目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數與規格
- 2.1 絕對最大額定值 (Ta=25°C)
- 2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)
- 2.3 波長分級
- 3. 性能曲線與分析
- 3.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
- 3.2 相對光譜功率 vs. 接面溫度
- 4. 機械與封裝資訊
- 4.1 尺寸與外觀圖
- 4.2 建議焊墊與鋼板設計
- 5. 組裝、操作與應用指南
- 5.1 濕度敏感性與烘烤
- 5.2 靜電放電 (ESD) 防護
- 5.3 電路設計建議
- 5.4 操作注意事項
- 6. 訂購資訊與型號編碼
- 7. 應用備註與設計考量
- 7.1 熱管理
- 7.2 混色與控制
- 7.3 光學設計
- 8. 比較與差異
- 9. 常見問題 (FAQ)
- 9.1 我可以用一個電阻驅動所有三個顏色並聯嗎？
- 9.2 為什麼需要烘烤？可以用更高溫度烘烤以加快速度嗎？
- 9.3 此LED的典型壽命是多久？
- 10. 實際應用範例
- 11. 工作原理
- 12. 技術趨勢
1. 產品概述
SMD5050-RGB是一款高效能、表面黏著式全彩LED，專為需要鮮豔混色與可靠運作的應用而設計。此元件將紅、綠、藍三色LED晶片整合在單一5.0mm x 5.0mm的封裝內，可透過脈衝寬度調變（PWM）或類比電流控制產生廣泛的光譜顏色。其主要應用包括裝飾照明、建築重點照明、顯示器背光、標誌以及需要動態色彩效果的消費性電子產品。
此LED的核心優勢在於其緊湊的尺寸容納了三個獨立的發光體，相較於使用三個獨立的分立式LED，簡化了PCB設計與組裝。它提供典型120度的寬視角，確保從不同視角都能獲得良好的色彩均勻性與可見度。此封裝設計與標準SMT（表面黏著技術）組裝製程相容，包括迴焊。
2. 技術參數與規格
2.1 絕對最大額定值 (Ta=25°C)
以下參數定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不保證在或超過這些極限下運作。
- 順向電流 (IF)：90 mA (連續)
- 順向脈衝電流 (IFP)：120 mA (脈衝寬度 ≤10ms，工作週期 ≤1/10)
- 功率消耗 (PD)：846 mW
- 操作溫度 (Topr)：-40°C 至 +80°C
- 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +80°C
- 接面溫度 (Tj)：125°C
- 焊接溫度 (Tsld)：200°C 或 230°C，持續10秒 (迴焊溫度曲線)
2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)
這些參數定義了在標準測試條件下的典型性能。
- 順向電壓 (紅光, VF_R)：典型值 2.2V，最大值 2.6V (於 IF=60mA)
- 順向電壓 (綠光, VF_G)：典型值 3.2V，最大值 3.4V (於 IF=60mA)
- 順向電壓 (藍光, VF_B)：典型值 3.2V，最大值 3.4V (於 IF=60mA)
- 逆向電壓 (VR)：5 V
- 逆向電流 (IR)：最大值 10 µA
- 視角 (2θ1/2)：120 度
2.3 波長分級
LED被分類到特定的波長級別，以確保應用中的色彩一致性。主波長級別如下：
- 紅光 (R)：R1 (620-625nm), R2 (625-630nm)
- 綠光 (G)：G5 (519-522.5nm), G6 (522.5-526nm), G7 (526-530nm)
- 藍光 (B)：B1 (445-450nm), B2 (450-455nm), B3 (455-460nm), B4 (460-465nm)
此分級允許設計師為需要特定色座標或跨多個單元緊密色彩匹配的應用，選擇具有精確色度座標的LED。
3. 性能曲線與分析
