LED RGB SMD con Driver Integrato - 3.2x2.8x1.9mm - 5V - 88mW - Rosso/Verde/Blu - Scheda Tecnica Italiana

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente LED miniaturizzato a montaggio superficiale, progettato per l'assemblaggio automatizzato su scheda a circuito stampato. Il dispositivo integra tre chip LED individuali (Rosso, Verde, Blu) insieme a un circuito integrato driver a 8 bit in un unico package. Questa integrazione consente un controllo preciso e indipendente di ogni canale colore, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono miscelazione dinamica dei colori e regolazione ad alta risoluzione della luminosità. Il componente è fornito su nastro portacomponenti standard da 8mm avvolto su bobine da 7 pollici, facilitando il posizionamento automatizzato ad alto volume.

1.1 Caratteristiche

• Conforme alle direttive ambientali RoHS.
• Utilizza materiali semiconduttori ad alta efficienza AlInGaP (Rosso) e InGaN (Verde, Blu) per una luminosità superiore.
• Il driver IC integrato a 8 bit fornisce 256 livelli di luminosità distinti per ciascuno dei tre canali colore (Rosso, Verde, Blu).
• L'elevata frequenza di scansione dati, non inferiore a 800 kHz, garantisce transizioni di colore fluide e alti refresh rate.
• Confezionato su nastro portacomponenti da 8mm per compatibilità con le attrezzature standard di pick-and-place automatizzate.
• Compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR), adatto per assemblaggi senza piombo.
• Ingressi compatibili con livelli logici per un facile interfacciamento con microcontrollori e circuiti logici digitali.

1.2 Applicazioni

Il dispositivo è progettato per un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche dove spazio, assemblaggio automatizzato e controllo preciso del colore sono critici. Le principali aree di applicazione includono:

• Retroilluminazione:Illuminazione di tastiere, pannelli decorativi in elettronica di consumo, automazione d'ufficio ed elettrodomestici.
• Indicatori di Stato:Indicatori di stato e segnale multicolore nelle apparecchiature di telecomunicazione, networking e controllo industriale.
• Micro-Display & Segnaletica:Elementi pixel a bassa risoluzione per display informativi, segnaletica luminosa simbolica e illuminazione decorativa.

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 in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (P_D):88 mW. Questa è la potenza totale massima che il package può dissipare sotto forma di calore. Superare questo limite rischia di surriscaldare il circuito integrato interno e i die LED.
• Tensione di Alimentazione IC (V_DD):+4.2V a +5.5V. Il circuito driver integrato richiede un'alimentazione stabilizzata in questo intervallo per un funzionamento affidabile. Tensioni al di fuori di questo intervallo possono causare malfunzionamenti o danni.
• Corrente Diretta Totale (I_F):16 mA in CC. Questa è la somma massima delle correnti che può essere fornita simultaneamente a tutti e tre i canali LED.
• Temperatura Operativa (T_op):-20°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-30°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a 260°C per 10 secondi, in linea con i profili tipici di rifusione senza piombo.

Nota Critica di Progettazione:L'IC integrato genera calore durante il funzionamento. Un sistema di gestione termica PCB ben progettato (es. piazzole di rame adeguate, via termiche) è essenziale per mantenere la temperatura sui pad di saldatura del LED al di sotto di 85°C per un'affidabilità a lungo termine.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

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

• Intensità Luminosa (I_V):
  • Rosso (AlInGaP): 71.0 - 180.0 mcd (millicandela)
  • Verde (InGaN): 180.0 - 355.0 mcd
  • Blu (InGaN): 35.5 - 71.0 mcd
  L'intensità specifica per una data unità è determinata dal suo codice di bin (vedi Sezione 4).
• Angolo di Visione (2θ_1/2):120 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore assiale di picco, indicando un pattern di emissione ampio e diffuso adatto per l'illuminazione d'area.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):
  • Rosso: 620.0 - 628.0 nm
  • Verde: 522.0 - 530.0 nm
  • Blu: 464.0 - 472.0 nm
  Questo parametro definisce il colore percepito della luce ed è anch'esso soggetto a binning.
• Corrente di Uscita IC (I_Fper canale):Tipicamente 5 mA per canale colore quando pilotato a V_DD=5V. Questa è la corrente costante impostata dal driver interno per ciascun LED.
• Corrente di Riposo IC (I_DD):Tipicamente 0.8 mA quando tutti i dati LED sono impostati a '0' (stato spento). Questa è la potenza consumata dal driver IC stesso quando non sta attivamente illuminando i LED.

2.3 Interfaccia Digitale & Temporizzazione

Il dispositivo utilizza un protocollo dati seriale a singolo filo per ricevere dati a 24 bit (8 bit per ciascun canale Rosso, Verde e Blu).

