LED RGB SMD con Circuito Integrado Embebido - 5.0x5.0x1.6mm - 4.2-5.5V - 358mW - Lente Difuso Blanco - Hoja de Datos en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un componente LED de montaje superficial (SMD) que integra chips semiconductores rojo, verde y azul (RGB) junto con un circuito integrado (CI) driver dedicado en un único encapsulado compacto. Esta solución integrada está diseñada para simplificar las aplicaciones de corriente constante para los diseñadores, eliminando la necesidad de resistencias limitadoras de corriente externas o circuitos driver complejos para cada canal de color. El dispositivo está alojado en un encapsulado con lente difuso blanco, que ayuda a mezclar la luz de los chips de color individuales para crear una salida de color más uniforme y difusa, adecuada para aplicaciones de iluminación indicadora y decorativa.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La ventaja principal de este componente es su alto nivel de integración. Al incorporar un CI driver PWM (Modulación por Ancho de Pulso) de corriente constante de 8 bits, proporciona un control digital preciso sobre el brillo de cada color RGB con 256 pasos distintos, permitiendo la creación de más de 16.7 millones de combinaciones de colores. El protocolo de transmisión de datos en cascada de un solo cable permite encadenar múltiples unidades y controlarlas desde un solo pin de un microcontrolador, reduciendo significativamente la complejidad del cableado y los requisitos de E/S del controlador en aplicaciones con múltiples LEDs.

Esto hace que el componente sea particularmente adecuado para aplicaciones con limitaciones de espacio y sensibles al costo que requieren efectos de iluminación multicolor o a todo color. Sus mercados objetivo incluyen, entre otros, indicadores de estado en electrónica de consumo y equipos de red, retroiluminación de paneles frontales, tiras de luz decorativas, módulos de colores completos y elementos de pantallas de video LED o señalización interior. El encapsulado es compatible con equipos de montaje automático pick-and-place y procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo (IR), facilitando la fabricación en grandes volúmenes.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o por encima de estos límites.

• Disipación de Potencia (P_D): 358 mW. Esta es la potencia total máxima que el encapsulado puede disipar como calor. Superar este límite conlleva el riesgo de sobrecalentar el CI interno y los chips LED.
• Rango de Voltaje de Alimentación (V_DD): +4.2V a +5.5V. El CI embebido está diseñado para una alimentación lógica nominal de 5V. Aplicar un voltaje fuera de este rango puede dañar el circuito de control.
• Corriente Directa Total (I_F): 65 mA. Esta es la suma máxima de las corrientes a través de los canales Rojo, Verde y Azul combinados.
• Temperatura de Operación (T_a): -40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Temperatura de Almacenamiento: -40°C a +100°C. El dispositivo puede almacenarse sin alimentación aplicada dentro de este rango más amplio.

2.2 Características Ópticas

Medidas a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C y un voltaje de alimentación (V_DD) de 5V con todos los canales de color ajustados al brillo máximo (datos = 8'b11111111).

• Intensidad Luminosa (I_V):
  • Rojo (AlInGaP): 600 - 1200 mcd (Típico)
  • Verde (InGaN): 1100 - 2200 mcd (Típico)
  • Azul (InGaN): 270 - 540 mcd (Típico)
  El chip verde típicamente exhibe la salida más alta, seguido por el rojo y luego el azul. Este desequilibrio es común en los LEDs RGB y debe tenerse en cuenta en los algoritmos de mezcla de colores para lograr un punto blanco deseado o un tono específico.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 120 grados. Este amplio ángulo de visión, definido como el ángulo donde la intensidad cae a la mitad de su valor en el eje, es característico de la lente difusa blanca, proporcionando un patrón de emisión de luz amplio y suave adecuado para iluminación de área.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):
  • Rojo: 615 - 630 nm
  • Verde: 515 - 530 nm
  • Azul: 455 - 470 nm
  Estos rangos definen el color primario de la luz emitida por cada chip. El lote específico dentro de estos rangos para una unidad determinada define sus coordenadas de color precisas.

