SMD RGB LED LTST-G353CEGB7W Datenblatt - 5,0x5,0x1,6mm - 5V - 94mW - Weiße Diffuslinse - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTST-G353CEGB7W ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) und Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen konzipiert ist. Diese Komponente integriert rote, grüne und blaue (RGB) Halbleiterchips zusammen mit einer speziellen Steuerschaltung in einem einzigen Gehäuse und bildet so einen vollständigen, individuell adressierbaren Pixel. Er ist für ein breites Spektrum elektronischer Geräte entwickelt, darunter, aber nicht beschränkt auf, Kommunikationsgeräte, tragbare Computer, Netzwerkinfrastruktur, Haushaltsgeräte sowie Innenraumbeleuchtungssysteme für Beschilderung oder dekorative Beleuchtung.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Das Bauteil zeichnet sich durch mehrere wesentliche technologische und konstruktive Merkmale aus, die seine Anwendbarkeit und Leistung in der modernen Elektronikfertigung verbessern.

• Integrierte Steuerung:Ein wesentlicher Vorteil ist die Integration der RGB-LED-Chips mit einem 14-Bit-Treiber-IC. Dadurch entfällt die Notwendigkeit externer Treiberkomponenten für die Grundsteuerung, was den Schaltungsentwurf vereinfacht und die Gesamtstückliste (BOM) reduziert.
• Hochauflösende Farbsteuerung:Jede Grundfarbe (Rot, Grün, Blau) kann über 1024 verschiedene Helligkeitsstufen (10-Bit-PWM) gesteuert werden. Dies ermöglicht die Erzeugung von über 1,07 Milliarden (2^30) Farbkombinationen für sanfte Farbverläufe und präzise Farbmischung.
• Fortschrittlicher Treiber-IC:Der eingebettete Treiber nutzt eine Konstantstrom-Pulsweitenmodulation (PWM). Die 14-Bit-Steuerung ist aufgeteilt: 10 Bits für den PWM-Tastgrad zur Helligkeitsregelung und 4 Bits für die Feinabstimmung des Strompegels, was eine granulare Kontrolle über Lichtausbeute und Effizienz bietet.
• Vereinfachte Datenschnittstelle:Die Kommunikation mit der LED und die Hintereinanderschaltung mehrerer Einheiten erfolgt über ein Ein-Draht-Serienprotokoll (SPI-kompatibel). Dies minimiert die Anzahl der benötigten Steuerleitungen vom Host-Mikrocontroller.
• Datenintegritätsfunktion:Das Bauteil unterstützt die unterbrechungsfreie Weitergabe (Bypass-Funktion). Falls eine LED in einer Kette ausfällt, kann das Datensignal diese umgehen, wodurch die verbleibenden LEDs in der Reihenfolge weiterhin korrekt funktionieren – dies erhöht die Systemzuverlässigkeit.
• Fertigungsbereitschaft:Die Komponente wird auf 12 mm breitem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-(178 mm)-Spulen aufgewickelt ist und mit Standard-Pick-and-Place-Automaten kompatibel ist. Sie ist auch für bleifreie Infrarot (IR)-Reflow-Lötverfahren qualifiziert, inklusive Vorkonditionierung gemäß JEDEC Feuchtesensitivitätsstufe 4.
• Umweltkonformität:Das Produkt entspricht den relevanten Umweltvorschriften.

1.2 Zielanwendungen und Märkte

Die Kombination aus kompakter Bauform, integrierter Intelligenz und Vollfarbfähigkeit macht diese LED für vielfältige Anwendungen geeignet:

• Status- und Anzeigebeleuchtung:Bereitstellung mehrfarbiger Statusrückmeldungen in Telekommunikationsgeräten, Büroautomationsausrüstung, Haushaltsgeräten und industriellen Bedienfeldern.
• Frontplatten- und Hintergrundbeleuchtung:Beleuchtung von Tasten, Logos oder Displays mit dynamischen, anpassbaren Farben.
• Dekorative und architektonische Beleuchtung:Verwendung in LED-Streifen, Modulen, Softlights und Leuchten für Ambient- oder Akzentbeleuchtung.
• Innendisplay-Elemente:Bausteine für Vollfarbmodule oder unregelmäßige Videodisplays, bei denen eine individuelle Pixelsteuerung erforderlich ist.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der im Datenblatt spezifizierten Schlüssel-Leistungsparameter.

