5050 全彩 SMT LED 規格書 - 5.0x5.0x1.6mm - 紅/綠/藍 - 150mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能全彩表面黏著技術 (SMT) LED 的技術規格。此元件將獨立的紅、綠、藍半導體晶片整合於單一 5050 封裝內，透過加法混色原理，可產生廣泛的光譜色彩。其主要設計目標為高光輸出、廣視角，並適用於自動化組裝製程。

1.1 核心特色與優勢

• 高亮度晶片：採用先進半導體材料（紅光使用 GaInAlP，綠光與藍光使用 InGaN），以實現卓越的光輸出。
• SMT 封裝：白色塑膠 SMT 封裝，設計用於相容標準紅外線 (IR) 迴流焊接製程，便於大量、自動化的 PCB 組裝。
• 獨立晶片控制：採用 6 接腳導線架封裝，每種顏色（紅、綠、藍）的陽極與陰極均可獨立存取。這允許對每個顏色通道進行精確的獨立驅動與控制，對於色彩調校與多顆 LED 的串聯連接至關重要。
• 廣視角：封裝設計提供典型 120 度的視角 (2θ_1/2)，確保從廣泛視角範圍內均有良好的可見度。
• 環境法規符合性：本產品為無鉛 (Pb-free) 設計，符合歐盟 REACH 法規，並滿足無鹵素標準 (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)。產品本身符合 RoHS 指令。
• 可靠性：預處理條件基於 JEDEC J-STD-020D Level 3 標準，顯示其能承受焊接過程中濕氣誘發的應力。

1.2 目標應用

結合高亮度、全彩能力與 SMT 外型尺寸，使此 LED 適用於各種需要鮮豔、可控照明的應用。

• 娛樂與遊戲設備：用於裝飾照明、狀態指示燈及互動燈光效果。
• 資訊顯示看板：用於需要多色指示的標誌、訊息看板及其他顯示裝置。
• 行動裝置閃光燈：憑藉其小巧尺寸與色彩能力，適合作為手機和數位相機的相機閃光燈或補光燈。
• 廣視角與點光源特性使其非常適合耦合至導光板或導光管，用於側光式面板或指示系統。2. 技術規格與深度解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的極限。不保證在此條件下操作。

順向電流 (I

• )：_F每種顏色（紅、綠、藍）為 150 mA。這是建議用於可靠運作的最大連續直流電流。峰值順向電流 (I
• )：_FP每種顏色為 200 mA，僅允許在脈衝條件下（工作週期 1/10，頻率 1 kHz）。即使短暫超過連續額定值也可能使晶片劣化。功耗 (P
• )：_d紅光：420 mW；綠光/藍光：555 mW。這是封裝在 25°C 環境溫度下可作為熱量散發的最大功率。正確的 PCB 熱設計對於確保運作時不超過此限制至關重要。接面溫度 (T
• )：_j最高 115°C。半導體晶片本身的溫度不得超過此值。操作與儲存溫度：
• -40°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +100°C（儲存）。焊接溫度：
• 迴流焊接：最高峰值溫度 260°C，最長 10 秒。手動焊接：最高 350°C，最長 3 秒。這些溫度曲線對於防止封裝破裂或內部鍵合線損壞至關重要。2.2 電光特性 (Ta=25°C)

這些是在標準測試條件下（環境溫度 25°C，每色 I

=150mA）測得的典型性能參數。_F光通量 (I

• )：_v總可見光輸出。紅光：典型值 25 流明 (lm)，範圍 13.9-39.8 lm。
  • 綠光：典型值 40 lm，範圍 13.9-51.7 lm。
  • 藍光：典型值 8.5 lm，範圍 4.9-18.1 lm。
  • 發光強度 (I
• )：_v特定方向的光輸出（燭光）。典型值為 7550 mcd（紅）、12100 mcd（綠）和 2550 mcd（藍）。視角 (2θ
• 1/2_)：典型值 120 度（範圍 110-130 度）。這是發光強度至少為峰值一半的完整角度。主波長 (λ
• )：_d光線的感知顏色。紅光：典型值 622 nm（617-629 nm）。
  • 綠光：典型值 525 nm（518-530 nm）。
  • 藍光：典型值 457 nm（455-470 nm）。
  • 順向電壓 (V
• )：_F在測試電流下 LED 兩端的電壓降。紅光：典型值 2.3V（1.8-2.8V）。
  • 綠光：典型值 3.4V（2.7-3.7V）。
  • 藍光：典型值 3.2V（2.7-3.7V）。
  • 請注意紅光與藍光/綠光電壓之間的顯著差異，這要求為每個通道設計獨立的限流電路。
  逆向電流 (I
• )：_R在 5V 逆向偏壓下最大 10 μA。LED 並非設計用於逆向電壓操作。3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED 會根據關鍵的光學與電氣參數進行分類（分級）。這讓設計師可以選擇符合特定應用對色彩與亮度均勻性要求的元件。

