5050全彩贴片LED规格书 - 5.0x5.0x1.6mm - 红/绿/蓝 - 150mA - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款高性能全彩表面贴装技术（SMT）LED的技术规格。该器件将独立的红、绿、蓝半导体芯片集成于单个5050封装内，通过加色混合原理，能够产生广泛的色彩光谱。其主要设计目标是实现高光输出、宽视角，并适用于自动化组装工艺。

1.1 核心特性与优势

• 高亮度芯片：采用先进的半导体材料（红光采用GaInAlP，绿光和蓝光采用InGaN），以实现卓越的光输出。
• SMT封装：白色塑料SMT封装，设计用于兼容标准的红外（IR）回流焊接工艺，便于大批量、自动化的PCB组装。
• 独立芯片控制：采用6引脚引线框架封装，每种颜色（红、绿、蓝）的阳极和阴极均可独立访问。这使得可以精确地独立驱动和控制每个颜色通道，这对于色彩调校和多颗LED的串联连接至关重要。
• 宽视角：封装设计实现了典型120度的视角（2θ_1/2），确保从广泛视角范围内均有良好的可见性。
• 环保合规：产品为无铅（Pb-free）设计，符合欧盟REACH法规，并满足无卤标准（Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm）。产品本身符合RoHS指令。
• 可靠性：预处理基于JEDEC J-STD-020D Level 3标准，表明其在焊接过程中能有效抵抗湿气引起的应力。

1.2 目标应用

高亮度、全彩能力和SMT外形尺寸的结合，使得这款LED适用于各种需要鲜艳、可控照明的应用。

• 娱乐与游戏设备：用于装饰照明、状态指示灯和交互式灯光效果。
• 信息显示板：用于需要多色指示的标牌、信息板和其他显示器。
• 移动设备闪光灯：凭借其小巧尺寸和色彩能力，适合用作手机和数码相机的相机闪光灯或补光灯。
• 导光管应用：其宽视角和点光源特性，使其成为耦合到导光板或导光管中，用于侧光式面板或指示灯系统的理想选择。

2. 技术规格与深度解读

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的极限。在这些条件下运行无法得到保证。

• 正向电流（I_F）：每种颜色（红、绿、蓝）均为150 mA。这是建议用于可靠运行的最大连续直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP）：每种颜色均为200 mA，仅在脉冲条件下允许（占空比1/10，频率1 kHz）。即使短暂超过连续额定值也可能导致芯片性能下降。
• 功耗（P_d）：红光：420 mW；绿光/蓝光：555 mW。这是在25°C环境温度下封装能够耗散的最大热量。正确的PCB热设计对于确保运行中不超过此限值至关重要。
• 结温（T_j）：最高115°C。半导体芯片本身的温度不得超过此值。
• 工作与存储温度：-40°C 至 +85°C（工作），-40°C 至 +100°C（存储）。
• 焊接温度：回流焊：峰值温度260°C，最长10秒。手工焊：350°C，最长3秒。这些温度曲线对于防止封装开裂或内部键合线损坏至关重要。

2.2 光电特性 (Ta=25°C)

这些是在标准测试条件（环境温度25°C，每种颜色I_F=150mA）下测得的典型性能参数。

• 光通量（I_v）：总的可见光输出。
  • 红光：典型值25流明（lm），范围13.9-39.8 lm。
  • 绿光：典型值40 lm，范围13.9-51.7 lm。
  • 蓝光：典型值8.5 lm，范围4.9-18.1 lm。
• 发光强度（I_v）：特定方向上的光输出（坎德拉）。典型值为7550 mcd（红）、12100 mcd（绿）和2550 mcd（蓝）。
• 视角（2θ_1/2）：典型值120度（范围110-130度）。这是发光强度至少为峰值一半时的全角。
• 主波长（λ_d）：光的感知颜色。
  • 红光：典型值622 nm（617-629 nm）。
  • 绿光：典型值525 nm（518-530 nm）。
  • 蓝光：典型值457 nm（455-470 nm）。
• 正向电压（V_F）：在测试电流下LED两端的电压降。
  • 红光：典型值2.3V（1.8-2.8V）。
  • 绿光：典型值3.4V（2.7-3.7V）。
  • 蓝光：典型值3.2V（2.7-3.7V）。
  请注意红光与蓝光/绿光电压之间的显著差异，这要求为每个通道设计独立的限流电路。
• 反向电流（I_R）：在5V反向偏压下最大为10 μA。LED并非设计用于反向电压工作。