2.3 Características Eléctricas

Especificadas en todo el rango de temperatura de operación (-40°C a +85°C) y rango de voltaje de alimentación (4.2V a 5.5V).

• Corriente de Salida del CI por Canal (I_F): 20 mA (Típico). El CI driver embebido regula la corriente suministrada a cada chip LED individual Rojo, Verde y Azul a este valor constante, asegurando un brillo estable y consistencia de color independientemente de las variaciones del voltaje directo.
• Niveles Lógicos de Entrada:
  • Voltaje de Entrada de Nivel Alto (V_IH): 2.7V mín. hasta V_DD. Compatible con salidas de microcontrolador de 3.3V y 5V.
  • Voltaje de Entrada de Nivel Bajo (V_IL): 0V a 1.0V máx.
• Corriente en Reposo del CI (I_DD): 1.5 mA (Típico). Esta es la corriente consumida por el CI driver embebido cuando todas las salidas LED están apagadas (todos los bits de datos son '0').

3. Explicación del Sistema de Clasificación

3.1 Clasificación por Coordenadas de Cromaticidad CIE

El documento proporciona una tabla de clasificación de color basada en las coordenadas de cromaticidad CIE 1931 (x, y). La luz emitida por cada LED se prueba y categoriza en lotes específicos (ej., A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3). Cada lote está definido por un área cuadrilátera en el diagrama de cromaticidad, especificada por cuatro puntos de coordenadas (x, y). La tolerancia para la ubicación dentro de un lote es de +/- 0.01 en ambas coordenadas x e y. Esta clasificación asegura la consistencia de color entre diferentes lotes de producción. Los diseñadores pueden especificar un código de lote al realizar el pedido para lograr un emparejamiento de color más preciso en su aplicación, lo cual es crítico para pantallas o instalaciones con múltiples LEDs donde la uniformidad del color es primordial.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Intensidad Relativa vs. Longitud de Onda (Distribución Espectral)

El gráfico proporcionado (Fig. 1) muestra la distribución espectral de potencia relativa para los chips Rojo, Verde y Azul. Cada curva muestra un pico distinto correspondiente a su rango de longitud de onda dominante. La curva Roja está centrada alrededor de ~625nm, la Verde alrededor de ~525nm y la Azul alrededor de ~465nm. El ancho de estos picos (Ancho a Media Altura) influye en la pureza del color; picos más estrechos generalmente producen colores más saturados. La superposición entre los espectros Verde y Rojo es mínima, lo cual es beneficioso para lograr una amplia gama de colores.

4.2 Curva de Reducción de Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

El gráfico (Fig. 2) ilustra la relación entre la corriente directa total máxima permitida (I_F) y la temperatura ambiente de operación (T_A). A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima permitida disminuye linealmente. Esta reducción es necesaria para evitar que la temperatura de unión de los chips LED y del CI driver exceda los límites seguros, lo que aceleraría la degradación y reduciría la vida útil. A la temperatura máxima de operación de 85°C, la corriente total permitida es significativamente menor que el límite absoluto máximo de 65mA especificado a 25°C. Se debe consultar esta curva para un diseño térmico confiable.

4.3 Distribución Espacial (Patrón de Intensidad Luminosa)

El diagrama polar (Fig. 3) mapea la intensidad luminosa relativa normalizada en función del ángulo de visión. El gráfico confirma el ángulo de visión de 120 grados, mostrando una distribución suave, aproximadamente lambertiana, típica de una lente difusa. La intensidad es máxima a 0 grados (en el eje) y disminuye simétricamente al 50% de su pico a +/-60 grados desde el eje.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones y Configuración del Encapsulado

El componente está alojado en un encapsulado de montaje superficial con dimensiones totales de aproximadamente 5.0mm de largo, 5.0mm de ancho y 1.6mm de alto (tolerancia ±0.2mm). El encapsulado presenta una lente de plástico difusa blanca. La configuración de pines consta de cuatro pads:

1. VSS: Tierra (referencia 0V).
2. DIN: Entrada de Señal de Datos de Control. Recibe el flujo de datos en serie para este LED específico.
3. DOUT: Salida de Señal de Datos de Control. Reenvía el flujo de datos recibido al pin DIN del siguiente LED en una cadena en cascada.
4. VDD: Entrada de Alimentación DC (+4.2V a +5.5V).

