Техническая документация на SMD5050 RGB полноцветный светодиод - Размер 5.0x5.0мм - Напряжение 2.2-3.4В - Мощность 0.2Вт

1. Обзор продукта

Полноцветный светодиод SMD5050 RGB представляет собой компонент для поверхностного монтажа, предназначенный для применений, требующих яркого многоцветного освещения. Он объединяет красный, зеленый и синий (RGB) полупроводниковые кристаллы в одном корпусе размером 5.0мм x 5.0мм, что позволяет создавать широкий спектр цветов за счет аддитивного смешения. Этот компонент разработан для высокой яркости и надежной работы в компактном форм-факторе, что делает его подходящим для современных осветительных решений.

1.1 Ключевые преимущества

Основные преимущества данного светодиода включают высокую силу света, широкий угол обзора 120 градусов и возможность генерации миллионов цветов за счет независимого управления интенсивностью красного, зеленого и синего диодов. Конструкция для поверхностного монтажа (SMD) облегчает процессы автоматизированной сборки, повышая эффективность и стабильность производства.

1.2 Целевой рынок и области применения

Данный светодиод ориентирован на рынки потребительской электроники, архитектурного освещения, вывесок, автомобильной подсветки и индустрии развлечений. Типичные применения включают LED-видеостены, декоративные светодиодные ленты, индикаторы состояния, подсветку дисплеев и динамические системы окружающего освещения, где важна возможность смены цвета.

2. Анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и электрические характеристики (Ta=25°C)

Следующая таблица детализирует ключевые рабочие параметры для каждого цветового канала в типичных условиях. Крайне важно соблюдать максимальные значения для обеспечения долговечности и производительности устройства.

Параметр	Обозначение	Типичное значение	Максимальное значение	Единица измерения
Рассеиваемая мощность	PD	200	306	мВт
Прямой ток	IF	60	90	мА
Прямое напряжение (Красный)	VF	2.2	2.6	V
Прямое напряжение (Зеленый)	VF	3.2	3.4	V
Прямое напряжение (Синий)	VF	3.2	3.4	V
Обратное напряжение	VR	-	5	V
Обратный ток	IR	-	≤5	мкА
Пиковая длина волны (λd) Красный	λd	625	-	нм
Пиковая длина волны (λd) Зеленый	λd	525	-	нм
Пиковая длина волны (λd) Синий	λd	460	-	нм
Угол обзора (2θ½)	2θ½	120	-	°
Рабочая температура	Topr	-40 до +80	-	°C
Температура хранения	Tstg	-40 до +80	-	°C
Температура перехода	Tj	-	125	°C

2.2 Тепловые характеристики

Максимальная температура перехода (Tj) составляет 125°C. Правильный тепловой менеджмент, включая достаточную площадь меди на печатной плате и возможное использование радиатора, необходим при работе на высоких токах или в условиях повышенной температуры окружающей среды для предотвращения деградации характеристик и преждевременного выхода из строя.

3. Объяснение системы бининга

3.1 Стандарты бининга по длине волны

Для обеспечения цветовой однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе их пиковой длины волны излучения. Следующие коды определяют диапазоны длин волн для каждого цвета.

Код	Минимум	Максимум	Единица измерения
R1	620	625	нм
R2	625	630	нм
G5	519	522.5	нм
G6	522.5	526	нм
G7	526	530	нм
B1	445	450	нм
B2	450	455	нм
B3	455	460	нм
B4	460	465	нм

Такой бининг позволяет разработчикам выбирать светодиоды с точной цветностью для применений, требующих однородного цветового вида, таких как крупноформатные дисплеи или согласованные осветительные установки.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Зависимость прямого напряжения от прямого тока (Вольт-амперная характеристика)

ВАХ иллюстрирует взаимосвязь между прямым напряжением (VF) и прямым током (IF) для красного, зеленого и синего кристаллов. Красный светодиод обычно имеет более низкое прямое напряжение (~2.2В) по сравнению с зеленым и синим (~3.2В). Эта характеристика крайне важна для проектирования соответствующих схем ограничения тока или драйверов постоянного тока для каждого канала для достижения сбалансированного цветового выхода и предотвращения перегрузки по току.

4.2 Относительная спектральная энергия в зависимости от температуры перехода

Этот график показывает, как световой выход (относительная спектральная энергия) каждого цветного кристалла изменяется с ростом температуры перехода (Tj). Как правило, световой выход уменьшается при повышении температуры перехода. Скорость снижения может различаться для разных полупроводниковых материалов (InGaN для синего/зеленого и AlInGaP для красного). Эффективный отвод тепла жизненно важен для поддержания стабильного цветового выхода и яркости в течение всего срока службы продукта.

4.3 Зависимость допустимого прямого тока от температуры окружающей среды

Эта кривая снижения номинальных значений определяет максимально допустимый прямой ток как функцию температуры окружающей среды (Ta). При увеличении температуры окружающей среды максимально допустимый ток должен быть снижен, чтобы предотвратить превышение температурой перехода предела в 125°C. Разработчики должны обращаться к этой кривой для определения безопасных рабочих токов для своей конкретной среды применения.

