Hoja de Datos del LED RGB SMD LTST-G353CEGB7W - 5.0x5.0x1.6mm - 5V - 94mW - Lente Difuso Blanco - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTST-G353CEGB7W es un LED de montaje superficial (SMD) diseñado para el ensamblaje automatizado de placas de circuito impreso (PCB) y aplicaciones donde el espacio es una limitación crítica. Este componente integra chips semiconductores rojo, verde y azul (RGB) junto con un circuito de control dedicado en un solo encapsulado, formando un píxel completo e individualmente direccionable. Está diseñado para una amplia gama de equipos electrónicos, incluyendo, pero no limitado a, dispositivos de comunicación, computadoras portátiles, infraestructura de red, electrodomésticos y sistemas de señalización interior o iluminación decorativa.

1.1 Características y Ventajas Principales

El dispositivo se distingue por varias características tecnológicas y de encapsulado clave que mejoran su usabilidad y rendimiento en la fabricación electrónica moderna.

• Control Integrado:Una ventaja significativa es la integración de los chips LED RGB con un CI controlador de 14 bits. Esto elimina la necesidad de componentes controladores externos para el control básico, simplificando el diseño del circuito y reduciendo la lista general de materiales (BOM).
• Control de Color de Alta Resolución:Cada color primario (Rojo, Verde, Azul) puede controlarse a través de 1024 niveles de brillo distintos (PWM de 10 bits). Esto permite generar más de 1.07 mil millones (2^30) de combinaciones de colores, posibilitando degradados suaves y mezcla de colores precisa.
• CI Controlador Avanzado:El controlador embebido utiliza control de Modulación por Ancho de Pulso (PWM) de corriente constante. El control de 14 bits está dividido, con 10 bits dedicados al ciclo de trabajo PWM para el brillo y 4 bits para el ajuste fino del nivel de corriente, ofreciendo un control granular sobre la salida de luz y la eficiencia.
• Interfaz de Datos Simplificada:La comunicación con el LED y el encadenamiento de múltiples unidades se logra mediante un protocolo serie de un solo hilo (compatible con SPI). Esto minimiza el número de líneas de control requeridas desde el microcontrolador principal.
• Característica de Integridad de Datos:El dispositivo admite transmisión continua con punto de ruptura (función Bypass). Si un LED en una cadena falla, la señal de datos puede omitirlo, asegurando que los LED restantes en la secuencia continúen funcionando correctamente, mejorando la fiabilidad del sistema.
• Preparación para Fabricación:El componente se suministra en cinta de 12mm montada en carretes de 7 pulgadas de diámetro, compatible con equipos estándar de pick-and-place automatizado. También está calificado para procesos de soldadura por reflujo infrarrojo (IR) sin plomo, incluido el acondicionamiento previo al nivel de sensibilidad a la humedad JEDEC MSL 4.
• Cumplimiento Ambiental:El producto cumple con las regulaciones ambientales pertinentes.

1.2 Aplicaciones y Mercados Objetivo

La combinación de factor de forma pequeño, inteligencia integrada y capacidad de color completo hace que este LED sea adecuado para diversas aplicaciones:

• Iluminación de Estado e Indicadores:Proporcionar retroalimentación de estado multicolor en equipos de telecomunicaciones, equipos de automatización de oficinas, electrodomésticos y paneles de control industrial.
• Panel Frontal e Iluminación de Fondo:Iluminar botones, logotipos o pantallas con colores dinámicos y personalizables.
• Iluminación Decorativa y Arquitectónica:Utilizado en tiras LED, módulos, luces suaves y lámparas para iluminación ambiental o de acento.
• Elementos de Pantalla Interior:Bloques de construcción para módulos de color completo o pantallas de video irregulares donde se requiere control de píxeles individual.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis detallado de los parámetros clave de rendimiento especificados en la hoja de datos.