5.2 Diseño Recomendado de Pads de Montaje en PCB

Se proporciona un diagrama de patrón de pistas para guiar el diseño de la placa de circuito impreso (PCB). Adherirse a estas dimensiones y espaciados recomendados de pads asegura la formación adecuada de las juntas de soldadura durante el reflujo, una conexión eléctrica confiable y una resistencia mecánica adecuada. El diseño típicamente incluye conexiones de alivio térmico y aperturas apropiadas de máscara de soldadura.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se proporciona un perfil de reflujo infrarrojo (IR) sugerido, compatible con el estándar J-STD-020B para procesos de soldadura sin plomo. El gráfico del perfil muestra parámetros clave: precalentamiento, estabilización, temperatura máxima de reflujo y tasas de enfriamiento. La temperatura máxima típicamente no debe exceder la temperatura máxima de almacenamiento del componente (100°C) por un margen significativo durante más de un tiempo especificado para evitar daños en el encapsulado plástico o estrés interno. Seguir este perfil es crítico para lograr juntas de soldadura confiables sin someter el LED y el CI embebido a choque térmico.

6.2 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, el componente puede sumergirse en alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Se prohíbe el uso de limpiadores químicos no especificados o agresivos, ya que pueden dañar la lente de plástico o el material del encapsulado.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los componentes se suministran empaquetados en cinta portadora con relieve con una cinta protectora de cubierta, enrollados en carretes de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. El ancho de la cinta es de 12mm. La cantidad de empaque estándar es de 1000 piezas por carrete, con una cantidad mínima de pedido de 500 piezas para carretes parciales. Se proporcionan dimensiones detalladas para los bolsillos de la cinta y el carrete para asegurar la compatibilidad con los alimentadores de equipos de montaje automático.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación de Estado e Indicadores: Indicadores de estado multicolor en equipos de telecomunicaciones, redes e industriales.
• Iluminación Decorativa y Arquitectónica: Tiras LED, iluminación ambiental y acentos de cambio de color en productos de consumo.
• Retroiluminación: Retroiluminación de panel frontal o logotipo con efectos de color dinámicos.
• Pantallas de Colores Completos: Como píxeles individuales en pantallas LED de colores completos de baja resolución para interiores, tableros de mensajes o paneles de luz suave.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Fuente de Alimentación: Asegure una fuente de 5V regulada y limpia con capacidad de corriente adecuada para la cantidad de LEDs utilizados. Considere la corriente de entrada cuando muchos LEDs se enciendan simultáneamente.
• Integridad de la Señal de Datos: Para cadenas en cascada largas o altas tasas de datos, considere el uso de buffers de señal o cambio de nivel si el microcontrolador opera a 3.3V, ya que el V_IHmínimo es 2.7V.
• Gestión Térmica: Adhiérase a la curva de reducción de corriente (Fig. 2). Proporcione un área de cobre adecuada en la PCB debajo y alrededor de los pads del LED para actuar como disipador de calor, especialmente en aplicaciones de alto brillo o alta temperatura ambiente.
• Mezcla de Colores: El software o firmware debe tener en cuenta las diferentes intensidades luminosas de los canales R, G y B (según los valores típicos en la sección 2.2) para lograr una mezcla de colores precisa y un punto blanco neutro.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El diferenciador clave de este componente en comparación con un LED RGB discreto estándar es el driver de corriente constante integrado con control PWM digital. Un LED RGB discreto requiere tres resistencias limitadoras de corriente separadas (o un sumidero de corriente constante más complejo) y tres canales PWM de microcontrolador para su control. Esta solución integrada consolida el circuito driver, reduce el número de componentes en la PCB, simplifica el firmware (usando un protocolo serie en lugar de múltiples temporizadores PWM) y permite un encadenamiento en cascada fácil para instalaciones escalables. La contrapartida es un costo unitario ligeramente mayor y una configuración de corriente fija (típicamente 20mA).

