SMD 5050 RGBW LED 數據手冊 - 5.0x5.0x1.6mm - 紅光 2.6V/綠光 3.8V/藍光 3.8V/白光 3.6V - 每晶片 0.2W - 英文技術文件

1. 產品概覽

本文件詳細說明一款採用5050封裝尺寸、體積小巧、表面貼裝、低功耗的LED元件規格。該器件在單個白色樹脂封裝內整合了四個獨立半導體晶片：紅色 (R)、綠色 (G)、藍色 (B) 及白色 (W)。此多晶片配置能夠產生廣泛的光譜色彩，包括專用白色晶片發出的純白光，以及RGB組合混合而成的各種顏色。該封裝採用8引線框架設計，為每個晶片提供獨立的電氣連接，以便進行獨立控制。

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).

目標應用廣泛，充分利用其混色能力及通用照明特性。主要用途包括一般裝飾及娛樂照明、狀態指示燈、開關與面板的背光或照明，以及其他需要緊湊型多色光源的應用。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

所有額定值均以焊接點溫度（T_焊接）為25°C時指定。超出這些限制可能會導致永久性損壞。

• 反向電壓（V_R): 所有晶片（R、G、B、W）最高反向電壓為5V。施加更高反向電壓可能導致接面擊穿。
• 連續正向電流 (I_F): 紅色與白色晶片額定電流為200mA。綠色與藍色晶片額定電流為180mA。此為直流電流限制。
• 峰值正向電流 (I_FP): 適用於佔空比為1/10、脈衝寬度為10ms的脈衝操作。紅/白光：400mA。綠/藍光：360mA。
• 功率損耗 (P_d): 每顆晶片的最大允許功率損耗。紅光：520mW，綠/藍光：684mW，白光：720mW。此參數對熱管理至關重要。
• 溫度範圍： 操作：-40°C 至 +85°C。儲存：-40°C 至 +100°C。最高結溫 (T_j): 110°C。
• 熱阻 (R_{th J-S}): 晶片至焊接點。R: 60°C/W, G: 110°C/W, B: 75°C/W, W: 75°C/W。數值越低，代表晶片至電路板的熱傳導效能越好。
• 焊接溫度： IR回流焊：最高峰值溫度260°C，持續時間不超過10秒。手動焊接：最高溫度350°C，持續時間不超過3秒。

2.2 電光特性

典型性能於T_焊接=25°C及I_F=100mA，除非另有說明。

• 發光強度 (I_v): 以毫坎德拉 (mcd) 量度。典型數值：R: 5000 mcd, G: 11000 mcd, B: 3000 mcd, W: 10000 mcd。亦列明最低數值。容差為 ±11%。
• 正向電壓 (V_F): LED 在 100mA 下的壓降。典型/最大值：R: 2.10V/2.60V, G: 3.00V/3.80V, B: 3.10V/3.80V, W: 2.90V/3.60V。容差為 ±0.1V。此參數對驅動器設計至關重要。
• 視角 (2θ_1/2): 120度。此為發光強度降至峰值強度（軸向）一半時的全角。
• 主波長 (λ_p): 發射光嘅峰值波長。R：619-629nm，G：520-535nm，B：460-475nm。公差為±1nm。白色LED嘅顏色描述為「偏黃」。
• 反向電流 (I_R): 所有晶片喺 V_R = -5V 時，最大漏電流為 10µA。

3. Binning System 說明

為確保顏色與亮度的一致性，LED會根據測量表現進行分檔。

3.1 發光強度分檔

LED會根據喺I=100mA時量度到嘅發光強度進行分組。_F每個級別都有一個代碼（例如CB、DA、EA），用mcd定義最小/最大強度範圍。

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

3.2 主波長分檔

LED亦會按其發射光嘅峰值波長進行分檔，以控制色調。

• 紅色 (R): 分檔 RB (619-624 nm), RC (624-629 nm)。
• 綠色 (G): 分檔 G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm)。
• 藍色 (B): Bins B3 (460-465 nm), B4 (465-470 nm), B5 (470-475 nm).