3.1 光通量分級

LED 根據其在 150mA 下測得的光輸出進行分級。每種顏色的分級範圍有重疊，以涵蓋完整的最小-最大規格。

紅光 (R)：

• 分級 R1 至 R4，涵蓋 13.9 lm 至 39.8 lm。綠光 (G)：
• 分級 G1 至 G5，涵蓋 13.9 lm 至 51.7 lm。藍光 (B)：
• 分級 B1 至 B5，涵蓋 4.9 lm 至 18.1 lm。每個分級內的光通量值容差為 ±11%。

3.2 順向電壓分級

LED 根據其順向電壓降進行分級，以協助電路設計與電源選擇。

紅光：

• 單一分級 "1828"，涵蓋 1.8V 至 2.8V。綠光與藍光：
• 單一分級 "2737"，涵蓋 2.7V 至 3.7V。容差為 ±0.1V。

3.3 主波長分級

這對於色彩敏感的應用是最關鍵的分級，確保色調的一致性。

紅光：

• 分級 RA (617-621 nm)、RB (621-625 nm)、RC (625-629 nm)。綠光：
• 分級 GA 至 GD (518-530 nm，約以 3nm 為間隔)。藍光：
• 分級 BA 至 BE (455-470 nm，約以 3nm 為間隔)。主波長容差為 ±1nm。

4. 性能曲線分析

4.1 光譜分佈

典型光譜分佈曲線顯示每個晶片在不同波長下發出的相對光強度。紅光晶片發射集中在約 622nm 的窄頻帶。綠光晶片發射約在 525nm，藍光晶片約在 457nm。這些光譜峰的純度對於實現飽和色彩非常重要。應將此曲線與標準人眼響應曲線 (V(λ)) 進行比較，以了解感知亮度。

4.2 輻射模式

輻射特性圖說明了光強度的空間分佈（相對強度 vs. 角度）。該曲線確認了寬廣、類似朗伯分佈的發射模式，具有典型的 120 度視角，中心區域強度相當均勻，並向邊緣遞減。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

藍光晶片（及其他晶片）的 I-V 曲線顯示了電流與電壓之間的指數關係。低於導通電壓（藍光/綠光約 2.7V，紅光約 1.8V）時，幾乎沒有電流流動。超過此閾值後，電流隨著電壓的微小增加而迅速增加。此特性需要使用恆流驅動器，而非恆壓源，以防止熱失控並確保穩定的光輸出。

4.4 主波長 vs. 順向電流

這些針對紅、綠、藍晶片的曲線顯示了發射顏色（主波長）如何隨驅動電流而偏移。通常，隨著電流增加，接面溫度上升，導致波長輕微偏移（對於基於 InGaN 的綠光/藍光 LED，通常向較長波長偏移）。此效應對於需要在不同亮度級別下保持精確色彩穩定性的應用非常重要。

4.5 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線描繪了光輸出（相對於參考值）作為驅動電流函數的關係。在較低電流下通常是線性的，但在較高電流下可能由於熱效應和效率下降而出現飽和或滾降。此曲線說明了亮度與效率/熱量之間的權衡。

4.6 最大允許順向電流 vs. 溫度

此降額曲線對於熱管理至關重要。它顯示了最大安全連續順向電流作為環境（或外殼）溫度的函數。隨著溫度升高，最大允許電流線性下降。例如，在 85°C 時，允許的電流顯著低於 25°C 時的 150mA 額定值。設計師必須使用此圖表，以確保 LED 在應用的操作環境中不會被過度驅動。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED 封裝於標準 5050 SMT 封裝中。關鍵尺寸為：

封裝長度：5.0 mm

• 封裝寬度：5.0 mm
• 封裝高度（典型）：1.6 mm
• 除非另有說明，公差為 ±0.1mm。規格書中提供了詳細的尺寸圖（頂視、側視和底視圖），顯示了接腳佈局和機械特徵。

封裝有六個接腳，排列成兩排，每排三個。從頂部看時，接腳編號通常為逆時針方向。規格書中的圖表清楚標示了紅、綠、藍晶片的陽極和陰極接腳。正確識別極性對於防止組裝期間 LED 受到逆向偏壓至關重要。底視圖通常包含極性標記（例如切角或圓點），以協助在 PCB 上定位。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊參數