3.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
I-V特性是驅動器設計的基礎。相較於綠光和藍光晶片（典型值約3.2V），紅光LED晶片表現出較低的順向電壓（典型值約2.2V），這與所使用的不同半導體材料（例如，紅光使用AlInGaP，綠光/藍光使用InGaN）一致。這種差異需要謹慎的電路設計，通常涉及為每個顏色使用獨立的限流電阻或恆流通道，以實現平衡的亮度和適當的混色。曲線顯示出典型的二極體行為，具有急遽的導通特性。
3.2 相對光譜功率 vs. 接面溫度
LED的光譜輸出會隨著接面溫度的變化而偏移。一般來說，隨著接面溫度升高，基於InGaN的LED（綠/藍）的主波長傾向於向長波長方向偏移（紅移），而光輸出功率則會下降。對於基於AlInGaP的紅光LED，波長也可能偏移，且效率下降。此圖表對於在變化環境溫度下運作或熱管理具有挑戰性的應用至關重要，因為它會影響感知的色彩和光輸出。適當的散熱片和熱設計對於維持穩定的色彩性能至關重要。
4. 機械與封裝資訊
4.1 尺寸與外觀圖
封裝尺寸為5.0mm (長) x 5.0mm (寬) x 1.6mm (高)。圖面包含關鍵公差：.X尺寸公差為±0.10mm，.XX尺寸公差為±0.05mm。LED具有六個端子（三個顏色晶片各自的陽極和陰極）。
4.2 建議焊墊與鋼板設計
提供了建議的PCB焊墊圖案（Footprint）和錫膏鋼板設計，以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點。焊墊圖案包含散熱圖案和適當的焊墊尺寸，以促進良好的焊錫潤濕和機械穩定性。遵循此建議的佈局有助於防止墓碑效應、錯位和焊點不足。
5. 組裝、操作與應用指南
5.1 濕度敏感性與烘烤
SMD5050封裝具有濕度敏感性（根據IPC/JEDEC J-STD-020C進行MSL分級）。如果原始防潮袋被打開，且元件暴露在超過規定限值的環境濕度中，吸收的水分可能在迴焊過程中汽化，可能導致內部分層或破裂（"爆米花效應"）。
- 儲存：未開封的袋子儲存在<30°C/<85% RH。開封後，儲存在<30°C/<60% RH，並在12小時內使用。
- 烘烤：如果暴露時間超過限值或濕度指示卡顯示高濕度，請在焊接前以60°C烘烤24小時。切勿超過60°C。烘烤後1小時內使用，或儲存在乾燥櫃中（<20% RH）。
5.2 靜電放電 (ESD) 防護
LED是易受ESD損壞的半導體元件，特別是綠光、藍光和白光（此處不適用）種類。ESD可能導致立即失效（災難性）或潛在損壞，從而縮短壽命並降低性能。
- 預防措施：實施完整的ESD控制計畫：使用接地腕帶、防靜電墊、離子風扇和導電地板。僅在具有ESD防護的工作站操作LED。
- 包裝：運輸和儲存時使用導電或靜電消散材料。
5.3 電路設計建議
正確的驅動電路對於性能和壽命至關重要。
- 電流限制：始終為每個顏色通道使用一個串聯的限流電阻。這可以穩定電流，對抗電源電壓和個別LED之間順向電壓（Vf）的變化。
- 驅動器類型：強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓驅動器，以獲得最佳穩定性並防止熱失控。
- 連接極性：施加電源前，請確認陽極/陰極極性。反向連接可能損壞LED。
- 電源順序：連接時，先將驅動器輸出連接到LED，然後再對驅動器施加輸入電源，以避免電壓瞬變。
規格書說明了兩種電路配置：一種是每個並聯串使用單一電阻（若Vf變化會導致電流不平衡，較不理想），另一種是每個LED使用獨立電阻（為獲得更好的電流控制，此為首選）。
5.4 操作注意事項
避免用裸手直接觸摸LED透鏡。皮膚油脂會污染矽膠透鏡，導致光學性能下降並減少光輸出。請使用真空吸取工具或專為元件操作設計的清潔鑷子。使用鑷子施加過大的機械力可能損壞封裝內部的焊線或半導體晶粒。
6. 訂購資訊與型號編碼
產品遵循特定的料號編碼系統：T5A003FA。雖然文件中提供了每個區段的完整解碼細節（涵蓋光通量代碼、色溫、內部代碼、晶片數量、透鏡代碼和封裝外型），但關鍵識別碼"5050"確認了封裝尺寸，而"RGB"或"F"則表示全彩（紅、綠、藍）類型。
7. 應用備註與設計考量
