61-236-IC 頂視RGB LED驅動器規格書 - P-LCC-6封裝 - 5V供電 - 120°視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

61-236-IC是一款高度整合的表面黏著LED驅動器，專為全彩RGB應用而設計。它將三個獨立的LED晶片（紅、綠、藍）與專用控制IC整合在單一P-LCC-6封裝內。此整合簡化了PCB設計，無需為每個顏色通道配置外部驅動元件。本元件專為需要鮮豔混色、動態照明效果以及緊湊外形下可靠性能的應用所設計。

1.1 核心優勢與目標市場

61-236-IC的主要優勢在於其系統層級的簡潔性。它採用單線資料傳輸協定，與傳統的並列式RGB LED介面相比，大幅減少了微控制器或主控制器所需的控制線數量。這使其成為可擴展設計的成本效益解決方案。其透過內部反射器和透明樹脂實現的120度廣視角，確保了均勻的光線分佈，使其非常適合導光管應用以及從多個角度觀看至關重要的裝飾性照明。

目標市場包括室內外全彩LED顯示器、裝飾與建築照明燈條、遊戲周邊設備，以及任何需要可定址、多色LED點的應用。本元件符合RoHS、REACH及無鹵素標準，確保其滿足嚴格的國際環境與安全法規。

2. 深入技術參數分析

本節詳細解析元件在指定條件下的操作極限與性能特性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。不保證在這些極限下或超過這些極限的操作。

• 電源電壓 (Vdd)：4.2V 至 5.5V。這定義了內部控制電路的操作電壓範圍。穩定的5V供電是典型應用。
• 輸出電壓 (Vout)：17V。這是驅動器輸出級可承受的最大電壓，與LED順向電壓相關。
• 輸入電壓 (Vin)：-0.5V 至 Vdd+0.5V。這指定了資料輸入 (Din) 和設定接腳的安全電壓範圍，以防止閂鎖效應或損壞。
• LED輸出電流 (Iout)：5 mA。這是每個顏色通道（紅、綠、藍）的最大恆定電流。超過此電流可能導致LED性能衰退或故障。
• 操作溫度 (Topr)：-25°C 至 +85°C。元件可靠操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +90°C。元件未通電時的安全溫度範圍。
• 靜電放電 (ESD)：2000V（人體放電模型）。表示靜電防護等級，建議在組裝時小心處理。
• 焊接溫度 (Tsol)：迴焊：最高260°C，持續10秒；手焊：最高350°C，持續3秒。這是PCB組裝的關鍵參數，以避免對封裝或晶片造成熱損傷。

2.2 電光特性

在Ta=25°C且每通道IF=5mA條件下量測，這些參數定義了光輸出與色彩特性。

• 發光強度 (Iv)：
  • 紅光 (RQH)：90 mcd（最小）至 280 mcd（最大）。
  • 綠光 (GR)：280 mcd（最小）至 900 mcd（最大）。
  • 藍光 (BY)：71 mcd（最小）至 224 mcd（最大）。
  適用±11%的公差。此顯著範圍表示使用了分級系統，元件根據輸出強度進行分類。
• 視角 (2θ1/2)：120度（典型值）。定義為發光強度降至峰值一半時的全角。廣視角是一項關鍵特色。
• 主波長 (λd)：
  • 紅光 (RQH)：617.5 nm 至 629.5 nm。
  • 綠光 (GR)：525 nm 至 540 nm。
  • 藍光 (BY)：462 nm 至 474 nm。
  適用±1nm的公差。這些範圍定義了主要色點，同樣會進行分級。

2.3 電氣特性

定義於Ta=-20~+70°C，Vdd=4.5~5.5V，Vss=0V條件下。

• 輸出電流 (IOL)：5 mA（典型值）。提供給每個LED的穩流電流。
• 輸入電流 (II)：±1 μA（最大值）。資料輸入接腳的極低漏電流。
• 輸入電壓邏輯準位：
  • VIH（邏輯高準位）：最小 3.3V。
  • VIL（邏輯低準位）：最大 0.3*Vdd（例如，Vdd=5.5V時為1.65V）。
  這些是TTL相容準位，適合與大多數5V微控制器介接。
• 遲滯電壓 (VH)：0.35V（典型值）。透過在高、低切換閾值之間建立電壓間隙，為資料輸入提供抗雜訊能力。
• 動態功耗電流 (IDDdyn)：2.5 mA（典型值）。內部控制邏輯在資料傳輸和PWM操作期間消耗的電流。

