Техническая спецификация SMD светодиода 5050 Full Color - 5.0x5.0x1.6 мм - Красный/Зеленый/Синий - 150 мА - Техническая документация на китайском языке

1. Обзор продукта

В данном документе подробно излагаются технические характеристики высокопроизводительного полноцветного светодиода (LED) для поверхностного монтажа (SMT). Устройство объединяет независимые красный, зеленый и синий полупроводниковые кристаллы в едином корпусе 5050, что позволяет получать широкий цветовой спектр благодаря принципу аддитивного смешения цветов. Основные цели проектирования — достижение высокой светоотдачи, широкого угла обзора и пригодности для процессов автоматизированной сборки.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Высокояркостные кристаллы:Используются передовые полупроводниковые материалы (GaInAlP для красного света, InGaN для зеленого и синего) для достижения превосходной световой отдачи.
• SMT корпус:Белый пластиковый SMT корпус, предназначенный для совместимости со стандартным процессом инфракрасной (IR) пайки оплавлением, что облегчает крупносерийную автоматизированную сборку на PCB.
• Независимое управление микросхемой:Используется корпус с 6-выводной рамкой выводов, анод и катод каждого цвета (красный, зеленый, синий) доступны независимо. Это позволяет точно и независимо управлять каждым цветовым каналом, что критически важно для калибровки цвета и последовательного соединения нескольких светодиодов.
• Широкий угол обзора:Конструкция корпуса обеспечивает типичный угол обзора 120 градусов (2θ_1/2), гарантируя хорошую видимость в широком диапазоне углов обзора.
• Соответствие экологическим нормам: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。
• Надежность:Предварительная обработка основана на стандарте JEDEC J-STD-020D Level 3, что свидетельствует о его способности эффективно противостоять напряжениям, вызванным влагой в процессе пайки.

1.2 Целевые области применения

Сочетание высокой яркости, полноцветных возможностей и корпусного исполнения SMT делает этот светодиод подходящим для различных применений, требующих яркого, управляемого освещения.

• Развлекательное и игровое оборудование:Для декоративного освещения, индикаторов состояния и интерактивных световых эффектов.
• Информационные дисплеи:Для вывесок, информационных панелей и других дисплеев, требующих многоцветной индикации.
• Вспышка мобильного устройства:Благодаря компактным размерам и цветовым возможностям подходит для использования в качестве вспышки или заполняющего света для камер мобильных телефонов и цифровых фотоаппаратов.
• Применение световодов:Его широкий угол обзора и точечный характер источника света делают его идеальным выбором для ввода в световод или светопроводящую трубку, используемые в боковой подсветке панелей или в системах индикаторных ламп.

2. Технические характеристики и подробный анализ

2.1 Абсолютные максимальные номинальные значения

Эти номинальные значения определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Прямой ток (I_F):Для каждого цвета (красный, зеленый, синий) — 150 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный ток для надежной работы.
• Пиковый прямой ток (I_FP):Каждый цвет - 200 мА, допустимо только в импульсном режиме (скважность 1/10, частота 1 кГц). Даже кратковременное превышение непрерывного номинального значения может привести к ухудшению характеристик кристалла.
• Потребляемая мощность (P_d):Красный свет: 420 мВт; зеленый/синий свет: 555 мВт. Это максимальное количество тепла, которое корпус может рассеивать при температуре окружающей среды 25°C. Правильная тепловая конструкция печатной платы имеет решающее значение для обеспечения непревышения этого предела в процессе работы.
• Температура перехода (T_j):Максимум 115°C. Температура самого полупроводникового кристалла не должна превышать это значение.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +85°C (рабочий), -40°C до +100°C (хранение).
• Температура пайки:Пайка оплавлением: пиковая температура 260°C, не более 10 секунд. Ручная пайка: 350°C, не более 3 секунд. Эти температурные профили критически важны для предотвращения растрескивания корпуса или повреждения внутренних соединительных проводов.

2.2 Оптоэлектрические характеристики (Ta=25°C)

Это типичные параметры производительности, измеренные в стандартных условиях испытаний (температура окружающей среды 25°C, для каждого цвета I_F=150mA).

