ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X LED Datenblatt - Hocheffizientes Kaltweiß - 245lm @ 1A - 3,95V Max - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer leistungsstarken, kaltweißen Leuchtdiode (LED), die für Anwendungen mit hoher Lichtausbeute in kompakter Bauform konzipiert ist. Das Bauteil nutzt InGaN-Chip-Technologie zur Erzeugung von kaltweißem Licht mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT), die typischerweise zwischen 5000K und 6000K liegt. Die Hauptvorteile umfassen einen hohen typischen Lichtstrom von 245 Lumen bei einem Durchlassstrom von 1 Ampere, was einer optischen Effizienz von etwa 72 Lumen pro Watt entspricht. Die LED ist konform mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards, wodurch sie sich für umweltbewusste Designs und globale Märkte eignet.

1.1 Zielanwendungen

Die LED ist für ein breites Anwendungsspektrum entwickelt, in dem helles, effizientes Licht entscheidend ist. Zu den wichtigsten Zielmärkten zählen mobile Elektronik, Allgemeinbeleuchtung und der Automobilsektor. Konkrete Anwendungen sind Blitz- und Taschenlampenfunktionen für Mobiltelefone und Digitalkameras, TFT-LCD-Hintergrundbeleuchtungen, Innen- und Außenbeleuchtungskörper für die Allgemeinbeleuchtung, dekorative und Unterhaltungsbeleuchtung sowie Innen- und Außenbeleuchtung im Automobilbereich, wie Orientierungsmarkierungen, Stufenlichter und Signalleuchten.

2. Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die die Leistung und Betriebsgrenzen der LED definieren.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine empfohlenen Betriebsbedingungen. Der maximale kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom für den Dauerlichtbetrieb ("Torch Mode") beträgt 350 mA. Für den Pulsbetrieb ist unter einem spezifischen Tastverhältnis (400 ms ein, 3600 ms aus für 30.000 Zyklen) ein Spitzenstrom von 1000 mA zulässig. Das Bauteil hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von bis zu 2 kV stand (Human Body Model, JEDEC 3b). Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 145°C, der Betriebstemperaturbereich der Umgebung liegt bei -40°C bis +85°C. Die LED ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpad wird mit 8,5 °C/W angegeben, ein kritischer Parameter für das Wärmemanagement-Design.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften sind unter einer Standardtestbedingung einer Lötpad-Temperatur (Ts) von 25°C spezifiziert. Der typische Lichtstrom (Iv) beträgt 245 lm bei einem Durchlassstrom (IF) von 1000 mA, mit einem garantierten Mindestwert von 220 lm. Die Durchlassspannung (VF) bei diesem Strom liegt zwischen einem Minimum von 2,95V und einem Maximum von 3,95V, wobei der typische Wert von der Spannungs-Bin-Klasse abhängt. Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) für diese kaltweiße Variante ist zwischen 5000K und 6000K spezifiziert. Wichtig zu beachten ist, dass alle elektrischen und optischen Daten unter einer 50-ms-Pulsbedingung getestet werden, um Selbsterwärmungseffekte während der Messung zu minimieren und sicherzustellen, dass die Daten die intrinsische Leistung des LED-Chips repräsentieren.

