SMD 5050 RGBW LED Teknik Veri Sayfası - 5.0x5.0x1.6mm - Kırmızı 2.6V/Yeşil 3.8V/Mavi 3.8V/Beyaz 3.6V - Çip Başına 0.2W

1. Ürün Genel Bakışı

Bu belge, 5050 form faktöründe kompakt, yüzey montajlı, düşük güçlü bir LED paketinin özelliklerini detaylandırır. Cihaz, tek bir beyaz reçine paket içinde dört ayrı yarı iletken çip entegre eder: Kırmızı (R), Yeşil (G), Mavi (B) ve Beyaz (W). Bu çoklu çip konfigürasyonu, özel beyaz çipten saf beyaz ışık ve RGB kombinasyonundan karışık renkler dahil olmak üzere geniş bir renk spektrumu üretimini sağlar. Paket, her bir çipe bağımsız kontrol için ayrı elektriksel erişim sağlayan 8-pinli kurşun çerçeve ile tasarlanmıştır.

Bu LED'in temel avantajları arasında yüksek ışık verimliliği, düşük güç tüketimi ve geniş 120 derecelik görüş açısı bulunur. Kompakt SMD form faktörü, IR geri akış lehimleme gibi otomatik montaj süreçlerine uygunluğunu sağlar. Ürün, RoHS, EU REACH ve halojensiz gereksinimleri (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) dahil olmak üzere temel çevre ve güvenlik standartlarına uygundur.

Hedef uygulamalar, renk karıştırma yeteneği ve genel aydınlatma özelliklerinden yararlanarak çeşitlidir. Başlıca kullanımlar arasında genel dekoratif ve eğlence aydınlatması, durum göstergeleri, anahtarlar ve paneller için arka aydınlatma veya aydınlatma ve kompakt, çok renkli ışık kaynaklarının gerektiği diğer uygulamalar yer alır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Tüm değerler, lehimleme noktası sıcaklığı (T_Lehimleme) 25°C'de belirtilmiştir. Bu limitlerin aşılması kalıcı hasara neden olabilir.

• Ters Voltaj (V_R):Tüm çipler (R, G, B, W) için maksimum 5V. Daha yüksek ters voltaj uygulamak, jonksiyon bozulmasına neden olabilir.
• Sürekli İleri Akım (I_F):Kırmızı ve Beyaz çipler 200mA için derecelendirilmiştir. Yeşil ve Mavi çipler 180mA için derecelendirilmiştir. Bunlar DC akım limitleridir.
• Tepe İleri Akım (I_FP):Görev döngüsü 1/10 ve darbe genişliği 10ms olan darbe çalışması için. Kırmızı/Beyaz: 400mA. Yeşil/Mavi: 360mA.
• Güç Dağılımı (P_d):Çip başına izin verilen maksimum güç kaybı. R: 520mW, G/B: 684mW, W: 720mW. Bu, termal yönetim için kritiktir.
• Sıcaklık Aralıkları:Çalışma: -40°C ila +85°C. Depolama: -40°C ila +100°C. Maksimum Jonksiyon Sıcaklığı (T_j): 110°C.
• Termal Direnç (R_{th J-S}):Jonksiyondan lehimleme noktasına. R: 60°C/W, G: 110°C/W, B: 75°C/W, W: 75°C/W. Daha düşük değerler, çipten devre kartına daha iyi ısı transferini gösterir.
• Lehimleme Sıcaklığı:IR Geri Akış: Maksimum 10 saniye için 260°C tepe sıcaklık. El Lehimlemesi: Maksimum 3 saniye için 350°C.

2.2 Elektro-Optik Özellikler

Tipik performans, T_Lehimleme=25°C ve I_F=100mA'de ölçülmüştür, aksi belirtilmedikçe.

