SMD 5050 RGBW LED 数据手册 - 5.0x5.0x1.6毫米 - 红光2.6伏/绿光3.8伏/蓝光3.8伏/白光3.6伏 - 每芯片0.2瓦 - 英文技术文档

1. 产品概述

本文档详述了一种采用5050封装形式的紧凑型、表面贴装、低功耗LED器件的规格。该器件在一个白色树脂封装内集成了四个独立的半导体芯片：红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）和白色（W）。这种多芯片配置能够生成广泛的色彩光谱，包括来自专用白色芯片的纯白光以及来自RGB组合的混合色彩。该封装采用8引脚引线框架设计，为每个芯片提供独立的电气通路，以实现单独控制。

The core advantages of this LED include its high luminous efficacy, low power consumption, and a wide 120-degree viewing angle. Its compact SMD form factor makes it suitable for automated assembly processes like IR reflow soldering. The product is compliant with key environmental and safety standards, including RoHS, EU REACH, and halogen-free requirements (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

其目标应用多种多样，充分利用了其混色能力和通用照明特性。主要用途包括通用装饰与娱乐照明、状态指示灯、开关与面板的背光或照明，以及其他需要紧凑型多色光源的应用场合。

2. 深度技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

所有额定值均在焊接点温度（T_焊接）为25°C时指定。超出这些限制可能导致永久性损坏。

• 反向电压（V_R): 所有芯片（R、G、B、W）的最大反向电压为5V。施加更高的反向电压可能导致结击穿。
• 连续正向电流 (I_F): 红色和白色芯片的额定电流为200mA。绿色和蓝色芯片的额定电流为180mA。这些是直流电流限值。
• 峰值正向电流 (I_FP): 在占空比为1/10、脉冲宽度为10ms的脉冲工作条件下。红/白光：400mA。绿/蓝光：360mA。
• 功耗 (P_d): 每颗芯片的最大允许功率损耗。红光：520mW，绿/蓝光：684mW，白光：720mW。这对热管理至关重要。
• 温度范围： 工作温度：-40°C 至 +85°C。存储温度：-40°C 至 +100°C。最高结温 (T_j): 110°C。
• 热阻 (R_{th J-S}): 结至焊点热阻。R: 60°C/W, G: 110°C/W, B: 75°C/W, W: 75°C/W。数值越低，表示芯片到电路板的热传导性能越好。
• 焊接温度： 红外回流焊：峰值温度260°C，最长持续10秒。手工焊接：温度350°C，最长持续3秒。

2.2 光电特性

典型性能在T_焊接=25°C和I_F=100mA，除非另有说明。

• 发光强度 (I_v): 以毫坎德拉 (mcd) 为单位测量。典型值：R: 5000 mcd, G: 11000 mcd, B: 3000 mcd, W: 10000 mcd。也规定了最小值。容差为 ±11%。
• 正向电压 (V_F): LED 在 100mA 电流下的压降。典型值/最大值：R: 2.10V/2.60V, G: 3.00V/3.80V, B: 3.10V/3.80V, W: 2.90V/3.60V。容差为 ±0.1V。此参数对驱动器设计至关重要。
• 视角 (2θ_1/2): 120度。这是光强降至峰值（轴向）光强一半时的全角。
• 主波长 (λ_p): 发射光的峰值波长。R: 619-629nm, G: 520-535nm, B: 460-475nm。公差为±1nm。白色LED的颜色描述为“偏黄”。
• 反向电流 (I_R): 在 V_R = -5V 条件下，所有芯片的最大漏电流为 10µA。

3. Binning System 说明

为确保颜色和亮度的一致性，LED会根据实测性能进行分档。

3.1 光强分档

LED根据其在I=100mA条件下测得的发光强度进行分组。_F每个分组都有一个代码（例如CB、DA、EA），定义了以mcd为单位的最小/最大强度范围。

• 红色 (R): 分组CB (3550-4500 mcd)、DA (4500-5600 mcd)、DB (5600-7100 mcd)。
• 绿色 (G): Bins EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd).
• 蓝色 (B): 区间 BA (1800-2240 mcd)、BB (2240-2800 mcd)、CA (2800-3550 mcd)、CB (3550-4500 mcd)。
• 白色 (W)： 区间 DB (5600-7100 mcd)、EA (7100-9000 mcd)、EB (9000-11200 mcd)、FA (11200-14000 mcd)、FB (14000-18000 mcd)。

