Техническая спецификация SMD RGB светодиода 5515-RGB020AH-AM - 5.5x1.5мм - Красный/Зеленый/Синий - 20мА - Автомобильный класс

1. Обзор продукта

5515-RGB020AH-AM — это высокопроизводительный поверхностно-монтируемый (SMD) светодиодный компонент, объединяющий красный, зеленый и синий (RGB) излучатели в одном корпусе размером 5.5мм x 1.5мм. Он специально разработан и сертифицирован для требовательных условий автомобильной электроники. Его ключевые преимущества включают высокую светоотдачу, широкий угол обзора 120 градусов и надежную конструкцию, соответствующую строгим автомобильным стандартам надежности, таким как AEC-Q102. Основной целевой рынок — системы внутреннего освещения автомобилей, включая фоновую подсветку, подсветку переключателей и другие декоративные или функциональные осветительные решения, где критически важны смешение цветов и надежность.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Характеристики светодиода приведены для стандартного испытательного тока 20мА и температуры тепловой площадки 25°C. Типичные значения световой интенсивности составляют 1120 милликандел (мкд) для красного кристалла, 2800 мкд для зеленого и 450 мкд для синего. Эти значения представляют пиковую яркость, достижимую в стандартных условиях. Доминирующие длины волн, определяющие воспринимаемый цвет, составляют 621нм для красного, 527нм для зеленого и 467нм для синего. Все три цвета имеют одинаковый широкий угол обзора (2φ) 120 градусов, обеспечивая равномерное распределение света. Допуски измерений составляют ±8% для световой интенсивности и ±1нм для доминирующей длины волны.

2.2 Электрические и тепловые параметры

Прямое напряжение (V_F) при 20мА составляет: 2.00В для красного, 2.75В для зеленого и 3.00В для синего. Максимальные значения непрерывного прямого тока (I_F) различаются: 50мА для красного и 30мА для зеленого и синего. Это различие обусловлено различной эффективностью и тепловыми характеристиками разных полупроводниковых материалов. Абсолютные максимальные значения рассеиваемой мощности составляют 137.5мВт (Красный), 105мВт (Зеленый) и 112.5мВт (Синий). Управление температурой критически важно; тепловое сопротивление переход-точка пайки (R_thJS) указано с реальным (измеренным) и электрическим (расчетным) значениями. Например, реальное тепловое сопротивление составляет до 52 К/Вт для красного и 85 К/Вт для зеленого/синего, что указывает на необходимость адекватного теплового проектирования печатной платы для поддержания производительности и долговечности.

2.3 Абсолютные максимальные параметры и надежность

Диапазон рабочих температур устройства составляет от -40°C до +110°C, что подходит для суровых условий внутри автомобиля. Максимально допустимая температура перехода — 125°C. Устройство имеет защиту от электростатического разряда (ESD) на уровне 2кВ (модель человеческого тела), что важно для безопасного обращения при производстве. Продукт соответствует директивам RoHS, REACH и требованиям по отсутствию галогенов (Br/Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Он также соответствует классу устойчивости к коррозии B1, что указывает на определенную степень устойчивости к коррозионным атмосферам, и имеет уровень чувствительности к влаге (MSL) 3.

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько ключевых графиков, жизненно важных для проектирования схемы и прогнозирования производительности.

3.1 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика показывает зависимость тока, протекающего через светодиод, от напряжения на нем. Каждый цвет имеет свою кривую из-за разной ширины запрещенной зоны полупроводника. Красный светодиод имеет самое низкое прямое напряжение, за ним следует зеленый, затем синий. Конструкторы используют этот график для выбора соответствующих токоограничивающих резисторов или настроек драйвера постоянного тока, чтобы обеспечить работу светодиода в указанном диапазоне напряжений при заданном токе.

3.2 Относительная световая интенсивность в зависимости от прямого тока

Этот график иллюстрирует, как светоотдача изменяется с током накачки. Обычно световая интенсивность увеличивается с током, но не всегда линейно, особенно при высоких токах, когда эффективность может снижаться из-за нагрева. Эта информация критически важна для проектирования схем затемнения или достижения определенных уровней яркости.

3.3 Графики зависимости от температуры

Три ключевых графика показывают изменение характеристик в зависимости от температуры перехода (T_j):

1. Относительная световая интенсивность в зависимости от температуры перехода:Светоотдача обычно уменьшается с ростом температуры. Скорость снижения варьируется в зависимости от цвета, что влияет на цветовой баланс в RGB-приложениях, если температура не контролируется.

