SMD RGB-LED mit integriertem Treiber - 3,2x2,8x1,9mm - 5V - 88mW - Rot/Grün/Blau - Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer miniaturisierten, oberflächenmontierbaren LED-Komponente für die automatisierte Leiterplattenbestückung. Das Bauteil integriert drei einzelne LED-Chips (Rot, Grün, Blau) zusammen mit einem 8-Bit-Treiber-IC in einem einzigen Gehäuse. Diese Integration ermöglicht eine präzise, unabhängige Steuerung jedes Farbkanals und macht es geeignet für Anwendungen, die dynamische Farbmischung und hochauflösende Helligkeitsregelung erfordern. Die Komponente wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern geliefert, die auf 7-Zoll-Rollen aufgewickelt sind, um eine automatisierte Hochvolumenbestückung zu erleichtern.

1.1 Merkmale

• Konform mit den RoHS-Umweltrichtlinien.
• Verwendet hocheffiziente AlInGaP- (Rot) und InGaN- (Grün, Blau) Halbleitermaterialien für überlegene Helligkeit.
• Integrierter 8-Bit-Treiber-IC bietet 256 verschiedene Helligkeitsstufen für jeden der drei Farbkanäle (Rot, Grün, Blau).
• Hohe Datenabtastfrequenz von mindestens 800 kHz gewährleistet flüssige Farbübergänge und Bildwiederholraten.
• Auf 8-mm-Trägerband verpackt für Kompatibilität mit Standard-Automatikbestückungsgeräten.
• Kompatibel mit Infrarot- (IR) Reflow-Lötprozessen, geeignet für bleifreie Montage.
• Logikpegel-Eingang kompatibel für einfache Anbindung an Mikrocontroller und digitale Logikschaltungen.

1.2 Anwendungen

Das Bauteil ist für ein breites Spektrum elektronischer Geräte konzipiert, bei denen Platz, automatisierte Montage und präzise Farbsteuerung entscheidend sind. Hauptanwendungsbereiche sind:

• Hintergrundbeleuchtung:Beleuchtung von Tastaturfeldern, Tastaturen und dekorativen Panels in Unterhaltungselektronik, Büroautomatisierung und Haushaltsgeräten.
• Statusanzeigen:Mehrfarbige Status- und Signalindikatoren in Telekommunikations-, Netzwerk- und Industrie-Steuergeräten.
• Mikro-Displays & Beschilderung:Niedrigauflösende Pixelelemente für Informationsanzeigen, symbolische Leuchten und dekorative Beleuchtung.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (P_D):88 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert eine Überhitzung des internen ICs und der LED-Chips.
• IC-Versorgungsspannung (V_DD):+4,2V bis +5,5V. Der integrierte Treiberkreis benötigt eine geregelte Versorgung innerhalb dieses Bereichs für zuverlässigen Betrieb. Spannungen außerhalb dieses Bereichs können Fehlfunktionen oder Schäden verursachen.
• Gesamt-Durchlassstrom (I_F):16 mA DC. Dies ist die maximale Summe der Ströme, die gleichzeitig an alle drei LED-Kanäle geliefert werden können.
• Betriebstemperatur (T_op):-20°C bis +85°C. Das Bauteil funktioniert garantiert innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs.
• Lagertemperatur (T_stg):-30°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Hält 260°C für 10 Sekunden stand, entsprechend typischen bleifreien Reflow-Profilen.

Kritischer Designhinweis:Der eingebettete IC erzeugt während des Betriebs Wärme. Ein gut konzipiertes PCB-Thermomanagementsystem (z.B. ausreichende Kupferflächen, Wärmevias) ist entscheidend, um die Temperatur an den Lötpads der LED für langfristige Zuverlässigkeit unter 85°C zu halten.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C mit V_DD=5V und allen Farbkanälen auf maximale Helligkeit eingestellt (Daten = 8'b11111111).