• Işık Şiddeti (I_v):Milikandela (mcd) cinsinden ölçülür. Tipik değerler: R: 5000 mcd, G: 11000 mcd, B: 3000 mcd, W: 10000 mcd. Minimum değerler de belirtilmiştir. Tolerans ±%11'dir.
• İleri Voltaj (V_F):100mA'de LED üzerindeki voltaj düşüşü. Tipik/Maks: R: 2.10V/2.60V, G: 3.00V/3.80V, B: 3.10V/3.80V, W: 2.90V/3.60V. Tolerans ±0.1V'dir. Bu parametre, sürücü tasarımı için çok önemlidir.
• Görüş Açısı (2θ_1/2):120 derece. Bu, ışık şiddetinin tepe şiddetinin (eksen üzeri) yarısı olduğu tam açıdır.
• Baskın Dalga Boyu (λ_p):Yayılan ışığın tepe dalga boyu. R: 619-629nm, G: 520-535nm, B: 460-475nm. Tolerans ±1nm'dir. Beyaz LED'in rengi "Sarımsı" olarak tanımlanır.
• Ters Akım (I_R):V_R= -5V'de tüm çipler için maksimum 10µA kaçak akım.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

Renk ve parlaklık tutarlılığını sağlamak için LED'ler, ölçülen performansa göre sınıflara ayrılır.

3.1 Işık Şiddeti Sınıflandırması

LED'ler, I_F=100mA'de ölçülen ışık şiddetlerine göre gruplandırılır. Her sınıfın mcd cinsinden bir min/maks şiddet aralığını tanımlayan bir kodu vardır (ör. CB, DA, EA).

• Kırmızı (R):CB (3550-4500 mcd), DA (4500-5600 mcd), DB (5600-7100 mcd) sınıfları.
• Yeşil (G):EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd) sınıfları.
• Mavi (B):BA (1800-2240 mcd), BB (2240-2800 mcd), CA (2800-3550 mcd), CB (3550-4500 mcd) sınıfları.
• Beyaz (W):DB (5600-7100 mcd), EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd), FB (14000-18000 mcd) sınıfları.

3.2 Baskın Dalga Boyu Sınıflandırması

LED'ler ayrıca renk tonunu kontrol etmek için yaydıkları ışığın tepe dalga boyuna göre sınıflandırılır.

• Kırmızı (R):RB (619-624 nm), RC (624-629 nm) sınıfları.
• Yeşil (G):G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm) sınıfları.
• Mavi (B):B3 (460-465 nm), B4 (465-470 nm), B5 (470-475 nm) sınıfları.

3.3 Renklilik Koordinatı Sınıflandırması (Beyaz LED)

Beyaz LED için, renk, CIE 1931 diyagramı üzerindeki renklilik koordinatları (x, y) kullanılarak hassas bir şekilde tanımlanır. Veri sayfası, karşılık gelen dört (x,y) koordinat seti ile tanımlanan dörtgen alanlara sahip sınıf kodlarının (ör. A11, A12, A21) ayrıntılı bir tablosunu sağlar. Bu koordinatlar için tolerans ±0.01'dir. Bu sistem, yayılan ışığın beyaz noktası (ör. soğuk beyaz, nötr beyaz, sıcak beyaz) üzerinde sıkı bir kontrol sağlar.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın farklı çalışma koşulları altındaki davranışını anlamak için gerekli olan tipik karakteristik eğrileri içerir.

4.1 Spektral Dağılım

Tipik bir spektral dağılım eğrisi gösterilmiştir, bağıl yoğunluğu dalga boyuna karşı çizer. Bu eğri, ışık çıktısının bileşimini görsel olarak temsil eder. RGB çipleri için, baskın dalga boylarında dar tepe noktaları gösterir. Beyaz LED (tipik olarak fosfor kaplamalı mavi çip) için, eğri, fosforun dönüştürülmüş ışığından gelen geniş bir tepe noktası ile pompa LED'inden gelen daha küçük bir mavi tepe noktasının kombinasyonunu gösterir. Fotometrik hesaplamalar için standart insan gözü tepki eğrisi (V(λ)) da referans alınır.

