ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S LED Datenblatt - Gehäuse 7.0x?x?mm - Spannung 2,95-3,95V - Leistung 3,85W - Kaltweiß 4000-5000K - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S ist eine leistungsstarke, oberflächenmontierbare LED, die für Anwendungen konzipiert ist, die hohe Lichtausbeute in kompakter Bauform erfordern. Dieses Bauteil nutzt InGaN-Chip-Technologie, um kaltweißes Licht mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) im Bereich von 4000K bis 5000K zu erzeugen. Das zentrale Designprinzip liegt in der Erzielung hoher optischer Effizienz in einem kleinen Gehäuse, was es für platzbeschränkte, aber anspruchsvolle Beleuchtungslösungen geeignet macht.

Die Kernvorteile dieser LED umfassen einen typischen Lichtstrom von 220 Lumen bei einem Durchlassstrom von 1000 mA, was einer optischen Effizienz von etwa 60,27 Lumen pro Watt entspricht. Sie verfügt über einen robusten ESD-Schutz gemäß JEDEC JS-001-2017 (Human Body Model) Standard für bis zu 8 kV, was die Zuverlässigkeit bei Handhabung und Montage erhöht. Das Bauteil ist vollständig konform mit RoHS, REACH und halogenfreien Richtlinien und erfüllt damit moderne Umwelt- und Sicherheitsstandards.

Der Zielmarkt für diese Komponente ist breit gefächert und umfasst Unterhaltungselektronik, professionelle Beleuchtung und Automotive-Anwendungen. Ihr hohes Helligkeits- und Effizienzprofil macht sie besonders gut geeignet für Einsätze, bei denen sowohl Leistung als auch Miniaturisierung entscheidend sind.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Betriebsbedingungen.

• DC-Durchlassstrom (Dauerbetrieb): 350 mA. Dies ist der maximal empfohlene Dauerstrom für den Langzeitbetrieb.
• Spitzenpulsstrom: 1000 mA. Dieser Wert gilt unter spezifischen Pulsbedingungen (400 ms ein, 3600 ms aus, für 30000 Zyklen), typisch für Kamerablitzanwendungen.
• ESD-Festigkeit (HBM): 8000 V. Dieser hohe Schutzgrad schützt die LED vor elektrostatischen Entladungen während der Fertigung und Handhabung.
• Sperrspannung: Hinweis 1. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass diese LEDs nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt sind. Das Anlegen einer Sperrspannung kann zu sofortigem Ausfall führen.
• Sperrschichttemperatur (Tj): 125 °C. Die maximal zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht.
• Betriebs- & Lagertemperatur: -40°C bis +85°C bzw. -40°C bis +100°C, was auf eine hohe Umgebungstoleranz hinweist.
• Löttemperatur: 260 °C. Dies ist die Spitzentemperatur, die während Reflow-Lötprozessen zulässig ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2): 120 Grad. Dieser weite Abstrahlwinkel kennzeichnet ein nahezu lambertisches Abstrahlverhalten und sorgt für breite, gleichmäßige Ausleuchtung.
• Verlustleistung (Pulsbetrieb): 3,85 W. Die maximale Leistung, die das Gehäuse unter Pulsbedingungen aufnehmen kann.
• Thermischer Widerstand (Rth): 8,5 °C/W. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design. Er gibt den Temperaturanstieg pro Watt Verlustleistung von der Sperrschicht zur Lötstelle oder zum Gehäuse an.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter typischen Bedingungen (TLötstelle = 25°C) gemessen und repräsentieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstrom (Iv): Minimum 180 lm, Typisch 220 lm bei IF=1000mA. Die Messtoleranz beträgt ±10%.
• Flussspannung (VF): Liegt im Bereich von 2,95V bis 3,95V bei 1000mA, mit einer Messtoleranz von ±0,1V. Die tatsächliche VF wird gebinnt, wie in Abschnitt 3 detailliert.
• Farbtemperatur (CCT): 4000K bis 5000K, definiert den kaltweißen Bereich.
• Farbwiedergabeindex (CRI): ≥80. Dies deutet auf eine gute Farbwiedergabe hin, geeignet für Allgemeinbeleuchtung, bei der Farbgenauigkeit wichtig ist.
• Alle elektrischen und optischen Daten werden unter einer 50ms-Pulsbedingung getestet, um Selbsterwärmungseffekte zu minimieren und konsistente, vergleichbare Messungen zu liefern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Helligkeit, Spannung und Farbe erfüllen.