7.1 熱管理
雖然最大接面溫度為125°C，但在較低溫度下運作可顯著延長壽命並維持色彩穩定性。確保PCB具有足夠的銅面積以散熱。對於高功率或高密度陣列，請考慮使用金屬核心PCB（MCPCB）或主動式冷卻。
7.2 混色與控制
要達到特定的白點或飽和色彩，必須精確控制紅、綠、藍通道之間的電流比例。這通常透過PWM調光來實現，對於色彩控制而言，PWM調光比類比調光更有效，因為它能維持LED的最佳順向電壓和色彩特性。不同的順向電壓要求使用獨立的驅動器通道，或者如果使用帶有電阻的共用電壓源，則需要為每個顏色仔細計算電阻值。
7.3 光學設計
120度的視角提供了寬廣、類似朗伯分佈的發光模式。對於需要定向光的應用，可以在LED上方安裝二次光學元件，例如透鏡或反射器。矽膠透鏡材料相對較軟；組裝時必須小心不要刮傷它。
8. 比較與差異
與使用三個獨立的SMD LED（例如3528封裝）相比，整合的SMD5050 RGB提供了更緊湊的解決方案，簡化了取放組裝（一個元件 vs. 三個），並確保三個色點的精確空間對齊，這對於短距離的良好混色至關重要。與早期的RGB LED封裝相比，5050通常因其較大的佔位面積而提供更高的光輸出和更好的熱性能。
9. 常見問題 (FAQ)
9.1 我可以用一個電阻驅動所有三個顏色並聯嗎？
不，不建議這樣做。紅、綠、藍晶片的順向電壓（Vf）不同。將它們與單一電阻並聯會導致嚴重的電流不平衡，大部分電流會流經Vf最低的通道（通常是紅色），導致色彩不正確，並可能使某些晶片過電流。
9.2 為什麼需要烘烤？可以用更高溫度烘烤以加快速度嗎？
烘烤是為了去除吸收的水分，以防止在迴焊過程中損壞。切勿超過60°C。更高的溫度可能會降解內部材料（矽膠、螢光粉（如有）、黏著劑）以及捲帶包裝本身。
9.3 此LED的典型壽命是多久？
LED的壽命（通常定義為L70 - 光通量衰減至初始值70%的時間）高度依賴於操作條件，主要是驅動電流和接面溫度。在建議電流（每個晶片60mA）或以下運作，並透過良好的熱設計維持低接面溫度，可以實現數萬小時的運作時間。
10. 實際應用範例
情境：變色LED燈條的設計。
- 佈局：多個SMD5050 RGB LED以定義的間距（例如，30顆LED/米）放置在柔性PCB燈條上。
- 電路：每個LED的R、G、B陽極透過燈條上的獨立限流電阻連接到共用的電源軌（Vcc_R、Vcc_G、Vcc_B）。陰極連接到由微控制器控制的N通道MOSFET的汲極。
- 控制：微控制器為每個LED群組（對於像WS2812B這樣的可定址燈條，通常以3顆LED為一個區段分組，其整合了控制器晶片）的每個顏色通道產生PWM信號。這允許對每個區段進行獨立的色彩和亮度控制。
- 電源：使用5V或12V恆壓電源。選擇電壓和電阻值以提供每個晶片所需的60mA電流，並考慮燈條上的壓降。
- 組裝：燈條使用SMT製程組裝，遵循濕度敏感性和ESD指南。焊接後，通常會塗覆矽膠塗層以達到防水效果。
11. 工作原理
LED是一種半導體p-n接面二極體。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，來自n型區域的電子與來自p型區域的電洞在主動層內復合。這種復合以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由主動區域使用的半導體材料的能隙能量決定。SMD5050 RGB將三個這樣的接面（由不同的材料系統製成，例如紅光使用AlInGaP，綠光和藍光使用InGaN）整合到一個封裝中。來自每個晶片的光在外部混合以產生感知的色彩。
12. 技術趨勢
RGB LED的總體趨勢是朝向更高效率（每瓦更多流明）、改善的顯色性（更廣的色域）和更高的可靠性。同時也朝向更嚴格的色彩和光通量分級發展，以確保大規模生產的一致性。與控制電子元件的整合（例如，創建"智慧LED"或具有內建IC的可定址LED）正變得越來越普遍，簡化了動態照明應用的系統設計。此外，封裝材料的進步旨在提供更好的熱性能和對濕度、紫外線照射等環境因素的長期耐受性。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |