LED RGB SMD con IC Integrato - 5.0x5.0x1.6mm - 4.2-5.5V - 358mW - Lente Diffusa Bianca - Scheda Tecnica

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente LED a montaggio superficiale (SMD) che integra chip semiconduttori rosso, verde e blu (RGB) insieme a un circuito integrato (IC) driver dedicato all'interno di un unico package compatto. Questa soluzione integrata è progettata per semplificare le applicazioni a corrente costante per i progettisti, eliminando la necessità di resistenze limitatrici di corrente esterne o circuiti driver complessi per ogni canale colore. Il dispositivo è racchiuso in un package con lente diffusa bianca, che aiuta a fondere la luce dei singoli chip colore per creare un'emissione cromatica più uniforme e diffusa, adatta per applicazioni di illuminazione indicativa e decorativa.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il vantaggio principale di questo componente è il suo elevato livello di integrazione. Integrando un driver IC PWM (Modulazione a Larghezza di Impulso) a corrente costante a 8 bit, fornisce un controllo digitale preciso sulla luminosità di ciascun colore RGB con 256 livelli distinti, consentendo la creazione di oltre 16,7 milioni di combinazioni di colori. Il protocollo di trasmissione dati a cascata a singolo filo consente di collegare in cascata più unità e controllarle da un singolo pin di un microcontrollore, riducendo significativamente la complessità del cablaggio e i requisiti di I/O del controller nelle applicazioni multi-LED.

Ciò rende il componente particolarmente adatto per applicazioni con vincoli di spazio e sensibili ai costi che richiedono effetti luminosi multicolore o a colori completi. I suoi mercati di riferimento includono, ma non sono limitati a: indicatori di stato nell'elettronica di consumo e nelle apparecchiature di rete, retroilluminazione dei pannelli frontali, strisce luminose decorative, moduli a colori completi ed elementi di display video LED o cartellonistica indoor. Il package è compatibile con le attrezzature di assemblaggio automatico pick-and-place e i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), facilitando la produzione di grandi volumi.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (P_D): 358 mW. Questa è la potenza totale massima che il package può dissipare sotto forma di calore. Superare questo limite rischia di surriscaldare l'IC interno e i chip LED.
• Intervallo di Tensione di Alimentazione (V_DD): da +4,2V a +5,5V. L'IC integrato è progettato per una tensione di alimentazione logica nominale di 5V. Applicare una tensione al di fuori di questo intervallo può danneggiare il circuito di controllo.
• Corrente Diretta Totale (I_F): 65 mA. Questa è la somma massima delle correnti attraverso i canali Rosso, Verde e Blu combinati.
• Temperatura di Esercizio (T_a): da -40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Conservazione: da -40°C a +100°C. Il dispositivo può essere conservato senza alimentazione applicata entro questo intervallo più ampio.

2.2 Caratteristiche Ottiche

Misurate a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C e una tensione di alimentazione (V_DD) di 5V con tutti i canali colore impostati alla massima luminosità (dati = 8'b11111111).

• Intensità Luminosa (I_V):
  • Rosso (AlInGaP): 600 - 1200 mcd (Tipico)
  • Verde (InGaN): 1100 - 2200 mcd (Tipico)
  • Blu (InGaN): 270 - 540 mcd (Tipico)
  Il chip verde tipicamente presenta l'output più alto, seguito dal rosso, poi dal blu. Questo squilibrio è comune nei LED RGB e deve essere considerato negli algoritmi di miscelazione dei colori per ottenere un punto di bianco desiderato o una tonalità specifica.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 120 gradi. Questo ampio angolo di visione, definito come l'angolo in cui l'intensità scende alla metà del valore sull'asse, è caratteristico della lente diffusa bianca, fornendo un pattern di emissione della luce ampio e morbido adatto per l'illuminazione d'ambiente.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):
  • Rosso: 615 - 630 nm
  • Verde: 515 - 530 nm
  • Blu: 455 - 470 nm
  Questi intervalli definiscono il colore primario della luce emessa da ciascun chip. Il bin specifico all'interno di questi intervalli per una determinata unità determina le sue coordinate cromatiche precise.

2.3 Caratteristiche Elettriche

Specificate sull'intero intervallo di temperatura di esercizio (-40°C a +85°C) e di tensione di alimentazione (4,2V a 5,5V).

• Corrente di Uscita IC per Canale (I_F): 20 mA (Tipico). Il driver IC integrato regola la corrente fornita a ciascun singolo chip LED Rosso, Verde e Blu a questo valore costante, garantendo una luminosità stabile e una consistenza cromatica indipendentemente dalle variazioni della tensione diretta.
• Livelli Logici di Ingresso:
  • Tensione di Ingresso di Livello Alto (V_IH): minimo 2,7V fino a V_DD. Compatibile con le uscite di microcontrollori a 3,3V e 5V.
  • Tensione di Ingresso di Livello Basso (V_IL): da 0V a un massimo di 1,0V.
• Corrente di Riposo IC (I_DD): 1,5 mA (Tipico). Questa è la corrente consumata dal driver IC integrato stesso quando tutte le uscite LED sono spente (tutti i bit di dati sono '0').

3. Spiegazione del Sistema di Binning

3.1 Binning delle Coordinate Cromatiche CIE

Il documento fornisce una tabella di bin colore basata sulle coordinate cromatiche CIE 1931 (x, y). La luce emessa da ciascun LED viene testata e categorizzata in bin specifici (es. A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3). Ogni bin è definito da un'area quadrilatera sul diagramma cromatico, specificata da quattro punti di coordinate (x, y). La tolleranza per il posizionamento all'interno di un bin è di +/- 0,01 in entrambe le coordinate x e y. Questo binning garantisce la consistenza cromatica tra diversi lotti di produzione. I progettisti possono specificare un codice bin durante l'ordine per ottenere un abbinamento cromatico più stretto nella loro applicazione, il che è fondamentale per display o installazioni multi-LED dove l'uniformità del colore è fondamentale.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Intensità Relativa vs. Lunghezza d'Onda (Distribuzione Spettrale)

Il grafico fornito (Fig. 1) mostra la distribuzione spettrale di potenza relativa per i chip Rosso, Verde e Blu. Ogni curva mostra un picco distinto corrispondente al suo intervallo di lunghezza d'onda dominante. La curva Rossa è centrata attorno a ~625nm, la Verde attorno a ~525nm e la Blu attorno a ~465nm. La larghezza di questi picchi (Larghezza a Mezza Altezza) influenza la purezza del colore; picchi più stretti generalmente producono colori più saturi. La sovrapposizione tra gli spettri Verde e Rosso è minima, il che è vantaggioso per ottenere un'ampia gamma di colori.

4.2 Corrente Diretta vs. Curva di Derating per Temperatura Ambiente

Il grafico (Fig. 2) illustra la relazione tra la corrente diretta totale massima consentita (I_F) e la temperatura ambiente di esercizio (T_A). All'aumentare della temperatura, la corrente massima consentita diminuisce linearmente. Questo derating è necessario per evitare che la temperatura di giunzione dei chip LED e del driver IC superi i limiti di sicurezza, il che accelererebbe il degrado e ridurrebbe la durata di vita. Alla massima temperatura di esercizio di 85°C, la corrente totale consentita è significativamente inferiore al valore massimo assoluto di 65mA specificato a 25°C. Questa curva deve essere consultata per un affidabile progetto termico.

4.3 Distribuzione Spaziale (Pattern di Intensità Luminosa)

Il diagramma polare (Fig. 3) mappa l'intensità luminosa relativa normalizzata in funzione dell'angolo di visione. Il grafico conferma l'angolo di visione di 120 gradi, mostrando una distribuzione uniforme, approssimativamente lambertiana, tipica di una lente diffusa. L'intensità è massima a 0 gradi (sull'asse) e diminuisce simmetricamente al 50% del suo picco a +/-60 gradi dall'asse.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni e Configurazione del Package

Il componente è racchiuso in un package a montaggio superficiale con dimensioni complessive di circa 5,0mm di lunghezza, 5,0mm di larghezza e 1,6mm di altezza (tolleranza ±0,2mm). Il package presenta una lente in plastica diffusa bianca. La configurazione dei pin consiste in quattro pad:

1. VSS: Massa (riferimento 0V).
2. DIN: Ingresso Segnale Dati di Controllo. Riceve il flusso di dati seriali per questo specifico LED.
3. DOUT: Uscita Segnale Dati di Controllo. Inoltra il flusso di dati ricevuto al pin DIN del LED successivo in una catena a cascata.
4. VDD: Ingresso Alimentazione CC (+4,2V a +5,5V).

