valores dos resistores são escolhidos para fornecer os desejados 60mA por chip, considerando a queda de tensão ao longo da fita.
5. Montagem:A fita é montada usando processos SMT, seguindo as diretrizes de sensibilidade à humidade e ESD. Após a soldadura, é frequentemente aplicado um revestimento de silicone para impermeabilização.

11. Princípio de Funcionamento

Um LED é um díodo semicondutor de junção p-n. Quando uma tensão direta que excede o limiar do díodo é aplicada, os eletrões da região do tipo n recombinam-se com as lacunas da região do tipo p dentro da camada ativa. Esta recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida dos materiais semicondutores utilizados na região ativa. O SMD5050 RGB integra três dessas junções, feitas de diferentes sistemas de materiais (por exemplo, AlInGaP para vermelho, InGaN para verde e azul), num único encapsulamento. A luz de cada chip mistura-se externamente para produzir a cor percebida.

12. Tendências Tecnológicas

A tendência geral nos LEDs RGB é em direção a maior eficiência (mais lúmens por watt), melhor reprodução de cor (gama mais ampla) e maior fiabilidade. Há também um movimento em direção a uma classificação mais rigorosa de cor e fluxo para garantir consistência na produção em massa. A integração com eletrónica de controlo (por exemplo, criando "LEDs inteligentes" ou LEDs endereçáveis com ICs incorporados) está a tornar-se cada vez mais comum, simplificando o design do sistema para aplicações de iluminação dinâmica. Além disso, os avanços em materiais de encapsulamento visam fornecer melhor desempenho térmico e resistência a longo prazo a fatores ambientais como humidade e exposição a UV.