Техническая документация на SMD5050 RGB полноцветный светодиод - Размеры 5.0x5.0x1.6мм - Напряжение 2.2-3.4В - Мощность 0.846Вт

1. Обзор продукта

SMD5050-RGB — это высокопроизводительный полноцветный светодиод для поверхностного монтажа, предназначенный для применений, требующих яркого смешения цветов и надежной работы. Устройство объединяет красный, зеленый и синий светодиодные кристаллы в одном корпусе размером 5.0 мм x 5.0 мм, что позволяет получать широкий спектр цветов с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) или аналогового управления током. Основные области применения включают декоративное освещение, архитектурную подсветку, подсветку дисплеев, вывески и потребительскую электронику, где требуются динамические цветовые эффекты.

Ключевое преимущество этого светодиода заключается в его компактном форм-факторе, вмещающем три различных излучателя, что упрощает проектирование и сборку печатной платы по сравнению с использованием трех отдельных дискретных светодиодов. Он обеспечивает типично широкий угол обзора 120 градусов, гарантируя хорошую однородность цвета и видимость с различных ракурсов. Корпус разработан для совместимости со стандартными процессами сборки SMT (технология поверхностного монтажа), включая пайку оплавлением.

2. Технические параметры и спецификации

2.1 Предельные эксплуатационные параметры (Ta=25°C)

Следующие параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Прямой ток (IF):90 мА (непрерывный)
• Импульсный прямой ток (IFP):120 мА (Длительность импульса ≤10мс, Скважность ≤1/10)
• Рассеиваемая мощность (PD):846 мВт
• Рабочая температура (Topr):от -40°C до +80°C
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +80°C
• Температура перехода (Tj):125°C
• Температура пайки (Tsld):200°C или 230°C в течение 10 секунд (профиль оплавления)

2.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Эти параметры определяют типичные характеристики в стандартных условиях испытаний.

• Прямое напряжение (Красный, VF_R):Тип. 2.2В, Макс. 2.6В (при IF=60мА)
• Прямое напряжение (Зеленый, VF_G):Тип. 3.2В, Макс. 3.4В (при IF=60мА)
• Прямое напряжение (Синий, VF_B):Тип. 3.2В, Макс. 3.4В (при IF=60мА)
• Обратное напряжение (VR):5 В
• Обратный ток (IR):Макс. 10 мкА
• Угол обзора (2θ1/2):120 градусов

2.3 Сортировка по длине волны

Светодиоды классифицируются по конкретным диапазонам длины волны для обеспечения цветовой согласованности в рамках одного применения. Основные диапазоны доминирующей длины волны следующие:

• Красный (R):R1 (620-625нм), R2 (625-630нм)
• Зеленый (G):G5 (519-522.5нм), G6 (522.5-526нм), G7 (526-530нм)
• Синий (B):B1 (445-450нм), B2 (450-455нм), B3 (455-460нм), B4 (460-465нм)

Такая сортировка позволяет разработчикам выбирать светодиоды с точными координатами цветности для применений, требующих определенных цветовых точек или точного цветового соответствия между несколькими устройствами.

3. Кривые производительности и анализ

3.1 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая)

Вольт-амперная характеристика является основополагающей для проектирования драйвера. Красный светодиодный кристалл демонстрирует более низкое прямое напряжение (тип. ~2.2В) по сравнению с зеленым и синим кристаллами (тип. ~3.2В), что соответствует использованию различных полупроводниковых материалов (например, AlInGaP для красного и InGaN для зеленого/синего). Это различие требует тщательного проектирования схемы, часто включающего отдельные токоограничивающие резисторы или независимые каналы постоянного тока для каждого цвета для достижения сбалансированной яркости и правильного смешения цветов. Кривая показывает резкое включение, характерное для диодного поведения.

3.2 Относительная спектральная мощность в зависимости от температуры перехода

Спектральная характеристика светодиода смещается с изменением температуры перехода. Как правило, с увеличением температуры перехода доминирующая длина волны для светодиодов на основе InGaN (зеленый/синий) имеет тенденцию смещаться в сторону более длинных волн (красное смещение), а оптическая выходная мощность уменьшается. Для красных светодиодов на основе AlInGaP длина волны также может смещаться, а эффективность падает. Этот график имеет решающее значение для применений, работающих в различных температурах окружающей среды или где тепловой менеджмент является сложной задачей, так как это может повлиять на воспринимаемый цвет и световой поток. Правильный теплоотвод и тепловое проектирование необходимы для поддержания стабильных цветовых характеристик.

4. Механическая информация и упаковка

4.1 Габаритные размеры и чертеж

Габаритные размеры корпуса составляют 5.0 мм (Д) x 5.0 мм (Ш) x 1.6 мм (В). Чертеж включает критические допуски: размеры .X имеют допуск ±0.10 мм, а размеры .XX имеют допуск ±0.05 мм. Светодиод имеет шесть выводов (анод и катод для каждого из трех цветных кристаллов).

