集成驱动器的SMD RGB LED - 3.2x2.8x1.9mm - 5V - 88mW - 红/绿/蓝 - 英文数据手册

1. 产品概述

本文档详述了一款专为自动化印刷电路板组装而设计的微型表面贴装LED元件的规格。该器件将三个独立的LED芯片（红、绿、蓝）以及一个8位驱动集成电路集成于单个封装内。这种集成实现了对各颜色通道的精确独立控制，使其适用于需要动态混色和高分辨率亮度调节的应用。该元件以行业标准的8毫米载带提供，卷绕在7英寸卷盘上，便于大批量自动化贴装。

1.1 特性

• 符合RoHS环保指令。
• 采用高效的AlInGaP（红）和InGaN（绿、蓝）半导体材料，实现卓越亮度。
• 集成8位驱动IC为三个颜色通道（红、绿、蓝）中的每一个提供256级不同的亮度。
• 不低于800 kHz的高数据扫描频率确保了流畅的色彩过渡和刷新率。
• 采用8毫米载带包装，兼容标准自动化贴片设备。
• 兼容红外回流焊接工艺，适用于无铅组装。
• 逻辑电平输入兼容，便于与微控制器和数字逻辑电路连接。

1.2 应用

该器件专为空间、自动化组装和精确色彩控制至关重要的各类电子设备而设计。主要应用领域包括：

• 背光： 消费电子产品、办公自动化设备和家用电器中的键盘、按键及装饰面板照明。
• 状态指示灯： 电信、网络和工业控制设备中的多色状态与信号指示灯。
• Micro-Displays & Signage: 用于信息显示、符号照明和装饰照明的低分辨率像素元件。

2. 技术参数：深入客观解读

2.1 绝对最大额定值

这些数值定义了器件的应力极限，超过此极限可能导致永久性损坏。不保证在此条件下运行。

• Power Dissipation (P_D): 88 毫瓦。这是该封装能够以热量形式耗散的最大总功率。超过此限制可能导致内部集成电路和发光二极管芯片过热。
• 集成电路电源电压 (V_DD): +4.2V 至 +5.5V。集成驱动电路需要在此范围内的稳定电源以确保可靠运行。超出此范围的电压可能导致故障或损坏。
• 总正向电流 (I_F): 16 mA 直流。这是可以同时提供给所有三个LED通道的最大电流总和。
• 工作温度 (T_op): -20°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内正常工作。
• 存储温度 (T_stg): -30°C 至 +85°C。
• 焊接温度： 可承受 260°C 高温 10 秒，符合典型的无铅回流焊温度曲线。

关键设计注意事项： 嵌入式集成电路在运行过程中会产生热量。为确保长期可靠性，必须设计良好的PCB热管理系统（例如，足够的覆铜区域、散热过孔），以使LED焊盘处的温度维持在85°C以下。

2.2 电光特性

测量环境温度 (T_a在25°C、V_DD=5V且所有颜色通道设置为最大亮度（数据 = 8'b11111111）的条件下。

• 发光强度（I_V):
  • 红色（AlInGaP）：71.0 - 180.0 mcd（毫坎德拉）
  • 绿色 (InGaN): 180.0 - 355.0 mcd
  • 蓝色 (InGaN): 35.5 - 71.0 mcd
  给定单元的具体光强由其分级代码决定（参见第4节）。
• 视角 (2θ_1/2): 120度。这是光强降至其轴向峰值一半时的全角，表明其具有适用于区域照明的宽泛、漫射型发光模式。
• 主波长 (λ_d):
  • 红色：620.0 - 628.0 nm
  • 绿色：522.0 - 530.0 nm
  • 蓝色：464.0 - 472.0 nm
  此参数定义了光的感知颜色，同样需要进行分档。
• IC 输出电流 (I_F 每通道)： 通常在V_DD=5V驱动下，每个颜色通道的电流为5 mA。_DD这是内部驱动器为每个LED设定的恒定电流。
• IC静态电流 (I_Q)_DD): 通常在所有LED数据设置为“0”（关闭状态）时为0.8 mA。这是驱动器IC本身在未主动点亮LED时所消耗的功率。

