Fiche technique LED SMD RGB LTST-G353CEGB7W - 5.0x5.0x1.6mm - 5V - 94mW - Lentille diffusante blanche - Document technique

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTST-G353CEGB7W est une LED à montage en surface (SMD) conçue pour l'assemblage automatisé sur circuit imprimé (PCB) et les applications où l'encombrement est une contrainte critique. Ce composant intègre des puces semi-conductrices rouge, verte et bleue (RGB) ainsi qu'un circuit de contrôle dédié dans un seul boîtier, formant un pixel complet et individuellement adressable. Il est conçu pour une large gamme d'équipements électroniques, y compris, mais sans s'y limiter, les dispositifs de communication, les ordinateurs portables, l'infrastructure réseau, les appareils grand public et les systèmes d'éclairage signalétique ou décoratif intérieur.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

Le dispositif se distingue par plusieurs caractéristiques technologiques et de conditionnement clés qui améliorent son utilité et ses performances dans la fabrication électronique moderne.

• Contrôle intégré :Un avantage significatif est l'intégration des puces LED RGB avec un circuit intégré pilote 14 bits. Cela élimine le besoin de composants pilotes externes pour le contrôle de base, simplifiant la conception du circuit et réduisant la nomenclature globale (BOM).
• Contrôle couleur haute résolution :Chaque couleur primaire (Rouge, Vert, Bleu) peut être contrôlée sur 1024 niveaux de luminosité distincts (PWM 10 bits). Cela permet de générer plus de 1,07 milliard (2^30) de combinaisons de couleurs, autorisant des dégradés fluides et un mélange de couleurs précis.
• Circuit intégré pilote avancé :Le pilote embarqué utilise un contrôle par modulation de largeur d'impulsion (PWM) à courant constant. Le contrôle 14 bits est réparti, avec 10 bits dédiés au cycle de service PWM pour la luminosité et 4 bits pour l'ajustement fin du niveau de courant, offrant un contrôle granulaire de la sortie lumineuse et de l'efficacité.
• Interface de données simplifiée :La communication avec la LED et la mise en cascade de plusieurs unités sont réalisées via un protocole série à un seul fil (compatible SPI). Cela minimise le nombre de lignes de contrôle requises depuis le microcontrôleur hôte.
• Fonction d'intégrité des données :Le dispositif prend en charge la transmission continue avec point de rupture (fonction Bypass). Si une LED d'une chaîne tombe en panne, le signal de données peut la contourner, garantissant que les LED restantes dans la séquence continuent de fonctionner correctement, améliorant ainsi la fiabilité du système.
• Préparation à la fabrication :Le composant est fourni sur bande de 12 mm montée sur bobines de 7 pouces de diamètre, compatible avec les équipements automatisés standard de prélèvement et de placement. Il est également qualifié pour les procédés de brasage par refusion infrarouge (IR) sans plomb, y compris le préconditionnement au niveau de sensibilité à l'humidité JEDEC MSL 4.
• Conformité environnementale :Le produit est conforme aux réglementations environnementales pertinentes.

1.2 Applications cibles et marchés

La combinaison d'un facteur de forme réduit, d'une intelligence intégrée et d'une capacité en couleurs complètes rend cette LED adaptée à diverses applications :

• Éclairage d'état et indicateur :Fourniture d'un retour d'état multicolore dans les équipements de télécommunication, l'automatisation de bureau, les appareils électroménagers et les panneaux de contrôle industriel.
• Face avant et rétroéclairage :Éclairage de boutons, logos ou affichages avec des couleurs dynamiques et personnalisables.
• Éclairage décoratif et architectural :Utilisé dans les rubans LED, modules, lumières douces et lampes pour un éclairage d'ambiance ou d'accentuation.
• Éléments d'affichage intérieur :Blocs de construction pour modules en couleurs complètes ou affichages vidéo irréguliers où un contrôle pixel par pixel est requis.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

Cette section fournit une analyse détaillée des principaux paramètres de performance spécifiés dans la fiche technique.