2. Относительное прямое напряжение в зависимости от температуры перехода:Прямое напряжение обычно уменьшается с ростом температуры. Эта характеристика может использоваться для измерения температуры, но должна учитываться в схемах с постоянным напряжением.

3. Смещение доминирующей длины волны в зависимости от температуры перехода:Длина волны излучаемого цвета слегка смещается с температурой. Хотя смещение обычно невелико (несколько нанометров в рабочем диапазоне), оно может быть важным для приложений, критичных к цвету.

3.4 Кривые снижения прямого тока

Отдельные кривые для красного и для зеленого/синего показывают максимально допустимый непрерывный прямой ток в зависимости от температуры контактной площадки (T_S). По мере роста температуры печатной платы максимальный безопасный ток уменьшается, чтобы предотвратить превышение температуры перехода 125°C. Например, максимальный ток красного светодиода снижается с 50мА при температуре точки пайки 103°C до 35мА при 110°C. Эти кривые необходимы для обеспечения надежной работы в реальных условиях с различными температурами окружающей среды.

3.5 Спектральное распределение и диаграмма направленности

График относительного спектрального распределения показывает интенсивность света, излучаемого в спектре длин волн для каждого цвета. Он подтверждает узкополосную природу светодиодов с пиками на соответствующих доминирующих длинах волн. Типичная диаграмма направленности (не полностью описана в отрывке) визуально представляет угол обзора 120 градусов, показывая, как интенсивность падает под углами, отклоняющимися от центра (перпендикулярно поверхности светодиода).

4. Информация о сортировке (бининг)

Спецификация включает специальный раздел с информацией о сортировке. В производстве светодиодов "бининг" — это процесс сортировки светодиодов на основе измеренных параметров, таких как световая интенсивность (яркость), прямое напряжение (V_F) и доминирующая длина волны (цвет). Это необходимо из-за присущих незначительных вариаций в процессе производства полупроводников. Таблицы сортировки (указанные в содержании) определяют конкретные диапазоны или коды для каждого параметра. Для конструкторов понимание сортировки критически важно для обеспечения цветовой согласованности и соответствия электрических характеристик при использовании нескольких светодиодов в одной сборке, например, в ленте фонового освещения. Типичные значения, перечисленные в таблице характеристик, представляют собой центр ожидаемого распределения, но фактически приобретенные компоненты будут относиться к конкретным группам в соответствии с кодом заказа.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Механические размеры

Компонент использует корпус 5515, что означает размер корпуса примерно 5.5мм в длину и 1.5мм в ширину. Подробный механический чертеж (Раздел 7) определяет все критические размеры, включая общую высоту, расстояние между выводами, размеры контактных площадок и допуски. Этот чертеж необходим конструкторам печатных плат для создания правильного посадочного места в их САПР.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка и полярность

Раздел 8 предоставляет рекомендуемый рисунок контактных площадок (дизайн паяльной площадки) для печатной платы. Использование рекомендуемой геометрии площадки обеспечивает правильное формирование паяного соединения во время оплавления, хорошую механическую прочность и оптимальный теплоперенос от тепловой площадки светодиода к печатной плате. На схеме также четко указана полярность или маркировка первого вывода, что критически важно для правильного электрического подключения анодов красного, зеленого и синего цветов и общего катода (предполагается общая катодная конфигурация, типичная для RGB светодиодов).

5.3 Информация об упаковке

Светодиоды поставляются на ленте в катушках для автоматизированной сборки методом "pick-and-place". Раздел 10 детализирует спецификации упаковки, включая размеры катушки, ширину ленты, расстояние между карманами и ориентацию. Эта информация необходима для правильного программирования сборочного оборудования.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль пайки оплавлением

Раздел 9 определяет рекомендуемый профиль пайки оплавлением. Это график зависимости времени от температуры, который определяет, как следует нагревать сборку печатной платы для расплавления паяльной пасты и формирования надежных соединений без повреждения светодиода. Ключевые параметры включают скорость предварительного нагрева, время и температуру выдержки, пиковую температуру (не более 260°C в течение 30 секунд, согласно абсолютным максимальным параметрам) и скорость охлаждения. Соблюдение этого профиля жизненно важно для выхода годных изделий и долгосрочной надежности.

6.2 Меры предосторожности при использовании

Раздел 11 перечисляет важные меры предосторожности при обращении и использовании. Вероятно, они включают предупреждения о:

- Избегании механического напряжения на линзе светодиода.