5.2 Layout Consigliato dei Pad di Attacco PCB

Viene fornito un diagramma del land pattern per guidare la progettazione del circuito stampato (PCB). Rispettare queste dimensioni e spaziatura consigliate dei pad garantisce una corretta formazione del giunto di saldatura durante la rifusione, una connessione elettrica affidabile e un'adeguata resistenza meccanica. Il progetto include tipicamente connessioni di alleggerimento termico e aperture appropriate della maschera di saldatura.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione IR

Viene fornito un profilo di rifusione a infrarossi (IR) suggerito, conforme allo standard J-STD-020B per processi di saldatura senza piombo. Il grafico del profilo mostra i parametri chiave: preriscaldamento, stabilizzazione, temperatura di picco di rifusione e velocità di raffreddamento. La temperatura di picco tipicamente non deve superare in modo significativo la temperatura massima di conservazione del componente (100°C) per più di un tempo specificato per evitare danni al package plastico o stress interni. Seguire questo profilo è fondamentale per ottenere giunti di saldatura affidabili senza sottoporre il LED e l'IC integrato a shock termici.

6.2 Pulizia

Se è richiesta una pulizia post-saldatura, il componente può essere immerso in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per meno di un minuto. L'uso di detergenti chimici non specificati o aggressivi è vietato in quanto potrebbero danneggiare la lente plastica o il materiale del package.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti confezionati in nastro portante goffrato con nastro protettivo di copertura, avvolti su bobine da 7 pollici (178mm) di diametro. La larghezza del nastro è di 12mm. La quantità di imballaggio standard è di 1000 pezzi per bobina, con una quantità minima d'ordine di 500 pezzi per bobine parziali. Vengono fornite le dimensioni dettagliate per le tasche del nastro e la bobina per garantire la compatibilità con gli alimentatori delle attrezzature di assemblaggio automatico.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Illuminazione di Stato e Indicativa: Indicatori di stato multicolore in apparecchiature di telecomunicazioni, rete e industriali.
• Illuminazione Decorativa e Architettonica: Strisce LED, illuminazione d'atmosfera e accenti a cambio colore nei prodotti di consumo.
• Retroilluminazione: Retroilluminazione del pannello frontale o del logo con effetti cromatici dinamici.
• Display a Colori Completi: Come singoli pixel in display LED a colori completi indoor a bassa risoluzione, lavagne a messaggi o pannelli a luce soffusa.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Alimentazione: Assicurare un'alimentazione 5V regolata e pulita con capacità di corrente adeguata per il numero di LED utilizzati. Considerare la corrente di spunto quando molti LED si accendono simultaneamente.
• Integrità del Segnale Dati: Per catene a cascata lunghe o alte velocità di dati, considerare il buffering del segnale o lo shift di livello se il microcontrollore opera a 3,3V, poiché il V_IHminimo è 2,7V.
• Gestione Termica: Rispettare la curva di derating della corrente (Fig. 2). Fornire un'adeguata area di rame sul PCB sotto e intorno ai pad del LED per fungere da dissipatore di calore, specialmente in applicazioni ad alta luminosità o ad alta temperatura ambiente.
• Miscelazione dei Colori: Il software o il firmware deve tenere conto delle diverse intensità luminose dei canali R, G e B (come per i valori tipici nella sezione 2.2) per ottenere una miscelazione cromatica accurata e un punto di bianco neutro.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il differenziatore chiave di questo componente rispetto a un LED RGB discreto standard è il driver a corrente costante integrato con controllo PWM digitale. Un LED RGB discreto richiede tre resistenze limitatrici di corrente separate (o un sink a corrente costante più complesso) e tre canali PWM del microcontrollore per il controllo. Questa soluzione integrata consolida il circuito driver, riduce il numero di componenti sul PCB, semplifica il firmware (utilizzando un protocollo seriale invece di più timer PWM) e consente un facile collegamento a cascata per installazioni scalabili. Il compromesso è un costo unitario leggermente più alto e un'impostazione di corrente fissa (tipicamente 20mA).