• Lichtstärke (I_V):
  • Rot (AlInGaP): 71,0 - 180,0 mcd (Millicandela)
  • Grün (InGaN): 180,0 - 355,0 mcd
  • Blau (InGaN): 35,5 - 71,0 mcd
  Die spezifische Intensität einer bestimmten Einheit wird durch ihren Bin-Code bestimmt (siehe Abschnitt 4).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Spitzenwerts abfällt, was auf ein breites, diffuses Abstrahlmuster hinweist, das für Flächenbeleuchtung geeignet ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):
  • Rot: 620,0 - 628,0 nm
  • Grün: 522,0 - 530,0 nm
  • Blau: 464,0 - 472,0 nm
  Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Farbe des Lichts und unterliegt ebenfalls einem Binning.
• IC-Ausgangsstrom (I_Fpro Kanal):Typischerweise 5 mA pro Farbkanal bei Ansteuerung mit V_DD=5V. Dies ist der vom internen Treiber für jede LED eingestellte Konstantstrom.
• IC-Ruhestrom (I_DD):Typischerweise 0,8 mA, wenn alle LED-Daten auf '0' gesetzt sind (Aus-Zustand). Dies ist die vom Treiber-IC selbst verbrauchte Leistung, wenn er die LEDs nicht aktiv leuchten lässt.

2.3 Digitale Schnittstelle & Timing

Das Bauteil verwendet ein Ein-Draht-Seriendatenprotokoll, um 24-Bit-Daten (8 Bit für jeden Rot-, Grün- und Blau-Kanal) zu empfangen.

• Logikpegel:
  • High-Pegel-Eingangsspannung (V_IH): ≥ 3,0V
  • Low-Pegel-Eingangsspannung (V_IL): ≤ 0,3 * V_DD
• Daten-Timing (T_H+ T_L= 1,2 µs ± 300ns):
  • Bit '0':High-Zeit (T_0H) = 300ns ±150ns, Low-Zeit (T_0L) = 900ns ±150ns.
  • Bit '1':High-Zeit (T_1H) = 900ns ±150ns, Low-Zeit (T_1L) = 300ns ±150ns.
• Latch-Zeit (LAT):Ein Low-Impuls auf der Datenleitung, der länger als 250 µs anhält, signalisiert das Ende eines Datenrahmens. Der IC übernimmt (speichert) die empfangenen 24-Bit-Daten und aktualisiert entsprechend die LED-Ausgänge. Während dieser Latch-Periode sollte keine Datenübertragung stattfinden.

Datenfluss:Daten werden seriell über den DIN-Pin eingeschoben. Nach dem Empfang von 24 Bit aktualisiert ein Latch-Befehl die internen Register. Die Daten werden dann über den DOUT-Pin ausgegeben, was es ermöglicht, mehrere Bauteile von einem einzigen Mikrocontroller-Pin aus in Reihe zu schalten (Daisy-Chain).

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden die Bauteile nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Zwei Schlüsselparameter werden gebinnt: Lichtstärke und dominante Wellenlänge.

3.1 Binning der Lichtstärke

Jeder Farbkanal wird separat mit einer Toleranz von ±15% innerhalb jedes Bins gebinnt.

• Rot:Bins Q1 (71,0-90,0 mcd), Q2 (90,0-112,0 mcd), R1 (112,0-140,0 mcd), R2 (140,0-180,0 mcd).
• Grün:Bins S1 (180,0-224,0 mcd), S2 (224,0-280,0 mcd), T1 (280,0-355,0 mcd).
• Blau:Bins N2 (35,5-45,0 mcd), P1 (45,0-56,0 mcd), P2 (56,0-71,0 mcd).

3.2 Binning der dominierenden Wellenlänge (Farbton)

Dieses Binning stellt präzise Farbpunkte sicher. Die Toleranz beträgt ±1 nm innerhalb jedes Bins.

• Rot:Bin U (620,0-624,0 nm), Bin V (624,0-628,0 nm).
• Grün:Bin P (522,0-526,0 nm), Bin Q (526,0-530,0 nm).
• Blau:Bin C (464,0-468,0 nm), Bin D (468,0-472,0 nm).

Design-Implikation:Für Anwendungen, die eine einheitliche Farbe über mehrere Einheiten hinweg erfordern, wird empfohlen, enge Bin-Codes zu spezifizieren oder aus derselben Produktionscharge zu beziehen.

