SMD RGB LED LTST-G353CEGB7W 規格書 - 5.0x5.0x1.6mm - 5V - 94mW - 白色擴散透鏡 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-G353CEGB7W 是一款表面黏著元件（SMD）LED，專為自動化印刷電路板（PCB）組裝以及空間受限的應用而設計。此元件將紅、綠、藍（RGB）半導體晶片與專用控制電路整合於單一封裝內，形成一個完整、可獨立定址的像素點。其設計適用於廣泛的電子設備，包括但不限於通訊裝置、可攜式電腦、網路基礎設施、消費性家電，以及室內標誌或裝飾性照明系統。

1.1 核心特色與優勢

此元件透過多項關鍵技術與封裝特色，使其在現代電子製造中的可用性與效能脫穎而出。

• 整合式控制：一項顯著優勢是將RGB LED晶片與14位元驅動IC整合。這消除了基本控制所需的外部驅動元件，簡化了電路設計並降低了整體物料清單（BOM）成本。
• 高解析度色彩控制：每個原色（紅、綠、藍）均可透過1024個不同的亮度等級（10位元PWM）進行控制。這使得能夠產生超過10.7億（2^30）種色彩組合，實現平滑的色彩漸變與精確的混色效果。
• 先進驅動IC：內嵌的驅動器採用定電流脈衝寬度調變（PWM）控制。14位元控制被拆分，其中10位元專用於PWM工作週期以控制亮度，4位元用於微調電流等級，提供對光輸出與效率的細粒度控制。
• 簡化資料介面：與LED的通訊以及多個單元的串接，是透過單線串列協定（相容於SPI）實現的。這最大限度地減少了主控微控制器所需的控制線數量。
• 資料完整性功能：此元件支援斷點連續傳輸（旁路功能）。若串接中的某個LED故障，資料訊號可以繞過它，確保序列中其餘的LED能繼續正常運作，從而提升系統可靠性。
• 製造就緒性：元件以12mm寬的載帶包裝，捲繞在直徑7英吋的捲盤上，相容於標準自動化取放設備。同時，它也通過了無鉛紅外線（IR）迴焊製程的認證，包括符合JEDEC濕度敏感等級4的預處理要求。
• 環境法規符合性：本產品符合相關環境法規。

1.2 目標應用與市場

結合小巧的外型尺寸、整合的智慧功能以及全彩能力，使得此LED適用於多樣化的應用：

• 狀態與指示燈：在電信設備、辦公室自動化設備、家電以及工業控制面板中提供多色彩狀態回饋。
• 前面板與背光：以動態、可自訂的色彩照亮按鈕、標誌或顯示器。
• 裝飾與建築照明：用於LED燈條、模組、柔光燈及燈具，以營造環境光或重點照明。
• 室內顯示元件：作為全彩模組或不規則視訊顯示器的建構單元，適用於需要獨立像素控制的場合。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節針對規格書中指定的關鍵性能參數提供詳細分析。

2.1 光學特性

光學性能是在標準條件下（Ta=25°C，VDD=5V）測量的。元件使用白色擴散透鏡來混合來自各色晶片的光線，產生均勻的外觀。

• 發光強度（I_V）：典型的軸向發光強度因顏色晶片而異。綠色晶片最亮（330-700 mcd），其次是紅色（130-300 mcd），接著是藍色（50-180 mcd）。這些數值代表透過模擬明視覺（人眼）反應的濾光片所測得的光輸出。
• 視角（2θ_1/2）：此元件具備120度的寬廣視角。此定義為發光強度降至軸向值一半時的全角，表示具有良好的離軸可見度。
• 主波長（λ_d）：此參數定義了每個晶片的感知顏色。指定的範圍為：紅光：618-630 nm，綠光：520-535 nm，藍光：463-475 nm。峰值發射波長容差為±1 nm，確保了不同元件間一致的色彩表現。

2.2 電氣與絕對最大額定值

遵守這些額定值對於可靠運作和防止永久性損壞至關重要。

• 絕對最大額定值：
  • 功率消耗（P_D）：94 mW。超過此值可能導致過熱。
  • 供應電壓（V_DD）：+4.2V 至 +5.5V。內部IC設計用於5V標稱電源。
  • 總順向電流（I_F）：17 mA。這是所有三個晶片合計的最大總電流。
  • 工作溫度：0°C 至 +85°C。
  • 儲存溫度：-40°C 至 +100°C。
• 電氣特性（典型值 @ V_DD=5V）：
  • IC每色輸出電流：每個獨立的R、G或B通道通常為5 mA。此定電流驅動確保了穩定的色彩輸出，不受微小電壓波動影響。
  • 邏輯輸入位準：高電位輸入電壓（V_IH）為 0.7*V_DD（在5V供電下通常為3.3V）。低電位輸入電壓（V_IL）為 0.3*V_DD。這使其相容於5V和3.3V的微控制器邏輯。
  • IC靜態電流：當所有LED輸出關閉時，約為0.2 mA，表示待機時功耗低。