2.3 Thermische und Zuverlässigkeitsaspekte

Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement ist entscheidend, um die angegebene Leistung und Langzeitzuverlässigkeit zu erreichen. Der spezifizierte thermische Widerstand von 8,5°C/W gibt den Temperaturanstieg pro Watt abgegebener Leistung an. Beispielsweise beträgt bei 1A und einer typischen VF von ~3,5V (3,5W) der Temperaturanstieg der Sperrschicht gegenüber dem Lötpad etwa 30°C. Das Datenblatt warnt ausdrücklich davor, die maximale Sperrschichttemperatur länger als eine Stunde zu überschreiten. Alle Zuverlässigkeitsspezifikationen, einschließlich einer Lichtstromdegradation von weniger als 30% über 1000 Stunden, sind unter Bedingungen eines guten Wärmemanagements mit einer 1,0 cm² großen Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) gewährleistet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LED wird anhand von drei Schlüsselparametern in Bins sortiert: Lichtstrom, Durchlassspannung und Farbort (Farbkoordinaten). Dieses Binning gewährleistet Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge und ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Lichtstrom-Bins werden durch alphanumerische Codes (J6, J7, J8) bezeichnet. Für das J6-Bin liegt der Lichtstrom bei IF=1000mA zwischen 220 lm und 250 lm. Das J7-Bin umfasst 250 lm bis 300 lm, und das J8-Bin umfasst 300 lm bis 330 lm. Die spezifische Artikelnummer zeigt an, dass das Bauteil zum J6-Lichtstrom-Bin gehört.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Durchlassspannungs-Bins werden durch vierstellige Codes (2932, 3235, 3539) definiert. Der Code gibt den Spannungsbereich in Zehntel Volt an. Beispielsweise deckt Bin 2932 VF von 2,95V bis 3,25V ab, Bin 3235 von 3,25V bis 3,55V und Bin 3539 von 3,55V bis 3,95V. Die Artikelnummer spezifiziert das 2932-Spannungs-Bin.

3.3 Farbort- (Farb-) Binning

Der Farbort wird durch einen Bin-Code (in diesem Fall 5060) definiert, der einem spezifischen viereckigen Bereich im CIE-1931-Farbtafeldiagramm entspricht. Die Koordinaten für die Eckpunkte des 5060-Bins sind angegeben und definieren die zulässige Farbvariation für Bauteile innerhalb dieses Bins, was einem CCT-Bereich von 5000K bis 6000K entspricht. Die Farbkoordinaten werden bei IF=1000mA gemessen.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Aufschluss über das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen, was für Schaltungsdesign und Systemintegration entscheidend ist.

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kurve)

Die IV-Kurve zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Durchlassstrom. Sie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Bei niedrigen Strömen ist die Spannung niedriger und steigt mit zunehmendem Strom an. Diese Kurve ist wesentlich für die Auslegung der strombegrenzenden Treiberschaltung, um sicherzustellen, dass die LED bei einem gegebenen Strom innerhalb ihres spezifizierten Spannungsbereichs arbeitet.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Diese Kurve veranschaulicht, wie sich die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom ändert. Der Lichtstrom nimmt im Allgemeinen mit dem Strom zu, zeigt jedoch bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzeinbußen ("Efficiency Droop") und erhöhter Sperrschichttemperatur eine sublineare Beziehung. Das Verständnis dieser Beziehung hilft, den Kompromiss zwischen Helligkeit und Effizienz/Stromverbrauch zu optimieren.

4.3 CCT vs. Durchlassstrom

Die korrelierte Farbtemperatur kann sich mit Änderungen des Treiberstroms leicht verschieben. Diese Kurve zeigt die Stabilität oder Variation der CCT über den Betriebsstrombereich, was für farbkritische Anwendungen wichtig ist, bei denen ein konsistenter Weißpunkt erforderlich ist.

4.4 Relative spektrale Verteilung

Das Diagramm der spektralen Leistungsverteilung zeigt die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge. Für eine kaltweiße LED, die auf einem blauen Chip mit Leuchtstoffbeschichtung basiert, zeigt das Spektrum typischerweise einen dominanten blauen Peak vom Chip und ein breiteres Gelb-/Grün-/Rot-Emissionsband vom Leuchtstoff. Die Peak-Wellenlänge (λp) und die spektrale Breite beeinflussen den Farbwiedergabeindex (CRI) und die wahrgenommene Farbe des Lichts.