2.1 Características Ópticas

El rendimiento óptico se mide en condiciones estándar (Ta=25°C, VDD=5V). El dispositivo utiliza una lente difusa blanca para mezclar la luz de los chips de color individuales, produciendo una apariencia uniforme.

• Intensidad Luminosa (I_V):La intensidad luminosa axial típica varía según el chip de color. El chip Verde es el más brillante (330-700 mcd), seguido del Rojo (130-300 mcd), y luego el Azul (50-180 mcd). Estos valores representan la salida de luz medida a través de un filtro que simula la respuesta fotópica (ojo humano).
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):El dispositivo presenta un amplio ángulo de visión de 120 grados. Esto se define como el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor en el eje, lo que indica una buena visibilidad fuera del eje.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Este parámetro define el color percibido de cada chip. Los rangos especificados son: Rojo: 618-630 nm, Verde: 520-535 nm, Azul: 463-475 nm. La tolerancia de la longitud de onda de emisión pico es de ±1 nm, asegurando una producción de color consistente de un dispositivo a otro.

2.2 Características Eléctricas y Límites Absolutos Máximos

El cumplimiento de estos límites es crítico para una operación confiable y para prevenir daños permanentes.

• Límites Absolutos Máximos:
  • Disipación de Potencia (P_D): 94 mW. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento.
  • Tensión de Alimentación (V_DD): +4.2V a +5.5V. El CI interno está diseñado para una alimentación nominal de 5V.
  • Corriente Directa Total (I_F): 17 mA. Esta es la corriente máxima total combinada para los tres chips.
  • Temperatura de Operación: 0°C a +85°C.
  • Temperatura de Almacenamiento: -40°C a +100°C.
• Características Eléctricas (Típicas @ V_DD=5V):
  • Corriente de Salida del CI por Color: Típicamente 5 mA por canal individual R, G o B. Esta conducción de corriente constante asegura una salida de color estable independientemente de fluctuaciones menores de tensión.
  • Niveles de Entrada Lógica: La tensión de entrada de nivel alto (V_IH) es 0.7*V_DD(típicamente 3.3V con alimentación de 5V). La tensión de entrada de nivel bajo (V_IL) es 0.3*V_DD. Esto lo hace compatible con lógica de microcontrolador tanto de 5V como de 3.3V.
  • Corriente en Reposo del CI: Aproximadamente 0.2 mA cuando todas las salidas LED están apagadas, indicando un bajo consumo de energía en espera.

2.3 Consideraciones Térmicas

Aunque no detalla explícitamente la resistencia térmica, la hoja de datos proporciona pautas cruciales de gestión térmica a través del perfil de soldadura y las condiciones de almacenamiento. La disipación de potencia máxima de 94 mW y el rango de temperatura de operación definen la ventana térmica de funcionamiento. Un diseño de PCB adecuado con suficiente alivio térmico es necesario para mantener la temperatura de unión dentro de límites seguros durante la operación continua, especialmente al brillo y corriente máximos.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos incluye una tabla de clasificación cromática CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) para asegurar la consistencia del color.

• Clasificación por Color:Los LED se clasifican en bins (A, B, C, D) según sus coordenadas de cromaticidad medidas (x, y) en el diagrama del espacio de color CIE 1931. Cada bin se define por un cuadrilátero en el gráfico. La tolerancia para la ubicación dentro de un bin es de ±0.01 en ambas coordenadas x e y. Este proceso de clasificación agrupa LED con color percibido casi idéntico, lo cual es vital para aplicaciones donde se usan múltiples LED uno al lado del otro para evitar desajustes de color visibles.
• Interpretación:Los bins A y B cubren una región específica del espacio de color para la luz blanca mezclada (a través de la lente difusa), mientras que los bins C y D cubren una región adyacente. Los diseñadores pueden especificar un código de bin para garantizar un emparejamiento de color más estricto para su producción.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas de rendimiento típicas que representan gráficamente relaciones clave. Si bien los gráficos específicos no se reproducen en el texto proporcionado, su contenido estándar se analiza a continuación.

