ELCS17G-NB5060K5K8334316-F6Z LED Datenblatt - Gehäuse 1,7mm - Spannung 2,95-3,95V - Lichtstrom 540lm - Kaltweiß 5000-6000K - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELCS17G-NB5060K5K8334316-F6Z ist eine hochhelle, oberflächenmontierbare LED für Anwendungen, die effiziente und kompakte Beleuchtung erfordern. Sie gehört zu einer Serie, die sich durch eine kleine Bauform bei gleichzeitig hoher optischer Leistung auszeichnet. Das Bauteil nutzt InGaN-Chip-Technologie zur Erzeugung von kaltweißem Licht. Die primären Designziele sind hohe Lichtausbeute bei minimaler Gehäusegröße, was sie für platzbeschränkte elektronische Baugruppen prädestiniert.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der Hauptvorteil dieser LED ist ihre hohe optische Effizienz von typisch 87,66 lm/W unter Standardbedingungen. Diese Effizienz bedeutet geringeren Stromverbrauch bei gegebener Lichtleistung. Das Bauteil ist RoHS-konform, halogenfrei und erfüllt die EU-REACH-Verordnung, was es für globale Märkte mit strengen Umweltstandards geeignet macht. Primäre Zielanwendungen sind Blitzlichter für Mobiltelefonkameras, Taschenlampen für digitale Videoausrüstung, TFT-Hintergrundbeleuchtung, verschiedene Innen- und Außenbeleuchtungskörper, dekorative Beleuchtung sowie Autoinnen- und -außenbeleuchtung. Die Kombination aus hohem Lichtstrom und einem weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad bietet Designflexibilität für fokussierte und diffuse Beleuchtungsanforderungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wesentlichen elektrischen, optischen und thermischen Parameter aus dem Datenblatt.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• DC-Durchlassstrom (Dauerbetrieb):350 mA. Dies ist der maximale kontinuierliche Gleichstrom, den die LED verkraften kann.
• Spitzenpulsstrom:2000 mA für 400 ms Pulse mit einer Pause von 3600 ms, begrenzt auf 30.000 Zyklen. Dieser Wert ist entscheidend für Blitz-/Stroboskopanwendungen.
• ESD-Festigkeit (Human Body Model):2000 V. Dies weist auf einen moderaten Grad an integriertem Schutz gegen elektrostatische Entladung hin.
• Sperrschichttemperatur (T_J):150 °C. Die maximal zulässige Temperatur der Halbleitersperrschicht.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40 °C bis +85 °C. Der Umgebungstemperaturbereich für zuverlässigen Betrieb.
• Thermischer Widerstand (R_th):9 °C/W. Dies ist ein kritischer Parameter, der den Temperaturanstieg pro Watt Verlustleistung darstellt. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine bessere Wärmeableitung von der Sperrschicht zur Lötstelle. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement ist für Leistung und Lebensdauer unerlässlich.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei einer Lötstellentemperatur (T_s) von 25°C. Alle elektrischen und optischen Daten werden unter einer 50 ms Pulsbedingung getestet, um Selbsterwärmungseffekte zu minimieren.

• Lichtstrom (I_v):480 lm (Min), 540 lm (Typ), 600 lm (Max) bei I_F= 1600 mA. Der typische Wert von 540 lm ist die zentrale Leistungsangabe.
• Durchlassspannung (V_F):2,95 V (Min), 3,45 V (Typ), 3,95 V (Max) bei I_F= 1600 mA. Die Streuung wird durch Spannungs-Binning verwaltet.
• Farbtemperatur (CCT):5000 K (Min), 5500 K (Typ), 6000 K (Max). Dies definiert das kaltweiße Farbbild.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad mit einer Toleranz von ±5°. Dieser weite Winkel erzeugt ein lambertstrahlerähnliches Abstrahlverhalten, das für Flächenbeleuchtung geeignet ist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Helligkeit, Spannung und Farbe erfüllen.

3.1 Binning der Durchlassspannung

LEDs werden bei I_F= 1600 mA in zwei Hauptspannungs-Bins gruppiert:

• Bin 2934: V_FBereich von 2,95 V bis 3,45 V.
• Bin 3439: V_FBereich von 3,45 V bis 3,95 V.

Die Auswahl von LEDs aus demselben Spannungs-Bin hilft, eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten, wenn mehrere Bauteile parallel geschaltet sind.

3.2 Binning des Lichtstroms

Die Helligkeit wird bei I_F= 1600 mA in vier Bins kategorisiert:

• Bin K5:480 lm bis 510 lm.
• Bin K6:510 lm bis 540 lm.
• Bin K7:540 lm bis 570 lm.
• Bin K8:570 lm bis 600 lm.