2.1 Caractéristiques optiques

Les performances optiques sont mesurées dans des conditions standard (Ta=25°C, VDD=5V). Le dispositif utilise une lentille diffusante blanche pour mélanger la lumière des puces de couleur individuelles, produisant un aspect uniforme.

• Intensité lumineuse (I_V) :L'intensité lumineuse axiale typique varie selon la puce de couleur. La puce Verte est la plus brillante (330-700 mcd), suivie du Rouge (130-300 mcd), puis du Bleu (50-180 mcd). Ces valeurs représentent la sortie lumineuse mesurée à travers un filtre simulant la réponse photopique (œil humain).
• Angle de vision (2θ_1/2) :Le dispositif présente un large angle de vision de 120 degrés. Celui-ci est défini comme l'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur sur l'axe, indiquant une bonne visibilité hors axe.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Ce paramètre définit la couleur perçue de chaque puce. Les plages spécifiées sont : Rouge : 618-630 nm, Vert : 520-535 nm, Bleu : 463-475 nm. La tolérance de la longueur d'onde d'émission de crête est de ±1 nm, garantissant une production de couleur cohérente d'un dispositif à l'autre.

2.2 Caractéristiques électriques et valeurs maximales absolues

Le respect de ces valeurs est critique pour un fonctionnement fiable et pour éviter des dommages permanents.

• Valeurs maximales absolues :
  • Dissipation de puissance (P_D) : 94 mW. Le dépassement peut entraîner une surchauffe.
  • Tension d'alimentation (V_DD) : +4,2V à +5,5V. Le circuit intégré interne est conçu pour une alimentation nominale de 5V.
  • Courant direct total (I_F) : 17 mA. C'est le courant total maximum pour les trois puces combinées.
  • Température de fonctionnement : 0°C à +85°C.
  • Température de stockage : -40°C à +100°C.
• Caractéristiques électriques (Typique @ V_DD=5V) :
  • Courant de sortie du CI par couleur : Typiquement 5 mA par canal R, G ou B individuel. Cette commande à courant constant assure une sortie de couleur stable malgré de légères fluctuations de tension.
  • Niveaux d'entrée logique : La tension d'entrée de niveau haut (V_IH) est 0,7*V_DD(typiquement 3,3V avec une alimentation de 5V). La tension d'entrée de niveau bas (V_IL) est 0,3*V_DD. Cela le rend compatible avec la logique des microcontrôleurs 5V et 3,3V.
  • Courant de repos du CI : Environ 0,2 mA lorsque toutes les sorties LED sont éteintes, indiquant une faible consommation en veille.

2.3 Considérations thermiques

Bien qu'il ne détaille pas explicitement la résistance thermique, la fiche technique fournit des directives cruciales de gestion thermique via le profil de brasage et les conditions de stockage. La dissipation de puissance maximale de 94 mW et la plage de température de fonctionnement définissent la fenêtre de fonctionnement thermique. Une conception de PCB appropriée avec une zone de cuivre adéquate pour l'évacuation de la chaleur est nécessaire pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres pendant un fonctionnement continu, surtout à la luminosité et au courant maximums.

3. Explication du système de classement

La fiche technique inclut un tableau de classement chromatique CIE (Commission Internationale de l'Éclairage) pour assurer la cohérence des couleurs.

• Classement par couleur :Les LED sont triées en classes (A, B, C, D) en fonction de leurs coordonnées chromatiques mesurées (x, y) sur le diagramme d'espace colorimétrique CIE 1931. Chaque classe est définie par un quadrilatère sur le graphique. La tolérance de placement dans une classe est de ±0,01 pour les deux coordonnées x et y. Ce processus de classement regroupe les LED avec une couleur perçue presque identique, ce qui est vital pour les applications où plusieurs LED sont utilisées côte à côte pour éviter des décalages de couleur visibles.
• Interprétation :Les classes A et B couvrent une région spécifique de l'espace colorimétrique pour la lumière blanche mélangée (à travers la lentille diffusante), tandis que les classes C et D couvrent une région adjacente. Les concepteurs peuvent spécifier un code de classe pour garantir une correspondance de couleur plus serrée pour leur série de production.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de performance typiques qui représentent graphiquement les relations clés. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas reproduits dans le texte fourni, leur contenu standard est analysé ci-dessous.