4.2 Рекомендуемая посадочная площадка и трафарет для паяльной пасты

Предоставляется рекомендуемая контактная площадка печатной платы (посадочное место) и конструкция трафарета для паяльной пасты для обеспечения надежного формирования паяного соединения во время оплавления. Посадочное место включает тепловые развязки и соответствующие размеры контактных площадок для обеспечения хорошего смачивания припоем и механической стабильности. Следование этой рекомендуемой компоновке помогает предотвратить "эффект надгробия", смещение и недостаточность паяных соединений.

5. Руководство по монтажу, обращению и применению

5.1 Чувствительность к влаге и сушка

Корпус SMD5050 чувствителен к влаге (классифицирован по MSL согласно IPC/JEDEC J-STD-020C). Если оригинальный влагозащитный пакет вскрыт и компоненты подвергаются воздействию окружающей влажности сверх установленных пределов, поглощенная влага может испариться во время пайки оплавлением, что потенциально может вызвать внутреннее расслоение или растрескивание ("эффект попкорна").

• Хранение:Храните невскрытые пакеты при <30°C/<85% относительной влажности. После вскрытия храните при <30°C/<60% относительной влажности и используйте в течение 12 часов.
• Сушка:Если воздействие превышает пределы или индикаторная карточка влажности показывает высокую влажность, просушите при 60°C в течение 24 часов перед пайкой. Не превышайте 60°C. Используйте в течение 1 часа после сушки или храните в сушильном шкафу (<20% относительной влажности).

5.2 Защита от электростатического разряда (ESD)

Светодиоды — это полупроводниковые приборы, чувствительные к повреждению от электростатического разряда, особенно зеленые, синие и белые (здесь неприменимо) разновидности. ESD может вызвать мгновенный отказ (катастрофический) или скрытое повреждение, приводящее к сокращению срока службы и ухудшению характеристик.

• Меры предосторожности:Внедрите полную программу контроля ESD: используйте заземленные браслеты, антистатические коврики, ионизаторы и проводящие покрытия пола. Работайте со светодиодами только на защищенных от ESD рабочих местах.
• Упаковка:Используйте проводящие или рассеивающие материалы для транспортировки и хранения.

5.3 Рекомендации по проектированию схемы

Правильная схема управления критически важна для производительности и долговечности.

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор для каждого цветового канала. Это стабилизирует ток при колебаниях напряжения питания и прямого напряжения (Vf) между отдельными светодиодами.
• Тип драйвера:Настоятельно рекомендуется использовать драйверы постоянного тока вместо драйверов постоянного напряжения для оптимальной стабильности и предотвращения теплового разгона.
• Полярность подключения:Проверьте полярность анода/катода перед подачей питания. Обратное подключение может повредить светодиод.
• Последовательность включения питания:При подключении сначала подключите выход драйвера к светодиоду, затем подайте входное питание на драйвер, чтобы избежать переходных процессов по напряжению.

В техническом описании показаны две конфигурации схемы: одна с одним резистором на параллельную цепочку (менее идеальна из-за дисбаланса тока при изменении Vf) и одна с отдельным резистором для каждого светодиода (предпочтительна для лучшего управления током).

5.4 Меры предосторожности при обращении

Избегайте прямого контакта с линзой светодиода голыми пальцами. Кожный жир может загрязнить силиконовую линзу, вызывая оптическую деградацию и снижение светового потока. Используйте вакуумные захваты или чистые пинцеты, предназначенные для работы с компонентами. Чрезмерное механическое усилие пинцетом может повредить проводные соединения или полупроводниковый кристалл внутри корпуса.

6. Информация для заказа и система обозначений

Продукт следует определенной системе кодирования артикулов: T5A003FA. Хотя в документе приведены полные детали расшифровки каждого сегмента (охватывающие код светового потока, цветовую температуру, внутренний код, количество кристаллов, код линзы и тип корпуса), ключевой идентификатор "5050" подтверждает размер корпуса, а "RGB" или "F" указывает на полноцветный (красный, зеленый, синий) тип.

7. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

7.1 Тепловой менеджмент

Хотя максимальная температура перехода составляет 125°C, работа при более низких температурах значительно продлевает срок службы и поддерживает цветовую стабильность. Убедитесь, что печатная плата имеет достаточную площадь меди для распределения тепла. Для мощных или высокоплотных массивов рассмотрите возможность использования печатных плат на металлической основе (MCPCB) или активного охлаждения.