3.1 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird in drei Bins kategorisiert, identifiziert durch einen 4-stelligen Code (z.B. 2932, 3235, 3539). Der Code repräsentiert die minimale und maximale Spannung in Zehntel Volt.

• Bin 2932: VF = 2,95V bis 3,25V
• Bin 3235: VF = 3,25V bis 3,55V
• Bin 3539: VF = 3,55V bis 3,95V

Die spezifische Artikelnummer "KB4050J5J7293910" zeigt an, dass das Spannungs-Bin "29" ist, was dem 2932-Bin (2,95V min) entspricht.

3.2 Binning des Lichtstroms

Der Lichtstrom wird mit einem Buchstaben-Zahlen-Code gebinnt (z.B. J5, J6, J7).

• Bin J5: Iv = 180 lm bis 200 lm
• Bin J6: Iv = 200 lm bis 250 lm
• Bin J7: Iv = 250 lm bis 300 lm

Die Artikelnummer spezifiziert "J5", was sie in das 180-200 lm Bin bei 1000mA einordnet.

3.3 Binning der Farbkoordinaten (Farbe)

Die Farbe wird im CIE 1931-Farbraumdiagramm definiert. Die Artikelnummer enthält "4050", was sich auf ein spezifisches Farb-Bin innerhalb des 4000K-5000K CCT-Bereichs bezieht. Das Datenblatt liefert die Eckkoordinaten (CIE-x, CIE-y) dieses Bins: (0,344, 0,336), (0,347, 0,375), (0,389, 0,403) und (0,376, 0,355). Die Messtoleranz für Farbkoordinaten beträgt ±0,01. Farb-Bins werden bei IF=1000mA definiert.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Relative spektrale Verteilung

Die spektrale Leistungsverteilungskurve zeigt einen dominanten Peak bei der Wellenlänge (λp) im blauen Bereich (typischerweise um 450-455nm für eine phosphorkonvertierte weiße LED), mit einer breiten Sekundäremission im gelben/grünen/roten Bereich vom Phosphor. Diese Kombination erzeugt das kaltweiße Licht. Die Kurve bestätigt die CRI ≥80-Aussage, da das Spektrum signifikante Emission über den gesamten sichtbaren Bereich aufweist und nicht nur schmale Peaks.

4.2 Typische Abstrahlcharakteristiken

Die polaren Abstrahldiagramme für horizontale und vertikale Ebene bestätigen die lambertische Verteilung mit einem 120-Grad-Abstrahlwinkel. Die relative Lichtstärke ist in beiden Ebenen nahezu identisch, was auf symmetrische Abstrahlung hindeutet – ideal für gleichmäßige Flächenbeleuchtung.

4.3 Flussspannung in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen VF und IF. Mit steigendem Strom von 0 auf 1200 mA steigt die Flussspannung. Die Kurve ist für das Treiberdesign essenziell, da sie hilft, die erforderliche Versorgungsspannung und Verlustleistung bei verschiedenen Betriebsströmen zu bestimmen.

4.4 Relativer Lichtstrom in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Lichtausbeute vom Treiberstrom. Der Lichtstrom steigt aufgrund von Effizienzabfall und Sperrschichterwärmung sublinear mit dem Strom, selbst bei Pulsmessung. Die Kurve ist entscheidend für Anwendungen wie Kamerablitze, bei denen die Maximierung der Lichtausbeute in einem kurzen Puls entscheidend ist.

4.5 Farbtemperatur in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Die CCT variiert mit dem Treiberstrom. Sie kann je nach Verhalten des Phosphorsystems mit Stromdichte und Temperatur leicht ansteigen oder abfallen. Dieses Diagramm ist wichtig für Anwendungen, die eine stabile Farbtemperatur über verschiedene Helligkeitseinstellungen hinweg erfordern.