4.2 İleri Akım - İleri Voltaj İlişkisi (I-V Eğrisi)

R, G, B ve W çipleri için ayrı eğriler, 25°C'de ileri akım (I_F) ve ileri voltaj (V_F) arasındaki ilişkiyi gösterir. Bu eğriler doğası gereği üsseldir. Akım sınırlayıcı devreler veya sabit akım sürücüleri tasarlamak için kritiktirler. Eğriler, tipik 100mA çalışma akımında, V_Fdeğerinin elektriksel tabloda belirtilen tipik değerlerle uyumlu olduğunu doğrular.

4.3 Dalga Boyu - İleri Akım İlişkisi

Bu eğriler, her bir çipin baskın dalga boyunun (renginin) artan ileri akımla nasıl değiştiğini gösterir. Genellikle, jonksiyon ısınması ve diğer etkiler nedeniyle dalga boyu akımla hafifçe artabilir. Bu, bir dizi parlaklık seviyesinde hassas renk kararlılığı gerektiren uygulamalar için önemli bir husustur.

4.4 Bağıl Yoğunluk - İleri Akım İlişkisi

Bu grafikler, ışık çıktısının (G/W için bağıl ışık şiddeti, R/B için bağıl radyometrik yoğunluk) ileri akımla nasıl arttığını gösterir. İlişki genellikle düşük akımlarda doğrusaldır, ancak termal ve verimlilik düşüşü nedeniyle yüksek akımlarda doyabilir. Bu veriler, istenen bir parlaklık seviyesi için optimal sürücü akımını belirlemek için kullanılır.

4.5 İzin Verilen Maksimum İleri Akım - Sıcaklık İlişkisi

Bu güç azaltma eğrisi, güvenilirlik için en önemlilerinden biridir. Ortam (veya lehim noktası) sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum sürekli ileri akımın nasıl azaltılması gerektiğini gösterir. Örneğin, 85°C'de izin verilen akım, 25°C derecelendirmesinden önemli ölçüde daha düşük olacaktır. Bu eğrinin üzerinde çalışmak, maksimum jonksiyon sıcaklığını aşma riski taşır ve bu da hızlanmış lümen azalmasına ve ömrün kısalmasına yol açar.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

LED, elektrostatik deşarja (ESD) karşı hassastır ve uygun önlemlerle ele alınmalıdır. Önerilen lehimleme yöntemleri şunlardır:

• IR Geri Akış Lehimleme:Bu, SMD montajı için tercih edilen yöntemdir. Maksimum tepe sıcaklığı 260°C'yi aşmamalı ve 260°C üzerindeki süre 10 saniye ile sınırlandırılmalıdır. Standart kurşunsuz geri akış profili uygundur.
• El Lehimlemesi:Gerekirse, uç sıcaklığı 350°C'yi aşmayan bir havya ile el lehimlemesi yapılabilir. Her bacağa temas süresi, paket ve tel bağlantılarına termal hasarı önlemek için 3 saniye ile sınırlandırılmalıdır.

Lehimleme sırasında ve sonrasında paket üzerinde mekanik stres oluşmasından kaçınılmalıdır. Depolama sıcaklık aralığı -40°C ila +100°C'dir.

6. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devreleri

Her çip (R, G, B, W), farklı ileri voltaj özellikleri nedeniyle kendi akım sınırlayıcı devresini gerektirir. Daha iyi parlaklık tutarlılığı ve renk kararlılığı için, özellikle pil gibi değişken voltaj kaynağından çalışırken, basit bir seri direnç yerine sabit akımlı bir sürücü şiddetle tavsiye edilir. RGB renk karıştırma için, darbe genişlik modülasyonu (PWM), yoğunluk kontrolü için standart yöntemdir, çünkü sabit bir ileri voltaj ve akım sağlayarak her bir ana rengin renkliliğini korur.

