SMD RGB LED LTSA-E35BCEGBW 데이터시트 - 12mm 패키지 - 5V 전원 - ISELED 프로토콜 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 까다로운 자동차 액세서리 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 표면 실장 RGB LED 모듈의 사양을 상세히 설명합니다. 이 장치는 ISELED 디지털 통신 프로토콜을 지원하는 전용 드라이버 IC와 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 통합합니다. 이러한 통합은 정밀한 색상 제어, 다중 장치의 데이지 체인 연결, 그리고 LED 패키지 내부에서 직접 수행되는 온도 보상과 같은 고급 기능을 가능하게 합니다.

1.1 핵심 기능 및 장점

본 제품의 주요 장점은 컴팩트한 SMD 패키지에 고휘도 LED 성능과 지능형 디지털 제어를 결합한 데 있습니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:

• 디지털 직렬 인터페이스:2 Mbit/s로 동작하는 양방향, 반이중 ISELED 호환 직렬 통신 버스를 사용합니다. 이를 통해 각 색상 채널에 대해 정밀한 8비트 밝기 제어가 가능하며, 단일 체인에 최대 4079개의 장치를 연결할 수 있어 복잡한 조명 시스템에서 배선을 단순화합니다.
• 통합 지능 기능:온보드 드라이버 IC는 색상 혼합을 위한 PWM 생성을 처리하며, 온도 감지를 위한 통합 ADC를 갖추고 있습니다. 이는 작동 온도 범위 전체에 걸쳐 일관된 광 출력을 유지하기 위해 적색 LED의 구동 전류에 자동으로 보상을 적용합니다.
• 자동차 내구성:본 부품은 LED 다이에 대해 AEC-Q102, 드라이버 IC에 대해 AEC-Q100에 따라 인증되었습니다. JEDEC Level 2 수분 민감도로 사전 처리되었으며, 무연 적외선 리플로우 솔더링 공정과 호환됩니다.
• 제조 설계:7인치 릴에 12mm 테이프로 공급되며, 표준 자동 픽 앤 플레이스 및 솔더링 장비와 호환되어 대량 생산을 용이하게 합니다.

1.2 목표 시장 및 애플리케이션

주요 목표 시장은 신뢰할 수 있는 성능, 정밀한 색상 제어 및 네트워크 기능이 요구되는 실내외 액세서리 조명 애플리케이션을 위한 자동차 산업입니다. 잠재적 사용 사례로는 앰비언트 라이팅, 상태 표시등 및 장식용 조명 요소가 있습니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 분석

2.1 절대 최대 정격 및 작동 조건

신뢰할 수 있는 설계를 위해서는 작동 한계를 이해하는 것이 중요합니다. 이 장치는 4.5V에서 5.5V의 전원으로 작동하며, 공칭 전압은 5.0V입니다. 주변 작동 온도 범위는 -40°C에서 +110°C로 지정되며, 최대 접합 온도는 125°C입니다. 장치는 2kV의 ESD 내전압(AEC-Q101-001 기준 HBM, Class H1C)으로 등급이 매겨져 있습니다. 저장 온도는 -40°C에서 +125°C 이내여야 합니다.

2.2 광도 및 광학적 특성

광학 성능은 접합 온도 25°C에서 최대 밝기 명령 하에 측정됩니다. 주요 지표는 다음과 같습니다:

• 광도:개별 색상의 일반적인 광도는 적색(주 파장 622 nm) 530 mcd, 녹색(527 nm) 1180 mcd, 청색(461 nm) 90 mcd입니다. 세 가지 색상을 모두 최대로 구동할 때(백색광) 결합된 일반 광도는 1800 mcd입니다.
• 색상 특성:백색광의 일반적인 색도 좌표는 x=0.3127, y=0.3290으로, D65 백색점에 해당합니다. 시야각(2θ1/2)은 120도로, 영역 조명에 적합한 넓고 확산된 광 패턴을 제공합니다.
• 허용 오차:광도 허용 오차는 ±10%, 주 파장 ±1nm, 색도 좌표 ±0.01입니다. 이는 중고성능 LED의 표준 허용 오차입니다.

2.3 전기적 및 열적 특성

전기적 특성은 장치의 전력 소비 및 열 관리 요구 사항을 보여줍니다.