• Световой поток (I_v):Общий выход видимого света.
  • Красный свет: типичное значение 25 люмен (лм), диапазон 13.9-39.8 лм.
  • Зеленый свет: типичное значение 40 лм, диапазон 13.9-51.7 лм.
  • Синий свет: типичное значение 8.5 лм, диапазон 4.9-18.1 лм.
• Сила света (I_v):Световой поток в заданном направлении (кандела). Типичные значения: 7550 мкд (красный), 12100 мкд (зеленый) и 2550 мкд (синий).
• Угол обзора (2θ_1/2):Типичное значение 120 градусов (диапазон 110-130 градусов). Это полный угол, при котором интенсивность излучения составляет не менее половины пиковой.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Воспринимаемый цвет света.
  • Красный свет: типичное значение 622 нм (617-629 нм).
  • Зеленый свет: типичное значение 525 нм (518-530 нм).
  • Синий свет: типичное значение 457 нм (455-470 нм).
• Прямое напряжение (V_F):Падение напряжения на светодиоде при испытательном токе.
  • Красный свет: типичное значение 2.3V (1.8-2.8V).
  • Зеленый свет: типичное значение 3.4V (2.7-3.7V).
  • Синий свет: типичное значение 3.2 В (2.7-3.7 В).
  Обратите внимание на значительную разницу в напряжении между красным и синим/зеленым светом, что требует проектирования независимых схем ограничения тока для каждого канала.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при обратном смещении 5 В. LED не предназначены для работы с обратным напряжением.

3. Описание системы сортировки

Для обеспечения согласованности в серийном производстве светодиоды сортируются (распределяются по бинам) на основе ключевых оптических и электрических параметров. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие требованиям конкретного применения к равномерности цвета и яркости.

3.1 Сортировка по световому потоку

Светодиоды классифицируются по измеренному световому потоку при токе 150 мА. Диапазоны сортировки для каждого цвета перекрываются, чтобы охватить полный диапазон минимальных и максимальных спецификаций.

• Красный свет (R):Градация от R1 до R4, охватывает диапазон от 13.9 лм до 39.8 лм.
• Зеленый свет (G):Градация от G1 до G5, охватывает диапазон от 13.9 лм до 51.7 лм.
• Синий свет (B):Градации от B1 до B5, охватывающие диапазон от 4.9 лм до 18.1 лм.

Допускается отклонение значения светового потока в пределах ±11% для каждой градации.

3.2 Сортировка по прямому напряжению

LED классифицируются по прямому падению напряжения для облегчения проектирования схем и выбора источников питания.

• Красный свет:Единый диапазон "1828", охватывающий от 1.8В до 2.8В.
• 绿光 & Синий свет:Единый диапазон "2737", охватывающий от 2.7В до 3.7В.

Допускается отклонение ±0.1В.

3.3 Градация доминирующей длины волны

Для приложений, чувствительных к цвету, это наиболее критичный параметр сортировки, обеспечивающий однородность оттенка.

• Красный свет:Диапазоны RA (617-621 нм), RB (621-625 нм), RC (625-629 нм).
• Зеленый свет:Диапазоны от GA до GD (518-530 нм, с шагом примерно 3 нм).
• Синий свет:Диапазоны от BA до BE (455-470 нм, с шагом примерно 3 нм).

Допускается отклонение основной длины волны на ±1 нм.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Спектральное распределение

Типичная кривая спектрального распределения показывает относительную интенсивность света, излучаемого каждым чипом на разных длинах волн. Красный чип излучает свет в узкой полосе с центральной длиной волны около 622 нм. Зеленый чип излучает около 525 нм, а синий — около 457 нм. Чистота этих спектральных пиков очень важна для достижения насыщенных цветов. Эту кривую следует сравнивать со стандартной кривой спектральной чувствительности глаза человека (V(λ)), чтобы понять воспринимаемую яркость.

4.2 Диаграмма направленности излучения

Диаграмма излучения иллюстрирует пространственное распределение интенсивности света (относительная интенсивность vs. угол). Кривая подтверждает широкий, ламбертовский тип излучения с типичным углом обзора 120°, довольно равномерной интенсивностью в центральной области и спадом к краям.