紅外線 (IR) 迴流焊接的建議溫度曲線是關鍵的製程參數。

峰值溫度：

• 最高 260°C。液相線以上時間 (TAL)：
• 焊點處於熔點以上的時間應受控制，通常目標是在峰值溫度下達到建議的 10 秒。升溫/降溫速率：
• 建議控制加熱和冷卻速率（例如，1-3°C/秒），以最小化對塑膠封裝和內部鍵合的熱衝擊。務必遵循 JEDEC J-STD-020D Level 3 濕度敏感等級 (MSL) 的預防措施。如果元件暴露於環境空氣中的時間超過其指定的車間壽命，則必須在迴流焊前進行烘烤，以防止 "爆米花效應"（因水氣快速膨脹導致封裝破裂）。

如果需要手動焊接，必須格外小心：

限制烙鐵頭溫度最高為 350°C。

• 限制每個接腳的接觸時間最長為 3 秒。
• 在焊點與封裝本體之間的接腳上使用散熱器（例如鑷子），以防止過多熱量傳入 LED。
• 6.3 儲存條件

元件應儲存在其原始的防潮袋中，內含乾燥劑，溫度介於 -40°C 至 +100°C 之間，並處於非冷凝環境中。一旦密封袋被打開，元件暴露於環境濕度的時間受其 MSL 等級（Level 3）限制。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

LED 以壓紋載帶形式供應於捲盤上，適用於自動取放機。

載帶尺寸：

• 口袋尺寸 (Dim A)：5.70±0.10 mm，(Dim B)：5.38±0.10 mm，深度 (Dim C)：1.60±0.10 mm。捲盤尺寸：
• 提供標準 13 英吋 (330mm) 捲盤尺寸。每捲數量：
• 標準包裝為每捲 1000 顆。最小訂購量可為每捲 250 或 500 顆。7.2 標籤說明

捲盤標籤包含指定該捲盤上 LED 分級的代碼：

CAT：

• 發光強度等級（基於光通量分級）。HUE：
• 主波長等級（波長分級代碼）。REF：
• 順向電壓等級（電壓分級代碼）。LOT No：
• 可追溯批號。P/N：
• 完整產品編號。QTY：
• 捲盤上的數量。訂購時諮詢這些代碼至關重要，以確保收到具有應用所需特定光學與電氣特性的元件。

8.1 驅動電路設計

由於紅光 (~2.3V) 與綠光/藍光 (~3.4V) 晶片的順向電壓不同，如果希望電流均勻，使用單一限流電阻進行簡單串聯並非最佳方案。建議的方法是為每個顏色通道使用獨立的限流電阻，或者更好的是使用具有多通道的專用恆流 LED 驅動器 IC。這可確保無論電源電壓變化或 V

分級範圍如何，都能保持一致的亮度和色彩。脈衝寬度調變 (PWM) 是調光和混色的首選方法，因為它在改變工作週期的同時保持了恆定電流（從而穩定了色點）。_F8.2 熱管理

每顆 LED 的功耗最高可達 0.555W（綠光/藍光於 150mA 時）。當電路板上使用多顆 LED 時，總產生的熱量可能相當可觀。正確的熱設計至關重要：

PCB 佈局：

• 使用具有足夠銅箔面積（散熱焊墊）的 PCB，並將其連接到 LED 的散熱焊墊（若有）或接腳，以導出熱量。散熱導孔：
• 在 LED 焊盤下方佈置散熱導孔陣列，將熱量傳導至內層接地層或電路板底部。降額使用：
• 務必參考最大電流 vs. 溫度降額曲線。在高環境溫度的應用中，應相應降低驅動電流，以確保接面溫度低於 115°C。8.3 光學設計

120 度的廣視角對於一般照明是有益的，但對於需要聚焦光束的應用，可能需要二次光學元件（透鏡、反射器）。對於導光管應用，小的發光面積和廣視角有助於高效耦合。在設計混色時，需考慮紅、綠、藍發射模式的空間重疊，以在目標處實現均勻的混合色彩。