4.4 Диаграмма направленности (Кривая угла обзора)

Полярная диаграмма распределения интенсивности подтверждает угол обзора 120 градусов. Характеристика излучения, как правило, ламбертовская или близкая к ней, обеспечивая широкое, равномерное поле освещения, подходящее для многих применений общего освещения и индикации.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры корпуса и чертеж

Светодиод размещен в стандартном корпусе SMD5050 с размерами 5.0мм (Д) x 5.0мм (Ш). Точная высота и допуски размеров (например, ±0.10мм для размеров .X, ±0.05мм для размеров .XX) должны быть взяты из подробного механического чертежа в оригинальном даташите для точной разводки печатной платы.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка и дизайн трафарета

Предоставляется рекомендуемый рисунок контактных площадок (посадочное место) и дизайн трафарета для паяльной пасты для обеспечения надежной пайки. Расположение площадок обычно включает шесть площадок — по две для каждого из трех цветных кристаллов, которые используют общую катодную или анодную конфигурацию в зависимости от конкретного номера детали. Следование этому рекомендуемому расположению минимизирует дефекты пайки, такие как "эффект надгробия", и обеспечивает правильное тепловое и электрическое соединение.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки оплавлением

Данный светодиод совместим со стандартными процессами пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи или конвекционной печи, используемыми для поверхностного монтажа (SMT). Как правило, применим типичный бессвинцовый профиль оплавления с пиковой температурой, не превышающей 260°C, в течение времени, указанного стандартами JEDEC (например, 10-30 секунд выше 240°C). Критически важно избегать чрезмерного термического напряжения, чтобы предотвратить повреждение внутренних проводных соединений и эпоксидной линзы.

6.2 Меры предосторожности при обращении и хранении

Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду (ЭСР). Всегда обращайтесь с ними в защищенной от ЭСР среде, используя заземленные браслеты и проводящие контейнеры. Храните компоненты в оригинальных влагозащитных пакетах в рекомендуемых условиях (температура < 40°C, влажность < 70% RH), чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать \"вспучивание\" (popcorning) во время оплавления.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки продукта

Светодиоды поставляются в рельефной несущей ленте для автоматизированной сборки методом "pick-and-place". Ширина ленты, размеры ячеек и количество на катушке соответствуют стандарту EIA-481. Покровная лента с заданной силой отрыва (0.1 - 0.7N под углом 10 градусов) герметично фиксирует компоненты на месте. Такая упаковка обеспечивает защиту компонентов, постоянство ориентации и надежность подачи в высокоскоростных сборочных машинах.

7.2 Система нумерации деталей (Правила именования моделей)

Номер детали следует структурированному формату, который кодирует ключевые атрибуты:

T [Код формы] [Количество кристаллов] [Оптический код] [Внутренний код] [Цветовой код] [Код светового потока] - [Код цветовой температуры] [Другие коды].

Например, код \"5A\" указывает на форму 5050N, \"3\" указывает на три кристалла (RGB), \"00\" указывает на отсутствие вторичной линзы, \"F\" указывает на полноцветность и т.д. Понимание этой номенклатуры необходимо для правильного указания и заказа нужного варианта светодиода с правильным цветом, яркостью и оптическими характеристиками.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы включения

Каждый цветовой канал RGB светодиода должен управляться независимо с использованием источника постоянного тока или токоограничивающего резистора, включенного последовательно с коммутируемым источником напряжения. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) является предпочтительным методом управления интенсивностью (диммирования и смешения цветов), поскольку она поддерживает постоянное прямое напряжение и цветность, в отличие от аналогового диммирования, которое может вызывать сдвиг цвета. Для генерации управляющих сигналов обычно используется микроконтроллер с выходами ШИМ.

8.2 Соображения при проектировании

• Согласование токов:Из-за различного Vf и эффективности кристаллов R, G, B необходимы отдельные резисторы установки тока или драйверы для достижения баланса белого или желаемых цветовых соотношений.
• Тепловой менеджмент:Обеспечьте достаточные тепловые переходы и площадь меди на печатной плате, особенно при работе на высоких токах или в плотных массивах.
• Защита от ЭСР:Включите защитные диоды от ЭСР на сигнальных линиях вблизи светодиода, особенно в портативных или потребительских применениях.
• Оптический дизайн:Учитывайте угол обзора 120 градусов при проектировании линз или световодов для достижения желаемой диаграммы направленности и пространственного распределения.

9. Надежность и стандарты качества

9.1 Стандарты испытаний на надежность

Продукт проходит строгие испытания на надежность в соответствии с отраслевыми стандартами (JESD22, MIL-STD-202G). Ключевые испытания включают:

• Испытание на срок службы в рабочем режиме:Проводится при комнатной температуре, высокой температуре (85°C) и низкой температуре (-40°C) в течение 1008 часов при максимальном токе.
• Срок службы в условиях высокой температуры/влажности:1008 часов при 60°C/90% относительной влажности.
• Термоциклирование:Воздействие на устройство быстрыми переходами между экстремальными температурами (например, от -40°C до +125°C).