• Livelli Logici:
  • Tensione di ingresso livello alto (V_IH): ≥ 3.0V
  • Tensione di ingresso livello basso (V_IL): ≤ 0.3 * V_DD
• Temporizzazione Dati (T_H+ T_L= 1.2 µs ± 300ns):
  • Bit '0':Tempo alto (T_0H) = 300ns ±150ns, Tempo basso (T_0L) = 900ns ±150ns.
  • Bit '1':Tempo alto (T_1H) = 900ns ±150ns, Tempo basso (T_1L) = 300ns ±150ns.
• Tempo di Latch (LAT):Un impulso basso sulla linea dati della durata superiore a 250 µs segnala la fine di un frame di dati. L'IC esegue il latch (memorizza) i dati a 24 bit ricevuti e aggiorna di conseguenza le uscite LED. Nessuna trasmissione dati dovrebbe avvenire durante questo periodo di latch.

Flusso Dati:I dati vengono inseriti serialmente attraverso il pin DIN. Dopo aver ricevuto 24 bit, un comando di latch aggiorna i registri interni. I dati vengono quindi trasmessi in uscita attraverso il pin DOUT, consentendo a più dispositivi di essere collegati in cascata da un singolo pin di un microcontrollore.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i dispositivi vengono suddivisi in bin di prestazione. Due parametri chiave sono soggetti a binning: Intensità Luminosa e Lunghezza d'Onda Dominante.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

Ogni canale colore viene binnato separatamente con una tolleranza di ±15% all'interno di ciascun bin.

• Rosso:Bin Q1 (71.0-90.0 mcd), Q2 (90.0-112.0 mcd), R1 (112.0-140.0 mcd), R2 (140.0-180.0 mcd).
• Verde:Bin S1 (180.0-224.0 mcd), S2 (224.0-280.0 mcd), T1 (280.0-355.0 mcd).
• Blu:Bin N2 (35.5-45.0 mcd), P1 (45.0-56.0 mcd), P2 (56.0-71.0 mcd).

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante (Tonalità)

Questo binning garantisce punti colore precisi. La tolleranza è di ±1 nm all'interno di ciascun bin.

• Rosso:Bin U (620.0-624.0 nm), Bin V (624.0-628.0 nm).
• Verde:Bin P (522.0-526.0 nm), Bin Q (526.0-530.0 nm).
• Blu:Bin C (464.0-468.0 nm), Bin D (468.0-472.0 nm).

Implicazione di Progettazione:Per applicazioni che richiedono un colore uniforme su più unità, si consiglia di specificare codici bin stretti o di acquistare dallo stesso lotto di produzione.

4. Informazioni Meccaniche & Package

4.1 Dimensioni del Dispositivo e Pinout

Il componente ha un ingombro compatto. Le dimensioni chiave includono una dimensione del corpo di circa 3.2mm x 2.8mm con un'altezza di 1.9mm. Le tolleranze sono tipicamente ±0.15mm salvo diversa specifica.

Configurazione Pin:

1. V_DD:Ingresso alimentazione per il driver IC integrato (+4.2V a +5.5V).
2. DIN:Ingresso dati seriale. I dati di controllo per i canali RGB vengono inseriti attraverso questo pin.
3. V_SS:Collegamento di massa.
4. DOUT:Uscita dati seriale. Utilizzata per collegare in cascata più dispositivi; restituisce i dati ricevuti da DIN dopo un ritardo interno.

La lente è trasparente, permettendo di vedere il colore nativo di ciascun chip LED.

4.2 Land Pattern PCB Consigliato

Viene fornito un layout consigliato per le piazzole di saldatura per garantire una saldatura affidabile e stabilità meccanica. Il progetto include tipicamente connessioni di sfiato termico e dimensioni delle piazzole adeguate per facilitare una buona formazione del giunto di saldatura durante la rifusione.

5. Linee Guida per il Montaggio e la Manipolazione

5.1 Processo di Saldatura

Il dispositivo è compatibile con i processi di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) utilizzando saldatura senza piombo (Pb-free). La temperatura di picco massima consigliata sul corpo è di 260°C, che non dovrebbe essere superata per più di 10 secondi. Dovrebbero essere seguiti i profili standard di rifusione per componenti sensibili all'umidità (MSL).

5.2 Pulizia

Se è necessaria una pulizia post-assemblaggio, immergere la scheda assemblata in alcol etilico o isopropilico a temperatura ambiente per non più di un minuto. L'uso di detergenti chimici non specificati o aggressivi potrebbe danneggiare il materiale del package LED.

5.3 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

Il circuito integrato e i chip LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Devono essere in atto adeguati controlli ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio:

• Il personale dovrebbe indossare braccialetti a terra o guanti antistatici.
• Tutte le postazioni di lavoro, gli strumenti e le attrezzature devono essere correttamente messe a terra.
• Conservare e trasportare i componenti in imballaggio protettivo ESD.

5.4 Condizioni di Magazzinaggio

• Busta Barriera all'Umidità Sigillata (MBB):Conservare a ≤30°C e ≤90% di Umidità Relativa (UR). La durata di conservazione è di un anno dalla data di sigillatura della busta quando conservata con essiccante all'interno.
• Dopo l'Apertura della Busta:Se non utilizzati immediatamente, i componenti dovrebbero essere conservati in un ambiente non superiore a 30°C e 60% UR. Per la conservazione a lungo termine dopo l'apertura, potrebbe essere necessaria una cottura (baking) secondo le procedure standard del livello di sensibilità all'umidità IPC/JEDEC prima della rifusione.