2.1 Optische Eigenschaften

Die optische Leistung wird unter Standardbedingungen (Ta=25°C, VDD=5V) gemessen. Das Bauteil verwendet eine weiße Diffuslinse, um das Licht der einzelnen Farbchips zu mischen und ein gleichmäßiges Erscheinungsbild zu erzeugen.

• Lichtstärke (I_V):Die typische axiale Lichtstärke variiert je nach Farbchip. Der grüne Chip ist der hellste (330-700 mcd), gefolgt von Rot (130-300 mcd) und dann Blau (50-180 mcd). Diese Werte repräsentieren den Lichtausgang, gemessen durch einen Filter, der die photopische (menschliche Augen-) Reaktion simuliert.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Das Bauteil verfügt über einen breiten Abstrahlwinkel von 120 Grad. Dies ist definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Achswerts abfällt, was auf gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse hinweist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Farbe jedes Chips. Die spezifizierten Bereiche sind: Rot: 618-630 nm, Grün: 520-535 nm, Blau: 463-475 nm. Die Toleranz der Spitzenemissionswellenlänge beträgt ±1 nm, was eine konsistente Farbwiedergabe von Bauteil zu Bauteil sicherstellt.

2.2 Elektrische und absolute Maximalwerte

Die Einhaltung dieser Werte ist für einen zuverlässigen Betrieb und die Vermeidung dauerhafter Schäden entscheidend.

• Absolute Maximalwerte:
  • Verlustleistung (P_D): 94 mW. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung führen.
  • Versorgungsspannung (V_DD): +4,2V bis +5,5V. Der interne IC ist für eine Nennversorgung von 5V ausgelegt.
  • Gesamt-Durchlassstrom (I_F): 17 mA. Dies ist der maximale Gesamtstrom für alle drei Chips zusammen.
  • Betriebstemperatur: 0°C bis +85°C.
  • Lagertemperatur: -40°C bis +100°C.
• Elektrische Eigenschaften (typisch @ V_DD=5V):
  • IC-Ausgangsstrom pro Farbe: Typisch 5 mA pro individuellem R-, G- oder B-Kanal. Diese Konstantstromansteuerung gewährleistet eine stabile Farbausgabe unabhängig von geringen Spannungsschwankungen.
  • Logik-Eingangspegel: Der High-Pegel-Eingang (V_IH) beträgt 0,7*V_DD(typisch 3,3V bei 5V Versorgung). Der Low-Pegel-Eingang (V_IL) beträgt 0,3*V_DD. Dies macht ihn kompatibel mit sowohl 5V- als auch 3,3V-Mikrocontroller-Logik.
  • IC-Ruhestrom: Etwa 0,2 mA, wenn alle LED-Ausgänge ausgeschaltet sind, was auf einen niedrigen Stromverbrauch im Standby-Modus hinweist.

2.3 Thermische Betrachtungen

Obwohl der thermische Widerstand nicht explizit detailliert wird, liefert das Datenblatt durch das Lötprofil und die Lagerbedingungen entscheidende Richtlinien für das Wärmemanagement. Die maximale Verlustleistung von 94 mW und der Betriebstemperaturbereich definieren das thermische Betriebsfenster. Ein ordnungsgemäßes PCB-Layout mit ausreichender Wärmeableitung ist notwendig, um die Sperrschichttemperatur während des Dauerbetriebs, insbesondere bei maximaler Helligkeit und Strom, innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt enthält eine CIE (Commission Internationale de l'Eclairage)-Farbort-Binning-Tabelle, um Farbkonstanz zu gewährleisten.

• Farb-Binning:Die LEDs werden basierend auf ihren gemessenen Farbortkoordinaten (x, y) im CIE-1931-Farbraumdiagramm in Bins (A, B, C, D) sortiert. Jeder Bin ist durch ein Viereck in der Grafik definiert. Die Toleranz für die Platzierung innerhalb eines Bins beträgt ±0,01 in beiden x- und y-Koordinaten. Dieser Binning-Prozess gruppiert LEDs mit nahezu identischer wahrgenommener Farbe, was für Anwendungen, bei denen mehrere LEDs nebeneinander verwendet werden, um sichtbare Farbunterschiede zu vermeiden, entscheidend ist.
• Interpretation:Die Bins A und B decken einen spezifischen Bereich des Farbraums für das gemischte weiße Licht (durch die Diffuslinse) ab, während die Bins C und D einen benachbarten Bereich abdecken. Entwickler können einen Bin-Code spezifizieren, um eine engere Farbabstimmung für ihre Produktionscharge zu garantieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Leistungskurven, die wichtige Zusammenhänge grafisch darstellen. Obwohl die spezifischen Grafiken im bereitgestellten Text nicht reproduziert sind, wird ihr Standardinhalt unten analysiert.