3. 分档系统说明

为确保批量生产的一致性，LED会根据关键的光学和电学参数进行分选（分档）。这使得设计人员可以选择满足特定应用对色彩和亮度均匀性要求的器件。

3.1 光通量分档

LED根据其在150mA下测得的光输出进行分类。每种颜色的分档范围有重叠，以覆盖完整的最小-最大规格范围。

• 红光（R）：分档R1至R4，覆盖13.9 lm至39.8 lm。
• 绿光（G）：分档G1至G5，覆盖13.9 lm至51.7 lm。
• 蓝光（B）：分档B1至B5，覆盖4.9 lm至18.1 lm。

每个分档内的光通量值允许有±11%的容差。

3.2 正向电压分档

LED根据其正向压降进行分档，以辅助电路设计和电源选择。

• 红光：单一分档"1828"，覆盖1.8V至2.8V。
• 绿光 & 蓝光：单一分档"2737"，覆盖2.7V至3.7V。

允许有±0.1V的容差。

3.3 主波长分档

对于色彩敏感的应用，这是最关键的分档，确保色调的一致性。

• 红光：分档RA（617-621 nm）、RB（621-625 nm）、RC（625-629 nm）。
• 绿光：分档GA至GD（518-530 nm，约以3nm为步长）。
• 蓝光：分档BA至BE（455-470 nm，约以3nm为步长）。

主波长允许有±1nm的容差。

4. 性能曲线分析

4.1 光谱分布

典型的光谱分布曲线显示了每个芯片在不同波长下发出的光的相对强度。红光芯片在中心波长约622nm的窄带内发光。绿光芯片在约525nm处发光，蓝光芯片在约457nm处发光。这些光谱峰的纯度对于实现饱和色彩非常重要。应将此曲线与标准人眼响应曲线（V(λ)）进行比较，以理解感知亮度。

4.2 辐射模式

辐射特性图说明了光强的空间分布（相对强度 vs. 角度）。该曲线证实了其宽泛的、类似朗伯体的发射模式，典型视角为120度，中心区域强度相当均匀，并向边缘衰减。

4.3 正向电流 vs. 正向电压 (I-V曲线)

蓝光芯片（以及其他芯片）的I-V曲线显示了电流与电压之间的指数关系。在开启电压以下（蓝光/绿光约2.7V，红光约1.8V），几乎没有电流流过。超过此阈值后，电流随电压的微小增加而迅速增加。这一特性要求使用恒流驱动器，而非恒压源，以防止热失控并确保稳定的光输出。

4.4 主波长 vs. 正向电流

红、绿、蓝芯片的这些曲线显示了发射颜色（主波长）如何随驱动电流变化。通常，随着电流增加，结温升高，导致波长发生轻微偏移（对于基于InGaN的绿光/蓝光LED，通常向更长波长偏移）。对于需要在不同亮度级别下保持精确色彩稳定性的应用，此效应非常重要。

4.5 相对发光强度 vs. 正向电流

该曲线描述了光输出（相对于参考值）作为驱动电流的函数。在较低电流下通常是线性的，但在较高电流下，由于热效应和效率下降，可能会出现饱和或滚降。该曲线揭示了亮度与效率/热量之间的权衡关系。

4.6 最大允许正向电流 vs. 温度

这条降额曲线对于热管理至关重要。它显示了最大安全连续正向电流与环境（或外壳）温度的函数关系。随着温度升高，最大允许电流线性下降。例如，在85°C时，允许的电流显著低于25°C时的150mA额定值。设计人员必须使用此图来确保LED在应用的工作环境中不会被过度驱动。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

