Scheda Tecnica LED SMD RGB LTST-G353CEGB7W - 5.0x5.0x1.6mm - 5V - 94mW - Lente Diffusa Bianca - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTST-G353CEGB7W è un LED a montaggio superficiale (SMD) progettato per l'assemblaggio automatizzato su circuito stampato (PCB) e per applicazioni dove lo spazio è un vincolo critico. Questo componente integra chip semiconduttori rosso, verde e blu (RGB) insieme a un circuito di controllo dedicato in un unico package, formando un pixel completo e indirizzabile individualmente. È progettato per un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche, inclusi, ma non limitati a: dispositivi di comunicazione, computer portatili, infrastrutture di rete, elettrodomestici e sistemi di illuminazione per insegne interne o decorativa.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il dispositivo si distingue per diverse caratteristiche tecnologiche e di packaging che ne migliorano l'usabilità e le prestazioni nella moderna produzione elettronica.

• Controllo Integrato:Un vantaggio significativo è l'integrazione dei chip LED RGB con un driver IC a 14 bit. Ciò elimina la necessità di componenti driver esterni per il controllo di base, semplificando il design del circuito e riducendo la distinta materiali (BOM) complessiva.
• Controllo Colore ad Alta Risoluzione:Ogni colore primario (Rosso, Verde, Blu) può essere controllato su 1024 distinti livelli di luminosità (PWM a 10 bit). Ciò consente di generare oltre 1,07 miliardi (2^30) di combinazioni di colori, permettendo gradienti di colore fluidi e una miscelazione precisa.
• Driver IC Avanzato:Il driver integrato utilizza un controllo a corrente costante con modulazione di larghezza di impulso (PWM). Il controllo a 14 bit è suddiviso: 10 bit dedicati al duty cycle PWM per la luminosità e 4 bit per la regolazione fine del livello di corrente, offrendo un controllo granulare dell'emissione luminosa e dell'efficienza.
• Interfaccia Dati Semplificata:La comunicazione con il LED e il collegamento a cascata di più unità avviene tramite un protocollo seriale a singolo filo (compatibile SPI). Ciò minimizza il numero di linee di controllo richieste dal microcontrollore host.
• Funzione di Integrità Dati:Il dispositivo supporta la trasmissione continua con punto di interruzione (funzione Bypass). Se un LED in una catena si guasta, il segnale dati può aggirarlo, garantendo che i rimanenti LED nella sequenza continuino a funzionare correttamente, migliorando l'affidabilità del sistema.
• Pronto per la Produzione:Il componente è fornito su nastro da 12mm montato su bobine da 7 pollici di diametro, compatibile con le attrezzature standard di pick-and-place automatizzate. È inoltre qualificato per i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) senza piombo, incluso il precondizionamento al Livello di Sensibilità all'Umidità JEDEC 4.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è conforme alle normative ambientali pertinenti.

1.2 Applicazioni e Mercati Target

La combinazione di fattore di forma ridotto, intelligenza integrata e capacità a colori completi rende questo LED adatto a diverse applicazioni:

• Illuminazione di Stato e Indicatori:Fornire feedback di stato multicolore in apparati di telecomunicazione, apparecchiature per l'automazione d'ufficio, elettrodomestici e pannelli di controllo industriali.
• Pannelli Frontali e Retroilluminazione:Illuminare pulsanti, loghi o display con colori dinamici e personalizzabili.
• Illuminazione Decorativa e Architetturale:Utilizzato in strisce LED, moduli, luci soffuse e lampade per illuminazione d'ambiente o di accento.
• Elementi per Display Interni:Mattoni costitutivi per moduli a colori completi o display video irregolari dove è richiesto il controllo individuale dei pixel.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata dei principali parametri di prestazione specificati nella scheda tecnica.

2.1 Caratteristiche Ottiche

Le prestazioni ottiche sono misurate in condizioni standard (Ta=25°C, VDD=5V). Il dispositivo utilizza una lente diffusa bianca per miscelare la luce dei singoli chip di colore, producendo un aspetto uniforme.