9. 技術比較與差異化

與早期的 RGB LED 封裝或離散單色 LED 相比，此元件提供了幾個關鍵優勢：

整合性：

• 三個晶片整合在一個 SMT 封裝中，相較於使用三個獨立的 LED，節省了 PCB 空間並簡化了組裝。獨立控制：
• 6 接腳設計為每種顏色提供了真正的獨立陽極/陰極存取，相較於共陽極或共陰極的 4 接腳 RGB LED，提供了更優越的靈活性。這使得更複雜的驅動方案成為可能，例如串聯連接以實現更高電壓操作。性能：
• 使用 "超高亮度" 晶片意味著比相同封裝尺寸的標準產品具有更高的效率和光輸出。法規符合性：
• 完全符合現代環境法規（RoHS、REACH、無鹵素）是基本要求，但在此明確確認。10. 常見問題 (基於技術參數)

10.1 我可以用單一 5V 電源和一個電阻驅動所有三種顏色嗎？

並非最佳方案。綠光和藍光 LED 的順向電壓 (~3.4V) 在 5V 下僅留下約 1.6V 給限流電阻，這允許穩定的電流控制。然而，紅光 LED (~2.3V) 在其電阻上會有約 2.7V 的壓降。對所有三種顏色使用一個電阻值，會由於不同的 V

值而導致電流和亮度水平差異極大。需要獨立的電阻或恆流驅動器。_F10.2 光通量 (lm) 和發光強度 (mcd) 有何不同？

光通量（流明）測量光源在所有方向上發出的總可見光量。發光強度（燭光）測量光源在特定方向上看起來有多亮。對於像這樣的廣角 LED，強度值通常是軸向上測得的峰值。總光通量能更好地說明照明的整體光輸出，而發光強度則與從特定角度觀看的指示燈相關。

10.3 如何使用此 RGB LED 產生白光？

白光是通過混合適當強度的紅、綠、藍光而產生的。確切的比例取決於特定的色度目標（例如，冷白、暖白）以及個別 LED 的光譜特性。由於晶片效率和分級的差異，要實現一致、高品質的白點通常需要個別校準或系統中色彩感測器的回饋。這比使用專用的白光 LED 螢光粉更為複雜。

10.4 為何最大接面溫度僅為 115°C？

接面溫度限制由 LED 晶片、鍵合線和封裝中使用的材料決定。過多的熱量會加速劣化機制，降低光輸出（流明衰減），並可能導致災難性故障。在最大 T

或接近最大 T 下運作將顯著縮短元件的使用壽命。良好的熱設計旨在使運作時的接面溫度盡可能低。_j11. 實務設計與使用範例

11.1 範例：消費性裝置的狀態指示燈

在智慧家庭裝置中，單一顆 5050 RGB LED 可以提供多種狀態代碼：紅色表示錯誤，綠色表示就緒，藍色表示藍牙配對，黃色（紅+綠）表示待機等。廣視角確保從任何方向都可見。一個具有三個支援 PWM 的 GPIO 接腳和三個限流電阻（例如，從 3.3V 或 5V 電源驅動約 20mA 時使用 15-20Ω）的簡單微控制器即可驅動 LED。低電流可延長使用壽命並最小化熱量。

11.2 範例：小型看板的背光

對於壓克力看板的側光照明，可以沿著邊緣放置數顆此類 LED。它們的廣視角有助於將光耦合到壓克力中。通過將它們排列成串聯串（例如，所有紅光串聯，所有綠光串聯，所有藍光串聯），可以使用更高電壓、更低電流的驅動器，提高效率。獨立控制允許對看板的顏色進行動態編程。熱管理涉及確保壓克力或安裝基板能夠散發來自組合 LED 陣列的熱量。

12. 工作原理

此元件基於半導體材料中的電致發光原理運作。當施加超過晶片能隙能量的順向電壓於 p-n 接面時，電子和電洞重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。發射光的顏色（波長）由半導體材料的能隙能量決定：紅光 (~622 nm) 使用 GaInAlP，綠光 (~525 nm) 和藍光 (~457 nm) 使用 InGaN。三個由這些不同材料製成的獨立半導體晶片被安裝在單一反光杯內，並封裝在透明或擴散樹脂中，形成完整的 LED 封裝。

13. 技術趨勢

像此類全彩 SMT LED 的總體趨勢是朝向更高的效率（每瓦更多流明）、改進的色彩一致性（更嚴格的分級），以及在相同或更小的封裝尺寸中實現更高的最大驅動電流。此外，也有將控制電子元件（如恆流驅動器甚至簡單的微控制器）整合到 LED 封裝本身的趨勢，創造 "智慧型 LED"

The general trend in full-color SMT LEDs like this is towards higher efficiency (more lumens per watt), improved color consistency (tighter binning), and higher maximum drive currents in the same or smaller package sizes. There is also a move towards integrating control electronics (like constant-current drivers or even simple microcontrollers) within the LED package itself, creating "smart LED\