7.2 Смешение цветов и управление

Для достижения определенной белой точки или насыщенного цвета необходимо точное управление соотношением токов между красным, зеленым и синим каналами. Обычно это делается с помощью ШИМ-диммирования, который более эффективен для управления цветом, чем аналоговое диммирование, поскольку поддерживает оптимальное прямое напряжение и цветовые характеристики светодиода. Разные прямые напряжения требуют отдельных каналов драйвера или тщательно рассчитанных значений резисторов для каждого цвета при использовании общего источника напряжения с резисторами.

7.3 Оптическое проектирование

Угол обзора 120 градусов обеспечивает широкую, ламбертовскую диаграмму направленности. Для применений, требующих направленного света, над светодиодом могут быть установлены вторичная оптика, такая как линзы или отражатели. Материал силиконовой линзы относительно мягкий; необходимо соблюдать осторожность, чтобы не поцарапать его во время сборки.

8. Сравнение и отличия

По сравнению с использованием трех отдельных SMD-светодиодов (например, корпус 3528), интегрированный SMD5050 RGB предлагает более компактное решение, упрощает сборку методом "pick-and-place" (один компонент против трех) и обеспечивает точное пространственное выравнивание трех цветовых точек, что критически важно для хорошего смешения цветов на коротких расстояниях. По сравнению с более ранними корпусами RGB-светодиодов, 5050 часто обеспечивает более высокий световой поток и лучшие тепловые характеристики благодаря большей площади основания.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Можно ли управлять всеми тремя цветами параллельно с одним резистором?

Нет, это не рекомендуется. Прямые напряжения (Vf) красного, зеленого и синего кристаллов различны. Их параллельное подключение с одним резистором вызовет сильный дисбаланс тока, при этом большая часть тока будет протекать через канал с наименьшим Vf (обычно красный), что приведет к неправильным цветам и потенциальному перетоку в некоторых кристаллах.

9.2 Зачем нужна сушка, и можно ли использовать более высокую температуру для ускорения процесса?

Сушка удаляет поглощенную влагу, чтобы предотвратить повреждение во время оплавления. Не превышайте 60°C. Более высокие температуры могут ухудшить внутренние материалы (силикон, люминофоры, если они есть, клеи) и саму упаковку на ленте и в катушке.

9.3 Каков типичный срок службы этого светодиода?

Срок службы светодиода (часто определяемый как L70 — время до 70% от начального светового потока) в значительной степени зависит от условий эксплуатации, в первую очередь от тока управления и температуры перехода. Работа при рекомендуемом токе (60 мА на кристалл) или ниже и поддержание низкой температуры перехода за счет хорошего теплового проектирования может обеспечить десятки тысяч часов работы.

10. Практический пример применения

Сценарий: Проектирование светодиодной ленты с изменением цвета.

1. Компоновка:Несколько светодиодов SMD5050 RGB размещены вдоль гибкой печатной платы с определенным шагом (например, 30 светодиодов/метр).
2. Схема:Аноды R, G и B каждого светодиода подключены к общим шинам питания (Vcc_R, Vcc_G, Vcc_B) через индивидуальные токоограничивающие резисторы на ленте. Катоды подключены к стоку N-канальных MOSFET, управляемых микроконтроллером.
3. Управление:Микроконтроллер генерирует ШИМ-сигналы для каждого цветового канала каждой группы светодиодов (часто сгруппированных по 3 светодиода для адресуемых лент, таких как WS2812B, который интегрирует микросхему контроллера). Это позволяет независимо управлять цветом и яркостью каждого сегмента.
4. Питание:Используется источник постоянного напряжения 5В или 12В. Напряжение и значения резисторов выбираются для обеспечения желаемого тока 60 мА на кристалл с учетом падения напряжения вдоль ленты.
5. Сборка:Лента собирается с использованием процессов SMT с соблюдением рекомендаций по чувствительности к влаге и защите от ESD. После пайки часто наносится силиконовое покрытие для гидроизоляции.

11. Принцип работы

Светодиод — это полупроводниковый диод с p-n переходом. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение диода, электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активном слое. Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводниковых материалов, используемых в активной области. SMD5050 RGB объединяет три таких перехода, изготовленных из разных материальных систем (например, AlInGaP для красного, InGaN для зеленого и синего), в одном корпусе. Свет от каждого кристалла смешивается внешне, создавая воспринимаемый цвет.

12. Технологические тренды

Общая тенденция в области RGB-светодиодов направлена на повышение эффективности (больше люмен на ватт), улучшение цветопередачи (более широкий цветовой охват) и повышение надежности. Также наблюдается движение в сторону более узкой сортировки по цвету и световому потоку для обеспечения согласованности в массовом производстве. Интеграция с управляющей электроникой (например, создание "умных светодиодов" или адресуемых светодиодов со встроенными микросхемами) становится все более распространенной, упрощая проектирование систем для динамического освещения. Кроме того, достижения в области материалов корпусов направлены на обеспечение лучших тепловых характеристик и долговременной устойчивости к воздействию окружающей среды, такой как влажность и УФ-излучение.