3. 分級系統說明

規格書暗示了一個多參數分級系統，以確保生產應用中的色彩與亮度一致性。雖然未在單一表格中明確詳述，但可從參數範圍推斷出以下分級：

• 發光強度 (CAT)：元件根據每個顏色（紅、綠、藍）的量測光輸出（mcd）進行分級。這對於在顯示器或燈條中實現多個單元間的均勻亮度至關重要。
• 主波長 (HUE)：LED根據其峰值波長（nm）進行分級。這確保了組裝中所有元件間一致的色點（例如，相同的紅色或藍色色調），這對於準確混色和顯示品質至關重要。
• 順向電壓 (REF)：雖然未在主表中列出，但包裝材料部分提到了"順向電壓等級"，這表示晶片也可能根據其順向電壓 (Vf) 特性進行分級，以確保串聯/並聯串中的均勻功率分配。

訂購時，通常可以要求特定的分級代碼（CAT、HUE、REF）以符合應用需求。

4. 性能曲線分析

規格書包含典型性能曲線，提供了超越單點規格的深入行為洞察。

4.1 光譜分佈

提供的圖表顯示了紅光 (RQH)、綠光 (GR) 和藍光 (BY) 晶片在可見光譜範圍內的相對發光強度。主要觀察結果：

• 每條曲線都顯示出一個對應其主波長的明顯、狹窄峰值，證實了良好的色彩飽和度。
• 紅光發射集中在較長波長區域（約620-630nm），綠光在中間區域（約525-540nm），藍光在較短波長區域（約462-474nm）。
• 色彩光譜之間的重疊極小，這有利於在混色時創造更廣的色域。

4.2 輻射圖形

"輻射特性圖"說明了光線的空間分佈。像此類廣視角LED的曲線通常是寬廣且類似朗伯分佈（餘弦分佈），證實了120度的規格。當直接從軸向（0度）觀看時強度最高，並向邊緣（±60度）平滑遞減。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與接腳配置

本元件採用P-LCC-6（塑膠有引線晶片載體，6接腳）封裝。詳細尺寸圖標明了長度、寬度、高度、引腳間距和焊墊尺寸，一般公差為±0.1mm。此資訊對於PCB焊墊設計至關重要。

接腳定義：

1. Vss：內部電路的地線連接。
2. NA：未連接 / 無內部連接。
3. Di：控制資料訊號輸入。接收串列資料流。
4. Do：控制資料訊號輸出。將資料流傳遞給串聯鏈路中的下一個元件。
5. NA：未連接 / 無內部連接。
6. Vdd：正電源輸入（4.2V 至 5.5V）。

接腳配置是對稱的，有助於PCB佈局。接腳1通常由封裝上的圓點或切角標記。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

規格書提供了特定的無鉛迴焊溫度曲線：

• 預熱：150–200°C，持續60–120秒。最大升溫速率：3°C/秒。
• 迴焊（高於液相線）：溫度必須超過217°C，持續60–150秒。峰值溫度不得超過260°C，且高於260°C的時間必須最多10秒。
• 冷卻：最大降溫速率：6°C/秒。高於255°C的時間應最多30秒。

關鍵注意事項：迴焊不應執行超過兩次，以避免對封裝和焊線造成過度的熱應力。

6.2 儲存與濕度敏感性

本元件包裝在帶有乾燥劑的防潮阻隔袋中。

• 開封前：儲存在≤30°C且≤90%相對濕度 (RH) 的環境中。
• 車間壽命：打開密封袋後，元件必須在工廠車間條件下（通常約30°C/60%RH）於24小時內完成焊接。
• 烘烤：如果袋子開封超過24小時，或者乾燥劑指示劑顯示已飽和，則需要在60°C ±5°C下烘烤24小時，以去除吸收的濕氣，並防止在迴焊過程中發生"爆米花"現象（封裝開裂）。

6.3 注意事項

• 電流限制：內部驅動器提供恆定電流。然而，Iout的絕對最大額定值為5mA。應用電路必須確保操作條件不超過此限制。在正常的5V操作下，驅動器本身不需要外部串聯電阻來限流，但必須注意電源設計。
• 機械應力：在焊接或處理過程中避免對封裝施加機械應力。組裝後請勿在元件附近彎折PCB。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與載帶規格

元件以壓紋載帶形式供應，捲繞在捲盤上，用於自動貼片組裝。

• 包裝數量：每捲800顆。
• 提供了捲盤尺寸、載帶凹穴尺寸（寬度、間距、深度）和覆蓋帶規格的詳細圖紙，以確保與SMT設備的相容性。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含用於追溯性和正確組裝的關鍵資訊：