3.2 主波长分档

LED也会根据其发射光的峰值波长进行分档，以控制色调。

• 红色 (R): 分档 RB (619-624 nm), RC (624-629 nm)。
• 绿色 (G): 分档 G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm)。
• 蓝色 (B): 波段 B3 (460-465 nm)、B4 (465-470 nm)、B5 (470-475 nm)。

3.3 色品坐标分档（白光LED）

对于白光 LED，其颜色是使用 CIE 1931 色度图上的色品坐标 (x, y) 精确定义的。数据手册提供了一个详细的分档代码表（例如 A11, A12, A21），每个代码对应一个由四组 (x, y) 坐标定义的四边形区域。这些坐标的公差为 ±0.01。该系统确保了对发光白点（例如冷白、中性白、暖白）的严格管控。

4. 性能曲线分析

数据手册包含了典型特性曲线，这对于理解器件在不同工作条件下的行为至关重要。

4.1 光谱分布

图中展示了一条典型的光谱分布曲线，绘制了相对强度与波长的关系。该曲线直观地表示了光输出的构成。对于RGB芯片，曲线在其主波长处显示出窄峰。对于白光LED（通常是带有荧光粉涂层的蓝光芯片），曲线显示出荧光粉转换光产生的宽峰，并与泵浦LED产生的较小蓝光峰相结合。光度学计算也会参考标准人眼响应曲线（V(λ)）。

4.2 正向电流与正向电压关系（I-V特性曲线）

R、G、B和W芯片的独立曲线展示了在25°C下正向电流（I_F）与正向电压（V_F）之间的关系。这些曲线本质上呈指数特性。它们对于设计限流电路或恒流驱动器至关重要。曲线证实，在100mA的典型工作电流下，V_F 与电气参数表中所述的典型值一致。

4.3 波长与正向电流关系

这些曲线展示了每个芯片的主波长（颜色）如何随正向电流的增加而变化。通常，由于结温升高等效应，波长会随电流轻微增加。对于需要在不同亮度级别下保持精确颜色稳定性的应用，这是一个重要的考量因素。

4.4 相对强度与正向电流关系

这些图表展示了光输出（绿/白光的相对发光强度，红/蓝光的相对辐射强度）如何随正向电流增加而变化。在较低电流下，该关系大致呈线性，但在较高电流下可能因热效应和效率下降而趋于饱和。此数据用于确定达到目标亮度水平所需的最佳驱动电流。

4.5 最大允许正向电流与温度关系

这条降额曲线对可靠性至关重要。它显示了随着环境（或焊点）温度升高，最大允许连续正向电流必须如何降低。例如，在85°C时，允许的电流将显著低于25°C下的额定值。若工作点高于此曲线，则有过最高结温的风险，从而导致光通量加速衰减并缩短使用寿命。

5. 焊接与组装指南

LED对静电放电（ESD）敏感，必须采取适当的预防措施进行处理。推荐的焊接方法为：

• 红外回流焊接： 这是表面贴装器件（SMD）组装的首选方法。最高峰值温度不应超过260°C，且高于260°C的时间应限制在10秒以内。标准的无铅回流焊接温度曲线是适用的。
• 手工焊接： 如有必要，可采用烙铁进行手工焊接，烙铁头温度不得超过350°C。每个引脚的接触时间应限制在3秒以内，以防止封装和引线键合受到热损伤。

焊接过程中及焊接后必须注意避免对封装施加机械应力。存储温度范围为-40°C至+100°C。

6. 应用建议与设计考量

6.1 典型应用电路

由于各芯片（R、G、B、W）的正向电压特性不同，每个芯片都需要独立的限流电路。强烈建议使用恒流驱动器而非简单的串联电阻，以获得更好的亮度一致性和色彩稳定性，尤其是在使用电池等可变电压源供电时。对于RGB混色，脉宽调制（PWM）是强度控制的标准方法，因为它能保持恒定的正向电压和电流，从而保持每种基色的色度。

6.2 热管理

有效的散热对于器件性能和寿命至关重要。热阻值（R_{th J-S}）表示热量从芯片传导至PCB的难易程度。设计人员必须确保PCB具有足够的铜箔面积（散热焊盘或通往内层的过孔），以消散产生的总热量（I_F * V_F 对于所有处于工作状态的芯片而言，在散热不足的情况下以接近或达到最大额定电流运行，将导致结温过高，从而引起光输出衰减（流明维持率下降）并显著缩短LED的工作寿命。