3.3 色度座標分檔 (白光LED)

對於白光LED，其顏色是透過CIE 1931圖上的色度座標 (x, y) 來精確定義的。數據手冊提供了一份詳細的分檔代碼表（例如A11, A12, A21），每個代碼對應一個由四組 (x,y) 座標定義的四邊形區域。這些座標的公差為 ±0.01。此系統確保對發射光的白點（例如冷白、中性白、暖白）進行嚴格控制。

4. 性能曲線分析

數據表包含典型特性曲線，這些對於理解器件在不同工作條件下的行為至關重要。

4.1 頻譜分佈

圖中展示了一條典型的光譜分佈曲線，繪製了相對強度與波長的關係。這條曲線直觀地展示了光輸出的組成。對於RGB晶片，曲線在其主波長處顯示出狹窄的峰值。對於白光LED（通常是帶有螢光粉塗層的藍光晶片），曲線顯示出來自螢光粉轉換光的寬闊峰值，並疊加了一個來自激發LED的較小藍光峰值。光度學計算亦會參考標準人眼響應曲線（V(λ)）。

4.2 正向電流與正向電壓 (I-V 曲線)

R、G、B同W晶片嘅獨立曲線，顯示咗25°C下正向電流（I_F）同正向電壓（V_F）之間嘅關係。呢啲曲線本質上係指數型。佢哋對於設計限流電路或恆流驅動器至關重要。曲線證實，喺典型工作電流100mA下，V_F 同電氣參數表中列出嘅典型數值吻合。

4.3 波長與正向電流

這些曲線顯示每顆晶片的主波長（顏色）如何隨正向電流增加而偏移。一般而言，波長會因接面發熱及其他效應而隨電流輕微增加。對於需要在不同亮度水平下保持精確顏色穩定性的應用，這是一個重要的考慮因素。

4.4 相對強度 vs. 正向電流

這些圖表顯示光輸出（G/W為相對發光強度，R/B為相對輻射強度）如何隨正向電流增加而提升。在較低電流下，關係大致呈線性；但在較高電流時，可能因熱效應及效率下降而飽和。此數據用於確定達到目標亮度水平的最佳驅動電流。

4.5 最大容許正向電流 vs. 溫度

這條降額曲線對可靠性至關重要。它顯示隨著環境（或焊點）溫度上升，最大允許連續正向電流必須相應降低。例如，在85°C時，允許電流將明顯低於25°C下的額定值。若操作條件超出此曲線範圍，可能導致結溫超過上限，從而加速流明衰減並縮短使用壽命。

5. 焊接與組裝指引

LED對靜電放電（ESD）好敏感，必須採取適當嘅預防措施處理。推薦嘅焊接方法係：

• 紅外線回流焊接： 此為表面貼裝元件組裝之推薦方法。最高峰值溫度不應超過260°C，且處於260°C以上之時間應限制於10秒內。標準無鉛回流焊接溫度曲線適用。
• 手工焊接： 如有需要，可以使用烙鐵頭溫度不超過350°C進行手工焊接。每條引腳的接觸時間應限制在3秒內，以免對封裝和焊線造成熱損傷。

必須小心避免在焊接期間及之後對封裝施加機械應力。儲存溫度範圍為-40°C至+100°C。

6. 應用建議與設計考量

6.1 典型應用電路

由於紅、綠、藍、白各晶片嘅正向電壓特性唔同，每個晶片都需要獨立嘅限流電路。為咗獲得更好嘅亮度一致性同顏色穩定性，尤其係使用電池呢類可變電壓源時，強烈建議使用恆流驅動器，而唔係簡單嘅串聯電阻。對於RGB混色，脈衝寬度調變係控制亮度嘅標準方法，因為佢可以保持恆定嘅正向電壓同電流，從而維持每種原色嘅色度。

6.2 散熱管理

有效的散熱設計對性能和壽命至關重要。熱阻值（R_{th J-S}）表示熱量從晶片流向PCB的難易程度。設計人員必須確保PCB具有足夠的銅箔面積（散熱焊盤或連接至內層的導熱孔），以消散產生的總熱量（I_F * V_F （適用於所有工作狀態嘅晶片）。喺冇適當冷卻嘅情況下，喺接近或達到最大額定電流附近操作，會導致接面溫度過高，造成光輸出下降（流明衰減），並顯著縮短LED嘅使用壽命。