• 客戶料號 (CPN)
• 製造商料號 (P/N)：例如，61-236-ICRQHGRBYC-A 05-ET-CS
• 數量 (QTY)
• 分級代碼：CAT（強度）、HUE（波長）、REF（電壓）
• 批號 (LOT No.) 用於追溯

8. 應用設計建議

8.1 典型應用電路

規格書展示了一個標準的5V應用電路。微控制器 (MCU) 或專用控制器將串列資料發送到第一個LED驅動器的Din接腳。每個驅動器的Dout接腳連接到下一個驅動器的Din接腳，形成串聯鏈路。單一電源（5V）為所有Vdd接腳供電，所有Vss接腳連接到地線。建議在靠近MCU的資料線上使用一個小型RC濾波器（例如，100Ω電阻和100nF電容），以抑制高頻雜訊並改善訊號完整性，特別是在較長的鏈路或嘈雜的環境中。

8.2 資料協定與時序

本元件使用專有的單線歸零協定。

• 資料幀：每個元件24位元，組織為8位元綠光、8位元紅光、8位元藍光（G7-G0，R7-R0，B7-B0）。這允許每個顏色通道有256個強度等級（0-255）。
• 位元時序：
  • 邏輯 '0'：高電位時間 (T0H) = 0.30 µs ±80ns，低電位時間 (T0L) = 0.90 µs ±80ns。
  • 邏輯 '1'：高電位時間 (T1H) = 0.90 µs ±80ns，低電位時間 (T1L) = 0.30 µs ±80ns。
  • 無論是'0'還是'1'，總位元週期均為1.2 µs，資料速率約為833 kHz。
• 重置/鎖存訊號：Din線上的低電位脈衝持續超過50 µs (RES) 表示資料幀結束。接收到此重置訊號後，鏈路中的所有元件會同時將剛剛接收到的24位元資料鎖存到其輸出暫存器中，並更新PWM輸出。這確保了顯示器中所有LED同步更新，防止在資料刷新期間出現"殘影"或"彩虹"效應。

控制器需要產生精確的時序，通常使用硬體計時器或專用周邊設備（如特定模式下的SPI或使用精確延遲迴圈的位元操作）。

8.3 長串聯鏈路設計考量

對於串聯許多元件（例如，長LED燈條）的應用：

• 電源注入：必須沿著鏈路在多個點注入5V電源，以防止電壓降，電壓降會導致遠離電源的LED變暗或產生色偏。請使用較粗的電源走線或獨立的電源線。
• 資料訊號完整性：長資料線可能遭受訊號衰減（上升/下降時間延長、振鈴）。在驅動器輸入端使用緩衝IC或低值串聯電阻（例如，33-100Ω）有助於匹配阻抗並減少反射。
• 刷新率：總更新時間為（LED數量 * 24位元 * 1.2 µs）+ 重置時間。對於100顆LED的鏈路，約為~2.88 ms + ~0.05 ms = ~2.93 ms，允許刷新率超過300 Hz，這對於大多數視覺應用已足夠。

9. 技術比較與差異化

與分立式解決方案（分離的RGB LED + 外部恆流驅動器或電阻 + 多工邏輯）相比，61-236-IC提供了顯著優勢：

• 元件數量減少：將三個LED及其驅動器整合到一個封裝中，節省PCB空間和組裝成本。
• 控制簡化：單線串聯協定大幅降低了MCU GPIO的需求——只需一個接腳即可控制數百個LED，而基本的PWM控制每個RGB LED需要三個接腳。
• 整合電流控制：為每個LED晶片提供穩定、受調節的電流，確保一致的亮度和色彩，不受個別LED之間微小順向電壓 (Vf) 變化的影響。這消除了對限流電阻的需求以及相關的功率損耗。
• 同步更新：全域鎖存/重置功能實現了整個顯示器上完全同步的色彩變化，這在採用多工分立式LED時不易實現。

權衡之處在於每個像素的單位成本稍高，並且依賴於特定的通訊協定。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 我可以將這些LED串聯多少顆？

規格書中沒有指定嚴格的電氣限制。實際限制取決於： 1.資料時序：通過多個元件的累積傳播延遲。對於非常長的鏈路（>500-1000顆），資料訊號可能會衰減，需要訊號調節或分段。 2.電源分配：確保鏈路中每個元件有足夠的電壓（5V）需要謹慎設計電源匯流排，並設置多個注入點。 3.刷新率要求：LED越多，幀更新時間越長，如果刷新率低於60-100 Hz（對於動態內容），可能會變得明顯。