2.3 熱考量

雖然未明確詳述熱阻，但規格書透過焊接溫度曲線和儲存條件提供了關鍵的熱管理指南。94 mW的最大功率消耗和工作溫度範圍定義了熱操作窗口。在連續運作時，尤其是在最大亮度和電流下，需要具有足夠散熱設計的PCB佈局，以將接面溫度維持在安全範圍內。

3. 分級系統說明

規格書包含CIE（國際照明委員會）色度分級表，以確保色彩一致性。

• 色彩分級：LED根據其在CIE 1931色度圖上測量的色度座標（x，y）被分類到不同的級別（A，B，C，D）。每個級別由圖表上的一個四邊形定義。在級別內的座標容差為x和y座標均±0.01。此分級過程將感知顏色幾乎相同的LED歸為一組，這對於多個LED並排使用以避免可見色彩不匹配的應用至關重要。
• 解讀：級別A和B涵蓋了混合白光（透過擴散透鏡）在色度圖上的特定區域，而級別C和D則涵蓋相鄰區域。設計師可以指定級別代碼，以確保其生產批次有更緊密的色彩匹配。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型的性能曲線，這些曲線以圖形方式呈現關鍵關係。雖然提供的文本中未複製具體圖表，但以下分析其標準內容。

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：此曲線將顯示光輸出如何隨著提供給每個LED晶片的順向電流增加而增加。由於整合了定電流驅動器，此關係主要由內部管理，但曲線將說明晶片/驅動器組合的效率。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：這是一條關鍵曲線，顯示隨著環境（或接面）溫度升高，光輸出會降額。LED效率隨溫度升高而降低，因此此圖表有助於設計師了解熱性能以及在溫暖環境中潛在的光損失。
• 光譜功率分佈：此圖表將顯示每個顏色晶片在整個波長光譜上發射的光強度，顯示LED特有的窄發射峰以及特定的主波長。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與配置

此元件符合業界標準的SMD封裝尺寸。關鍵尺寸約為長度5.0mm、寬度5.0mm、高度1.6mm（容差±0.2mm）。原始規格書中提供了詳細的尺寸圖，用於精確的PCB焊墊圖案設計。

5.2 接腳配置與功能

此6接腳元件的接腳定義如下：

1. VCC：內部IC的電源輸入。可連接至VDD。
2. VDD：主要直流電源輸入（4.2-5.5V）。
3. DOUT：控制資料訊號輸出，用於串接到下一個LED的DIN。
4. DIN：來自微控制器或前一個LED的控制資料訊號輸入。
5. VSS：接地連接。
6. FDIN：輔助資料訊號輸入（其功能可能特定於某些控制模式）。

5.3 建議的PCB焊接墊

提供了建議的焊墊佈局，以確保可靠的焊接和機械穩定性。此佈局通常包含散熱連接，以管理焊接和操作期間的熱量，以及為鷗翼式或類似引腳提供正確尺寸的焊墊。

6. 焊接、組裝與處理指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線

提供了符合J-STD-020B的無鉛焊接詳細迴焊溫度曲線。此曲線指定了關鍵參數：

• 預熱：逐漸升溫以活化助焊劑並最小化熱衝擊。
• 恆溫區：一個溫度平台，確保元件和電路板均勻受熱。
• 迴焊區：峰值溫度通常在240°C至260°C之間，高於液相線的時間（TAL）需仔細控制，以形成可靠的焊點而不損壞LED封裝或內部元件。
• 冷卻速率：受控的冷卻過程，以固化焊料並最小化應力。

6.2 儲存與濕度敏感性

此元件對濕度敏感。當密封在帶有乾燥劑的原廠防潮袋中，儲存在≤30°C且≤70% RH的環境下，其保存期限為一年。一旦開封，元件應儲存在≤30°C且≤60% RH的環境中。若需在原廠袋外長時間儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器。暴露於環境空氣中超過96小時的元件，在進行迴焊前需要烘烤程序（約60°C烘烤48小時），以防止焊接過程中發生\"爆米花\"效應或分層。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅使用指定的溶劑。建議在室溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。使用強烈或未指定的化學品可能會損壞塑膠透鏡和封裝。

7. 包裝與訂購資訊

• 標準包裝：元件以12mm寬的凸版載帶供應，捲繞在直徑7英吋（178mm）的捲盤上。
• 每捲數量：每滿捲1500個。
• 最小訂購量（MOQ）：對於部分數量，最少可訂購500個。
• 包裝標準：符合ANSI/EIA-481規範。載帶上的空位以保護性頂部覆蓋膠帶覆蓋。

8. 應用設計考量

8.1 典型應用電路

主要應用涉及將多個LED串接。來自微控制器的單一資料線連接到第一個LED的DIN。其DOUT連接到下一個LED的DIN，依此類推。必須為所有LED提供5V電源（並搭配適當的本地去耦電容，例如100nF），確保電壓維持在4.2-5.5V範圍內，特別是在長串接末端可能發生IR壓降的地方。在長串接或嘈雜環境中，資料線上可能需要串聯電阻以進行阻抗匹配。