• 전류 소비:평균 전류 소모는 색상에 따라 다릅니다. 각 색상을 최대 밝기로 개별 구동할 때의 일반적인 값은 적색 26.7 mA, 녹색 20.5 mA, 청색 10.0 mA입니다. 드라이버 IC 자체는 일반적으로 1.2 mA의 정지 전류(I_drv)를 소비합니다.
• 열저항:LED 접합점에서 솔더 지점까지의 열저항(Rth_JS)은 방열을 위한 중요한 파라미터입니다. 일반적인 값은 적색 칩 70.3 °C/W, 녹색 칩 71 °C/W, 청색 칩 61.7 °C/W입니다. 이 값들은 16mm² 구리 패드가 있는 FR4 기판에서 측정되었습니다. 특히 여러 색상을 동시에 구동하거나 높은 주변 온도에서 작동할 때 접합 온도를 최대 125°C 이하로 유지하려면 적절한 PCB 열 설계가 필수적입니다.

2.4 전원 인가 리셋 및 통신 인터페이스

이 장치는 일반 임계값 4.2V(최소 4.0V, 최대 4.4V)의 전원 인가 리셋 회로를 갖추고 있습니다. 직렬 통신 인터페이스는 SIO_P 및 SIO_N 핀에서 차동 신호 방식을 사용하며, 전압 레벨은 Vcc 공급 범위(4.5V ~ 5.5V)와 일치합니다.

3. 성능 곡선 분석

3.1 광도의 온도 의존성

제공된 그래프는 각 기본 색상 및 백색에 대해 접합 온도의 함수로서의 상대 광도(25°C에서의 값으로 정규화됨)를 보여줍니다. 주요 관찰 사항은 온도가 상승함에 따라 적색 LED 강도가 크게 감소한다는 점으로, 이는 AlInGaP 소재의 알려진 특성입니다. 이는 감소를 상쇄하고 색상 안정성을 유지하기 위해 적색 PWM 듀티 사이클을 조정하는 통합 온도 보상 기능의 중요성을 강조합니다.

3.2 색도의 온도 의존성

추가 그래프는 접합 온도에 따른 색도 좌표(ΔCx, ΔCy)의 이동을 보여줍니다. 이러한 이동은 적색 및 청색 채널에서 가장 두드러집니다. 이 데이터는 보상되지 않은 작동에서의 색상 드리프트를 이해하는 기초를 제공하며, 온보드 보상 및 디지털 인터페이스를 사용한 시스템 수준 색상 보정의 가치를 강조합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수 및 외형

이 장치는 표면 실장 패키지를 사용합니다. 치수 도면은 물리적 풋프린트와 높이를 나타냅니다. 모든 중요 치수는 달리 명시되지 않는 한 일반 허용 오차 ±0.2 mm로 밀리미터 단위로 제공됩니다. 렌즈는 넓은 120도 시야각을 달성하기 위해 확산 처리되었습니다.

4.2 핀 구성 및 기능

이 장치는 8핀 구성을 가지고 있습니다:

1. PRG5:접지(LED 제조/테스트용).
2. SIO1_N:직렬 통신 마스터 측, 음극 차동 라인.
3. SIO1_P:직렬 통신 마스터 측, 양극 차동 라인.
4. GND:접지(핀 4).
5. GND:접지(핀 5).
6. SIO2_P:직렬 통신 슬레이브 측, 양극 차동 라인(데이지 체인 연결용).
7. SIO2_N:직렬 통신 슬레이브 측, 음극 차동 라인.
8. Vcc_5V:IC 전원 공급(5V).

이중 접지 핀(4 & 5)과 분리된 통신 포트는 견고한 전력 분배와 다중 장치의 쉬운 데이지 체인 연결을 용이하게 합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 IR 리플로우 솔더링 프로파일

무연 솔더링을 위한 권장 리플로우 프로파일이 J-STD-020B에 부합하도록 제공됩니다. 이 프로파일은 예열, 소킹, 리플로우 피크 온도(최대 260°C, 10초), 냉각 속도를 포함한 주요 파라미터를 지정합니다. 이 프로파일을 준수하는 것은 LED 칩, 드라이버 IC 및 내부 와이어 본드에 대한 열 손상을 방지하고 장기적인 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.

5.2 취급 및 저장 참고 사항

이 장치는 JEDEC Level 2로 사전 처리되었습니다. 이는 수분에 민감한 부품이 건조제와 함께 베이킹 및 포장되었음을 의미합니다. 밀봉된 드라이 백이 개봉되면, 구성 요소는 지정된 시간 내에(일반적으로 상대 습도 10%에서 1년, 또는 더 높은 습도에서는 더 짧은 시간) 조립되어야 하거나, 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 제조업체의 지침에 따라 재베이킹되어야 합니다.<10% RH, 또는 더 높은 습도에서는 더 짧은 시간) 또는 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 제조업체의 지침에 따라 재베이킹되어야 합니다.

