內建驅動IC之SMD RGB LED - 3.2x2.8x1.9mm - 5V - 88mW - 紅/綠/藍 - 繁體中文規格書

1. 產品概述

本文件詳述一款專為自動化印刷電路板組裝設計的微型表面黏著LED元件規格。此元件在單一封裝內整合了三顆獨立LED晶片（紅、綠、藍）以及一個8位元驅動積體電路。此整合設計能對每個顏色通道進行精確且獨立的控制，使其適用於需要動態混色與高解析度亮度調節的應用。元件以業界標準的8mm載帶供應，並捲繞於7英吋捲盤上，便於大量自動化貼裝。

1.1 產品特色

• 符合RoHS環保指令。
• 採用高效率AlInGaP（紅光）與InGaN（綠光、藍光）半導體材料，提供卓越亮度。
• 內建8位元驅動IC，為紅、綠、藍三個顏色通道各提供256個獨立亮度階層。
• 不低於800 kHz的高資料掃描頻率，確保流暢的色彩轉換與更新率。
• 以8mm載帶包裝，相容於標準自動化取放設備。
• 相容於紅外線（IR）迴焊製程，適用於無鉛組裝。
• 邏輯位準輸入相容，易於與微控制器及數位邏輯電路連接。

1.2 應用領域

本元件專為空間、自動化組裝與精確色彩控制至關重要的廣泛電子設備所設計。主要應用領域包括：

• 背光照明：消費性電子、辦公室自動化與家電產品中的鍵盤、按鍵及裝飾面板照明。
• 狀態指示燈：通訊、網路與工業控制設備中的多色狀態與訊號指示燈。
• 微型顯示器與標誌：用於資訊顯示、符號燈飾與裝飾照明的低解析度像素元件。

2. 技術參數：深入客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些數值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。不保證在此條件下運作。

• 功率消耗（P_D）：88 mW。此為封裝能以熱形式散發的最大總功率。超過此限制可能導致內部IC與LED晶粒過熱。
• 接腳提供穩定、去耦的5V電源，並在每顆元件或一小群元件附近放置一個本地旁路電容（例如100nF）。_DD）：+4.2V 至 +5.5V。內建驅動電路需要在此範圍內的穩壓電源以供可靠運作。超出此範圍的電壓可能導致功能異常或損壞。
• 總順向電流（I_F）：16 mA DC。此為可同時供應給所有三個LED通道的電流總和最大值。
• 操作溫度（T_op）：-20°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度（T_stg）：-30°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：可承受260°C達10秒，符合典型的無鉛迴焊溫度曲線。

關鍵設計備註：內嵌IC在運作時會產生熱量。為確保長期可靠性，必須設計良好的PCB熱管理系統（例如足夠的銅箔鋪設、散熱孔），以將LED焊墊處的溫度維持在85°C以下。

2.2 電氣與光學特性

測量條件：環境溫度（T_a）為25°C，V_DD=5V，且所有顏色通道設定為最大亮度（資料 = 8'b11111111）。

• 發光強度（I_V）：
  • 紅光（AlInGaP）：71.0 - 180.0 mcd（毫燭光）
  • 綠光（InGaN）：180.0 - 355.0 mcd
  • 藍光（InGaN）：35.5 - 71.0 mcd
  特定單元的實際強度由其分級代碼決定（參見第4節）。
• 視角（2θ_1/2）：120度。此為發光強度降至軸向峰值一半時的全角，表示其具有寬廣、擴散的發光模式，適合區域照明。
• 主波長（λ_d）：
  • 紅光：620.0 - 628.0 nm
  • 綠光：522.0 - 530.0 nm
  • 藍光：464.0 - 472.0 nm
  此參數定義了光線的感知顏色，同樣會進行分級。
• IC輸出電流（I_F，每通道）：當V_DD=5V驅動時，每顏色通道典型值為5 mA。此為內部驅動器為每個LED設定的恆定電流。
• IC靜態電流（I_DD）：當所有LED資料設定為'0'（關閉狀態）時，典型值為0.8 mA。此為驅動器IC本身在未主動點亮LED時所消耗的功率。