Die Artikelnummer weist auf ein K8-Bin hin, was bedeutet, dass sie aus der Gruppe mit der höchsten Helligkeit ausgewählt wurde.

3.3 Farbort-Binning (Farbe)

Das kaltweiße Licht ist innerhalb einer spezifischen Region im CIE-1931-Farbtafeld definiert. Das als \"5060\" bezeichnete Bin umfasst Farbtemperaturen von 5000K bis 6000K. Das Datenblatt liefert die Eckkoordinaten (CIE-x, CIE-y) dieses viereckigen Bins: (0,3200, 0,3613), (0,3482, 0,3856), (0,3424, 0,3211), (0,3238, 0,3054). Alle Farbmessungen haben eine Toleranz von ±0,01 und sind bei I_F= 1000 mA definiert.

4. Analyse der Kennlinien

Die typischen Kennlinien geben Aufschluss über das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 Relative spektrale Verteilung

Das Diagramm zeigt die Lichtleistung in Abhängigkeit von der Wellenlänge (λ) bei einem Betriebsstrom von 1000 mA. Für eine kaltweiße LED mit einem blauen InGaN-Chip und Phosphorbeschichtung zeigt das Spektrum typischerweise einen dominanten blauen Peak (vom Chip) und ein breiteres gelb-grünes Emissionsband (vom Phosphor). Die kombinierte Ausgabe ergibt weißes Licht. Die Spitzenwellenlänge (λ_p) und die spektrale Breite beeinflussen den Farbwiedergabeindex (CRI), obwohl CRI in diesem Datenblatt nicht explizit angegeben ist.

4.2 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (V_F-I_F-Kennlinie)

Diese Kennlinie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, jedoch mit abnehmender Rate. Das Verständnis dieser Kurve ist für den Entwurf der Stromtreiberschaltung, insbesondere für Konstantstromtreiber, unerlässlich, um sicherzustellen, dass die erforderliche Spannungsreserve verfügbar ist.

4.3 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Die Lichtleistung steigt mit dem Strom, jedoch nicht linear. Bei höheren Strömen sinkt die Effizienz typischerweise aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur und anderer nichtidealer Effekte (Droop). Die Kurve hilft, den optimalen Betriebsstrom für einen Ausgleich zwischen Helligkeit, Effizienz und Bauteillebensdauer zu bestimmen.

4.4 CCT vs. Durchlassstrom

Die Farbtemperatur kann sich leicht mit dem Betriebsstrom verschieben. Diese Kurve zeigt, wie sich der Weißpunkt (Kälte/Wärme) von niedrigem zu hohem Strom ändert, was für farbkritische Anwendungen wichtig ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist in einem oberflächenmontierbaren Gehäuse erhältlich. Die genauen Abmessungen sind in einer detaillierten Zeichnung auf Seite 8 des Datenblatts mit einer Toleranz von ±0,1 mm angegeben. Das Gehäuse enthält Anoden- und Kathodenmarkierungen für die korrekte Ausrichtung auf der Leiterplatte. Das Design der thermischen Anschlussfläche (falls vorhanden) und der gesamte Footprint sind entscheidend für eine effektive Wärmeableitung, was sich direkt auf den erreichbaren Lichtstrom und die Langzeitzuverlässigkeit auswirkt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Löten

Die LED ist für eine maximale Löttemperatur von 260°C ausgelegt und hält maximal 2 Reflow-Zyklen stand. Es ist entscheidend, das empfohlene Reflow-Profil einzuhalten, um thermischen Schock, Delamination oder Schäden an internen Bonddrähten und dem Phosphor zu verhindern.

6.2 Lagerung und Handhabung

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich. Es ist in einer feuchtigkeitsbeständigen Beutel mit Trockenmittel verpackt. Wichtige Lagerregeln sind:

• Den Beutel erst unmittelbar vor der Verwendung öffnen.
• Ungeöffnete Beutel bei ≤30°C / ≤90% r.F. lagern.
• Nach dem Öffnen die Bauteile innerhalb ihrer Auslagerungszeit (Expositionszeit) verwenden und bei ≤30°C / ≤85% r.F. lagern.
• Wenn die spezifizierten Lagerbedingungen oder -zeiten überschritten werden, ist vor dem Reflow eine Trocknungsvorbehandlung (60±5°C für 24 Stunden) erforderlich, um \"Popcorning\" (Gehäuserissbildung durch schnelle Dampfausdehnung) zu verhindern.

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil der JEDEC Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 1 entspricht, was eine unbegrenzte Auslagerungszeit bei ≤30°C/85% r.F. bedeutet.