6.3 光學設計

120度嘅寬廣視角令呢款LED適合需要寬闊、漫射照明嘅應用。如需更集中嘅光線，可能需要使用二次光學元件（透鏡）。喺設計混色時，5050封裝內四顆晶片嘅緊密物理佈局確保咗喺一定距離下有良好嘅空間混色效果，但喺極近距離觀看時，仍可能分辨到獨立嘅色點。

7. 技術比較與差異分析

此款5050 RGBW LED嘅獨特之處，在於將四個獨立發光體集成喺一個非常緊湊、符合行業標準5.0mm x 5.0mm尺寸嘅封裝內。相比使用四粒獨立嘅單色5050 LED，呢種集成封裝節省PCB空間，並簡化貼片組裝工序。除咗RGB晶片，加入專用白色晶片，提供高品質白光光源，無需混色，避免咗有時因混色導致光效降低或顯色性問題。獨立8針腳配置提供最大控制靈活性，允許每種顏色獨立驅動或以任何組合形式驅動。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以使用單個恆壓電源和一個串聯電阻來並聯驅動所有四個晶片（RGBW）嗎？
答：不建議這樣做。它們的正向電壓（V_F）差異很大（例如，紅色約2.1V，藍色約3.1V）。將它們並聯會導致嚴重的電流不平衡，紅色晶片會汲取大部分電流，可能超出其額定值，而其他晶片則會保持暗淡或熄滅。每個顏色通道都需要獨立的電流控制。

Q: 規格中的發光強度（mcd）與功率（mW）有何分別？
A: 發光強度（以燭光或毫燭光為單位）是人眼感知的光亮度，並按人眼敏感度曲線加權計算。功耗（以毫瓦為單位）則是在LED接面處轉化為熱能的電功率（I_F*V_F）。部分輸入功率會轉化為光（輻射功率），但數據手冊所標明的是必須處理的最大熱量。

Q: 如何解讀白光LED嘅色度坐標分檔？
A: 每個分檔（例如A11）喺CIE色度圖上定義一個細小嘅四邊形區域。四組(x,y)坐標就係該區域嘅四個角。量度出嚟嘅顏色喺呢個四邊形內嘅LED就會被分配該分檔代碼。咁樣可以確保同一批次嘅LED都有幾乎相同嘅白光色點。

Q: 點解峰值正向電流（I_FP）會高過連續電流（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. 實際設計與應用案例

Scenario: 設計一款變色情境燈。
設計師選用此LED製作USB供電嘅桌面燈。佢哋使用具備四個PWM通道嘅微控制器，獨立控制紅、綠、藍同白光嘅電流。白光LED提供純淨嘅閱讀燈模式。RGB LED則混合出數百萬種顏色，用於環境照明。設計採用恆流LED驅動IC，每通道可提供高達200mA電流。PCB包含大面積接地層，並透過多個導通孔連接至LED嘅散熱焊盤，以充當散熱器。韌體實現色彩漸變演算法，並包含熱管理邏輯：若微控制器嘅溫度感測器（置於PCB上LED附近）讀數超過70°C，便會降低最大驅動電流，確保LED喺其安全溫度降額曲線內運作。

10. 運作原理簡介

發光基於半導體材料中嘅電致發光現象。當LED嘅p-n接面施加正向電壓時，電子與電洞復合，以光子（光）形式釋放能量。光嘅顏色（波長）由半導體材料嘅能隙能量決定。紅色晶片採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）。綠色同藍色晶片則使用InGaN（氮化銦鎵），透過不同銦/鎵比例調節能隙。白光LED通常使用藍光InGaN晶片，並塗覆黃色（或多色）螢光粉。晶片發出嘅藍光激發螢光粉，使其發射出更長波長嘅寬廣光譜（黃光、紅光），並與剩餘藍光混合產生白光。「偏黃」描述表示相關色溫（CCT）處於白光光譜中較暖色溫一端。

11. 技術趨勢與背景

呢種5050 RGBW集成多晶片封裝，代表咗LED照明向更高功能密度同簡化系統設計嘅趨勢。轉向更廣視角（如120度）迎合咗需要均勻、無眩光照明而非聚焦射燈嘅應用。業界持續推動更高光效（每電瓦產生更多光輸出）同改進顯色性，尤其係白色光組件。此外，如詳細色度坐標表所示，更嚴格嘅分檔公差反映咗市場對單色同白色LED應用中卓越色彩一致性嘅需求，呢點對於多LED燈具同顯示器至關重要。