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Diese Kurve würde zeigen, wie die Lichtausgabe mit dem an jeden LED-Chip gelieferten Durchlassstrom zunimmt. Aufgrund des integrierten Konstantstromtreibers wird diese Beziehung primär intern geregelt, aber die Kurve würde die Effizienz der Chip/Treiber-Kombination veranschaulichen.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Dies ist eine kritische Kurve, die die Reduzierung der Lichtausgabe bei steigender Umgebungs- (oder Sperrschicht-) Temperatur zeigt. Die LED-Effizienz nimmt mit der Temperatur ab, daher hilft diese Grafik Entwicklern, das thermische Verhalten und den potenziellen Lichtverlust in warmen Umgebungen zu verstehen.
• Spektrale Leistungsverteilung:Diese Grafik würde die Intensität des emittierten Lichts über das Wellenlängenspektrum für jeden Farbchip anzeigen und die für LEDs charakteristischen schmalen Emissionspeaks sowie die spezifischen dominanten Wellenlängen zeigen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Konfiguration

Das Bauteil entspricht einem industrieüblichen SMD-Fußabdruck. Die Hauptabmessungen betragen etwa 5,0 mm in der Länge, 5,0 mm in der Breite und 1,6 mm in der Höhe (Toleranz ±0,2 mm). Eine detaillierte Maßzeichnung ist im Originaldatenblatt für das präzise Design des PCB-Landmusters enthalten.

5.2 Pinbelegung und Funktion

Das 6-polige Bauteil hat folgende Pinbelegung:

1. VCC:Versorgungseingang für den internen IC. Kann mit VDD verbunden werden.
2. VDD:Haupt-Gleichstromversorgungseingang (4,2-5,5V).
3. DOUT:Steuerdaten-Signalausgang für die Hintereinanderschaltung zum DIN des nächsten LEDs.
4. DIN:Steuerdaten-Signaleingang von einem Mikrocontroller oder einer vorherigen LED.
5. VSS:Masseanschluss.
6. FDIN:Hilfsdaten-Signaleingang (Funktionalität kann für bestimmte Steuerungsmodi spezifisch sein).

5.3 Empfohlener PCB-Lötpad

Ein empfohlenes Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Dieses Layout umfasst typischerweise Wärmeableitungsverbindungen zur Wärmeregulierung während des Lötens und Betriebs sowie korrekt dimensionierte Pads für die Gull-Wing- oder ähnliche Anschlüsse.

6. Löt-, Montage- und Handhabungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Profil für bleifreies Löten wird bereitgestellt, das J-STD-020B entspricht. Dieses Profil spezifiziert kritische Parameter:

• Vorwärmen:Ein allmählicher Anstieg, um das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.
• Haltezone:Ein Temperaturplateau, um eine gleichmäßige Erwärmung der Komponente und der Platine sicherzustellen.
• Reflow-Zone:Eine Spitzentemperatur typischerweise zwischen 240°C und 260°C, wobei die Zeit über der Liquidustemperatur (TAL) sorgfältig kontrolliert wird, um zuverlässige Lötstellen zu bilden, ohne das LED-Gehäuse oder interne Komponenten zu beschädigen.
• Abkühlrate:Eine kontrollierte Abkühlung, um das Lot zu verfestigen und Spannungen zu minimieren.

6.2 Lagerung und Feuchtesensitivität

Das Bauteil ist feuchteempfindlich. Im versiegelten Original-Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel beträgt die Lagerfähigkeit ein Jahr bei Lagerung bei ≤30°C und ≤70% r.F. Nach dem Öffnen sollten die Komponenten bei ≤30°C und ≤60% r.F. gelagert werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollte ein versiegelter Behälter mit Trockenmittel verwendet werden. Komponenten, die länger als 96 Stunden der Umgebungsluft ausgesetzt waren, erfordern vor dem Reflow einen Trocknungsvorgang (ca. 60°C für 48 Stunden), um \"Popcorning\" oder Delaminierung während des Lötens zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten notwendig ist, dürfen nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Ein Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute wird empfohlen. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Kunststofflinse und das Gehäuse beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

• Standardverpackung:Die Komponenten werden auf 12 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-(178 mm)-Spulen aufgewickelt ist.
• Menge pro Spule:1500 Stück pro voller Spule.
• Mindestbestellmenge (MOQ):Für Teilquantitäten ist ein Minimum von 500 Stück verfügbar.
• Verpackungsstandards:Entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Leere Taschen im Band sind mit einem schützenden Deckband abgedeckt.

8. Anwendungsentwurfsüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die primäre Anwendung beinhaltet die Hintereinanderschaltung mehrerer LEDs. Eine einzelne Datenleitung von einem Mikrocontroller wird mit dem DIN der ersten LED verbunden. Deren DOUT wird mit dem DIN der nächsten verbunden, usw. Eine 5V-Stromversorgung (mit geeigneten lokalen Entkopplungskondensatoren, z.B. 100nF) muss für alle LEDs bereitgestellt werden, wobei sicherzustellen ist, dass die Spannung im Bereich von 4,2-5,5V bleibt, insbesondere am Ende langer Ketten, wo ein Spannungsabfall auftreten kann. Ein Serienwiderstand auf der Datenleitung kann für Impedanzanpassung in langen Ketten oder störungsbehafteten Umgebungen erforderlich sein.

8.2 Datenübertragungsprotokoll

Die Kommunikation verwendet ein schnelles, Ein-Draht-, Reset-basiertes Protokoll. Jedes Bit wird als High-Impuls innerhalb einer 1,2µs (±160ns) Periode übertragen.

• Logik '0': T_0H(High-Zeit) = 300ns ±80ns, T_0L(Low-Zeit) = 900ns.
• Logik '1': T_1H= 900ns ±80ns, T_1L= 300ns.
• Datenrahmen: 42 Bits pro LED (vermutlich 14 Bits für jeden R-, G- und B-Kanal).
• Reset: Ein Low-Signal auf der Datenleitung für länger als 50µs (RES) übernimmt die empfangenen Daten in die Ausgangsregister und bereitet den IC darauf vor, einen neuen Rahmen für die erste LED in der Kette zu empfangen.

8.3 Thermische und Leistungsverwaltung

Entwickler müssen die Gesamtverlustleistung berechnen. Bei typischen 5 mA pro Farbe und 5V Versorgung könnte eine LED mit allen drei Farben auf vollem Weiß bis zu 75 mW (5V * 15 mA) abgeben, was unter dem Maximum von 94 mW liegt. In dichten Arrays kann jedoch die kumulierte Wärme signifikant sein. Ausreichende PCB-Kupferfläche zur Wärmeableitung, mögliche Luftströmung und eine Reduzierung der Helligkeit bei hohen Umgebungstemperaturen sind wesentliche Überlegungen für die Langzeitzuverlässigkeit.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu diskreten RGB-LEDs, die externe Konstantstromtreiber und Multiplexschaltungen benötigen, bietet dieses Bauteil eine erhebliche Integration, die den Entwurfsaufwand, die Bauteilanzahl und den Platzbedarf auf der Platine reduziert. Gegenüber anderen adressierbaren LEDs (z.B. solchen mit einem anderen Protokoll wie APA102 oder dem älteren WS2812) bietet der LTST-G353CEGB7W mit seiner 14-Bit-Steuerung (10-Bit-PWM + 4-Bit-Strom) eine feinere Farbauflösung und Graustufenkontrolle als typische 8-Bit (256 Stufen) Alternativen. Die integrierte Bypass-Funktion für Fehlertoleranz ist ebenfalls ein unterscheidendes Zuverlässigkeitsmerkmal, das nicht bei allen adressierbaren LEDs zu finden ist.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Unterschied zwischen den VCC- und VDD-Pins?

A1: Beide sind Versorgungseingänge für den internen IC. Sie können miteinander verbunden werden. Das Datenblatt deutet an, dass sie intern ähnlich sind, was Entwurfsflexibilität bietet, möglicherweise für Rauschisolierung in empfindlichen Anwendungen.

F2: Kann ich diese LED mit einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?

A2: Ja, für den Dateneingang (DIN). Das V_IHMinimum ist 0,7*V_DD. Bei V_DD=5V ist V_IHmin 3,5V. Ein 3,3V-Ausgang könnte am unteren Rand liegen. Es könnte funktionieren, aber für Zuverlässigkeit wird ein Pegelwandler auf 5V für die Datenleitung empfohlen. Die Versorgungsspannung V_DDmuss weiterhin 4,2-5,5V betragen.

F3: Wie viele LEDs kann ich hintereinanderschalten?