2.3 Digital Interface & Timing

该器件采用单线串行数据协议接收24位数据（红、绿、蓝每个通道各8位）。

• 逻辑电平：
  • 高电平输入电压 (V_IH): ≥ 3.0V
  • 低电平输入电压 (V_IL): ≤ 0.3 * V_DD
• 数据时序 (T_H + T_L = 1.2 µs ± 300ns):
  • Bit '0': High time (T_0H) = 300ns ±150ns, Low time (T_0L) = 900ns ±150ns。
  • 比特‘1’： High time (T_1H) = 900ns ±150ns，低电平时间 (T_1L) = 300ns ±150ns。
• 锁存时间 (LAT): 数据线上持续时间超过250微秒的低电平脉冲标志着一个数据帧的结束。IC会锁存（存储）接收到的24位数据，并相应地更新LED输出。在此锁存期间，不应进行任何数据传输。

数据流: 数据通过DIN引脚串行移入。在接收到24位数据后，一个锁存命令会更新内部寄存器。随后，数据通过DOUT引脚传出，从而允许从单个微控制器引脚将多个设备以菊花链形式连接。

3. 分级系统说明

为确保生产中的颜色与亮度一致性，器件会按性能进行分档。两个关键参数被用于分档：发光强度和主波长。

3.1 发光强度分级

每个颜色通道单独分档，各档内允许±15%的容差。

• 红色： 分档 Q1 (71.0-90.0 mcd), Q2 (90.0-112.0 mcd), R1 (112.0-140.0 mcd), R2 (140.0-180.0 mcd).
• 绿色： 分档 S1 (180.0-224.0 mcd), S2 (224.0-280.0 mcd), T1 (280.0-355.0 mcd).
• 蓝色： 分档 N2 (35.5-45.0 mcd), P1 (45.0-56.0 mcd), P2 (56.0-71.0 mcd)。

3.2 主波长（色调）分档

此分档确保了精确的色坐标点。每个档内的容差为 ±1 nm。

• 红色： 档位U（620.0-624.0纳米），档位V（624.0-628.0纳米）。
• 绿色： 档位P（522.0-526.0纳米），档位Q（526.0-530.0纳米）。
• 蓝色： 档位C（464.0-468.0纳米），档位D（468.0-472.0纳米）。

设计影响： 对于需要在多个单元间保持颜色一致性的应用，建议指定严格的色容差代码或从同一生产批次中采购。

4. Mechanical & Package Information

4.1 器件尺寸与引脚排列

该元件占板面积紧凑。关键尺寸包括主体尺寸约为3.2mm x 2.8mm，高度为1.9mm。除非另有说明，公差通常为±0.15mm。

引脚配置：

1. V_DD: 集成驱动IC的电源输入（+4.2V 至 +5.5V）。
2. DIN： 串行数据输入。RGB通道的控制数据通过此引脚移入。
3. V_SS: 接地。
4. DOUT： 串行数据输出。用于多设备级联；在内部延迟后输出从DIN接收到的数据。

4.2 推荐的PCB焊盘图案

提供建议的焊盘布局，以确保焊接可靠性和机械稳定性。该设计通常包含散热连接和足够的焊盘尺寸，以促进回流焊过程中形成良好的焊点。

5. Assembly & Handling Guidelines

5.1 焊接工艺

本器件兼容使用无铅焊料的红外回流焊接工艺。建议的最高本体峰值温度为260°C，且此温度持续时间不应超过10秒。应遵循针对湿敏元件（MSL）的标准回流曲线。

5.2 清洁

若组装后需进行清洁，请将组装好的电路板在室温下浸入乙醇或异丙醇中，时间不超过一分钟。使用未指定或强效的化学清洁剂可能会损坏LED封装材料。

5.3 静电放电 (ESD) 防护措施

集成电路和LED芯片对静电放电敏感。在操作和组装过程中必须采取适当的ESD防护措施：

• 操作人员应佩戴接地腕带或防静电手套。
• 所有工作站、工具和设备必须正确接地。
• 在ESD防护包装中存储和运输元器件。

5.4 储存条件

• 密封防潮袋 (MBB): 在≤30°C和≤90%相对湿度(RH)条件下储存。当袋内装有干燥剂时，自封袋之日起保质期为一年。
• 开袋后： 若非立即使用，组件应储存在不超过30°C和60%相对湿度的环境中。开袋后如需长期储存，在回流焊前可能需要按照标准IPC/JEDEC湿度敏感等级程序进行烘烤。