6.3 光学设计

120度的宽广视角使得此LED适用于需要宽范围漫射照明的应用。如需更集中的光线，则可能需要次级光学元件（透镜）。在进行混光设计时，5050封装内四颗芯片紧密的物理排布确保了在远距离下具有良好的空间混色效果，但在极近距离观察时，仍可能分辨出独立的色点。

7. 技术对比与差异化分析

这款5050 RGBW LED的差异化优势在于，在极其紧凑、符合行业标准的5.0mm x 5.0mm封装内集成了四个独立的发光芯片。与使用四个独立的单色5050 LED相比，这种集成封装节省了PCB空间，并简化了拾取与贴装工艺。除了RGB芯片外，其包含的专用白光芯片提供了一个高质量的白光光源，无需进行混色，而混色有时会导致光效降低或显色性问题。独立的8引脚配置提供了最大的控制灵活性，允许每种颜色被独立驱动或以任意组合形式驱动。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我能否使用单个恒压源和一个串联电阻来并联驱动所有四个芯片（RGBW）？
答：不建议这样做。各芯片的正向电压（V_F）差异显著（例如，红色芯片约2.1V，蓝色芯片约3.1V）。将它们并联会导致严重的电流失衡，红色芯片将汲取大部分电流，可能超过其额定值，而其他芯片则保持微亮或熄灭。每个颜色通道都需要独立的电流控制。

问：在规格参数中，光强（mcd）与功率（mW）有何区别？
答：光强（以坎德拉或毫坎德拉为单位）是人眼感知到的光亮度，根据人眼灵敏度曲线进行加权。功耗（以毫瓦为单位）是在LED结处转化为热量的电功率（I_F*V_F）。输入功率的一部分会转化为光（辐射功率），但数据手册规定的是必须处理的最大热量。

问：如何解读白光LED的色品坐标分档？
答：每个分档（例如A11）在CIE色品图上定义了一个小的四边形区域。四对(x,y)坐标即是该区域的四个角点。测量色品落在此四边形内的LED即被赋予该分档代码。这确保了同一批次中的所有LED具有几乎相同的白光色点。

问：为何峰值正向电流（I_FP）高于连续电流（I_F)?
A> The semiconductor junction can handle higher current pulses for very short durations (10ms in this case) because the heat generated does not have time to raise the junction temperature to a critical level. This is useful for PWM dimming or creating brief, bright flashes.

9. 实际设计与使用案例

场景：设计一款变色氛围灯。
一位设计师为USB供电的桌面台灯选择了这款LED。他们使用一个带有四个PWM通道的微控制器，独立控制红、绿、蓝和白光的电流。白色LED提供纯净的阅读灯模式。RGB LED混合后可产生数百万种颜色用于环境照明。该设计采用了一个恒流LED驱动芯片，每通道最大可输出200mA电流。PCB包含大面积接地层，通过多个过孔连接至LED的散热焊盘，以充当散热器。固件实现了颜色渐变算法，并包含热管理逻辑：如果微控制器的温度传感器（安装在PCB上靠近LED的位置）读数超过70°C，该逻辑会降低最大驱动电流，确保LED在其安全温度降额曲线内工作。

10. 工作原理介绍

发光基于半导体材料的电致发光原理。当在LED的p-n结上施加正向电压时，电子与空穴复合，以光子（光）的形式释放能量。光的颜色（波长）由半导体材料的带隙能量决定。红色芯片采用AlInGaP（铝铟镓磷）。绿色和蓝色芯片采用InGaN（铟镓氮），通过不同的铟/镓比例来调节带隙。白色LED通常使用涂覆有黄色（或多色）荧光粉的蓝色InGaN芯片。芯片发出的蓝光激发荧光粉，使其发射出波长更长的宽光谱光（黄光、红光），这些光与剩余的蓝光混合产生白光。“偏黄”的描述表明白光光谱的色温（CCT）偏向暖色调一侧。

11. 技术趋势与背景

此类5050 RGBW集成多芯片封装代表了LED照明向更高功能密度和简化系统设计的趋势。更广视角（如120度）的转变迎合了需要均匀、无眩光照明的应用，而非聚焦的聚光灯。业界持续追求更高的发光效率（每瓦电功率产生更多光输出）和改进的显色性，尤其是白色光部分。此外，如详细的色品坐标表所示，更严格的分档公差反映了市场对单色和白色LED应用具有卓越颜色一致性的需求，这对于多LED灯具和显示器至关重要。