- Защите устройства от чрезмерного электростатического разряда (ESD) во время обращения, несмотря на его номинал 2кВ.

- Обеспечении чистоты печатной платы и процесса сборки для предотвращения загрязнения.

- Следовании рекомендациям по снижению тока в зависимости от рабочей температуры.

- Использовании соответствующих методов ограничения тока (резисторы или драйверы) для предотвращения перегрузки по току.

6.3 Критерии теста на устойчивость к сере

Раздел 12 упоминает критерии теста на серу. Некоторые среды, особенно в автомобильных салонах или промышленных условиях, могут содержать сернистые газы, способные корродировать компоненты светодиодов на основе серебра. Этот тест проверяет устойчивость светодиода к таким коррозионным атмосферам, что является частью его автомобильной квалификации.

7. Рекомендации по применению и конструктивные особенности

7.1 Типичные сценарии применения

Основное применение:Фоновое освещение салона автомобиля для панелей дверей, ниш для ног, акцентов приборной панели и центральной консоли.

Вторичные применения:Подсветка кнопок, переключателей и панелей управления; декоративное освещение в потребительской электронике, где требуется автомобильная надежность.

7.2 Ключевые конструктивные соображения

1. Схема управления:Используйте драйверы постоянного тока для оптимальной цветовой согласованности и управления яркостью, особенно для ШИМ-диммирования. При использовании простого резистивного ограничения тока рассчитывайте резисторы отдельно для каждого цветового канала из-за их разных прямых напряжений.

2. Тепловой менеджмент:Значения теплового сопротивления требуют проектирования печатной платы с адекватным теплоотводом. Используйте тепловые переходные отверстия под тепловой площадкой светодиода, соединенные с земляным слоем или специальной медной заливкой для рассеивания тепла.

3. Смешение цветов и управление:Для достижения широкой гаммы цветов (включая белый) настоятельно рекомендуется независимое широтно-импульсное модулирование (ШИМ) каждого цветового канала. Различные световые интенсивности (Красный: 1120мкд, Зеленый: 2800мкд, Синий: 450мкд) означают, что ток накачки или коэффициент заполнения ШИМ для каждого канала должны быть откалиброваны для достижения желаемой белой точки или цветового баланса.

4. Оптическое проектирование:Угол обзора 120° подходит для рассеянного, широкоугольного освещения. Для более сфокусированного света потребуются вторичная оптика (линзы или световоды). Форм-фактор с боковым излучением предназначен для излучения света параллельно поверхности печатной платы, что идеально для краевой подсветки световодов.

8. Техническое сравнение и отличия

Хотя PDF-документ не проводит прямого сравнения с другими компонентами, ключевые отличительные особенности этого устройства можно выделить:

- Автомобильная квалификация (AEC-Q102):Это значительное отличие от коммерческих светодиодов, включающее строгие испытания на температурные циклы, влажность, работу при высокой температуре и другие стресс-факторы, специфичные для автомобильной среды.

- Высокая световая интенсивность:Светоотдача зеленого и красного цветов особенно высока для тока накачки 20мА, что потенциально может снизить количество светодиодов, необходимых для заданного уровня яркости.

- Интегрированный RGB в корпусе с боковым излучением:Объединяет три цвета в компактном низкопрофильном корпусе, подходящем для приложений подсветки с ограниченным пространством, устраняя необходимость размещения трех отдельных светодиодов.

- Устойчивость к коррозии и сере:Соответствует конкретным стандартам для суровых условий, которым многие стандартные светодиоды не соответствуют.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника 5В?

О: Да, но вы должны использовать токоограничивающие резисторы. Например, для синего светодиода (V_Fтип. 3.0В @20мА) значение резистора будет R = (5В - 3.0В) / 0.020А = 100 Ом. Всегда используйте максимальное значение V_Fиз спецификации для надежного проектирования.

В: Почему максимальные токи различаются для красного и зеленого/синего?

О: Это связано с различиями в эффективности полупроводникового материала и тепловых характеристиках. Красный кристалл (вероятно, AlInGaP) обычно может выдерживать более высокие плотности тока, чем зеленый/синий кристаллы (вероятно, InGaN), в рамках тех же тепловых ограничений корпуса.

В: Как создать белый свет с этим RGB светодиодом?

О: Белый свет создается путем смешения трех основных цветов. Из-за различной световой интенсивности нельзя просто подавать одинаковый ток на все три канала. Вы должны отрегулировать относительную интенсивность каждого канала (через разные значения резисторов или коэффициенты заполнения ШИМ), чтобы смешать до определенной белой точки (например, D65). Это требует калибровки.