4.3 Прямой ток vs. Прямое напряжение (I-V характеристика)

I-V характеристика синего чипа (а также других чипов) демонстрирует экспоненциальную зависимость между током и напряжением. Ниже порогового напряжения (около 2.7 В для синего/зеленого и около 1.8 В для красного) ток практически не протекает. После превышения этого порога ток быстро возрастает при незначительном увеличении напряжения. Эта особенность требует использования драйвера постоянного тока, а не источника постоянного напряжения, для предотвращения теплового разгона и обеспечения стабильного светового потока.

4.4 Доминирующая длина волны vs. Прямой ток

Эти кривые для красного, зелёного и синего чипов показывают, как цвет излучения (доминирующая длина волны) изменяется в зависимости от тока накачки. Как правило, с увеличением тока температура перехода повышается, что приводит к небольшому смещению длины волны (для зелёных/синих светодиодов на основе InGaN обычно в сторону более длинных волн). Этот эффект важен для приложений, требующих точной стабильности цвета на разных уровнях яркости.

4.5 Относительная интенсивность излучения vs. прямой ток

Эта кривая описывает световой выход (относительно опорного значения) как функцию тока накачки. Обычно линейна при низких токах, но при высоких токах может наблюдаться насыщение или спад из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Кривая демонстрирует компромисс между яркостью и эффективностью/тепловыделением.

4.6 Максимально допустимый прямой ток vs. температура

Эта кривая снижения номинальных характеристик имеет решающее значение для теплового менеджмента. Она показывает максимальный безопасный непрерывный прямой ток как функцию температуры окружающей среды (или корпуса). С ростом температуры максимально допустимый ток линейно снижается. Например, при 85°C допустимый ток значительно ниже номинального значения 150mA при 25°C. Конструкторы должны использовать этот график, чтобы гарантировать, что светодиод не будет перегружен в рабочих условиях применения.

5. Механические и конструктивные данные

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод выполнен в стандартном корпусе для поверхностного монтажа 5050. Ключевые размеры приведены ниже:

• Длина корпуса: 5.0 мм
• Ширина корпуса: 5.0 мм
• Высота корпуса (тип.): 1.6 мм

Допуск составляет ±0.1 мм, если не указано иное. В спецификации приведены подробные размерные чертежи (вид сверху, сбоку и снизу), показывающие расположение выводов и механические характеристики.

5.2 Расположение выводов и идентификация полярности

Данный корпус имеет шесть выводов, расположенных в два ряда по три в каждом. При виде сверху нумерация выводов обычно идет против часовой стрелки. На схемах в спецификации четко обозначены анодные и катодные выводы для красного, зеленого и синего чипов. Правильная идентификация полярности имеет решающее значение для предотвращения обратного смещения светодиода в процессе сборки. Вид снизу обычно содержит маркировку полярности (например, скос угла или точку), чтобы помочь ориентированию на печатной плате.

6. Руководство по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки оплавлением

Рекомендуемый температурный профиль инфракрасной (IR) пайки оплавлением является ключевым технологическим параметром.

• Пиковая температура:Максимум 260°C.
• Время выше линии ликвидуса (TAL):Время нахождения паяного соединения выше температуры плавления должно контролироваться, обычно рекомендуется выдержка при пиковой температуре в течение 10 секунд.
• Скорость нагрева/охлаждения:Рекомендуется контролировать скорость нагрева и охлаждения (например, 1-3°C/сек), чтобы минимизировать термический удар по пластиковому корпусу и внутренним соединительным проводам.

Необходимо соблюдать меры предосторожности в соответствии с уровнем чувствительности к влаге (MSL) JEDEC J-STD-020D Level 3. Если время воздействия устройства на окружающий воздух превышает установленный срок службы в цехе, перед оплавлением необходимо выполнить прокаливание для предотвращения эффекта "попкорна" (растрескивание корпуса из-за быстрого расширения влаги).

6.2 Ручная пайка

При необходимости ручной пайки требуется особая осторожность:

• Ограничьте температуру жала паяльника максимум 350°C.
• Ограничьте время контакта для каждого вывода максимум 3 секундами.
• Используйте теплоотвод (например, пинцет) на выводе между точкой пайки и корпусом, чтобы предотвратить передачу избыточного тепла к светодиоду.

6.3 Условия хранения

Устройства должны храниться в оригинальной влагозащитной упаковке с осушителем, при температуре от -40°C до +100°C, в непредельной среде. После вскрытия герметичного пакета время воздействия на устройство влажности окружающей среды ограничено его уровнем MSL (Level 3).