Hinweis: Alle Korrelationsdaten werden unter optimalem Wärmemanagement auf einer 1cm² Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) getestet, was die Bedeutung der Kühlung für das Erreichen der Datenblattleistung unterstreicht.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED wird in einem oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäuse geliefert. Während die genauen Längen- und Breitenmaße aus der Zeichnung im bereitgestellten Text nicht vollständig spezifiziert sind, lautet der Gehäusetyp ELAT07. Die Zeichnung enthält kritische Abmessungen wie Pad-Größen, Platzierung und Gesamtumriss, mit Standardtoleranzen von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein korrektes Pad-Design auf der Leiterplatte ist für zuverlässiges Löten, mechanische Stabilität und optimale thermische und elektrische Leistung unerlässlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Löten

Die maximal zulässige Löttemperatur beträgt 260°C, und das Bauteil kann maximal 3 Reflow-Zyklen überstehen. Es sollten Standard-bleifreie Reflow-Profile mit einer Spitzentemperatur unter 260°C verwendet werden. Die JEDEC Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist als Stufe 1 eingestuft, was bedeutet, dass das Bauteil eine unbegrenzte Lagerdauer bei ≤30°C/85% rF hat und ohne Trockenverpackung gelagert werden kann. Es muss jedoch vor dem Reflow 168 Stunden bei 85°C/85% rF konditioniert werden, was ein Standard-Vorbehandlungstest ist.

6.2 Wärmemanagement

Mit einem thermischen Widerstand (Rth) von 8,5 °C/W ist eine effektive Kühlung zwingend erforderlich, insbesondere beim Betrieb mit hohen Strömen wie 1000 mA. Das Datenblatt stellt fest, dass alle Zuverlässigkeitstests mit einer 1,0 cm² MCPCB durchgeführt werden. Für optimale Lebensdauer und Leistung sollte die Sperrschichttemperatur so niedrig wie möglich gehalten werden, und der Betrieb bei der maximalen Sperrschichttemperatur von 125°C sollte für Perioden von mehr als einer Stunde vermieden werden. Die Verlustleistung muss berechnet (Pd = VF * IF) und entsprechend gemanagt werden.

6.3 Handhabung und Lagerung

Die Lagertemperatur reicht von -40°C bis +100°C. Trotz des integrierten 8kV-ESD-Schutzes sollten während der Handhabung Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen befolgt werden, aufgrund der empfindlichen Halbleiterstruktur.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert. Sie sind in Trägerbändern verpackt, mit einer Standardmenge von 2000 Stück pro Rolle. Die Mindestbestellmenge beträgt 1000 Stück. Die Produktkennzeichnung auf der Rolle enthält mehrere Schlüsselfelder: Kundenspezifische Artikelnummer (CPN), Hersteller-Artikelnummer (P/N), Losnummer, Packmenge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstrom (CAT), Farbe (HUE) und Flussspannung (REF). Die MSL-Stufe ist ebenfalls angegeben. Die Abmessungen von Trägerband und Rolle sind in Millimetern in den Datenblattzeichnungen angegeben.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Mobiltelefon-Kamerablitz/Stroboskop: Die hohe Pulsstromfähigkeit (1000 mA) und der hohe Lichtstrom machen diese LED ideal für Kamerablitzanwendungen, die helle Ausleuchtung für Fotografie bieten.
• Taschenlampe für Digitalvideo: Kann als konstantes oder variabel helles Videolicht verwendet werden.
• Allgemeine Innenraumbeleuchtung: Geeignet für Einbauleuchten, Panel-Leuchten und andere Leuchten, die eine kompakte, leistungsstarke Lichtquelle benötigen.
• Hintergrundbeleuchtung: Für TFT-LCD-Displays, die hohe Helligkeit erfordern.
• Automobilbeleuchtung: Für Innenraumkartenleseleuchten, Dome-Lights oder externe Zusatzleuchten, vorausgesetzt, spezifische Automotive-Qualifikationsstandards werden erfüllt.
• Dekorative und Architekturbeleuchtung: Für Akzentbeleuchtung, Stufenlichter und Orientierungsmarkierungen.