• Intensité lumineuse relative vs. Courant direct (Courbe I-V) :Cette courbe montrerait comment la sortie lumineuse augmente avec le courant direct fourni à chaque puce LED. En raison du pilote à courant constant intégré, cette relation est principalement gérée en interne, mais la courbe illustrerait l'efficacité de la combinaison puce/pilote.
• Intensité lumineuse relative vs. Température ambiante :C'est une courbe critique montrant la déclassement de la sortie lumineuse à mesure que la température ambiante (ou de jonction) augmente. L'efficacité des LED diminue avec la température, donc ce graphique aide les concepteurs à comprendre les performances thermiques et la perte de lumière potentielle dans les environnements chauds.
• Distribution spectrale de puissance :Ce graphique afficherait l'intensité de la lumière émise sur le spectre des longueurs d'onde pour chaque puce de couleur, montrant les pics d'émission étroits caractéristiques des LED et les longueurs d'onde dominantes spécifiques.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions et configuration du boîtier

Le dispositif est conforme à un format SMD standard de l'industrie. Les dimensions clés sont approximativement de 5,0 mm de longueur, 5,0 mm de largeur et 1,6 mm de hauteur (tolérance ±0,2 mm). Un dessin dimensionnel détaillé est fourni dans la fiche technique originale pour la conception précise du motif de pastilles sur le PCB.

5.2 Configuration des broches et fonction

Le dispositif à 6 broches a le brochage suivant :

1. VCC :Entrée d'alimentation pour le circuit intégré interne. Peut être connectée à VDD.
2. VDD :Entrée d'alimentation CC principale (4,2-5,5V).
3. DOUT :Sortie du signal de données de contrôle pour la mise en cascade vers le DIN de la LED suivante.
4. DIN :Entrée du signal de données de contrôle depuis un microcontrôleur ou la LED précédente.
5. VSS :Connexion à la masse.
6. FDIN :Entrée de signal de données auxiliaire (la fonctionnalité peut être spécifique à certains modes de contrôle).

5.3 Pastille de fixation PCB recommandée

Une disposition de pastille de soudure suggérée est fournie pour assurer un brasage fiable et une stabilité mécanique. Cette disposition inclut typiquement des connexions de décharge thermique pour gérer la chaleur pendant le brasage et le fonctionnement, et des pastilles correctement dimensionnées pour les pattes en aile de mouette ou similaires.

6. Directives de brasage, assemblage et manipulation

6.1 Profil de refusion IR

Un profil de refusion détaillé pour le brasage sans plomb est fourni, conforme à la norme J-STD-020B. Ce profil spécifie les paramètres critiques :

• Préchauffage :Une montée progressive pour activer la flux et minimiser le choc thermique.
• Zone de maintien :Un plateau de température pour assurer un chauffage uniforme du composant et de la carte.
• Zone de refusion :Une température de pic typiquement entre 240°C et 260°C, avec le temps au-dessus du liquidus (TAL) soigneusement contrôlé pour former des joints de soudure fiables sans endommager le boîtier LED ou les composants internes.
• Taux de refroidissement :Un refroidissement contrôlé pour solidifier la soudure et minimiser les contraintes.

6.2 Stockage et sensibilité à l'humidité

Le dispositif est sensible à l'humidité. Lorsqu'il est scellé dans son sac étanche à l'humidité d'origine avec dessiccant, il a une durée de conservation d'un an lorsqu'il est stocké à ≤30°C et ≤70% HR. Une fois ouvert, les composants doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% HR. Pour un stockage prolongé hors du sac d'origine, utilisez un conteneur scellé avec dessiccant. Les composants exposés à l'air ambiant pendant plus de 96 heures nécessitent une procédure de cuisson (environ 60°C pendant 48 heures) avant la refusion pour éviter l'effet "pop-corn" ou le délaminage pendant le brasage.

6.3 Nettoyage

Si un nettoyage après brasage est nécessaire, utilisez uniquement les solvants spécifiés. L'immersion dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant moins d'une minute est recommandée. Des produits chimiques agressifs ou non spécifiés peuvent endommager la lentille plastique et le boîtier.