• Intensità Luminosa (I_V):L'intensità luminosa assiale tipica varia in base al chip di colore. Il chip Verde è il più luminoso (330-700 mcd), seguito dal Rosso (130-300 mcd) e poi dal Blu (50-180 mcd). Questi valori rappresentano l'emissione luminosa misurata attraverso un filtro che simula la risposta fotopica (dell'occhio umano).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):Il dispositivo presenta un ampio angolo di visione di 120 gradi. Questo è definito come l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del valore sull'asse, indicando una buona visibilità fuori asse.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Questo parametro definisce il colore percepito di ciascun chip. Gli intervalli specificati sono: Rosso: 618-630 nm, Verde: 520-535 nm, Blu: 463-475 nm. La tolleranza della lunghezza d'onda di picco di emissione è di ±1 nm, garantendo una produzione di colore consistente da dispositivo a dispositivo.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Valori Massimi Assoluti

Il rispetto di questi valori è fondamentale per un funzionamento affidabile e per prevenire danni permanenti.

• Valori Massimi Assoluti:
  • Dissipazione di Potenza (P_D): 94 mW. Superare questo valore può portare a surriscaldamento.
  • Tensione di Alimentazione (V_DD): da +4,2V a +5,5V. L'IC interno è progettato per un'alimentazione nominale di 5V.
  • Corrente Diretta Totale (I_F): 17 mA. Questa è la corrente massima totale combinata per tutti e tre i chip.
  • Temperatura di Esercizio: da 0°C a +85°C.
  • Temperatura di Conservazione: da -40°C a +100°C.
• Caratteristiche Elettriche (Tipiche @ V_DD=5V):
  • Corrente di Uscita IC per Colore: Tipicamente 5 mA per ciascun canale R, G o B individuale. Questa guida a corrente costante garantisce un'uscita di colore stabile indipendentemente da minime fluttuazioni di tensione.
  • Livelli di Ingresso Logico: La tensione di ingresso di livello alto (V_IH) è 0,7*V_DD(tipicamente 3,3V con alimentazione a 5V). La tensione di ingresso di livello basso (V_IL) è 0,3*V_DD. Ciò lo rende compatibile sia con la logica dei microcontrollori a 5V che a 3,3V.
  • Corrente di Riposo IC: Circa 0,2 mA quando tutte le uscite LED sono spente, indicando un basso consumo in standby.

2.3 Considerazioni Termiche

Sebbene non dettagli esplicitamente la resistenza termica, la scheda tecnica fornisce linee guida cruciali per la gestione termica attraverso il profilo di saldatura e le condizioni di conservazione. La massima dissipazione di potenza di 94 mW e l'intervallo di temperatura di esercizio definiscono la finestra operativa termica. Un layout PCB adeguato con sufficienti vie di fuga termica è necessario per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri durante il funzionamento continuo, specialmente alla massima luminosità e corrente.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica include una tabella di binning cromatico CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) per garantire la consistenza del colore.

• Binning del Colore:I LED sono suddivisi in bin (A, B, C, D) in base alle loro coordinate cromatiche misurate (x, y) sul diagramma dello spazio colore CIE 1931. Ogni bin è definito da un quadrilatero sul grafico. La tolleranza per il posizionamento all'interno di un bin è di ±0,01 in entrambe le coordinate x e y. Questo processo di binning raggruppa LED con colore percepito quasi identico, il che è vitale per applicazioni in cui più LED sono utilizzati affiancati per evitare difformità di colore visibili.
• Interpretazione:I bin A e B coprono una regione specifica dello spazio colore per la luce bianca mista (attraverso la lente diffusa), mentre i bin C e D coprono una regione adiacente. I progettisti possono specificare un codice bin per garantire una corrispondenza di colore più stretta per la loro produzione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve di prestazione che rappresentano graficamente le relazioni chiave. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti nel testo fornito, il loro contenuto standard è analizzato di seguito.