8.2 Designüberlegungen

• Treiberauswahl: Wählen Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber, der mit dem Flussspannungsbereich (2,95V-3,95V) kompatibel ist und den erforderlichen Strom liefern kann (z.B. 350 mA Dauerstrom, 1000 mA Pulsstrom).
• Leiterplattenlayout: Stellen Sie sicher, dass die Leiterplattenpads den Datenblattempfehlungen entsprechen. Verwenden Sie eine wärmeleitende Leiterplatte (wie MCPCB oder FR4 mit Wärmevias) und ausreichende Kupferfläche, um Wärme effektiv abzuführen. Der Wärmepfad von den LED-Lötstellen zum Kühlkörper muss einen niedrigen Widerstand aufweisen.
• Optisches Design: Der 120-Grad-Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern, um das gewünschte Lichtprofil für spezifische Anwendungen wie Spotlights oder Blitzlichter zu erreichen.
• Elektrischer Schutz: Obwohl die LED einen hohen ESD-Schutz hat, ist der Einbau von Transientenspannungsunterdrückungsdioden (TVS) oder anderen Schutzschaltungen auf der Leiterplatte eine gute Praxis für Robustheit in rauen Umgebungen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während ein direkter Vergleich mit anderen Modellen in diesem Datenblatt nicht bereitgestellt wird, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED abgeleitet werden:

• Hohe Effizienz im kleinen Gehäuse: 60,27 lm/W bei 1A ist eine wettbewerbsfähige Effizienz für eine hochstromfähige SMD-LED.
• Robuster ESD-Schutz: 8 kV HBM-Schutz ist höher als bei vielen Standard-LEDs und verbessert die Zuverlässigkeit.
• Umfassendes Binning: Enges Binning bei Lichtstrom, Spannung und Farbe gewährleistet Konsistenz in Produktionschargen, was für Multi-LED-Arrays, bei denen Gleichmäßigkeit wichtig ist, entscheidend ist.
• Hoher CRI verfügbar: Ein CRI ≥80 wird angeboten, was vorteilhaft für Beleuchtungsanwendungen ist, bei denen Farbqualität wichtig ist, im Vergleich zu typischen 70-CRI-LEDs.
• Pulsleistung: Charakterisiert und spezifiziert für hohe Pulsströme, was sie für Blitzanwendungen maßgeschneidert macht.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED mit 1000 mA kontinuierlich betreiben?

A: Nein. Der absolute Maximalwert für den DC-Durchlassstrom (Dauerbetrieb) beträgt 350 mA. Der 1000 mA-Wert gilt nur für Pulsbetrieb (400 ms ein, 3600 ms aus). Dauerbetrieb mit 1000 mA würde die Verlustleistungs- und Sperrschichttemperaturgrenzen überschreiten und zu schnellem Leistungsabfall oder Ausfall führen.

F2: Was bedeutet der Code "KB4050J5J7293910" in der Artikelnummer?

A: Es ist ein Binning-Code, der die Leistungsmerkmale des Bauteils spezifiziert: "4050" = Farb-Bin (innerhalb 4000-5000K), "J5" = Lichtstrom-Bin (180-200 lm), "29" = Flussspannungs-Bin (2,95-3,25V). "3910" kann sich auf andere produktspezifische Codes beziehen.

F3: Benötige ich einen Kühlkörper für diese LED?

A: Unbedingt, insbesondere beim Betrieb nahe der Maximalwerte. Der thermische Widerstand von 8,5°C/W bedeutet, dass pro Watt Verlustleistung die Sperrschichttemperatur um 8,5°C über der Lötstellentemperatur ansteigt. Ohne ordnungsgemäße Kühlung wird die Sperrschichttemperatur schnell die 125°C-Grenze überschreiten, was Lebensdauer und Lichtausbeute reduziert.

F4: Ist eine Verpolungsschutzschaltung notwendig?

A: Ja. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass die LED nicht für Sperrspannung ausgelegt ist. Das versehentliche Anlegen einer Sperrspannung, selbst einer kleinen, kann sofortigen und katastrophalen Ausfall verursachen. Ihre Treiberschaltung sollte Schutz dagegen enthalten.