6.3 Elektrischer Schutz

Ein wichtiger Hinweis besagt, dass die LED nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist. Obwohl sie über einen gewissen ESD-Schutz verfügt, werden externe strombegrenzende Widerstände empfohlen. Ohne ordnungsgemäße Stromregelung kann selbst eine kleine Spannungserhöhung zu einem großen, möglicherweise zerstörerischen Stromstoß führen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf geprägten Trägerbändern geliefert, die dann auf Spulen aufgewickelt sind. Die Standardmenge pro Spule beträgt 2000 Stück, mit einer Mindestbestellmenge von 1000 Stück. Die Produktkennzeichnung auf der Spule umfasst:

• CPN: Kundenspezifische Artikelnummer
• P/N: Hersteller-Artikelnummer (z.B. ELCS17G-NB5060K5K8334316-F6Z)
• LOT NO: Rückverfolgbare Fertigungslosnummer.
• QTY: Packungsmenge.
• CAT: Lichtstrom-Bin (z.B. K8).
• HUE: Farb-Bin (z.B. 5060).
• REF: Durchlassspannungs-Bin (z.B. 2934 oder 3439).
• MSL-X: Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe.

Detaillierte Abmessungen für das Trägerband und die Emitter-Spule sind im Datenblatt angegeben.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Mobilkamera-Blitz:Nutzen Sie die Fähigkeit zum hohen Spitzenpulsstrom (2000mA). Das Design muss die hohe Momentanleistung und die während kurzer Bursts erzeugte Wärme handhaben.
• Taschenlampe/DV-Licht:Kann mit niedrigeren Dauerströmen (z.B. 350mA oder darunter) für Dauerbetrieb betrieben werden. Das Wärmemanagement auf der Leiterplatte ist entscheidend.
• TFT-Hintergrundbeleuchtung:Der weite Abstrahlwinkel und die hohe Helligkeit sind vorteilhaft. Oft werden mehrere LEDs in Arrays verwendet, was eine sorgfältige Auswahl aus passenden Bins für gleichmäßige Helligkeit und Farbe erfordert.
• Allgemeine Beleuchtung:Geeignet für Akzent-, dekorative und Arbeitsplatzbeleuchtung. Die hohe Effizienz trägt zur Energieeinsparung bei.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Dies ist der mit Abstand kritischste Faktor für Leistung und Lebensdauer. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit guter Wärmeleitfähigkeit (z.B. Metallkern-Leiterplatte - MCPCB) und stellen Sie einen Pfad mit niedrigem thermischen Widerstand von der LED-Anschlussfläche zur Umgebung sicher. Das Datenblatt stellt fest, dass alle Zuverlässigkeitstests mit gutem Wärmemanagement auf einer MCPCB durchgeführt wurden.
• Stromversorgung:Immer einen Konstantstromtreiber verwenden, keine Konstantspannungsquelle. Dies gewährleistet eine stabile Lichtleistung und schützt die LED vor thermischem Durchgehen.
• Optik:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel kann für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl benötigen, Sekundäroptik (Linsen, Reflektoren) erfordern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Obwohl in diesem eigenständigen Datenblatt kein direkter Vergleich mit anderen Modellen vorliegt, kann die ELCS17G-Serie anhand ihrer angegebenen Parameter bewertet werden. Ihre Hauptunterscheidungsmerkmale sind wahrscheinlich die Kombination aus einem sehr kompakten 1,7-mm-Gehäuse mit einem relativ hohen typischen Lichtstrom von 540 lm. Die optische Effizienz von 87,66 lm/W bei 1,6 A ist ein wettbewerbsfähiger Wert. Die umfassende Binning-Struktur (Lichtstrom, Spannung, Farbe) ermöglicht eine präzise Auswahl in anspruchsvollen, konsistenzsensiblen Anwendungen wie Hintergrundbeleuchtungs-Arrays. Der weite 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet im Vergleich zu LEDs mit engeren Strahlen eine andere Lösung, die möglicherweise mehr Einheiten benötigen, um die gleiche beleuchtete Fläche zu erreichen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Stromversorgung betreiben?

A: Nicht direkt. Die typische Durchlassspannung beträgt bei 1600 mA 3,45 V, was über 3,3 V liegt. Sie müssen eine Konstantstromtreiberschaltung verwenden, die die notwendige Spannungsreserve bereitstellen kann, um den Strom ordnungsgemäß zu regeln.

F: Was ist die erwartete Lebensdauer dieser LED?

A: Das Datenblatt gibt an, dass alle Spezifikationen durch einen Zuverlässigkeitstest über 1000 Stunden abgesichert sind, wobei der Lichtstromabfall weniger als 30 % beträgt. Die tatsächliche Lebensdauer in einer Anwendung hängt stark von den Betriebsbedingungen ab, insbesondere von der Sperrschichttemperatur. Ein Betrieb bei oder unter den empfohlenen Strömen mit ausgezeichnetem Wärmemanagement maximiert die Lebensdauer.