4. Mechanische & Gehäuseinformationen

4.1 Bauteilabmessungen und Pinbelegung

Die Komponente hat einen kompakten Footprint. Wichtige Abmessungen sind eine Gehäusegröße von etwa 3,2mm x 2,8mm bei einer Höhe von 1,9mm. Toleranzen betragen typischerweise ±0,15mm, sofern nicht anders angegeben.

Pin-Konfiguration:

1. V_DD:Versorgungsspannungseingang für den integrierten Treiber-IC (+4,2V bis +5,5V).
2. DIN:Serieller Dateneingang. Steuerdaten für die RGB-Kanäle werden über diesen Pin eingeschoben.
3. V_SS:Masseanschluss.
4. DOUT:Serieller Datenausgang. Wird zum Daisy-Chaining mehrerer Bauteile verwendet; gibt die von DIN empfangenen Daten nach einer internen Verzögerung aus.

Die Linse ist wasserklar, sodass die native Farbe jedes LED-Chips sichtbar ist.

4.2 Empfohlenes PCB-Land Pattern

Ein empfohlenes Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Das Design umfasst typischerweise thermische Entlastungsanschlüsse und ausreichende Pad-Größe, um eine gute Lötstellenbildung während des Reflow zu ermöglichen.

5. Montage- & Handhabungsrichtlinien

5.1 Lötprozess

Das Bauteil ist kompatibel mit Infrarot- (IR) Reflow-Lötprozessen unter Verwendung von bleifreiem (Pb-freiem) Lot. Die maximal empfohlene Spitzentemperatur am Gehäuse beträgt 260°C, die nicht länger als 10 Sekunden überschritten werden sollte. Standard-Reflow-Profile für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSL) sollten eingehalten werden.

5.2 Reinigung

Falls eine Reinigung nach der Montage erforderlich ist, tauchen Sie die bestückte Platine bei Raumtemperatur für nicht länger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol. Die Verwendung nicht spezifizierter oder aggressiver chemischer Reinigungsmittel kann das LED-Gehäusematerial beschädigen.

5.3 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

Der integrierte Schaltkreis und die LED-Chips sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Während der Handhabung und Montage müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen getroffen werden:

• Personal sollte geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Arbeitsplätze, Werkzeuge und Geräte müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Lagern und transportieren Sie die Bauteile in ESD-geschützter Verpackung.

5.4 Lagerbedingungen

• Verschweißte Feuchtigkeitssperrbeutel (MBB):Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr ab dem Datum des Beutelverschlusses bei Lagerung mit Trockenmittel im Inneren.
• Nach dem Öffnen des Beutels:Wenn nicht sofort verwendet, sollten die Bauteile in einer Umgebung von nicht mehr als 30°C und 60% RH gelagert werden. Für die Langzeitlagerung nach dem Öffnen kann vor dem Reflow ein Trocknungsprozess gemäß den Standard-IPC/JEDEC-Feuchtigkeitssensitivitätsstufen-Verfahren erforderlich sein.

6. Verpackung und Bestellung

6.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Das Bauteil wird für die automatisierte Montage geliefert:

• Bandbreite: 8mm.
• Rollen-Durchmesser:7 Zoll (178mm).
• Stückzahl pro Rolle:4000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Taschenversiegelung:Bauteiltaschen sind mit einem Deckband versiegelt.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Spezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende leere Taschen zulässig.
• Standard:Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

7. Anwendungshinweise & Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltung

Eine typische Implementierung beinhaltet das Verbinden eines GPIO-Pins eines Mikrocontrollers mit dem DIN der ersten LED in einer Kette. Der DOUT der ersten LED wird mit dem DIN der nächsten verbunden und so weiter. So kann ein einzelner GPIO-Pin eine lange Kette von LEDs steuern. Eine stabile, entkoppelte 5V-Versorgungsspannung muss an die V_DD-Pins bereitgestellt werden, wobei ein lokaler Bypass-Kondensator (z.B. 100nF) in der Nähe jedes Bauteils oder einer kleinen Gruppe von Bauteilen platziert wird.