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Esta curva mostraría cómo aumenta la salida de luz con la corriente directa suministrada a cada chip LED. Debido al controlador de corriente constante integrado, esta relación se gestiona principalmente internamente, pero la curva ilustraría la eficiencia de la combinación chip/controlador.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta es una curva crítica que muestra la reducción de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura ambiente (o de unión). La eficiencia del LED disminuye con la temperatura, por lo que este gráfico ayuda a los diseñadores a comprender el rendimiento térmico y la posible pérdida de luz en ambientes cálidos.
• Distribución Espectral de Potencia:Este gráfico mostraría la intensidad de la luz emitida a través del espectro de longitudes de onda para cada chip de color, mostrando los picos de emisión estrechos característicos de los LED y las longitudes de onda dominantes específicas.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones y Configuración del Encapsulado

El dispositivo se ajusta a una huella SMD estándar de la industria. Las dimensiones clave son aproximadamente 5.0mm de largo, 5.0mm de ancho y 1.6mm de alto (tolerancia ±0.2mm). Se proporciona un dibujo dimensional detallado en la hoja de datos original para el diseño preciso del patrón de soldadura en el PCB.

5.2 Configuración y Función de Pines

El dispositivo de 6 pines tiene la siguiente asignación:

1. VCC:Entrada de alimentación para el CI interno. Puede conectarse a VDD.
2. VDD:Entrada principal de alimentación DC (4.2-5.5V).
3. DOUT:Salida de señal de datos de control para encadenar al DIN del siguiente LED.
4. DIN:Entrada de señal de datos de control desde un microcontrolador o LED anterior.
5. VSS:Conexión a tierra.
6. FDIN:Entrada de señal de datos auxiliar (la funcionalidad puede ser específica de ciertos modos de control).

5.3 Almohadilla de Soldadura Recomendada para PCB

Se proporciona un diseño sugerido de almohadilla de soldadura para asegurar una soldadura confiable y estabilidad mecánica. Este diseño típicamente incluye conexiones de alivio térmico para gestionar el calor durante la soldadura y operación, y almohadillas de tamaño correcto para las patas de tipo ala de gaviota o similares.

6. Pautas de Soldadura, Ensamblaje y Manipulación

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se proporciona un perfil de reflujo detallado para soldadura sin plomo, conforme a J-STD-020B. Este perfil especifica parámetros críticos:

• Precalentamiento:Un aumento gradual para activar el fundente y minimizar el choque térmico.
• Zona de Remojo:Una meseta de temperatura para asegurar un calentamiento uniforme del componente y la placa.
• Zona de Reflujo:Una temperatura pico típicamente entre 240°C y 260°C, con el tiempo por encima del líquido (TAL) cuidadosamente controlado para formar juntas de soldadura confiables sin dañar el encapsulado LED o los componentes internos.
• Tasa de Enfriamiento:Un enfriamiento controlado para solidificar la soldadura y minimizar el estrés.

6.2 Almacenamiento y Sensibilidad a la Humedad

El dispositivo es sensible a la humedad. Cuando está sellado en su bolsa original a prueba de humedad con desecante, tiene una vida útil de un año cuando se almacena a ≤30°C y ≤70% HR. Una vez abierta, los componentes deben almacenarse a ≤30°C y ≤60% HR. Para almacenamiento prolongado fuera de la bolsa original, use un recipiente sellado con desecante. Los componentes expuestos al aire ambiente por más de 96 horas requieren un procedimiento de horneado (aprox. 60°C durante 48 horas) antes del reflujo para prevenir el efecto \"palomitas de maíz\" o la delaminación durante la soldadura.

6.3 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, use solo los disolventes especificados. Se recomienda la inmersión en alcohol etílico o isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Productos químicos agresivos o no especificados pueden dañar la lente de plástico y el encapsulado.