6.2 Termal Yönetim

Etkili ısı emici, performans ve uzun ömür için çok önemlidir. Termal direnç değerleri (R_{th J-S}), ısının çipten PCB'ye ne kadar kolay aktığını gösterir. Tasarımcılar, PCB'nin toplam üretilen ısıyı (tüm aktif çipler için I_F* V_F toplamı) dağıtmak için yeterli bakır alanına (termal pedler veya iç katmanlara geçiş delikleri) sahip olduğundan emin olmalıdır. Uygun soğutma olmadan maksimum akım derecelendirmelerine yakın veya bu seviyelerde çalışmak, yüksek jonksiyon sıcaklıklarına yol açarak ışık çıktısında düşüşe (lümen azalması) ve LED'in çalışma ömrünün önemli ölçüde kısalmasına neden olur.

6.3 Optik Tasarım

Geniş 120 derecelik görüş açısı, bu LED'i geniş, dağınık aydınlatma gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir. Daha yönlendirilmiş ışık için, ikincil optikler (lensler) gerekebilir. Renk karıştırma için tasarım yaparken, 5050 paket içindeki dört çipin fiziksel yakınlığı, uzak mesafede iyi bir uzamsal renk karışımı sağlar, ancak çok yakın görüş mesafelerinde, ayrı renkli noktalar ayırt edilebilir.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Bu 5050 RGBW LED, çok kompakt, endüstri standardı 5.0mm x 5.0mm ayak izinde dört farklı yayıcıyı entegre ederek kendini farklılaştırır. Dört ayrı tek renkli 5050 LED kullanmaya kıyasla, bu entegre paket PCB alanından tasarruf sağlar ve yerleştirme montajını basitleştirir. RGB çiplerine ek olarak özel bir beyaz çipin dahil edilmesi, renk karıştırmaya gerek kalmadan yüksek kaliteli bir beyaz ışık kaynağı sağlar; bu bazen daha düşük verimlilik veya renksel geriverim sorunlarına yol açabilir. Ayrı 8-pin konfigürasyonu, her bir rengin bağımsız olarak veya herhangi bir kombinasyonda sürülmesine izin vererek kontrol için maksimum esneklik sunar.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Dört çipi (RGBW) tek bir seri dirençli sabit voltaj kaynağından paralel olarak sürebilir miyim?

C: Tavsiye edilmez. İleri voltajlar (V_F) önemli ölçüde farklıdır (ör. Kırmızı ~2.1V, Mavi ~3.1V). Bunları paralel bağlamak, kırmızı çipin çoğu akımı çekmesine, potansiyel olarak derecelendirmesini aşmasına, diğerlerinin ise loş kalmasına veya sönük olmasına neden olacak şiddetli bir akım dengesizliğine yol açar. Her renk kanalı ayrı akım kontrolü gerektirir.

S: Derecelendirmelerde ışık şiddeti (mcd) ve güç (mW) arasındaki fark nedir?

C: Işık şiddeti (kandela veya milikandela cinsinden ölçülür), insan gözünün hassasiyet eğrisiyle ağırlıklandırılan, insan gözü tarafından algılanan ışık parlaklığıdır. Güç dağılımı (miliwatt cinsinden), LED jonksiyonunda ısıya dönüştürülen elektriksel güçtür (I_F*V_F). Giriş gücünün bir kısmı ışığa (ışıma gücü) dönüştürülür, ancak veri sayfası yönetilmesi gereken maksimum ısıyı belirtir.

S: Beyaz LED için renklilik koordinatı sınıflarını nasıl yorumlamalıyım?

C: Her sınıf (ör. A11), CIE renk şeması üzerinde küçük bir dörtgen alan tanımlar. Dört (x,y) koordinat çifti, o alanın köşeleridir. Ölçülen rengi bu dörtgen içine düşen LED'lere o sınıf kodu atanır. Bu, bir partideki tüm LED'lerin neredeyse aynı beyaz renk noktasına sahip olmasını sağlar.