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questa curva mostrerebbe come l'emissione luminosa aumenta con la corrente diretta fornita a ciascun chip LED. A causa del driver a corrente costante integrato, questa relazione è gestita principalmente internamente, ma la curva illustrerebbe l'efficienza della combinazione chip/driver.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questa è una curva critica che mostra la derating dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura ambiente (o di giunzione). L'efficienza del LED diminuisce con la temperatura, quindi questo grafico aiuta i progettisti a comprendere le prestazioni termiche e la potenziale perdita di luce in ambienti caldi.
• Distribuzione Spettrale di Potenza:Questo grafico mostrerebbe l'intensità della luce emessa attraverso lo spettro delle lunghezze d'onda per ciascun chip di colore, mostrando i picchi di emissione stretti caratteristici dei LED e le specifiche lunghezze d'onda dominanti.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni e Configurazione del Package

Il dispositivo si conforma a un footprint SMD standard del settore. Le dimensioni chiave sono approssimativamente 5,0 mm di lunghezza, 5,0 mm di larghezza e 1,6 mm di altezza (tolleranza ±0,2 mm). Un disegno dimensionale dettagliato è fornito nella scheda tecnica originale per il design preciso del land pattern sul PCB.

5.2 Configurazione Pin e Funzione

Il dispositivo a 6 pin ha il seguente pinout:

1. VCC:Ingresso alimentazione per l'IC interno. Può essere collegato a VDD.
2. VDD:Ingresso principale alimentazione CC (4,2-5,5V).
3. DOUT:Uscita segnale dati di controllo per il collegamento a cascata al DIN del LED successivo.
4. DIN:Ingresso segnale dati di controllo da un microcontrollore o dal LED precedente.
5. VSS:Collegamento di massa.
6. FDIN:Ingresso segnale dati ausiliario (la funzionalità può essere specifica per determinate modalità di controllo).

5.3 Piazzola di Saldatura PCB Raccomandata

Viene fornito un layout suggerito per le piazzole di saldatura per garantire una saldatura affidabile e stabilità meccanica. Questo layout include tipicamente connessioni di fuga termica per gestire il calore durante la saldatura e l'esercizio, e piazzole di dimensioni corrette per i terminali a zampa di gabbiano o simili.

6. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Manipolazione

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR

Viene fornito un profilo di rifusione dettagliato per saldatura senza piombo, conforme a J-STD-020B. Questo profilo specifica i parametri critici:

• Preriscaldamento:Una rampa graduale per attivare il flussante e minimizzare lo shock termico.
• Zona di Soak:Un plateau di temperatura per garantire un riscaldamento uniforme del componente e della scheda.
• Zona di Rifusione:Una temperatura di picco tipicamente tra 240°C e 260°C, con il tempo sopra il liquidus (TAL) controllato con attenzione per formare giunti di saldatura affidabili senza danneggiare il package LED o i componenti interni.
• Velocità di Raffreddamento:Un raffreddamento controllato per solidificare la saldatura e minimizzare lo stress.

6.2 Conservazione e Sensibilità all'Umidità

Il dispositivo è sensibile all'umidità. Quando sigillato nella sua busta originale a tenuta di umidità con essiccante, ha una durata di conservazione di un anno se conservato a ≤30°C e ≤70% UR. Una volta aperta, i componenti devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR. Per una conservazione prolungata fuori dalla busta originale, utilizzare un contenitore sigillato con essiccante. I componenti esposti all'aria ambiente per più di 96 ore richiedono una procedura di baking (circa 60°C per 48 ore) prima della rifusione per prevenire il fenomeno del \"popcorning\" o la delaminazione durante la saldatura.