7. Conditionnement et informations de commande

• Conditionnement standard :Les composants sont fournis sur bande porteuse gaufrée de 12 mm de large, enroulée sur des bobines de 7 pouces (178 mm) de diamètre.
• Quantité par bobine :1500 pièces par bobine complète.
• Quantité minimale de commande (MOQ) :Pour des quantités partielles, un minimum de 500 pièces est disponible.
• Normes de conditionnement :Conforme aux spécifications ANSI/EIA-481. Les emplacements vides de la bande sont recouverts d'une bande de couverture protectrice supérieure.

8. Considérations de conception d'application

8.1 Circuits d'application typiques

L'application principale implique la mise en cascade de plusieurs LED. Une seule ligne de données d'un microcontrôleur se connecte au DIN de la première LED. Son DOUT se connecte au DIN de la suivante, et ainsi de suite. Une alimentation 5V (avec des condensateurs de découplage locaux appropriés, par exemple 100nF) doit être fournie à toutes les LED, en veillant à ce que la tension reste dans la plage 4,2-5,5V, surtout à la fin des longues chaînes où une chute de tension IR peut se produire. Une résistance en série sur la ligne de données peut être nécessaire pour l'adaptation d'impédance dans les longues chaînes ou les environnements bruyants.

8.2 Protocole de transmission de données

La communication utilise un protocole haute vitesse, à un seul fil, basé sur une réinitialisation. Chaque bit est transmis sous forme d'une impulsion haute dans une période de 1,2µs (±160ns).

• Logique '0' : T_0H(temps haut) = 300ns ±80ns, T_0L(temps bas) = 900ns.
• Logique '1' : T_1H= 900ns ±80ns, T_1L= 300ns.
• Trame de données : 42 bits par LED (vraisemblablement 14 bits pour chaque canal R, G et B).
• Réinitialisation : Un signal bas sur la ligne de données pendant plus de 50µs (RES) verrouille les données reçues dans les registres de sortie et prépare le circuit intégré à recevoir une nouvelle trame pour la première LED de la chaîne.

8.3 Gestion thermique et de puissance

Les concepteurs doivent calculer la dissipation de puissance totale. Au courant typique de 5mA par couleur et une alimentation de 5V, une LED avec les trois couleurs au blanc complet pourrait dissiper jusqu'à 75mW (5V * 15mA), ce qui est inférieur au maximum de 94mW. Cependant, dans des réseaux denses, la chaleur agrégée peut être significative. Une surface de cuivre de PCB adéquate pour l'évacuation de la chaleur, une éventuelle circulation d'air et un déclassement de la luminosité à haute température ambiante sont des considérations essentielles pour la fiabilité à long terme.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux LED RGB discrètes nécessitant des pilotes à courant constant externes et des circuits de multiplexage, ce dispositif offre une intégration significative, réduisant la complexité de conception, le nombre de composants et l'espace sur carte. Par rapport à d'autres LED adressables (par exemple, celles utilisant un protocole différent comme APA102 ou l'ancien WS2812), le contrôle 14 bits du LTST-G353CEGB7W (PWM 10 bits + 4 bits de courant) offre une résolution de couleur et un contrôle des niveaux de gris plus fins que les alternatives typiques 8 bits (256 niveaux). La fonction de contournement intégrée pour la tolérance aux pannes est également une caractéristique de fiabilité distinctive que l'on ne trouve pas dans toutes les LED adressables.

10. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q1 : Quelle est la différence entre les broches VCC et VDD ?

R1 : Les deux sont des entrées d'alimentation pour le circuit intégré interne. Elles peuvent être connectées ensemble. La fiche technique suggère qu'elles sont similaires en interne, offrant une flexibilité de conception, éventuellement pour l'isolation du bruit dans les applications sensibles.

Q2 : Puis-je piloter cette LED avec un microcontrôleur 3,3V ?