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuántos de estos LEDs puedo encadenar en cascada?

Teóricamente, un número muy grande, ya que cada LED regenera y retransmite la señal de datos. El límite práctico está determinado por la tasa de refresco deseada y la integridad de la señal de datos. El tiempo total de transmisión de datos para N LEDs es N * 24 bits * (1.2 µs ± 300ns) más un pulso de reinicio. Para un refresco de 30 fps, esto limita la cadena a varios cientos de LEDs. La degradación de la señal en cadenas largas puede requerir un refuerzo periódico de la señal.

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

Sí, la especificación de voltaje alto de entrada (V_IH) de 2.7V mínimo es compatible con una salida lógica alta de 3.3V (~3.3V). Asegúrese de que el pin GPIO del microcontrolador pueda suministrar/absorber suficiente corriente para la entrada DIN. La fuente de alimentación (V_DD) aún debe estar entre 4.2V y 5.5V.

10.3 ¿Por qué la corriente total máxima es de 65mA si cada canal es de 20mA?

Los 20mA por canal son una corriente de operación típica establecida por el driver interno. El límite absoluto máximo de 65mA es un umbral de estrés para todo el encapsulado, considerando el calor combinado generado por los tres LEDs y el CI driver operando simultáneamente al brillo máximo. La curva de reducción (Fig. 2) muestra que a temperaturas elevadas, la corriente de operación segura es mucho menor que 65mA.

11. Ejemplo de Caso de Uso Práctico

Escenario: Diseñar un anillo de luz decorativo de cambio de color con 16 LEDs.Los LEDs se organizarían en un círculo y se encadenarían en cascada. Una sola fuente de alimentación de 5V, 1A sería suficiente (16 LEDs * ~1.5mA corriente en reposo del CI + 16 LEDs * 3 canales * 20mA máx. * ciclo de trabajo). Un microcontrolador (ej., un Arduino o ESP32) necesitaría solo un pin GPIO conectado al DIN del primer LED. El firmware crearía un flujo de datos que contenga valores de color de 24 bits (8 bits cada uno para R, G, B) para los 16 LEDs, seguido de un pulso de reinicio. Este flujo se envía continuamente para crear animaciones. La lente difusa blanca asegura que los puntos individuales de los LEDs se mezclen en un anillo de luz suave.

12. Introducción al Principio de Operación

El dispositivo opera bajo un principio de comunicación serie digital. El CI embebido contiene registros de desplazamiento y latches para cada canal de color. Un flujo de datos serie se introduce en el CI a través del pin DIN. Cada bit de datos está representado por el tiempo de un pulso alto dentro de un período fijo de 1.2µs. Un bit '0' es un pulso alto corto (~300ns), y un bit '1' es un pulso alto largo (~900ns). Los primeros 24 bits recibidos corresponden a los valores de brillo de 8 bits para Verde, Rojo y Azul (típicamente en ese orden, GRB). Después de recibir sus 24 bits, el CI retransmite todos los bits subsiguientes desde su pin DOUT, permitiendo que los datos se propaguen en cascada. Una señal baja en DIN que dure más de 250µs (REINICIO) hace que todos los CIs en la cadena capturen sus datos recibidos en los drivers de salida, actualizando el brillo de los LEDs simultáneamente.

13. Tendencias Tecnológicas

La integración de CIs driver directamente en los encapsulados LED representa una tendencia significativa en el diseño de componentes LED, avanzando hacia soluciones de \"LED inteligente\". Esta tendencia reduce la complejidad del sistema, mejora la confiabilidad al minimizar las conexiones externas y permite un control más sofisticado (como la direccionabilidad individual). Los desarrollos futuros pueden incluir una mayor integración (incorporando microcontroladores o controladores inalámbricos), una mejor consistencia de color mediante calibración en el chip, una mayor resolución PWM (10-bit, 12-bit, 16-bit) para un control de color más fino y protocolos de comunicación mejorados con mayores tasas de datos y corrección de errores para instalaciones a gran escala más robustas.