6.3 Pulizia

Se è necessaria la pulizia dopo la saldatura, utilizzare solo solventi specificati. Si raccomanda l'immersione in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. Prodotti chimici aggressivi o non specificati possono danneggiare la lente in plastica e il package.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

• Imballaggio Standard:I componenti sono forniti su nastro portante goffrato da 12 mm di larghezza, avvolto su bobine da 7 pollici (178 mm) di diametro.
• Quantità per Bobina:1500 pezzi per bobina piena.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):Per quantità parziali, è disponibile un minimo di 500 pezzi.
• Standard di Imballaggio:Conforme alle specifiche ANSI/EIA-481. Le tasche vuote nel nastro sono coperte con un nastro protettivo superiore.

8. Considerazioni per il Design dell'Applicazione

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

L'applicazione principale prevede il collegamento a cascata di più LED. Una singola linea dati da un microcontrollore si collega al DIN del primo LED. Il suo DOUT si collega al DIN del successivo, e così via. Un'alimentazione a 5V (con appropriati condensatori di disaccoppiamento locali, es. 100nF) deve essere fornita a tutti i LED, assicurando che la tensione rimanga nell'intervallo 4,2-5,5V, specialmente alla fine di catene lunghe dove può verificarsi caduta di tensione IR. Una resistenza in serie sulla linea dati può essere necessaria per l'adattamento di impedenza in catene lunghe o ambienti rumorosi.

8.2 Protocollo di Trasmissione Dati

La comunicazione utilizza un protocollo ad alta velocità, a singolo filo, basato su reset. Ogni bit è trasmesso come un impulso alto all'interno di un periodo di 1,2µs (±160ns).

• Logica '0': T_0H(tempo alto) = 300ns ±80ns, T_0L(tempo basso) = 900ns.
• Logica '1': T_1H= 900ns ±80ns, T_1L= 300ns.
• Frame Dati: 42 bit per LED (presumibilmente 14 bit per ciascun canale R, G e B).
• Reset: Un segnale basso sulla linea dati per più di 50µs (RES) blocca i dati ricevuti nei registri di uscita e prepara l'IC a ricevere un nuovo frame per il primo LED della catena.

8.3 Gestione Termica e della Potenza

I progettisti devono calcolare la dissipazione di potenza totale. Con i tipici 5mA per colore e alimentazione a 5V, un LED con tutti e tre i colori al bianco pieno potrebbe dissipare fino a 75mW (5V * 15mA), che è al di sotto del massimo di 94mW. Tuttavia, in array densi, il calore aggregato può essere significativo. Un'adeguata area di rame sul PCB per lo smaltimento termico, un possibile flusso d'aria e la derating della luminosità ad alte temperature ambiente sono considerazioni essenziali per l'affidabilità a lungo termine.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED RGB discreti che richiedono driver a corrente costante esterni e circuiti di multiplexing, questo dispositivo offre un'integrazione significativa, riducendo la complessità del design, il numero di componenti e lo spazio sulla scheda. Rispetto ad altri LED indirizzabili (es. quelli che utilizzano un protocollo diverso come APA102 o il più vecchio WS2812), il controllo a 14 bit del LTST-G353CEGB7W (PWM a 10 bit + corrente a 4 bit) fornisce una risoluzione colore e un controllo della scala di grigi più fini rispetto alle tipiche alternative a 8 bit (256 livelli). La funzione bypass integrata per la tolleranza ai guasti è anche una caratteristica di affidabilità distintiva non presente in tutti i LED indirizzabili.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è la differenza tra i pin VCC e VDD?

R1: Entrambi sono ingressi di alimentazione per l'IC interno. Possono essere collegati insieme. La scheda tecnica suggerisce che sono internamente simili, fornendo flessibilità di design, possibilmente per l'isolamento del rumore in applicazioni sensibili.

D2: Posso pilotare questo LED con un microcontrollore a 3,3V?

R2: Sì, per l'ingresso dati (DIN). Il V_IHminimo è 0,7*V_DD. Con V_DD=5V, V_IHmin è 3,5V. Un'uscita a 3,3V potrebbe essere al limite inferiore. Potrebbe funzionare, ma per affidabilità, si raccomanda un level shifter a 5V per la linea dati. L'alimentazione V_DDdeve comunque essere 4,2-5,5V.