Критерии отказа строго определены, включая пределы изменения прямого напряжения (≤200мВ), деградации светового потока (≤15% для InGaN, ≤25% для AlInGaP) и тока утечки (≤10мкА).

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 Как получить чистый белый свет с этим RGB светодиодом?

Чистый белый цвет создается путем смешения определенных интенсивностей красного, зеленого и синего света. Точное требуемое соотношение токов (например, IR:IG:IB) зависит от индивидуальной эффективности и цветовых координат конкретного бина светодиода. Для высокоточных применений обычно требуется калибровка и обратная связь от цветового датчика. Использование ШИМ-управления позволяет точно регулировать это соотношение.

10.2 Могу ли я запитать все три канала параллельно от одного источника постоянного тока?

Нет. Из-за значительной разницы в прямом напряжении между красным (~2.2В) и синим/зеленым (~3.2В) кристаллами, их параллельное подключение приведет к сильному дисбалансу токов, потенциально перегружая красный канал и недогружая остальные. Каждый цветовой канал должен иметь свою собственную схему управления током.

10.3 Каково влияние температуры перехода на цвет?

Увеличение температуры перехода вызывает сдвиг пиковой длины волны (обычно в более длинную сторону для AlInGaP красного и в более короткую для InGaN синего/зеленого) и снижение светового выхода. Это может привести к видимому сдвигу цвета в RGB-системах, если этим не управлять. Поддержание стабильной низкой температуры перехода за счет хорошего теплового дизайна критически важно для применений, требующих стабильности цвета.

11. Практический пример проектирования

11.1 Проектирование настольной лампы с регулируемым цветом

Рассмотрим настольную лампу, использующую массив этих SMD5050 RGB светодиодов. Проектирование будет включать:

1. Схема драйвера:Специализированная микросхема драйвера светодиодов с тремя независимыми выходами постоянного тока и возможностью ШИМ-диммирования для каждого канала, управляемая через I2C или аналогичный интерфейс от микроконтроллера.
2. Тепловой дизайн:Печатная плата на металлическом основании (MCPCB) выступает в роли радиатора. Тепловые переходные отверстия соединяют тепловые площадки светодиода с большой медной плоскостью на обратной стороне платы для эффективного рассеивания тепла.
3. Оптика:Рассеиватель размещается над массивом светодиодов, чтобы смешать отдельные точки света в однородную область освещения без бликов.
4. Управление:Пользовательский интерфейс (кнопки, сенсорный датчик или приложение) позволяет выбирать предустановленные цвета (белый, теплый белый, холодный белый) или пользовательские цвета с помощью RGB-ползунков. Микроконтроллер преобразует эти входные данные в соответствующие скважности ШИМ для каналов R, G и B.

Этот пример подчеркивает интеграцию электрических, тепловых, оптических и программных аспектов проектирования при использовании данного компонента.

12. Введение в технические принципы

12.1 Принцип работы RGB светодиодов

RGB светодиод по сути представляет собой три независимых светоизлучающих диода — красный, зеленый и синий — заключенных вместе. Каждый диод излучает свет посредством электролюминесценции: когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу полупроводникового материала (AlInGaP для красного, InGaN для зеленого и синего), электроны рекомбинируют с дырками, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Путем независимого управления интенсивностью этих трех основных цветов может быть создано огромное множество вторичных цветов за счет аддитивного смешения.

13. Технологические тренды

13.1 Эволюция полноцветных светодиодов

Рынок полноцветных светодиодов продолжает развиваться с трендами, сосредоточенными на:

• Повышенной эффективности (лм/Вт):Постоянные улучшения в эпитаксиальном росте и дизайне кристаллов дают больше светового выхода на единицу электрической мощности, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку.
• Улучшенной цветопередаче и цветовому охвату:Разработка новых люминофорных систем и узкополосных излучателей (таких как квантовые точки) для расширения цветового охвата дисплеев и улучшения индекса цветопередачи (CRI) для освещения, даже в RGB-системах.
• Миниатюризации:Разработка корпусов меньшего размера (например, 2020, 1515) с аналогичной или улучшенной производительностью для применений с ограниченным пространством, таких как mini-LED подсветка для телевизоров и мониторов.
• Интегрированных интеллектуальных функциях:Появление светодиодов со встроенными драйверами, контроллерами и интерфейсами связи (например, I2C, SPI или беспроводными, такими как Zigbee/BLE), упрощающих системное проектирование для IoT-освещения.
• Повышенной надежности:Достижения в материалах корпусирования (силиконы, керамика) для лучшего сопротивления более высоким температурам и суровым условиям окружающей среды, продлевая срок службы продукта.