8.2 資料傳輸協定

通訊使用高速、單線、基於重置的協定。每個位元在1.2µs（±160ns）的週期內以高脈衝傳輸。

• 邏輯 '0'：T_0H（高電位時間）= 300ns ±80ns，T_0L（低電位時間）= 900ns。
• 邏輯 '1'：T_1H= 900ns ±80ns，T_1L= 300ns。
• 資料幀：每個LED 42位元（推測為每個R、G、B通道各14位元）。
• 重置：資料線上的低電位訊號持續超過50µs（RES），將接收到的資料鎖存到輸出暫存器中，並準備IC接收鏈中第一個LED的新資料幀。

8.3 熱與電源管理

設計師必須計算總功率消耗。在典型的每色5mA和5V供電下，一個三色全亮的LED可能消耗高達75mW（5V * 15mA），低於94mW的最大值。然而，在密集陣列中，累積的熱量可能相當可觀。充足的PCB銅箔面積用於散熱、可能的氣流，以及在高環境溫度下降額亮度，是確保長期可靠性的關鍵考量。

9. 技術比較與差異化

與需要外部定電流驅動器和多工電路的離散式RGB LED相比，此元件提供了顯著的整合度，降低了設計複雜性、元件數量和電路板空間。相較於其他可定址LED（例如使用不同協定如APA102或較舊的WS2812），LTST-G353CEGB7W的14位元控制（10位元PWM + 4位元電流）提供了比典型的8位元（256階）替代方案更精細的色彩解析度和灰階控制。整合的旁路容錯功能也是一項區別性的可靠性特色，並非所有可定址LED都具備。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：VCC和VDD接腳有何不同？

A1：兩者都是內部IC的電源輸入。它們可以連接在一起。規格書暗示它們在內部相似，提供了設計靈活性，可能用於敏感應用中的雜訊隔離。

Q2：我可以用3.3V微控制器驅動這個LED嗎？

A2：可以，針對資料輸入（DIN）。V_IH最小值為0.7*V_DD。當V_DD=5V時，V_IH最小值為3.5V。3.3V輸出可能處於下限邊緣。它可能可以工作，但為了可靠性，建議使用位準轉換器將資料線提升至5V。電源V_DD仍必須是4.2-5.5V。

Q3：我可以串接多少個LED？

A3：限制主要由資料更新率和電源供應決定。每個LED需要42位元的資料。對於長串接，在期望的更新率（例如60Hz）之前傳輸所有LED資料的時間可能會限制數量。在電氣上，DOUT可以直接驅動下一個LED的DIN。必須穩健地分配電源，以避免沿著串接產生電壓降。

Q4：FDIN接腳的用途是什麼？

A4：規格書將其列為輔助資料輸入。其確切功能可能用於進階控制模式、工廠測試或與特定控制器功能相容。對於標準的單線串接，通常將其懸空或按照應用筆記的說明連接到VDD或VSS。

11. 實用設計與使用範例

範例1：狀態指示燈面板：可以在網路路由器上使用一組10個LED。每個都可以分配獨特的顏色來指示鏈路狀態、流量活動或系統警報。與多工控制30個離散LED（10個RGB）相比，單一資料線控制簡化了佈線。

範例2：裝飾性LED燈條原型：對於客製化照明專案，可以將50個LED焊接到柔性PCB燈條上。一個小型微控制器（例如ESP32）可以產生資料流，實現動畫、色彩洗牆和音樂視覺化效果。寬廣的視角確保了均勻的照明。

範例3：儀表板背光：在小批量的工業設備中，這些LED可以為儀表或按鈕提供可自訂的背光，允許終端使用者選擇色彩主題。定電流驅動確保了無論選擇何種顏色，亮度都保持一致。

12. 運作原理介紹

此元件的運作基於一個簡單的原理。外部微控制器發送一個包含紅、綠、藍通道亮度資訊的串列資料流。整合的驅動IC接收此資料，將其儲存在內部暫存器中，然後使用定電流源驅動每個LED晶片。每個晶片的亮度是透過以人眼無法察覺的高頻率（>200Hz）快速開關其電流（PWM）來控制的。此PWM的工作週期（'開啟'時間的比例）決定了感知的亮度。4位元的電流調整允許縮放每個顏色的最大電流，實現白點校正。來自三個單色晶片的光線在白色擴散透鏡內混合，產生最終的合成顏色。

13. 技術趨勢與背景

LTST-G353CEGB7W代表了SMD LED演進中的成熟階段，特別是在\"智慧型\"或\"可定址\"LED類別中。此領域的趨勢是朝向更高的整合度、更大的控制解析度（從每通道8位元轉向16位元或更高）、改善的電源效率（更低的順向電壓、更高的發光效率），以及更快、對雜訊更穩健的通訊協定。同時，在維持或增加光輸出的同時，也朝向微型化發展，並開發具有更廣色域的LED以實現更生動的顯示效果。此元件憑藉其整合的14位元驅動器和可靠的單線介面，符合業界對智慧與連網設備追求更簡單、更高性能、更可靠照明解決方案的推動方向。