D3: Quanti LED posso collegare a cascata?

R3: Il limite è determinato principalmente dalla frequenza di aggiornamento dei dati e dall'alimentazione. Ogni LED richiede 42 bit di dati. Per una catena lunga, il tempo per trasmettere i dati per tutti i LED prima della frequenza di aggiornamento desiderata (es. 60Hz) può limitare il numero. Elettricamente, il DOUT può pilotare direttamente il DIN del LED successivo. L'alimentazione deve essere distribuita in modo robusto per evitare cadute di tensione lungo la catena.

D4: Qual è lo scopo del pin FDIN?

R4: La scheda tecnica lo elenca come un ingresso dati ausiliario. La sua esatta funzione può essere per modalità di controllo avanzate, test di fabbrica o compatibilità con funzionalità specifiche del controller. Per il collegamento a cascata standard a singolo filo, tipicamente viene lasciato scollegato o collegato a VDD o VSS come specificato nelle note applicative.

11. Esempi Pratici di Design e Utilizzo

Esempio 1: Pannello Indicatore di Stato:Un gruppo di 10 LED può essere utilizzato su un router di rete. A ciascuno può essere assegnato un colore unico per indicare lo stato del collegamento, l'attività del traffico o gli avvisi di sistema. Il controllo a singola linea dati semplifica il cablaggio rispetto al multiplexing di 30 LED discreti (10 RGB).

Esempio 2: Prototipo di Striscia LED Decorativa:Per un progetto di illuminazione personalizzato, 50 LED possono essere saldati su una striscia PCB flessibile. Un piccolo microcontrollore (es. ESP32) può generare il flusso dati, permettendo animazioni, lavaggi di colore e visualizzazione musicale. L'ampio angolo di visione garantisce un'illuminazione uniforme.

Esempio 3: Retroilluminazione del Quadro Strumenti:In un dispositivo industriale a basso volume, questi LED possono fornire una retroilluminazione personalizzabile per manometri o pulsanti, permettendo all'utente finale di selezionare temi di colore. La guida a corrente costante garantisce una luminosità costante indipendentemente dal colore selezionato.

12. Introduzione al Principio Operativo

Il dispositivo opera su un principio semplice. Un microcontrollore esterno invia un flusso dati seriale contenente le informazioni di luminosità per i canali rosso, verde e blu. Il driver IC integrato riceve questi dati, li memorizza in registri interni, e poi utilizza sorgenti di corrente costante per pilotare ciascun chip LED. La luminosità di ciascun chip è controllata commutando rapidamente la sua corrente on e off (PWM) a una frequenza sufficientemente alta da essere impercettibile all'occhio umano (>200Hz). Il duty cycle di questo PWM (la proporzione di tempo 'on') determina la luminosità percepita. La regolazione di corrente a 4 bit consente di scalare la corrente massima per ciascun colore, permettendo la calibrazione del punto bianco. La luce dei tre chip monocromatici si miscela all'interno della lente diffusa bianca, producendo il colore composito finale.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Il LTST-G353CEGB7W rappresenta uno stadio maturo nell'evoluzione dei LED SMD, specificamente nella categoria dei LED \"intelligenti\" o \"indirizzabili\". La tendenza in questo campo è verso una maggiore integrazione, una maggiore risoluzione di controllo (passando da 8 bit a 16 bit o più per canale), una migliore efficienza energetica (tensioni dirette più basse, maggiore efficienza luminosa) e protocolli di comunicazione migliorati che siano più veloci e robusti al rumore. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione mantenendo o aumentando l'emissione luminosa, e lo sviluppo di LED con gamme di colore più ampie per display più vividi. Questo dispositivo, con il suo driver integrato a 14 bit e l'interfaccia affidabile a singolo filo, si allinea con la spinta del settore verso soluzioni di illuminazione più semplici, ad alte prestazioni e più affidabili per dispositivi intelligenti e connessi.