2.3 數位介面與時序

本元件使用單線串列資料協定接收24位元資料（紅、綠、藍通道各8位元）。

• 邏輯位準：
  • 高電位輸入電壓（V_IH）： ≥ 3.0V
  • 低電位輸入電壓（V_IL）： ≤ 0.3 * V_DD
• 資料時序（T_H+ T_L= 1.2 µs ± 300ns）：
  • 位元 '0'：高電位時間（T_0H） = 300ns ±150ns，低電位時間（T_0L） = 900ns ±150ns。
  • 位元 '1'：高電位時間（T_1H） = 900ns ±150ns，低電位時間（T_1L） = 300ns ±150ns。
• 鎖存時間（LAT）：資料線上的低電位脈衝持續超過250 µs，表示一個資料幀的結束。IC將鎖存（儲存）接收到的24位元資料，並據此更新LED輸出。在此鎖存期間不應進行任何資料傳輸。

資料流：資料透過DIN接腳串列移入。接收完24位元後，一個鎖存命令會更新內部暫存器。接著資料會透過DOUT接腳輸出，允許將多個元件從單一微控制器接腳以菊鏈方式串接。

3. 分級系統說明

為確保生產中的色彩與亮度一致性，元件會根據性能進行分級。兩個關鍵參數會進行分級：發光強度與主波長。

3.1 發光強度分級

每個顏色通道獨立分級，每個級別內的容差為±15%。

• 紅光：級別 Q1（71.0-90.0 mcd）、Q2（90.0-112.0 mcd）、R1（112.0-140.0 mcd）、R2（140.0-180.0 mcd）。
• 綠光：級別 S1（180.0-224.0 mcd）、S2（224.0-280.0 mcd）、T1（280.0-355.0 mcd）。
• 藍光：級別 N2（35.5-45.0 mcd）、P1（45.0-56.0 mcd）、P2（56.0-71.0 mcd）。

3.2 主波長（色調）分級

此分級確保精確的色座標。每個級別內的容差為±1 nm。

• 紅光：級別 U（620.0-624.0 nm）、級別 V（624.0-628.0 nm）。
• 綠光：級別 P（522.0-526.0 nm）、級別 Q（526.0-530.0 nm）。
• 藍光：級別 C（464.0-468.0 nm）、級別 D（468.0-472.0 nm）。

設計影響：對於需要多個單元間顏色均勻的應用，建議指定嚴格的級別代碼或從同一生產批次採購。

4. 機械與封裝資訊

4.1 元件尺寸與接腳定義

元件佔板面積緊湊。關鍵尺寸包括本體尺寸約為3.2mm x 2.8mm，高度為1.9mm。除非另有說明，公差通常為±0.15mm。

接腳配置：

1. V_DD:內建驅動IC的電源輸入端（+4.2V 至 +5.5V）。
2. DIN：串列資料輸入端。RGB通道的控制資料透過此接腳移入。
3. V_SS:接地端。
4. DOUT：串列資料輸出端。用於菊鏈串接多個元件；在內部延遲後，輸出從DIN接收到的資料。

4.2 建議PCB焊墊圖形

提供建議的焊墊佈局，以確保可靠的焊接與機械穩定性。設計通常包含散熱連接與足夠的焊墊尺寸，以利於迴焊過程中形成良好的焊點。

5. 組裝與操作指南

5.1 焊接製程

本元件相容於使用無鉛焊料的紅外線（IR）迴焊製程。建議的最高本體峰值溫度為260°C，且不應超過10秒。應遵循針對濕氣敏感元件（MSL）的標準迴焊溫度曲線。

5.2 清潔

若需進行組裝後清潔，請將組裝好的電路板在室溫下浸入乙醇或異丙醇中，時間不超過一分鐘。使用未指定或具侵蝕性的化學清潔劑可能會損壞LED封裝材料。

5.3 靜電放電（ESD）防護措施

積體電路與LED晶片對靜電放電敏感。在操作與組裝過程中必須實施適當的ESD防護措施：

• 人員應配戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有工作站、工具與設備必須妥善接地。
• 使用ESD防護包裝儲存與運輸元件。