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Quanti di questi LED posso collegare in cascata?

Teoricamente, un numero molto elevato, poiché ogni LED rigenera e ritrasmette il segnale dati. Il limite pratico è determinato dalla frequenza di aggiornamento desiderata e dall'integrità del segnale dati. Il tempo totale di trasmissione dati per N LED è N * 24 bit * (1,2 µs ± 300ns) più un impulso di reset. Per un aggiornamento a 30 fps, questo limita la catena a diverse centinaia di LED. Il degrado del segnale su catene lunghe potrebbe richiedere un potenziamento periodico del segnale.

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

Sì, la specifica della tensione di ingresso alta (V_IH) minima di 2,7V è compatibile con un'uscita logica alta a 3,3V (~3,3V). Assicurarsi che il pin GPIO del microcontrollore possa fornire/assorbire corrente sufficiente per l'ingresso DIN. L'alimentazione (V_DD) deve comunque essere compresa tra 4,2V e 5,5V.

10.3 Perché la corrente totale massima è 65mA se ogni canale è 20mA?

I 20mA per canale sono una corrente operativa tipica impostata dal driver interno. Il valore massimo assoluto di 65mA è un limite di stress per l'intero package, considerando il calore combinato generato da tutti e tre i LED e dal driver IC che operano simultaneamente alla massima luminosità. La curva di derating (Fig. 2) mostra che a temperature elevate, la corrente operativa sicura è molto inferiore a 65mA.

11. Esempio di Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettazione di un anello luminoso decorativo a cambio colore con 16 LED.I LED sarebbero disposti in un cerchio e collegati in cascata. Una singola alimentazione 5V, 1A sarebbe sufficiente (16 LED * ~1,5mA corrente di riposo IC + 16 LED * 3 canali * 20mA max * duty cycle). Un microcontrollore (es. Arduino o ESP32) avrebbe bisogno di un solo pin GPIO collegato al DIN del primo LED. Il firmware creerebbe un flusso di dati contenente valori colore a 24 bit (8 bit ciascuno per R, G, B) per tutti i 16 LED, seguito da un impulso di reset. Questo flusso viene inviato continuamente per creare animazioni. La lente diffusa bianca garantisce che i singoli punti LED si fondano in un anello di luce uniforme.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera su un principio di comunicazione seriale digitale. L'IC integrato contiene registri a scorrimento e latch per ogni canale colore. Un flusso di dati seriali viene clockato nell'IC tramite il pin DIN. Ogni bit di dati è rappresentato dalla temporizzazione di un impulso alto all'interno di un periodo fisso di 1,2µs. Un bit '0' è un impulso alto breve (~300ns), e un bit '1' è un impulso alto lungo (~900ns). I primi 24 bit ricevuti corrispondono ai valori di luminosità a 8 bit per Verde, Rosso e Blu (tipicamente in quest'ordine, GRB). Dopo aver ricevuto i suoi 24 bit, l'IC ritrasmette tutti i bit successivi dal suo pin DOUT, permettendo ai dati di propagarsi a cascata. Un segnale basso su DIN che dura più di 250µs (RESET) fa sì che tutti gli IC nella catena blocchino i dati ricevuti nei driver di uscita, aggiornando simultaneamente la luminosità dei LED.

13. Tendenze Tecnologiche

L'integrazione di driver IC direttamente nei package LED rappresenta una tendenza significativa nella progettazione dei componenti LED, spostandosi verso soluzioni di "LED intelligenti". Questa tendenza riduce la complessità del sistema, migliora l'affidabilità minimizzando le connessioni esterne e consente un controllo più sofisticato (come l'indirizzabilità individuale). Gli sviluppi futuri potrebbero includere una maggiore integrazione (incorporando microcontrollori o controller wireless), una migliore consistenza cromatica attraverso la calibrazione on-chip, una risoluzione PWM più alta (10-bit, 12-bit, 16-bit) per un controllo cromatico più fine e protocolli di comunicazione potenziati con velocità dati più elevate e correzione d'errore per installazioni su larga scala più robuste.