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушки и несущей ленты

Светодиоды поставляются на катушках с выступающей несущей лентой, подходящих для автоматических установочных машин.

• Размеры несущей ленты:Размеры кармана (размер A): 5.70±0.10 мм, (размер B): 5.38±0.10 мм, глубина (размер C): 1.60±0.10 мм.
• Размеры катушки:Предоставлены стандартные размеры катушки 13 дюймов (330 мм).
• Количество в катушке:Стандартная упаковка — 1000 штук в катушке. Минимальный заказ может составлять 250 или 500 штук в катушке.

7.2 Описание этикеток

Этикетка на катушке содержит код, указывающий на сортировку светодиодов на данной катушке:

• CAT:Уровень силы света (на основе сортировки по световому потоку).
• HUE:Основная длина волны, класс (код градации длины волны).
• REF:Прямое напряжение, класс (код градации напряжения).
• Номер партии:Отслеживаемый номер партии.
• P/N:Полный номер изделия.
• Количество:Количество на катушке.

При заказе крайне важно сверяться с этими кодами, чтобы гарантировать получение устройств с конкретными оптическими и электрическими характеристиками, требуемыми для применения.

8. Соображения по проектированию приложений

8.1 Проектирование схемы драйвера

Поскольку прямое напряжение для красных (~2.3В) и зеленых/синих (~3.4В) чипов различно, использование одного токоограничивающего резистора для простого последовательного соединения не является оптимальным решением, если требуется равномерное распределение тока. Рекомендуемый метод заключается в использовании независимых токоограничивающих резисторов для каждого цветового канала или, что еще лучше, специализированной ИС драйвера светодиодов с несколькими каналами и постоянным током. Это обеспечивает стабильность тока независимо от колебаний напряжения питания или V_FНезависимо от различий в градациях, обеспечивается постоянная яркость и цвет. Широтно-импульсная модуляция (PWM) является предпочтительным методом для диммирования и смешения цветов, поскольку позволяет изменять скважность при сохранении постоянного тока (и, следовательно, стабильной цветовой точки).

8.2 Теплоуправление

Каждый светодиод может потреблять до 0,555 Вт (зеленый/синий при 150 мА). При использовании нескольких светодиодов на одной плате общее тепловыделение может быть значительным. Правильная тепловая конструкция имеет решающее значение:

• Расположение на печатной плате:Используйте печатную плату с достаточной площадью медной фольги (теплоотводящей площадкой) и подключите её к теплоотводящей площадке светодиода (при наличии) или выводам для отвода тепла.
• Теплоотводящие переходные отверстия:Расположите группу теплоотводящих переходных отверстий под площадкой светодиода для передачи тепла на внутренний заземляющий слой или обратную сторону платы.
• Derating:Обязательно обращайтесь к кривой понижения номинала максимального тока в зависимости от температуры. В приложениях с высокой температурой окружающей среды рабочий ток должен быть соответственно снижен, чтобы обеспечить температуру перехода ниже 115°C.

8.3 Оптическая конструкция

Широкий угол обзора 120 градусов благоприятен для общего освещения, но для приложений, требующих сфокусированного луча, могут потребоваться вторичные оптические элементы (линзы, отражатели). Для применения в световодах малая площадь излучения и широкий угол обзора способствуют эффективному сопряжению. При проектировании смешения цветов необходимо учитывать пространственное перекрытие режимов излучения красного, зеленого и синего цветов для достижения равномерного смешанного цвета в целевой области.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с ранними корпусами RGB LED или дискретными монохромными LED, данное устройство предлагает несколько ключевых преимуществ:

• Уровень интеграции:Три кристалла интегрированы в один SMT-корпус, что позволяет экономить место на печатной плате и упрощает сборку по сравнению с использованием трех отдельных светодиодов.
• Независимое управление:6-выводная конструкция обеспечивает по-настоящему независимый доступ к аноду/катоду для каждого цвета, что дает большую гибкость по сравнению с 4-выводными RGB-светодиодами с общим анодом или катодом. Это позволяет реализовывать более сложные схемы управления, например, последовательное подключение для работы при более высоком напряжении.
• Производительность:Использование чипов "сверхвысокой яркости" указывает на более высокую эффективность и светоотдачу по сравнению со стандартными продуктами при одинаковом форм-факторе.
• Соответствие:Полное соответствие современным экологическим нормам (RoHS, REACH, безгалогенные) является базовым требованием, но здесь оно явно подтверждено.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Могу ли я использовать один источник питания 5V и один резистор для управления всеми тремя цветами?