5.4 儲存條件

• 密封防潮袋（MBB）：儲存於≤30°C且≤90%相對濕度（RH）的環境。袋內放置乾燥劑時，自袋密封日起保存期限為一年。
• 開袋後：若未立即使用，元件應儲存於不超過30°C與60% RH的環境中。開袋後若需長期儲存，在進行迴焊前，可能需要根據標準IPC/JEDEC濕氣敏感等級程序進行烘烤。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 載帶與捲盤規格

本元件供應方式適用於自動化組裝：

• 載帶寬度： 8mm.
• 捲盤直徑：7英吋（178mm）。
• 每捲數量：4000顆。
• 最小訂購量（MOQ）：零散數量為500顆。
• 口袋密封：元件口袋以頂部覆蓋膠帶密封。
• 缺件：根據規格，最多允許連續兩個空口袋。
• 標準：包裝符合ANSI/EIA-481規範。

7. 應用備註與設計考量

7.1 典型應用電路

典型實作方式是將微控制器的通用輸入/輸出（GPIO）接腳連接到菊鏈中第一顆LED的DIN。第一顆LED的DOUT連接到下一顆的DIN，依此類推。因此，單一GPIO即可控制一長串LED。必須為V_DD接腳提供穩定、去耦的5V電源，並在每顆元件或一小群元件附近放置一個本地旁路電容（例如100nF）。

7.2 熱管理

如額定值中強調，熱設計至關重要。PCB應使用連接到接地（V_SS）焊墊的銅箔層作為散熱片。元件下方的散熱孔有助於將熱量傳遞到內層或底層。對於高亮度或高工作週期的運作，應監控焊墊溫度，確保其維持在85°C以下。

7.3 資料訊號完整性

對於長菊鏈或在電氣雜訊環境中，請考慮以下事項：

• 盡可能縮短資料線長度。
• 避免讓資料線與大電流或開關訊號走線平行。
• 在靠近微控制器輸出接腳處放置一個小串聯電阻（例如33-100 Ω），有助於減少資料線上的振鈴現象。
• 確保微控制器能產生協定所需的精確1.2µs位元時序。

7.4 電源啟動順序與突波電流

當啟動一長串LED時，內部驅動IC同時開啟可能會在V_DD線上造成瞬間的突波電流尖峰。電源供應器與PCB走線必須有足夠的承載能力來處理此情況，而不會產生顯著的電壓降。在大型陣列中，可能需要緩啟動電路或錯開啟用不同鏈路。

8. 常見問題（基於技術參數）

8.1 我可以用3.3V微控制器驅動這顆LED嗎？

可以，但需謹慎。高電位輸入電壓（V_IH）要求最低為3.0V。3.3V的邏輯高電位符合此規格。然而，您必須確保電源（V_DD）仍在規定的4.2V至5.5V範圍內。LED驅動IC本身需要5V，因此您無法以3.3V為其供電。

8.2 DOUT接腳的用途是什麼？

DOUT接腳允許菊鏈串接。IC內部會緩衝輸入的串列資料，並在固定延遲後輸出。這允許來自微控制器的單一資料線串接無限數量的LED，因為每個元件會將資料流傳遞給下一個。

8.3 如何計算總功耗？

總功耗為LED功率與IC靜態功率之和。
LED功率（最大值）：（V_DD* I_{F_Red}） + （V_DD* I_{F_Green}） + （V_DD* I_{F_Blue}） ≈ 5V * （5mA+5mA+5mA） = 75mW。
IC靜態功率： V_DD* I_DD≈ 5V * 0.8mA = 4mW。
近似總功耗（全亮）：79mW，低於88mW的最大消耗功率。請注意，此為全亮度下的數值。較低的亮度設定將消耗較少功率。

8.4 為何需要至少250µs的鎖存時間？

鎖存時間（LAT）是一個重置週期。超過250µs的低電位訊號告訴IC當前的24位元資料幀已結束，應更新其輸出暫存器。此機制確保控制器與LED鏈路之間的可靠同步，防止顯示損壞的資料。