F: Wie interpretiere ich die Artikelnummer ELCS17G-NB5060K5K8334316-F6Z?

A: Die Artikelnummer kodiert wichtige Bin-Informationen: \"5060\" bezieht sich auf das kaltweiße Farb-Bin (5000-6000K), \"K8\" ist das Lichtstrom-Bin (570-600lm), und \"3343\" oder ähnlich zeigt wahrscheinlich das Durchlassspannungs-Bin an. Das Präfix \"ELCS17G\" bezeichnet die Serie und das Gehäuse.

F: Ist ein Kühlkörper notwendig?

A: Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen (z.B. nahe 350 mA DC oder 1600 mA gepulst) ist eine effektive Wärmeableitung absolut notwendig. Der thermische Widerstand von 9 °C/W bedeutet, dass pro Watt Verlustleistung die Sperrschichttemperatur um 9°C über der Lötstellentemperatur ansteigt. Ohne einen ordnungsgemäßen Wärmeleitpfad wird die Sperrschicht schnell ihren Maximalwert überschreiten, was zu schnellem Leistungsabfall und Ausfall führt.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer hochhellen Arbeitsleuchte.

Ein Entwickler möchte eine kompakte, USB-betriebene Schreibtischlampe entwerfen. Er plant, eine einzelne ELCS17G-NB5060K8 LED zu verwenden, um ein helles, kaltweißes Licht zu erzeugen. Der USB-Anschluss liefert 5V. Der Entwickler wählt einen Konstantstrom-Abwärtswandler-IC, der 5V Eingang akzeptiert und einen stabilen 350 mA Ausgang liefert. Er berechnet die ungefähre Durchlassspannung aus dem K8/VF2934-Bin mit 3,2V. Der Treiber muss die Differenz zwischen 5V und 3,2V handhaben. Für das Wärmemanagement entwirft er eine kleine Aluminiumkern-Leiterplatte, die sowohl als Schaltungsträger als auch als Kühlkörper dient. Die LED wird zentral platziert, mit einer großzügigen Kupferfläche, die mit der thermischen Anschlussfläche verbunden ist. Die Aluminium-Leiterplatte wird dann am Metallgehäuse der Lampe befestigt, um zusätzliche Wärmeableitung zu ermöglichen. Eine einfache Diffusorlinse wird über der LED angebracht, um den Strahl des weiten Abstrahlwinkels zu streuen. Dieses Design nutzt die hohe Effizienz der LED, um aus einer niedrigleistungsfähigen USB-Quelle ausreichend Licht zu liefern und gleichzeitig die Wärme für langfristige Zuverlässigkeit effektiv zu managen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter. Der Kern ist ein Chip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang dieses Chips angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung ist so ausgelegt, dass sie Photonen im blauen Bereich des Spektrums emittiert. Um weißes Licht zu erzeugen, trifft das vom Chip emittierte blaue Licht auf eine Phosphorbeschichtung (typischerweise basierend auf Yttrium-Aluminium-Granat oder ähnlichen Materialien), die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als breites Spektrum von gelb-grünem Licht neu. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelb-grünen Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von blauer zu gelb-grüner Emission bestimmt die Farbtemperatur (CCT), wobei dieses Bauteil auf ein kaltweißes Erscheinungsbild (5000-6000K) abgestimmt ist.

13. Technologietrends und Kontext

Die Entwicklung von LEDs wie der ELCS17G-Serie ist Teil des anhaltenden Trends in der Festkörperbeleuchtung hin zu höherer Effizienz (lm/W), höherer Leuchtdichte (lm/mm²) und verbesserter Zuverlässigkeit. Wichtige Branchentreiber sind die weltweite Abschaffung ineffizienter Beleuchtungstechnologien und die Nachfrage nach Miniaturisierung in der Unterhaltungselektronik. Zukünftige Trends werden wahrscheinlich weitere Verbesserungen der internen Quanteneffizienz von InGaN-Chips (Reduzierung des \"Efficiency Droop\" bei hohen Strömen), die Entwicklung robusterer und effizienterer Phosphormaterialien und fortschrittliche Verpackungstechniken zur weiteren Senkung des thermischen Widerstands umfassen. Ein starker Fokus liegt auch auf der Verbesserung von Farbqualitätsmetriken wie dem Farbwiedergabeindex (CRI) und R9 (gesättigtes Rot) sowie der Ermöglichung einer präzisen Farbabstimmung. Der Trend zu intelligenten, vernetzten Beleuchtungssystemen beeinflusst auch das LED-Design, mit potenzieller Integration von Steuerungs- und Sensorkapazitäten auf Gehäuseebene. Die Betonung der Umweltkonformität (RoHS, REACH, halogenfrei), die in diesem Datenblatt zu sehen ist, ist mittlerweile eine Standardanforderung in der gesamten Elektronikindustrie.