7. Embalaje e Información de Pedido

• Embalaje Estándar:Los componentes se suministran en cinta portadora de 12mm de ancho con relieve, enrollada en carretes de 7 pulgadas (178mm) de diámetro.
• Cantidad por Carrete:1500 piezas por carrete completo.
• Cantidad Mínima de Pedido (MOQ):Para cantidades parciales, está disponible un mínimo de 500 piezas.
• Estándares de Embalaje:Cumple con las especificaciones ANSI/EIA-481. Los huecos vacíos en la cinta están cubiertos con una cinta protectora superior.

8. Consideraciones de Diseño de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La aplicación principal implica encadenar múltiples LED en serie. Una sola línea de datos desde un microcontrolador se conecta al DIN del primer LED. Su DOUT se conecta al DIN del siguiente, y así sucesivamente. Se debe proporcionar una fuente de alimentación de 5V (con condensadores de desacoplamiento local apropiados, p.ej., 100nF) a todos los LED, asegurando que la tensión permanezca dentro del rango de 4.2-5.5V, especialmente al final de cadenas largas donde puede ocurrir caída de tensión IR. Puede ser necesaria una resistencia en serie en la línea de datos para la adaptación de impedancia en cadenas largas o entornos ruidosos.

8.2 Protocolo de Transmisión de Datos

La comunicación utiliza un protocolo de un solo hilo, de alta velocidad y basado en reset. Cada bit se transmite como un pulso alto dentro de un período de 1.2µs (±160ns).

• Lógica '0': T_0H(tiempo alto) = 300ns ±80ns, T_0L(tiempo bajo) = 900ns.
• Lógica '1': T_1H= 900ns ±80ns, T_1L= 300ns.
• Trama de Datos: 42 bits por LED (presumiblemente 14 bits para cada canal R, G y B).
• Reset: Una señal baja en la línea de datos durante más de 50µs (RES) fija los datos recibidos en los registros de salida y prepara el CI para recibir una nueva trama para el primer LED en la cadena.

8.3 Gestión Térmica y de Potencia

Los diseñadores deben calcular la disipación de potencia total. Con los típicos 5mA por color y alimentación de 5V, un LED con los tres colores en blanco completo podría disipar hasta 75mW (5V * 15mA), que está por debajo del máximo de 94mW. Sin embargo, en arreglos densos, el calor agregado puede ser significativo. Un área de cobre de PCB adecuada para disipación de calor, posible flujo de aire y reducción del brillo a altas temperaturas ambiente son consideraciones esenciales para la fiabilidad a largo plazo.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED RGB discretos que requieren controladores de corriente constante externos y circuitos de multiplexación, este dispositivo ofrece una integración significativa, reduciendo la complejidad del diseño, el número de componentes y el espacio en la placa. Frente a otros LED direccionables (por ejemplo, aquellos que usan un protocolo diferente como APA102 o el más antiguo WS2812), el control de 14 bits del LTST-G353CEGB7W (PWM de 10 bits + 4 bits de corriente) proporciona una resolución de color y control de escala de grises más fino que las alternativas típicas de 8 bits (256 niveles). La función de bypass integrada para tolerancia a fallos también es una característica de fiabilidad distintiva que no se encuentra en todos los LED direccionables.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es la diferencia entre los pines VCC y VDD?

R1: Ambos son entradas de alimentación para el CI interno. Pueden conectarse juntos. La hoja de datos sugiere que son internamente similares, proporcionando flexibilidad de diseño, posiblemente para aislamiento de ruido en aplicaciones sensibles.

P2: ¿Puedo controlar este LED con un microcontrolador de 3.3V?

R2: Sí, para la entrada de datos (DIN). El V_IHmínimo es 0.7*V_DD. Con V_DD=5V, V_IHmín es 3.5V. Una salida de 3.3V podría estar en el límite inferior. Podría funcionar, pero para mayor fiabilidad, se recomienda un cambiador de nivel a 5V para la línea de datos. La fuente de alimentación V_DDdebe seguir siendo de 4.2-5.5V.