4.5 Typisches Abstrahlverhalten

Das polare Abstrahldiagramm stellt die räumliche Verteilung der Lichtintensität dar. Diese LED weist ein Lambert'sches Abstrahlverhalten auf, bei dem die Lichtstärke proportional zum Kosinus des Betrachtungswinkels ist. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) ist mit 120 Grad spezifiziert, was bedeutet, dass der Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt, ±60 Grad von der Mittelachse entfernt liegt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die physikalischen Abmessungen und das Gehäusedesign sind entscheidend für das Leiterplattenlayout, das optische Design und das Wärmemanagement.

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des LED-Gehäuses. Alle Maße sind in Millimetern angegeben. Diese Zeichnung umfasst wichtige Merkmale wie Gesamtlänge, -breite und -höhe, Lage und Größe der Lötpads sowie mechanische Bezüge oder Toleranzen. Entwickler müssen auf diese Zeichnung für die genaue Erstellung des Leiterplatten-Footprints zurückgreifen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Gehäusezeichnung oder zugehörige Hinweise sollten die Anode- und Kathodenanschlüsse klar angeben. Die korrekte Polaritätsverbindung ist für den Betrieb des Bauteils unerlässlich. Typischerweise kann die Kathode durch eine Kerbe, einen Punkt, einen kürzeren Anschluss oder eine andere Pad-Form auf dem Leiterplatten-Footprint gekennzeichnet sein.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Ein sachgemäßer Umgang und Löten sind erforderlich, um die Integrität und Zuverlässigkeit des Bauteils zu erhalten.

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist für eine maximale Löttemperatur von 260°C ausgelegt und kann maximal 2 Reflow-Zyklen überstehen. Es sollte ein Standard-bleifreies Reflow-Profil eingehalten werden, wobei die Spitzentemperatur und die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur sorgfältig kontrolliert werden müssen, um Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten zu verhindern.

6.2 Feuchtigkeitssensitivität und Lagerung

Das Bauteil hat eine Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL). Das Datenblatt spezifiziert die Stufe 1, was bedeutet, dass das Bauteil unbegrenzt bei ≤30°C/85% r.F. gelagert werden kann, bevor die Verpackung geöffnet wird. Es werden jedoch spezifische Lagerbedingungen empfohlen: Vor dem Öffnen bei ≤30°C/≤90% r.F. lagern; nach dem Öffnen bei ≤30°C/≤85% r.F. lagern. Wird die spezifizierte Standzeit überschritten oder zeigt der Trockenmittel-Indikator Feuchtigkeitseintritt an, ist vor dem Reflow-Löten eine Vorbehandlung durch Trocknen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.

6.3 Wärmemanagement in der Anwendung

Für einen zuverlässigen Betrieb und zur Aufrechterhaltung einer hohen Lichtausbeute muss die LED auf einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) oder einem anderen Substrat mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit montiert werden. Der Wärmepfad vom Lötpad zum Kühlkörper muss so ausgelegt sein, dass die Sperrschichttemperatur während des Dauerbetriebs deutlich unter dem Maximalwert bleibt. Der Einsatz von Wärmeleitmaterialien und einer ausreichenden Kühlung wird dringend empfohlen.

6.4 Elektrischer Schutz

Obwohl das Bauteil möglicherweise über einen integrierten ESD-Schutz verfügt, ist es nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Im Schaltungsdesign sollten externe Schutzmaßnahmen wie Reihen-Strombegrenzungswiderstände und/oder parallel geschaltete Transientenspannungsunterdrückungsdioden (TVS) in Betracht gezogen werden, um Schäden durch Spannungsspitzen, Verpolung oder andere elektrische Überlastbedingungen zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung für die automatisierte Montage geliefert.

7.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile sind in geprägten Trägerbändern verpackt, die auf Spulen aufgewickelt sind. Die Standardmenge pro Spule beträgt 2000 Stück, die Mindestbestellmenge liegt bei 1000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Trägerbandtaschen, das Deckband und die Spule selbst sind im Datenblatt angegeben, um die Kompatibilität mit Bestückungsautomaten sicherzustellen.