6. Confezionamento e Ordinazione

6.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

Il dispositivo è fornito per l'assemblaggio automatizzato:

• Larghezza Nastro: 8mm.
• Diametro Bobina:7 pollici (178mm).
• Quantità per Bobina:4000 pezzi.
• Quantità Minima d'Ordine (MOQ):500 pezzi per quantità residue.
• Sigillatura Tasche:Le tasche dei componenti sono sigillate con un nastro di copertura superiore.
• Componenti Mancanti:È consentito un massimo di due tasche vuote consecutive per specifica.
• Standard:Il confezionamento è conforme alle specifiche ANSI/EIA-481.

7. Note Applicative & Considerazioni di Progettazione

7.1 Circuito Applicativo Tipico

Un'implementazione tipica prevede di collegare un pin I/O generico (GPIO) di un microcontrollore al DIN del primo LED in una catena. Il DOUT del primo LED si collega al DIN del successivo, e così via. Un singolo GPIO può quindi controllare una lunga serie di LED. Deve essere fornita un'alimentazione stabile e disaccoppiata a 5V ai pin V_DD, con un condensatore di bypass locale (es. 100nF) posizionato vicino a ciascun dispositivo o a un piccolo gruppo di dispositivi.

7.2 Gestione Termica

Come evidenziato nelle specifiche, la progettazione termica è critica. Il PCB dovrebbe utilizzare piazzole di rame collegate ai pad di massa (V_SS) per fungere da dissipatore di calore. Le via termiche sotto il dispositivo possono aiutare a trasferire il calore agli strati interni o inferiori. Per un funzionamento ad alta luminosità o ad alto duty cycle, monitorare la temperatura del pad per assicurarsi che rimanga al di sotto di 85°C.

7.3 Integrità del Segnale Dati

Per lunghe catene a cascata o in ambienti elettricamente rumorosi, considerare quanto segue:

• Mantenere le linee dati il più corte possibile.
• Evitare di far correre linee dati parallele a tracce ad alta corrente o di commutazione.
• Una piccola resistenza in serie (es. 33-100 Ω) posta vicino al pin di uscita del microcontrollore può aiutare a ridurre il ringing sulla linea dati.
• Assicurarsi che il microcontrollore possa generare la precisa temporizzazione di bit di 1.2µs richiesta dal protocollo.

7.4 Sequenziamento dell'Alimentazione e Corrente di Spunto

Quando si alimenta una lunga catena di LED, l'accensione simultanea dei driver IC interni può causare un picco momentaneo di corrente di spunto sulla linea V_DD. L'alimentatore e le tracce PCB devono essere dimensionati per gestire questo fenomeno senza un significativo calo di tensione. In grandi array, potrebbe essere necessario un circuito di soft-start o un abilitazione scaglionata di catene diverse.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

8.1 Posso pilotare questo LED con un microcontrollore a 3.3V?

Sì, ma con cautela. Il requisito per la tensione di ingresso di livello alto (V_IH) è un minimo di 3.0V. Un livello logico alto a 3.3V soddisfa questa specifica. Tuttavia, è necessario assicurarsi che l'alimentazione (V_DD) sia ancora nel suo intervallo specificato da 4.2V a 5.5V. Il driver IC del LED stesso richiede 5V, quindi non è possibile alimentarlo a 3.3V.

8.2 Qual è lo scopo del pin DOUT?

Il pin DOUT consente il collegamento a cascata. L'IC memorizza internamente i dati seriali in ingresso e li restituisce in uscita dopo un ritardo fisso. Ciò consente a una singola linea dati da un microcontrollore di alimentare un numero illimitato di LED in serie, poiché ogni dispositivo passa il flusso di dati al successivo.

8.3 Come calcolo il consumo totale di potenza?

La potenza totale è la somma della potenza dei LED e della potenza di riposo dell'IC.
Potenza LED (max):(V_DD* I_{F_Red}) + (V_DD* I_{F_Green}) + (V_DD* I_{F_Blue}) ≈ 5V * (5mA+5mA+5mA) = 75mW.
Potenza di Riposo IC: V_DD* I_DD≈ 5V * 0.8mA = 4mW.
Totale Approssimativo (tutti accesi):79mW, che è al di sotto della dissipazione massima di 88mW. Ricorda, questo è a luminosità massima. Impostazioni di luminosità inferiori consumeranno meno potenza.

8.4 Perché è previsto un tempo di latch minimo di 250µs?

Il tempo di latch (LAT) è un periodo di reset. Un segnale basso più lungo di 250µs dice all'IC che l'attuale frame di dati a 24 bit è completo e che dovrebbe aggiornare i suoi registri di uscita. Questo meccanismo garantisce una sincronizzazione affidabile tra il controller e la catena di LED, impedendo che vengano visualizzati dati corrotti.