Не оптимально. Прямое напряжение зеленых и синих светодиодов (∼3.4V) при питании 5V оставляет лишь ∼1.6V для токоограничивающего резистора, что позволяет осуществлять стабильный контроль тока. Однако, на красном светодиоде (∼2.3V) на его резисторе будет падение напряжения ∼2.7V. Использование одного и того же номинала резистора для всех трех цветов из-за различных значений V_Fприведет к значительной разнице в токах и уровнях яркости. Необходимо использовать отдельные резисторы или драйверы постоянного тока.

10.2 В чем разница между световым потоком (lm) и силой света (mcd)?

Световой поток (люмен) измеряет общее количество видимого света, излучаемого источником во всех направлениях. Сила света (кандела) измеряет, насколько ярким выглядит источник света в определенном направлении. Для светодиодов с таким широким углом обзора значение силы света обычно является пиковым, измеренным на оси. Общий световой поток лучше отражает общую светоотдачу для освещения, в то время как сила света связана с индикаторными лампами, наблюдаемыми под определенным углом.

10.3 Как получить белый свет с помощью этого RGB светодиода?

Белый свет создается путем смешивания красного, зеленого и синего света соответствующей интенсивности. Точное соотношение зависит от конкретной цели по цветности (например, холодный белый, теплый белый) и спектральных характеристик отдельных светодиодов. Из-за различий в эффективности чипов и бининге достижение стабильной, высококачественной белой точки обычно требует индивидуальной калибровки в системе или использования обратной связи от датчика цвета. Это сложнее, чем использование специального люминофора белого светодиода.

10.4 Почему максимальная температура перехода составляет всего 115°C?

Предел температуры перехода определяется материалами, используемыми в кристалле светодиода, проводящих перемычках и корпусе. Перегрев ускоряет механизмы деградации характеристик, снижает световой поток (световое старение) и может привести к катастрофическому отказу. Работа при максимальной T_jили близкой к максимальной T

значительно сокращает срок службы устройства. Хорошая тепловая конструкция направлена на поддержание температуры перехода во время работы как можно более низкой.

11. Примеры практического проектирования и использования

11.1 Пример: Индикатор состояния бытового электронного устройства

В устройствах для умного дома один светодиод 5050 RGB может обеспечивать множество кодов состояния: красный — ошибка, зеленый — готовность, синий — сопряжение по Bluetooth, желтый (красный+зеленый) — режим ожидания и т.д. Широкий угол обзора обеспечивает видимость с любого направления. Для управления таким светодиодом достаточно простого микроконтроллера с тремя выводами GPIO с поддержкой ШИМ и тремя токоограничивающими резисторами (например, 15–20 Ом при питании от источника 3.3 В или 5 В и токе около 20 мА). Низкий ток способствует увеличению срока службы и минимизации нагрева.

11.2 Пример: Подсветка небольших вывесок

Для краевой подсветки акриловых вывесок несколько таких светодиодов можно разместить вдоль кромки. Их широкий угол обзора способствует вводу света в акрил. Путем их расположения последовательными цепочками (например, все красные последовательно, все зеленые последовательно, все синие последовательно) можно использовать драйверы с более высоким напряжением и меньшим током, что повышает эффективность. Независимое управление позволяет динамически программировать цвет вывески. Теплоотвод подразумевает обеспечение того, чтобы акрил или монтажная подложка могли рассеивать тепло от всего светодиодного массива.

12. Принцип работы

Устройство работает на основе принципа электролюминесценции в полупроводниковых материалах. Когда прямое напряжение, приложенное к p-n переходу, превышает энергию запрещенной зоны чипа, электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Цвет (длина волны) излучаемого света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала: красный свет (∼622 нм) использует материал GaInAlP, зеленый (∼525 нм) и синий (∼457 нм) — материал InGaN. Три независимых полупроводниковых чипа, изготовленных из этих различных материалов, размещены в отражающей чаше и инкапсулированы в прозрачную или рассеивающую смолу, формируя полный LED корпус.

13. Технологические тренды