7.2 Produktkennzeichnung

Das Spulenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung: Kunden-Artikelnummer (CPN), Hersteller-Artikelnummer (P/N), Losnummer, Packmenge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstrom (CAT), Farbe (HUE) und Durchlassspannung (REF). Die Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL-X) ist ebenfalls angegeben.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

Wählen Sie einen geeigneten Konstantstrom-LED-Treiber-IC oder eine Schaltung, die bis zu 1A liefern kann. Der Treiber muss den Durchlassspannungsbereich (2,95V-3,95V) berücksichtigen und notwendige Schutzfunktionen (Überstrom, Übertemperatur, Leerlauf/Kurzschluss) enthalten. Für Blitzanwendungen muss der Treiber den hohen Spitzenpulsstrom bewältigen können.

8.2 Optisches Design

Das 120-Grad-Lambert'sche Abstrahlverhalten ist für viele Allgemeinbeleuchtungsanwendungen geeignet. Für fokussierte Strahlen (z.B. Taschenlampen) sind Sekundäroptiken wie Reflektoren oder Linsen erforderlich. Die kleine Bauform erleichtert das Design kompakter optischer Systeme.

8.3 Thermische Auslegung

Berechnen Sie die erwartete Verlustleistung (IF * VF) und nutzen Sie den thermischen Widerstand (Rth), um den Temperaturanstieg der Sperrschicht gegenüber dem thermischen Referenzpunkt der Leiterplatte abzuschätzen. Stellen Sie sicher, dass die Kühlung des Systems ausreicht, um Tj innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder in geschlossenen Leuchten. Für den Hochleistungs-Dauerbetrieb kann aktive Kühlung (Lüfter) erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Positionierung

Diese LED positioniert sich auf dem Markt durch die Kombination aus hohem Lichtstrom (245 lm) und hoher Effizienz (72 lm/W) in einem vermutlich kompakten SMD-Gehäuse. Ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind ein weiter Abstrahlwinkel von 120° für die Flächenbeleuchtung, eine klar definierte Binning-Struktur für Farb- und Lichtstromkonsistenz sowie die Einhaltung strenger Umweltstandards (RoHS, REACH, halogenfrei). Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-LEDs bietet sie eine höhere Einzelpunkt-Helligkeit, was sie für Anwendungen wie Kamerablitze geeignet macht, die eine konzentrierte Lichtquelle erfordern. Im Vergleich zu speziellen Blitz-LEDs kann sie eine bessere Effizienz und einen weiteren Abstrahlwinkel für Allgemeinbeleuchtungsaufgaben bieten.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen den Stromwerten für Dauerlicht- und Pulsbetrieb?

Dauerlichtbetrieb ("Torch Mode", max. 350 mA) bezieht sich auf kontinuierlichen Gleichstrombetrieb. Pulsbetrieb (max. 1000 mA) bezieht sich auf kurzzeitige Hochstromimpulse, wie sie bei Kamerablitzen verwendet werden, mit strengen Grenzen für Pulsbreite, Tastverhältnis und Zyklenzahl, um Überhitzung zu verhindern.

10.2 Warum ist das Wärmemanagement für diese LED so kritisch?

Hohe Verlustleistung (bis zu ~4W bei 1A) in einem kleinen Gehäuse führt zu einem hohen Wärmestrom. Eine übermäßige Sperrschichttemperatur beschleunigt den Lichtstromrückgang (Abnahme der Lichtausbeute über die Zeit) und kann die Farbkoordinaten verschieben. Sie kann letztendlich auch zu einem katastrophalen Ausfall führen. Eine ordnungsgemäße Kühlung ist für die Zuverlässigkeit unabdingbar.