7.2 Thermomanagement

Wie in den Maximalwerten hervorgehoben, ist das thermische Design entscheidend. Die Leiterplatte sollte Kupferflächen verwenden, die mit den Masse- (V_SS) Pads verbunden sind, um als Kühlkörper zu dienen. Wärmevias unter dem Bauteil können helfen, Wärme zu inneren oder unteren Lagen abzuleiten. Für Hochhelligkeits- oder Betrieb mit hohem Tastverhältnis sollte die Pad-Temperatur überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie unter 85°C bleibt.

7.3 Daten-Signalintegrität

Für lange Daisy-Chains oder in elektrisch verrauschten Umgebungen sollten folgende Punkte beachtet werden:

• Halten Sie Datenleitungen so kurz wie möglich.
• Vermeiden Sie es, Datenleitungen parallel zu hochstromführenden oder schaltenden Leitungen zu verlegen.
• Ein kleiner Serienwiderstand (z.B. 33-100 Ω), der nahe am Ausgangspin des Mikrocontrollers platziert wird, kann helfen, Überschwinger auf der Datenleitung zu reduzieren.
• Stellen Sie sicher, dass der Mikrocontroller das vom Protokoll geforderte präzise 1,2µs-Bit-Timing erzeugen kann.

7.4 Einschaltreihenfolge der Versorgungsspannung und Einschaltstromstoß

Beim Einschalten einer langen LED-Kette kann das gleichzeitige Einschalten der internen Treiber-ICs einen kurzzeitigen Einschaltstromstoß auf der V_DD-Leitung verursachen. Die Stromversorgung und die PCB-Leiterbahnen müssen so dimensioniert sein, dass sie dies ohne signifikanten Spannungseinbruch bewältigen können. In großen Arrays kann eine Soft-Start-Schaltung oder ein gestaffeltes Aktivieren verschiedener Ketten erforderlich sein.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

Ja, aber mit Vorsicht. Die Anforderung für die High-Pegel-Eingangsspannung (V_IH) beträgt mindestens 3,0V. Ein 3,3V-Logik-High erfüllt diese Spezifikation. Sie müssen jedoch sicherstellen, dass die Versorgungsspannung (V_DD) sich immer noch innerhalb ihres spezifizierten Bereichs von 4,2V bis 5,5V befindet. Der LED-Treiber-IC selbst benötigt 5V, daher können Sie ihn nicht mit 3,3V versorgen.

8.2 Welchen Zweck hat der DOUT-Pin?

Der DOUT-Pin ermöglicht das Daisy-Chaining. Der IC puffert die eingehenden seriellen Daten intern und gibt sie nach einer festen Verzögerung aus. Dies ermöglicht es, dass eine einzelne Datenleitung von einem Mikrocontroller eine unbegrenzte Anzahl von LEDs in Reihe speist, da jedes Bauteil den Datenstrom an das nächste weitergibt.

8.3 Wie berechne ich den Gesamtstromverbrauch?

Die Gesamtleistung ist die Summe aus der LED-Leistung und der IC-Ruheleistung.
LED-Leistung (max):(V_DD* I_{F_Rot}) + (V_DD* I_{F_Grün}) + (V_DD* I_{F_Blau}) ≈ 5V * (5mA+5mA+5mA) = 75mW.
IC-Ruheleistung: V_DD* I_DD≈ 5V * 0,8mA = 4mW.
Ungefähre Gesamtleistung (alle an):79mW, was unter der maximalen Verlustleistung von 88mW liegt. Denken Sie daran, dies gilt bei voller Helligkeit. Niedrigere Helligkeitseinstellungen verbrauchen weniger Leistung.

8.4 Warum gibt es eine minimale Latch-Zeit von 250µs?

Die Latch-Zeit (LAT) ist eine Reset-Periode. Ein Low-Signal, das länger als 250µs anhält, teilt dem IC mit, dass der aktuelle 24-Bit-Datenrahmen abgeschlossen ist und er seine Ausgangsregister aktualisieren sollte. Dieser Mechanismus gewährleistet eine zuverlässige Synchronisation zwischen dem Controller und der LED-Kette und verhindert, dass fehlerhafte Daten angezeigt werden.