F5: Wie stabil ist die Farbe über Zeit und Temperatur?

A: Das Datenblatt garantiert Zuverlässigkeit für 1000 Stunden mit weniger als 30% Lichtstromdegradation unter spezifizierten Testbedingungen. Farbverschiebung über die Lebensdauer ist ein häufiges Phänomen bei weißen LEDs, wird aber in den bereitgestellten Daten nicht quantifiziert. Richtiges Wärmemanagement ist der Schlüssel zur Minimierung von Farbverschiebungen über die Zeit.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Design eines Hochleistungs-Mobiltelefon-Kamerablitzes

Ein Designer entwickelt einen Dual-LED-Blitz für ein Smartphone. Er wählt die ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S aufgrund ihrer hohen Pulsausgangsleistung und kleinen Größe. Der Designprozess umfasst:

1. Treiberschaltung: Auswahl eines kompakten, hocheffizienten Schaltmodus-Kondensatorlade-ICs, der in der Lage ist, 1000 mA-Pulse an zwei in Reihe geschaltete LEDs zu liefern (Gesamt-Vf ~6-8V).

2. Leiterplattenlayout: Design einer dedizierten kleinen MCPCB oder einer FR4-Subplatine mit dicker Kupferschicht für die LEDs, die als Kühlkörper dient. Die LEDs werden mit ausreichendem Abstand platziert, um thermische Übersprecheffekte zu vermeiden.

3. Thermische Analyse: Modellierung des Temperaturanstiegs während einer Blitzsequenz. Bei einem 400 ms-Puls wird die Sperrschichttemperatur ansteigen. Das Design muss sicherstellen, dass sie über mehrere Blitze hinweg innerhalb der Grenzen bleibt.

4. Optik: Kombination jeder LED mit einer kleinen, effizienten TIR-Linse (Totalreflexion), um das 120-Grad-Licht in einen breiteren, gleichmäßigeren Strahl für die Fotografie zu kollimieren und Hotspots zu vermeiden.

5. Test: Überprüfung der Lichtausbeute, Farbtemperaturkonsistenz zwischen den beiden LEDs (unter Verwendung eng gebinnter Bauteile) und der Blitzwiederholzeit unter verschiedenen Batteriebedingungen.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Flussspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Chips und emittieren Photonen. Die primäre Emission des InGaN-Chips liegt im blauen Wellenlängenbereich. Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Schicht aus Phosphormaterial (typischerweise Yttrium-Aluminium-Granat dotiert mit Cer, oder YAG:Ce), die auf oder nahe dem Chip abgeschieden ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als breites Spektrum von gelbem Licht neu. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von Blau zu Gelb und die spezifische Phosphorzusammensetzung bestimmen die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI).

13. Technologietrends

Die Entwicklung von LEDs wie der ELAT07-Serie folgt mehreren wichtigen Branchentrends:

Erhöhte Effizienz (lm/W): Laufende Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der internen Quanteneffizienz des blauen Chips und der Konversionseffizienz von Phosphoren, um Lumen pro Watt weiter zu steigern und den Energieverbrauch zu reduzieren.

Höhere Leistungsdichte: Das Bestreben, mehr Licht aus kleineren Gehäusen zu erzeugen, setzt sich fort und erfordert Fortschritte bei Wärmeleitmaterialien und Gehäusedesign, um Wärme effektiver abzuführen.

Verbesserte Farbqualität und Konsistenz: Trends umfassen die Bewegung zu höheren CRI-Werten (90+), bessere Farbgleichmäßigkeit über Chargen hinweg und stabilere Farbe über Treiberstrom und Temperatur (Reduzierung der CCT-Verschiebung).

Erhöhte Zuverlässigkeit: Verbesserungen bei Materialien (Epoxidharz, Phosphor, Die-Attach) und Gehäusedichtung erhöhen Lebensdauer und Lumen-Erhalt, insbesondere unter Hochtemperatur-Betriebsbedingungen.

Integration: Es gibt einen Trend zur Integration mehrerer LED-Chips, Treiber und manchmal Steuerschaltungen in einzelne Module oder Gehäuse, um die Endproduktmontage zu vereinfachen.