10.3 Kann ich diese LED direkt mit einem Lithium-Ionen-Akku betreiben?

Nein. Die Spannung eines Lithium-Ionen-Akkus (typischerweise 3,0V-4,2V) ist ungeregelt und kann die maximale Durchlassspannung der LED überschreiten oder einen übermäßigen Strom verursachen. Eine Konstantstrom-Treiberschaltung ist zwingend erforderlich, um eine stabile, sichere und konsistente Leistung zu gewährleisten.

10.4 Wie interpretiere ich die Artikelnummer ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X?

Die Artikelnummer kodiert wichtige Bin-Informationen: 'NB5060' gibt das 5060-Farb-Bin an (5000-6000K CCT). 'J6' gibt das Lichtstrom-Bin an (220-250 lm). '2932' (aus dem Kontext der Spezifikationstabelle für dieses Bauteil impliziert) gibt das Durchlassspannungs-Bin an (2,95-3,25V). 'F3X' kann sich auf eine spezifische optische oder Gehäusevariante beziehen.

11. Design- und Anwendungsfallstudien

11.1 Kamerablitzmodul für Mobiltelefone

In dieser Anwendung wird die LED von einem speziellen Blitztreiber-IC angesteuert. Das Design konzentriert sich darauf, für kurze Zeit (z.B. 400 ms) einen sehr hohen Momentanstrom (bis zu 1A Puls) zu liefern, um einen hellen Blitz zu erzeugen. Zu den Hauptherausforderungen gehören das thermische Management der hohen Spitzenverlustleistung im begrenzten Raum eines Mobiltelefons und die Sicherstellung, dass der Treiber den erforderlichen Strom aus dem Akku beziehen kann. Die hohe Effizienz der LED hilft, die Blitzhelligkeit zu maximieren und gleichzeitig die Akkuentladung zu minimieren.

11.2 Tragbare Arbeitsleuchte oder Taschenlampe

Für eine Handtaschenlampe können mehrere LEDs auf einer MCPCB verwendet werden. Ein Abwärts- oder Aufwärtswandler-Konstantstromtreiber (abhängig von der Akku-Konfiguration) ermöglicht einstellbare Helligkeitsstufen. Das Design legt Wert auf ein robustes Wärmemanagement – die MCPCB ist mit einem massiven Aluminiumgehäuse verbunden, das als Kühlkörper dient. Der weite 120-Grad-Strahlwinkel bietet eine gute Flächenabdeckung und reduziert möglicherweise den Bedarf an komplexer Optik.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine leuchtstoffkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Vorwärtsspannung (Elektrolumineszenz) blaues Licht emittiert. Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Schicht aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce)-Leuchtstoff absorbiert, die den Chip beschichtet. Der Leuchtstoff wandelt einige der blauen Photonen zu längeren Wellenlängen im gelb/grünen Spektrum um. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von blauer zu gelber Emission, gesteuert durch Leuchtstoffzusammensetzung und -dicke, bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT) – in diesem Fall kaltweiß (5000-6000K).

13. Technologietrends und Kontext

Das Bauteil spiegelt aktuelle Trends in der Festkörperbeleuchtung wider: Steigende Lichtausbeute (Lumen pro Watt), verbesserte Farbkonsistenz durch engere Binning-Klassen und Einhaltung von Umweltvorschriften. Das Streben nach höherem Lichtstrom aus kleineren Gehäusen stellt Wärmemanagement- und Leuchtstofftechnologien vor Herausforderungen. Die zukünftige Entwicklung kann neue Leuchtstoffmaterialien für einen höheren Farbwiedergabeindex (CRI) und bessere Farbstabilität über Temperatur und Zeit sowie Chip-Scale-Package (CSP)-Designs umfassen, die die Gehäusegröße und den thermischen Widerstand weiter reduzieren. Die Integration dieser hochhellen LEDs in intelligente, vernetzte Beleuchtungssysteme für IoT-Anwendungen ist ebenfalls ein bedeutender Trend.