В: Что означает MSL 3?

О: Уровень чувствительности к влаге 3 означает, что упакованные светодиоды могут находиться в условиях производственного цеха (≤30°C/60% относительной влажности) до 168 часов (7 дней) до пайки. Если этот срок превышен, они требуют прокаливания для удаления поглощенной влаги, которая может вызвать "вспучивание" (растрескивание корпуса) во время пайки оплавлением.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование ленты фонового освещения для автомобильной дверной панели с использованием десяти светодиодов 5515-RGB020AH-AM.

Шаги:

1. Разводка печатной платы:Разместите светодиоды с рекомендуемой контактной площадкой. Подключите тепловую площадку к большой медной области с несколькими тепловыми переходными отверстиями к внутреннему земляному слою для теплоотвода. Убедитесь, что дорожки для трех анодов и общего катода имеют достаточную ширину.

2. Схема управления:Выберите 3-канальную микросхему драйвера светодиодов постоянного тока, предназначенную для автомобильного применения. Установите ограничение тока драйвера на 20мА на канал на светодиод. Поскольку десять светодиодов подключены параллельно на каждом канале, драйвер должен обеспечивать 200мА на каждый цветовой канал. Альтернативно, подключите светодиоды последовательно для лучшего согласования тока, но это требует более высокого напряжения питания.

3. Тепловой анализ:Рассчитайте наихудший случай рассеиваемой мощности: (10 светодиодов * (2.0В*0.02А для Красного)) + (10*(2.75В*0.02А для Зеленого)) + (10*(3.0В*0.02А для Синего)) = 0.4Вт + 0.55Вт + 0.6Вт = 1.55Вт суммарно. Используя тепловое сопротивление, оцените повышение температуры и убедитесь, что оно остается в пределах ограничений кривой снижения тока для ожидаемой температуры окружающей среды в салоне (например, 85°C).

4. Управление цветом:Используйте микроконтроллер для генерации ШИМ-сигналов для входов диммирования драйвера. Запрограммируйте таблицы поиска для получения желаемых цветов (например, фирменных цветов фонового освещения). Откалибруйте соотношения ШИМ для красного, зеленого и синего в окончательной сборке, чтобы учесть вариации сортировки и добиться одинакового белого света на всех дверях.

11. Введение в принцип работы

Светодиод (Светоизлучающий Диод) — это полупроводниковое устройство, излучающее свет при прохождении через него электрического тока. Это явление называется электролюминесценцией. 5515-RGB020AH-AM содержит три отдельных полупроводниковых кристалла (чипа) в одном корпусе:

-Красныйкристалл обычно изготавливается из материала фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP).

-Зеленыйисинийкристаллы обычно изготавливаются из нитрида индия-галлия (InGaN).

Каждый кристалл имеет p-n переход. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее характерный порог кристалла, электроны и дырки рекомбинируют на переходе, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Затем свет излучается через формованную эпоксидную линзу, которая также обеспечивает механическую защиту и формирует луч (угол 120°). Три кристалла имеют общее катодное соединение для упрощения внешней схемы.

12. Технологические тренды

Разработка светодиодов, подобных 5515-RGB020AH-AM, обусловлена несколькими четкими тенденциями в отрасли:

1. Повышенная интеграция и миниатюризация:Объединение нескольких цветов (RGB, RGBW) во все более компактные корпуса при сохранении или увеличении светоотдачи.

2. Повышенная эффективность (люмен на ватт):Постоянные улучшения в эпитаксии полупроводников и дизайне кристаллов приводят к большей светоотдаче при том же электрическом входе, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку.

3. Улучшенная надежность и устойчивость:Более строгие стандарты для автомобильных, промышленных и уличных применений стимулируют улучшения в материалах (например, более прочные линзы, коррозионностойкие покрытия) и упаковке для выдерживания более высоких температур, влажности и тепловых циклов.

4. Улучшенное качество цвета и согласованность:Более жесткие допуски сортировки и разработка светодиодов с определенными спектральными характеристиками для соответствия требованиям высокого индекса цветопередачи (CRI) для премиального освещения.

5. Умное и связанное освещение:Светодиоды все чаще проектируются для работы с интегрированными драйверами и интерфейсами связи (такими как I2C или LIN в автомобилях) для динамического, адресуемого управления цветом, выходящего за рамки простого аналогового диммирования.