P3: ¿Cuántos LED puedo encadenar en serie?

R3: El límite está determinado principalmente por la tasa de refresco de datos y la fuente de alimentación. Cada LED requiere 42 bits de datos. Para una cadena larga, el tiempo para transmitir datos para todos los LED antes de la tasa de refresco deseada (p.ej., 60Hz) puede limitar el número. Eléctricamente, el DOUT puede impulsar directamente el DIN del siguiente LED. La potencia debe distribuirse de manera robusta para evitar caídas de tensión a lo largo de la cadena.

P4: ¿Cuál es el propósito del pin FDIN?

R4: La hoja de datos lo enumera como una entrada de datos auxiliar. Su función exacta puede ser para modos de control avanzados, pruebas de fábrica o compatibilidad con características específicas del controlador. Para el encadenamiento en serie estándar de un solo hilo, normalmente se deja desconectado o se conecta a VDD o VSS como se especifica en las notas de aplicación.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Ejemplo 1: Panel de Indicadores de Estado:Se puede usar un grupo de 10 LED en un router de red. A cada uno se le puede asignar un color único para indicar el estado del enlace, la actividad del tráfico o alertas del sistema. El control de una sola línea de datos simplifica el cableado en comparación con multiplexar 30 LED discretos (10 RGB).

Ejemplo 2: Prototipo de Tira LED Decorativa:Para un proyecto de iluminación personalizado, se pueden soldar 50 LED en una tira de PCB flexible. Un microcontrolador pequeño (p.ej., ESP32) puede generar el flujo de datos, permitiendo animaciones, lavados de color y visualización musical. El amplio ángulo de visión asegura una iluminación uniforme.

Ejemplo 3: Iluminación de Fondo de Cuadro de Instrumentos:En un dispositivo industrial de bajo volumen, estos LED pueden proporcionar iluminación de fondo personalizable para medidores o botones, permitiendo al usuario final seleccionar temas de color. La conducción de corriente constante asegura un brillo consistente independientemente del color seleccionado.

12. Introducción al Principio de Operación

El dispositivo opera bajo un principio sencillo. Un microcontrolador externo envía un flujo de datos serie que contiene información de brillo para los canales rojo, verde y azul. El CI controlador integrado recibe estos datos, los almacena en registros internos y luego utiliza fuentes de corriente constante para impulsar cada chip LED. El brillo de cada chip se controla encendiendo y apagando rápidamente su corriente (PWM) a una frecuencia lo suficientemente alta como para ser imperceptible para el ojo humano (>200Hz). El ciclo de trabajo de este PWM (la proporción de tiempo 'encendido') determina el brillo percibido. El ajuste de corriente de 4 bits permite escalar la corriente máxima para cada color, permitiendo la calibración del punto blanco. La luz de los tres chips monocromáticos se mezcla dentro de la lente difusa blanca, produciendo el color compuesto final.

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

El LTST-G353CEGB7W representa una etapa madura en la evolución de los LED SMD, específicamente en la categoría de LED \"inteligentes\" o \"direccionables\". La tendencia en este campo es hacia una mayor integración, mayor resolución de control (pasando de 8 bits a 16 bits o más por canal), mejor eficiencia energética (tensiones directas más bajas, mayor eficacia luminosa) y protocolos de comunicación mejorados que sean más rápidos y robustos frente al ruido. También hay un impulso hacia la miniaturización manteniendo o aumentando la salida de luz, y el desarrollo de LED con gamas de color más amplias para pantallas más vívidas. Este dispositivo, con su controlador integrado de 14 bits y su interfaz confiable de un solo hilo, se alinea con el impulso de la industria hacia soluciones de iluminación más simples, de mayor rendimiento y más confiables para dispositivos inteligentes y conectados.