6. 기능 설명 및 시스템 아키텍처

6.1 내부 블록 다이어그램 개요

기능 블록 다이어그램은 통합 시스템을 보여줍니다. 핵심은 통신, PWM 생성 및 시스템 기능을 관리하는 "메인 유닛" 마이크로컨트롤러입니다. 이는 ISELED 직렬 인터페이스를 통해 명령을 수신합니다. 세 개의 독립적이고 구성 가능한 정전류 싱크가 적색, 녹색, 청색 LED 애노드(로우 사이드 구동)를 구동합니다. 통합 ADC는 내부 센서를 통해 주기적으로 장치 온도를 측정합니다. 이 데이터는 메인 유닛에서 적색 LED의 열적 드루프를 보상하기 위해 적색 LED의 PWM 듀티 사이클을 동적으로 조정하는 데 사용됩니다. ADC는 다른 아날로그 값을 측정하도록 명령될 수도 있습니다. 일회성 프로그래밍 가능(OTP) 비휘발성 메모리는 개별 장치 보정 데이터(예: LED 순방향 전압 변동용)를 저장하며, 이는 전원 인가 시 레지스터에 로드됩니다.

6.2 PWM 및 통신 프로토콜

각 색상의 밝기는 8비트 해상도(256 단계)의 펄스 폭 변조(PWM)를 통해 제어됩니다. ISELED 프로토콜은 이러한 밝기 값, 장치 주소 지정 및 상태 정보(예: 온도)의 읽기 처리를 담당합니다. 양방향 특성은 체인에서 장치 존재 및 상태를 확인하는 진단 통신을 가능하게 합니다.

7. 애플리케이션 제안 및 설계 고려 사항

7.1 일반적인 애플리케이션 회로

일반적인 애플리케이션에서 ISELED 트랜시버가 있는 호스트 마이크로컨트롤러는 체인의 첫 번째 LED의 SIO1_P/N 핀에 연결됩니다. 해당 LED의 SIO2_P/N 핀은 다음 LED의 SIO1_P/N 핀에 연결되는 식입니다. 단일 5V 전원 레일이 로컬 커패시터로 적절히 디커플링되어 체인의 모든 LED에 전원을 공급합니다. PCB 레이아웃은 낮은 임피던스 접지 연결을 보장하고 장치의 접지 핀 및 열 패드(풋프린트에 있는 경우)에 연결된 충분한 구리 영역을 사용하여 열을 효과적으로 방산함으로써 적절한 열 관리를 해야 합니다.

7.2 설계 고려 사항

• 열 관리:예상 전력 소산(P = Vcc * I_total)을 계산하고 열저항(Rth_JS)을 사용하여 PCB 솔더 지점 위의 온도 상승을 추정하십시오. PCB 설계가 이 열을 효과적으로 전도하여 접합 온도 Tj를<125°C 이하로 유지할 수 있도록 하십시오.
• 전원 공급:5V 전원은 안정적이어야 하며 전체 LED 체인의 피크 전류를 공급할 수 있어야 합니다. 전원 인가 시 돌입 전류를 고려하십시오.
• 신호 무결성:긴 체인 또는 전기적으로 노이즈가 많은 환경(예: 자동차)의 경우 SIO 라인에 대해 차동 페어 라우팅(길이 일치, 가능하면 제어된 임피던스)에 대한 모범 사례를 따르십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

기존 아날로그 RGB LED와 비교하여 이 장치는 상당한 장점을 제공합니다:정밀도:디지털 제어는 순방향 전압 차이 및 아날로그 드라이버 허용 오차로 인한 색상 변동을 제거합니다.단순성:LED당 여러 PWM 라인에서 전체 체인에 대한 단일 차동 페어로 제어 라인 수를 줄입니다.지능 기능:내장된 온도 보상 및 OTP에 저장된 보정은 복잡한 외부 회로 없이 일관된 성능을 보장합니다.진단:양방향 버스는 시스템 수준 상태 모니터링을 가능하게 합니다. 주요 트레이드오프는 간단한 PWM 생성에 비해 디지털 통신 프로토콜 소프트웨어의 복잡성이 증가한다는 점입니다.

9. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

Q: 이 LED를 몇 개까지 직렬로 연결할 수 있나요?

A: ISELED 인터페이스를 통해 단일 데이지 체인에 최대 4079개의 장치를 연결할 수 있습니다.

Q: 온도 보상은 자동으로 작동하나요?

A: 예, 내부 드라이버 IC가 자동으로 온도를 측정하고 일정한 광도를 유지하기 위해 적색 LED의 PWM 듀티 사이클을 조정합니다. 이는 호스트 컨트롤러와 독립적인 하드웨어 기능입니다.

Q: OTP 메모리의 목적은 무엇인가요?

A: OTP는 각 장치에 대한 개별 보정 데이터(예: 전류 싱크의 트림 값 또는 색상 보정 계수)를 저장합니다. 이를 통해 생산 배치의 모든 유닛에서 매우 균일한 성능을 얻을 수 있습니다.

Q: 3.3V 마이크로컨트롤러를 사용하여 5V LED와 통신할 수 있나요?

A: SIO 핀은 Vcc 레벨(4.5-5.5V)에서 동작합니다. 3.3V 논리 장치에 직접 연결하는 것은 신뢰할 수 없을 수 있습니다. 레벨 시프터 또는 더 낮은 전압 동작을 위해 설계된 ISELED 트랜시버 IC가 필요합니다.

10. 실제 사용 사례 예시

시나리오: 자동차 도어 패널 앰비언트 라이팅.설계자가 도어 패널 및 암레스트를 따라 멀티 존, 색상 변화 앰비언트 라이팅을 구현하려고 합니다. 이 LED를 사용하면 도어 모듈에 위치한 단일 ISELED 마스터로 제어되는 긴 LED 체인(예: 50개)을 만들 수 있습니다. 각 LED는 개별적으로 주소 지정되거나 그룹화될 수 있습니다. 호스트는 모든 색상 또는 동적 조명 패턴을 설정하는 명령을 보낼 수 있습니다. 통합 온도 보상은 도어 패널이 햇빛으로 가열되어도 적색 강도가 안정적으로 유지되어 원치 않는 청록색으로의 색상 이동을 방지합니다. 데이지 체인 배선은 병렬 RGB+드라이버 솔루션에 비해 필요한 전선 수를 극적으로 줄여 하네스 설계를 단순화하고 비용과 무게를 낮춥니다.

11. 작동 원리 소개

이 장치는 혼성 신호 원리로 작동합니다. 디지털 코어는 직렬 데이터를 수신하고, 명령을 디코딩하며, 세 개의 독립적인 하드웨어 PWM 생성기에 대한 PWM 듀티 사이클을 정의하는 레지스터를 설정합니다. 이 PWM 신호는 LED에 대한 정전류 싱크 역할을 하는 로우 사이드 MOSFET을 구동합니다. 각 채널의 전류 레벨은 내부적으로 고정되어 있습니다(OTP 보정에 의해 설정될 가능성이 높음). 아날로그 프론트엔드에는 전압 출력이 ADC에 의해 디지털화되는 온도 센서가 포함되어 있습니다. 디지털 논리는 이 온도 판독값을 사용하여 미리 정의된 보상 곡선을 적용하여 적색 PWM 레지스터 값을 실시간으로 수정합니다. 이 폐쇄 루프 제어(온도 감지, 구동 조정)는 장치 내에서 자율적으로 발생합니다.

12. 기술 동향 및 배경

이 제품은 LED 조명의 명확한 동향인 아날로그에서 디지털, 지능형 노드로의 이동의 일부입니다. ISELED 프로토콜은 자동차 조명을 위해 개발된 특정 생태계로, SPI 기반 어드레서블 LED(예: WS2812B) 또는 Automotive Ethernet과 같은 다른 표준과 경쟁합니다. 센싱(온도) 및 처리를 LED 패키지에 직접 통합함으로써 각 광점이 개별적으로 보정, 모니터링 및 제어될 수 있는 "스마트 라이팅"을 가능하게 합니다. 이는 예측 정비(LED 성능 저하 감지), 복잡한 적응형 조명 패턴, 서로 다른 재료 및 생산 배치 간의 원활한 색상 일치와 같은 고급 기능을 용이하게 합니다. AEC-Q 인증 및 견고한 통신에 초점을 맞춘 것은 자동차 애플리케이션의 가혹한 전기적 및 환경적 조건에 적합하게 하며, 이는 고급 LED 기술의 주요 성장 영역입니다.