LED采用标准的5050 SMT封装。关键尺寸如下：

• 封装长度：5.0 mm
• 封装宽度：5.0 mm
• 封装高度（典型）：1.6 mm

除非另有说明，公差为±0.1mm。规格书中提供了详细的尺寸图（顶视图、侧视图和底视图），显示了引脚布局和机械特征。

5.2 引脚排列与极性识别

该封装有六个引脚，排列成两行，每行三个。从顶部看时，引脚编号通常为逆时针方向。规格书图表清晰地标明了红、绿、蓝芯片的阳极和阴极引脚。正确的极性识别对于防止组装过程中LED反向偏置至关重要。底视图通常包含一个极性标记（如切角或圆点），以帮助在PCB上定位。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊参数

推荐的红外（IR）回流焊温度曲线是关键工艺参数。

• 峰值温度：最高260°C。
• 液相线以上时间（TAL）：焊点在熔点以上的时间应受控制，通常建议在峰值温度下保持10秒。
• 升温/降温速率：建议控制加热和冷却速率（例如，1-3°C/秒），以最大限度地减少对塑料封装和内部键合线的热冲击。

必须遵循JEDEC J-STD-020D Level 3湿度敏感等级（MSL）的预防措施。如果器件暴露在环境空气中的时间超过了其规定的车间寿命，则必须在回流焊前进行烘烤，以防止"爆米花"现象（因水汽快速膨胀导致封装开裂）。

6.2 手工焊接

如果需要手工焊接，必须格外小心：

• 将烙铁头温度限制在最高350°C。
• 每个引脚的接触时间限制在最长3秒。
• 在焊点与封装本体之间的引脚上使用散热器（例如镊子），以防止过多热量传入LED。

6.3 存储条件

器件应储存在其原始的防潮袋中，内置干燥剂，温度在-40°C至+100°C之间，处于非冷凝环境中。一旦密封袋被打开，器件暴露于环境湿度的时长受其MSL等级（Level 3）的限制。

7. 包装与订购信息

7.1 卷盘与载带规格

LED以凸起式载带卷盘形式供货，适用于自动化贴片机。

• 载带尺寸：口袋尺寸（尺寸A）：5.70±0.10 mm，（尺寸B）：5.38±0.10 mm，深度（尺寸C）：1.60±0.10 mm。
• 卷盘尺寸：提供了标准的13英寸（330mm）卷盘尺寸。
• 每盘数量：标准包装为每盘1000颗。最小订购量可为每盘250或500颗。

7.2 标签说明

卷盘标签包含指定该卷盘上LED分档的代码：

• CAT：发光强度等级（基于光通量分档）。
• HUE：主波长等级（波长分档代码）。
• REF：正向电压等级（电压分档代码）。
• LOT No：可追溯的批号。
• P/N：完整的产品编号。
• QTY：卷盘上的数量。

订购时查阅这些代码至关重要，以确保收到具有应用所需的特定光学和电气特性的器件。

8. 应用设计考量

8.1 驱动电路设计

由于红光（∼2.3V）和绿光/蓝光（∼3.4V）芯片的正向电压不同，如果希望电流均匀，使用单个限流电阻进行简单串联连接并非最佳方案。推荐的方法是为每个颜色通道使用独立的限流电阻，或者更好的是使用具有多通道的专用恒流LED驱动IC。这样可以确保无论电源电压变化或V_F分档差异如何，都能保持一致的亮度和色彩。脉宽调制（PWM）是调光和混色的首选方法，因为它可以在改变占空比的同时保持恒定电流（从而保持稳定的色点）。

8.2 热管理

每颗LED的功耗最高可达0.555W（绿光/蓝光在150mA时）。当一块电路板上使用多颗LED时，总发热量可能相当可观。正确的热设计至关重要：

• PCB布局：使用具有足够铜箔面积（散热焊盘）的PCB，并将其连接到LED的散热焊盘（如有）或引脚，以传导热量。
• 散热过孔：在LED焊盘下方布置一组散热过孔，将热量传递到内部接地层或电路板背面。
• 降额：务必参考最大电流与温度的降额曲线。在环境温度较高的应用中，应相应降低驱动电流，以确保结温低于115°C。

8.3 光学设计

120度的宽视角有利于一般照明，但对于需要聚焦光束的应用，可能需要二次光学元件（透镜、反射器）。对于导光管应用，其小的发光面积和宽视角有利于高效耦合。在设计混色时，需考虑红、绿、蓝发射模式的空间重叠，以在目标位置实现均匀的混合色彩。