6. 包装与订购

6.1 卷带包装规格

本器件为自动化组装提供：

• 载带宽度： 8毫米。
• 卷盘直径： 7英寸（178毫米）。
• 每卷数量： 4000 件。
• 最小起订量 (MOQ)： 剩余数量为500件。
• 袋口密封： 元件袋采用顶盖胶带密封。
• 缺失元件： 根据规范，最多允许连续两个空位。
• 标准： 包装符合 ANSI/EIA-481 规范。

7. Application Notes & 设计考量

7.1 典型应用电路

典型实现方案是将微控制器的通用输入/输出（GPIO）引脚连接到串联LED中第一颗的DIN引脚。第一颗LED的DOUT引脚连接到下一颗的DIN引脚，依此类推。因此，单个GPIO引脚即可控制一长串LED。必须为V_DD 引脚，每个器件或一小簇器件附近应放置一个本地旁路电容器（例如100nF）。

7.2 热管理

如额定值部分所强调，热设计至关重要。PCB应使用连接到地（V_SS焊盘起到散热器的作用。器件下方的散热过孔有助于将热量传递到内层或底层。对于高亮度或高占空比工作模式，需监控焊盘温度，确保其保持在85°C以下。

7.3 数据信号完整性

对于长距离菊花链或在电气噪声较大的环境中，请考虑以下事项：

• 尽可能缩短数据线长度。
• 避免让数据线与高电流或开关走线平行布线。
• 在微控制器输出引脚附近串联一个小电阻（例如33-100 Ω）有助于减少数据线上的振铃现象。
• 确保微控制器能够生成协议所要求的精确1.2微秒位时序。

7.4 电源时序与浪涌电流

当为一条长LED灯链上电时，内部驱动IC的同时开启可能导致VCC线上出现瞬态浪涌电流尖峰。_DD 电源和PCB走线必须设计得当，以承受此电流而不产生显著的电压跌落。在大型阵列中，可能需要使用缓启动电路或错开使能不同灯链。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

8.1 我可以用3.3V微控制器驱动这个LED吗？

可以，但需谨慎。其高电平输入电压（V_IH）要求最低为3.0V。3.3V的逻辑高电平满足此规格。但是，您必须确保电源（V_DD）仍在其规定的4.2V至5.5V范围内。LED驱动IC本身需要5V供电，因此不能使用3.3V为其供电。

8.2 DOUT引脚的作用是什么？

DOUT引脚支持菊花链连接。该IC在内部缓冲输入的串行数据，并在固定延迟后将其输出。这使得来自微控制器的单条数据线能够驱动无限多个串联的LED，因为每个器件都会将数据流传递给下一个。

8.3 如何计算总功耗？

总功耗是LED功耗与IC静态功耗之和。
LED功耗（最大值）： (V_DD * 我_{F_Red}) + (V_DD * 我_{F_Green}) + (V_DD * 我_{F_Blue}) ≈ 5V * (5mA+5mA+5mA) = 75mW.
IC Quiescent Power: V_DD * 我_DD ≈ 5V * 0.8mA = 4mW。
近似总功耗（全开）： 79mW，低于最大功耗88mW。请注意，这是在全亮度下的功耗。较低的亮度设置将消耗更少的功率。

8.4 为什么最小锁存时间为250µs？

锁存时间（LAT）是一个复位周期。超过250微秒的低电平信号告知集成电路当前24位数据帧已结束，应更新其输出寄存器。该机制确保了控制器与LED灯链之间的可靠同步，防止损坏的数据被显示出来。