S: Tepe ileri akımı (I_FP) neden sürekli akımdan (I_F) daha yüksek?

C: Yarı iletken jonksiyon, çok kısa süreler (bu durumda 10ms) için daha yüksek akım darbelerini kaldırabilir, çünkü üretilen ısının jonksiyon sıcaklığını kritik bir seviyeye çıkarmak için zamanı yoktur. Bu, PWM karartma veya kısa, parlak flaşlar oluşturmak için kullanışlıdır.

9. Pratik Tasarım ve Kullanım Senaryosu

Senaryo: Renk değiştiren bir ortam ışığı tasarlamak.

Bir tasarımcı, bu LED'i USB ile çalışan bir masa lambası için seçer. R, G, B ve W akımlarını bağımsız olarak kontrol etmek için dört PWM kanalına sahip bir mikrodenetleyici kullanır. Beyaz LED, saf bir okuma ışığı modu sağlar. RGB LED'ler, ortam aydınlatması için milyonlarca renk oluşturmak üzere karıştırılır. Tasarım, kanal başına 200mA'ye kadar akım sağlayabilen sabit akımlı bir LED sürücü IC'si kullanır. PCB, bir ısı emici görevi görmek üzere LED'in termal pedine birden fazla geçiş deliği ile bağlı geniş bir toprak düzlemi içerir. Yazılım, renk geçiş algoritmalarını uygular ve mikrodenetleyicinin sıcaklık sensörü (PCB'de LED yakınına yerleştirilmiş) 70°C üzerinde okuma yaparsa maksimum sürücü akımını azaltan termal yönetim mantığını içerir, böylece LED'in güvenli sıcaklık güç azaltma eğrisi içinde çalışmasını sağlar.

10. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Işık yayılımı, yarı iletken malzemelerdeki elektrolüminesansa dayanır. LED'in p-n jonksiyonu üzerine ileri voltaj uygulandığında, elektronlar ve delikler yeniden birleşir ve foton (ışık) şeklinde enerji açığa çıkarır. Işığın rengi (dalga boyu), yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir. Kırmızı çip AlInGaP (Alüminyum İndiyum Galyum Fosfit) kullanır. Yeşil ve Mavi çipler, bant aralığını ayarlamak için farklı indiyum/galyum oranlarına sahip InGaN (İndiyum Galyum Nitrür) kullanır. Beyaz LED tipik olarak sarı (veya çok renkli) fosfor kaplamalı bir Mavi InGaN çipi kullanır. Çipten gelen mavi ışık, fosforu uyarır ve fosfor daha sonra daha uzun dalga boylarında (sarı, kırmızı) geniş bir spektrum yayar, bu da kalan mavi ışıkla birleşerek beyaz ışık üretir. "Sarımsı" tanımı, beyaz spektrumun daha sıcak tarafında bir ilişkili renk sıcaklığını (CCT) önerir.

11. Teknoloji Trendleri ve Bağlam

Bu 5050 RGBW gibi entegre çoklu çip paketleri, LED aydınlatmada daha yüksek fonksiyonel yoğunluk ve basitleştirilmiş sistem tasarımına doğru bir eğilimi temsil eder. Daha geniş görüş açılarına (120 derece gibi) geçiş, odaklanmış spot ışıkları yerine düzgün, göz kamaştırmayan aydınlatma gerektiren uygulamalara hitap eder. Endüstride, özellikle beyaz bileşen için daha yüksek ışık verimliliği (elektriksel watt başına daha fazla ışık çıktısı) ve geliştirilmiş renksel geriverim için sürekli bir çaba vardır. Ayrıca, ayrıntılı renklilik koordinat tablolarında kanıtlandığı gibi daha sıkı sınıflandırma toleransları, hem tek renkli hem de beyaz LED uygulamalarında üstün renk tutarlılığı için piyasa talebini yansıtır; bu, çoklu LED armatürleri ve ekranlar için kritiktir.