9. 技术对比与差异化

与早期的RGB LED封装或分立单色LED相比，本器件提供了几个关键优势：

• 集成度：三颗芯片集成于一个SMT封装中，与使用三颗独立的LED相比，节省了PCB空间并简化了组装。
• 独立控制：6引脚设计为每种颜色提供了真正独立的阳极/阴极访问，与共阳极或共阴极的4引脚RGB LED相比，提供了更高的灵活性。这使得可以实现更复杂的驱动方案，例如串联连接以用于更高电压操作。
• 性能：采用"超高亮度"芯片，表明其在相同封装尺寸下比标准产品具有更高的效率和光输出。
• 合规性：完全符合现代环保法规（RoHS、REACH、无卤）是基本要求，但在此得到明确确认。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 我能否使用单个5V电源和一个电阻驱动所有三种颜色？

并非最佳方案。绿光和蓝光LED的正向电压（∼3.4V）在5V电源下仅留下∼1.6V给限流电阻，这允许进行稳定的电流控制。然而，红光LED（∼2.3V）在其电阻上会有∼2.7V的压降。对所有三种颜色使用同一个电阻值，由于不同的V_F值，将导致电流和亮度水平差异巨大。需要使用独立的电阻或恒流驱动器。

10.2 光通量（lm）和发光强度（mcd）有何区别？

光通量（流明）测量光源在所有方向上发出的可见光总量。发光强度（坎德拉）测量光源在特定方向上看起来有多亮。对于像这样的宽视角LED，强度值通常是轴上测量的峰值。总光通量能更好地反映照明的整体光输出，而发光强度则与从特定角度观看的指示灯相关。

10.3 如何使用这颗RGB LED实现白光？

白光是通过混合适当强度的红光、绿光和蓝光产生的。确切的比例取决于特定的色度目标（例如，冷白、暖白）以及各个LED的光谱特性。由于芯片效率和分档的差异，实现一致、高质量的白光点通常需要系统内进行单独校准或使用色彩传感器进行反馈。这比使用专用的白光LED荧光粉更为复杂。

10.4 为什么最大结温仅为115°C？

结温限值由LED芯片、键合线和封装中使用的材料决定。过热会加速性能退化机制，降低光输出（光衰），并可能导致灾难性故障。在最大T_j或接近最大T

下运行将显著缩短器件的使用寿命。良好的热设计旨在使运行期间的结温尽可能低。

11. 实际设计与使用示例

11.1 示例：消费电子设备状态指示灯

在智能家居设备中，一颗5050 RGB LED可以提供多种状态代码：红色表示错误，绿色表示就绪，蓝色表示蓝牙配对，黄色（红+绿）表示待机等。宽视角确保从任何方向都可见。一个带有三个具有PWM功能的GPIO引脚和三个限流电阻（例如，从3.3V或5V电源驱动约20mA时使用15-20Ω）的简单微控制器即可驱动该LED。低电流可延长寿命并最大限度地减少热量。

11.2 示例：小型标牌背光

对于亚克力标牌的边缘照明，可以将几颗这样的LED沿边缘放置。它们的宽视角有助于将光耦合到亚克力中。通过将它们排列成串联串（例如，所有红光串联，所有绿光串联，所有蓝光串联），可以使用更高电压、更低电流的驱动器，从而提高效率。独立控制允许对标牌的颜色进行动态编程。热管理涉及确保亚克力或安装基板能够散发来自整个LED阵列的热量。

12. 工作原理

该器件基于半导体材料中的电致发光原理工作。当施加在p-n结上的正向电压超过芯片的带隙能量时，电子和空穴复合，以光子（光）的形式释放能量。发射光的颜色（波长）由半导体材料的带隙能量决定：红光（∼622 nm）采用GaInAlP材料，绿光（∼525 nm）和蓝光（∼457 nm）采用InGaN材料。三颗独立的、由这些不同材料制成的半导体芯片被安装在一个反射杯内，并封装在透明或漫射树脂中，形成完整的LED封装。

13. 技术趋势