10.2 我可以用3.3V微控制器驅動這些LED嗎？

規格書規定了最小高電位輸入電壓 (VIH) 為3.3V。來自微控制器的3.3V邏輯高電位剛好滿足此最小規格。然而，在規格的邊緣操作沒有留下雜訊餘裕。在連接短且受控的環境中，可能可以工作。為了可靠操作，特別是在較長的鏈路或嘈雜的環境中，強烈建議使用5V微控制器或電平轉換器（例如，簡單的MOSFET或專用IC）將3.3V訊號轉換為穩固的5V訊號。

10.3 為什麼有5mA電流限制？我可以增加亮度嗎？

5mA限制是由內部恆流驅動器的設計以及整合LED晶片的熱/電氣特性所設定。超過此絕對最大額定值可能會使驅動IC或LED晶粒過熱，導致流明衰減加速（隨時間變暗）或災難性故障。亮度應透過8位元PWM佔空比（0-255）來控制，而不是透過增加電流。對於更高的亮度需求，應選擇具有更高電流額定值的不同LED產品。

11. 實際應用範例

情境：設計一個短的可定址LED標誌。一位設計師正在創建一個帶有50個獨立可控RGB像素的小型標誌，用於顯示動畫和文字。

1. 元件選擇：選擇61-236-IC是因為其整合驅動器、廣視角帶來良好可見度，以及簡單的串聯控制。
2. PCB設計：PCB佈局包含50個P-LCC-6封裝的焊墊。資料線 (Din/Do) 從MCU連接器依次佈線到每個像素。使用較厚的5V電源層和地線層。在電源入口點附近放置一個100µF的大容量電容和幾個0.1µF的去耦電容。
3. 韌體：對MCU（例如，ARM Cortex-M或ESP32）進行編程，以產生精確的1.2 µs位元時序。一個緩衝陣列保存所有50個像素的24位元色彩值。韌體依次傳輸1200位元（50 * 24），然後是一個>50µs的低電位脈衝來鎖存資料。
4. 組裝：使用SMT設備按照指定的迴焊曲線放置元件。組裝後，通過發送各種色彩圖案來測試標誌，確保所有像素正確且同步響應。

此範例突顯了在多像素設計中使用整合驅動IC的效率。

12. 工作原理

61-236-IC基於一個直接的工作原理運作。內部包含一個移位暫存器和每個顏色通道的鎖存器。在Din接腳上接收到的串列資料流，根據訊號邊緣的時序被時脈輸入一個24位元移位暫存器。一旦檢測到重置脈衝，移位暫存器的內容就會並行傳輸到三個8位元保持鎖存器（紅、綠、藍各一個）。這些鎖存值直接控制三個獨立PWM產生器的佔空比。每個PWM產生器驅動連接到其相應LED晶片（紅、綠或藍）的恆流源。恆流源確保當PWM訊號為高電位時，LED接收到穩定的5mA電流，不受LED順向電壓微小變化的影響。每個點上三個PWM調變的原色組合產生了所需的混合色彩。資料同時被移位輸出到Dout接腳，允許相同的資料流以最小延遲傳播到鏈路中的下一個元件。

13. 技術趨勢

像61-236-IC這樣的元件代表了可定址RGB LED領域中成熟且廣泛採用的方法。該領域的趨勢是朝向更高的整合度和更智慧的功能：

• 更高位元深度：從每通道8位元（256級）轉向10位元、12位元甚至16位元PWM，以實現更平滑的色彩漸變和專業級的色彩準確度，特別是在高階顯示器和建築照明中。
• 整合記憶體與圖案：一些較新的驅動器包含內建記憶體，用於儲存預先編程的照明圖案或動畫，將此任務從主控制器卸載，並實現獨立運作。
• 更高資料速率與協定：採用更快、更穩健的串列通訊協定（如SDI，它是差動式的），以支援更長的纜線長度、更高的像素數量和適合高速視訊的刷新率。
• 提升效率與熱管理：開發效率更高的驅動器，以減少功率損耗產生的熱量，從而允許更亮的LED或更密集的封裝。這包括封裝本身內部的先進熱設計。
• 擴展色域：整合超越RGB的額外LED顏色，例如白光 (W)、琥珀光 (A) 或萊姆光 (L)，以創建RGBW或RGBAW模組，能夠產生更廣泛的色彩範圍，包括更自然的白色和粉彩色。

整合控制與串列通訊的核心原則仍然是基礎，但其實現方式持續演進，以追求更高的性能和新的應用。