R2 : Oui, pour l'entrée de données (DIN). Le V_IHminimum est 0,7*V_DD. Avec V_DD=5V, V_IHmin est de 3,5V. Une sortie 3,3V pourrait être à la limite inférieure. Cela peut fonctionner, mais pour la fiabilité, un convertisseur de niveau vers 5V pour la ligne de données est recommandé. L'alimentation V_DDdoit toujours être de 4,2-5,5V.

Q3 : Combien de LED puis-je mettre en cascade ?

R3 : La limite est principalement déterminée par le taux de rafraîchissement des données et l'alimentation. Chaque LED nécessite 42 bits de données. Pour une longue chaîne, le temps de transmission des données pour toutes les LED avant le taux de rafraîchissement souhaité (par exemple, 60Hz) peut limiter le nombre. Électriquement, le DOUT peut piloter directement le DIN de la LED suivante. L'alimentation doit être distribuée de manière robuste pour éviter la chute de tension le long de la chaîne.

Q4 : À quoi sert la broche FDIN ?

R4 : La fiche technique la répertorie comme une entrée de données auxiliaire. Sa fonction exacte peut être pour des modes de contrôle avancés, des tests en usine ou la compatibilité avec des fonctionnalités spécifiques du contrôleur. Pour la mise en cascade standard à un seul fil, elle est généralement laissée non connectée ou reliée à VDD ou VSS comme spécifié dans les notes d'application.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Exemple 1 : Panneau d'indicateur d'état :Un groupe de 10 LED peut être utilisé sur un routeur réseau. Chacune peut se voir attribuer une couleur unique pour indiquer l'état de la liaison, l'activité du trafic ou les alertes système. Le contrôle par une seule ligne de données simplifie le câblage par rapport au multiplexage de 30 LED discrètes (10 RGB).

Exemple 2 : Prototype de ruban LED décoratif :Pour un projet d'éclairage personnalisé, 50 LED peuvent être soudées sur un ruban PCB flexible. Un petit microcontrôleur (par exemple, ESP32) peut générer le flux de données, permettant des animations, des lavages de couleur et de la visualisation musicale. Le large angle de vision assure un éclairage uniforme.

Exemple 3 : Rétroéclairage de tableau de bord :Dans un dispositif industriel à faible volume, ces LED peuvent fournir un rétroéclairage personnalisable pour les jauges ou les boutons, permettant à l'utilisateur final de sélectionner des thèmes de couleur. La commande à courant constant assure une luminosité constante quelle que soit la couleur sélectionnée.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur un principe simple. Un microcontrôleur externe envoie un flux de données série contenant les informations de luminosité pour les canaux rouge, vert et bleu. Le circuit intégré pilote intégré reçoit ces données, les stocke dans des registres internes, puis utilise des sources de courant constant pour piloter chaque puce LED. La luminosité de chaque puce est contrôlée en commutant rapidement son courant (PWM) à une fréquence suffisamment élevée pour être imperceptible à l'œil humain (>200Hz). Le cycle de service de ce PWM (la proportion de temps 'allumé') détermine la luminosité perçue. L'ajustement de courant 4 bits permet de mettre à l'échelle le courant maximum pour chaque couleur, permettant l'étalonnage du point blanc. La lumière des trois puces monochromatiques se mélange dans la lentille diffusante blanche, produisant la couleur composite finale.

13. Tendances technologiques et contexte

Le LTST-G353CEGB7W représente un stade mature de l'évolution des LED SMD, spécifiquement dans la catégorie des LED "intelligentes" ou "adressables". La tendance dans ce domaine va vers une intégration plus élevée, une plus grande résolution de contrôle (passant de 8 bits à 16 bits ou plus par canal), une meilleure efficacité énergétique (tensions directes plus basses, efficacité lumineuse plus élevée) et des protocoles de communication améliorés, plus rapides et plus robustes au bruit. Il y a également une poussée vers la miniaturisation tout en maintenant ou augmentant la sortie lumineuse, et le développement de LED avec des gammes de couleurs plus larges pour des affichages plus vifs. Ce dispositif, avec son pilote 14 bits intégré et son interface fiable à un seul fil, s'aligne sur la poussée de l'industrie pour des solutions d'éclairage plus simples, plus performantes et plus fiables pour les dispositifs intelligents et connectés.