A3: Die Grenze wird hauptsächlich durch die Datenaktualisierungsrate und die Stromversorgung bestimmt. Jede LED benötigt 42 Bits Daten. Bei einer langen Kette kann die Zeit, um Daten für alle LEDs vor der gewünschten Aktualisierungsrate (z.B. 60Hz) zu übertragen, die Anzahl begrenzen. Elektrisch kann der DOUT den DIN der nächsten LED direkt ansteuern. Die Leistung muss robust verteilt werden, um Spannungsabfälle entlang der Kette zu vermeiden.

F4: Was ist der Zweck des FDIN-Pins?

A4: Das Datenblatt listet ihn als Hilfsdateneingang. Seine genaue Funktion kann für erweiterte Steuerungsmodi, Werksprüfungen oder Kompatibilität mit spezifischen Controller-Funktionen sein. Für die Standard-Ein-Draht-Hintereinanderschaltung bleibt er typischerweise unverbunden oder wird, wie in Anwendungsnotizen spezifiziert, mit VDD oder VSS verbunden.

11. Praktische Entwurfs- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Statusanzeigepanel:Ein Cluster von 10 LEDs kann auf einem Netzwerkrouter verwendet werden. Jeder kann eine eindeutige Farbe zugewiesen bekommen, um Verbindungsstatus, Datenverkehr oder Systemwarnungen anzuzeigen. Die Ein-Draht-Steuerung vereinfacht die Verkabelung im Vergleich zur Multiplexsteuerung von 30 diskreten LEDs (10 RGB).

Beispiel 2: Dekorativer LED-Streifen-Prototyp:Für ein individuelles Beleuchtungsprojekt können 50 LEDs auf ein flexibles PCB-Streifen gelötet werden. Ein kleiner Mikrocontroller (z.B. ESP32) kann den Datenstrom erzeugen, um Animationen, Farbverläufe und Musikvisualisierung zu ermöglichen. Der breite Abstrahlwinkel gewährleistet gleichmäßige Ausleuchtung.

Beispiel 3: Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung:In einem Kleinserien-Industrie-Gerät können diese LEDs anpassbare Hintergrundbeleuchtung für Messgeräte oder Tasten bereitstellen, wodurch der Endbenutzer Farbthemen auswählen kann. Die Konstantstromansteuerung gewährleistet eine gleichbleibende Helligkeit unabhängig von der gewählten Farbe.

12. Einführung des Betriebsprinzips

Das Bauteil arbeitet nach einem einfachen Prinzip. Ein externer Mikrocontroller sendet einen seriellen Datenstrom, der Helligkeitsinformationen für die roten, grünen und blauen Kanäle enthält. Der integrierte Treiber-IC empfängt diese Daten, speichert sie in internen Registern und verwendet dann Konstantstromquellen, um jeden LED-Chip anzusteuern. Die Helligkeit jedes Chips wird durch schnelles Ein- und Ausschalten seines Stroms (PWM) mit einer Frequenz gesteuert, die hoch genug ist, um für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar zu sein (>200Hz). Der Tastgrad dieser PWM (der Anteil der 'Ein'-Zeit) bestimmt die wahrgenommene Helligkeit. Die 4-Bit-Stromabstimmung ermöglicht die Skalierung des Maximalstroms für jede Farbe, was eine Weißpunktkalibrierung erlaubt. Das Licht der drei monochromatischen Chips mischt sich innerhalb der weißen Diffuslinse und erzeugt die endgültige Mischfarbe.

13. Technologietrends und Kontext

Der LTST-G353CEGB7W repräsentiert eine ausgereifte Stufe in der Entwicklung von SMD-LEDs, speziell in der Kategorie der \"intelligenten\" oder \"adressierbaren\" LEDs. Der Trend in diesem Bereich geht zu höherer Integration, größerer Steuerungsauflösung (Übergang von 8-Bit zu 16-Bit oder höher pro Kanal), verbesserter Energieeffizienz (niedrigere Durchlassspannungen, höhere Lichtausbeute) und verbesserten Kommunikationsprotokollen, die schneller und robuster gegenüber Störungen sind. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung bei gleichbleibender oder steigender Lichtleistung sowie die Entwicklung von LEDs mit breiteren Farbgamuts für lebhaftere Displays. Dieses Bauteil mit seinem integrierten 14-Bit-Treiber und der zuverlässigen Ein-Draht-Schnittstelle entspricht dem industriellen Bestreben nach einfacheren, leistungsfähigeren und zuverlässigeren Beleuchtungslösungen für intelligente und vernetzte Geräte.