ELCH08-NF2025J5J8283910-FDH LED Datenblatt - Warmweiß - 220lm @ 1A - 3,9V Max - 6,45W Pulsleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELCH08-NF2025J5J8283910-FDH ist eine hochleistungsfähige, oberflächenmontierbare LED, die für Anwendungen konzipiert ist, die hohe Lichtausbeute und Effizienz in einem kompakten Gehäuse erfordern. Diese Bauteil nutzt InGaN-Chip-Technologie, um ein warmweißes Licht mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) im Bereich von 2000K bis 2500K zu erzeugen. Die primären Entwicklungsziele sind hohe optische Effizienz und zuverlässige Leistung in anspruchsvollen Umgebungen.

1.1 Kernvorteile

Die wesentlichen Vorteile dieser LED umfassen ihre kompakte Bauform kombiniert mit hoher Lichtausbeute, die bis zu 60 Lumen pro Watt bei einem Betriebsstrom von 1 Ampere erreicht. Sie verfügt über einen robusten ESD-Schutz, der gemäß JEDEC 3b Standard (Human Body Model) bis zu 8KV ausgelegt ist, was ihre Haltbarkeit während der Handhabung und Montage erhöht. Das Bauteil erfüllt zudem die RoHS- und bleifreien Anforderungen.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED eignet sich für ein breites Anwendungsspektrum. Ihre hohe Ausgangsleistung macht sie ideal für Blitzlicht- und Taschenlampenfunktionen in Mobiltelefonen und digitalen Videoaufnahmegeräten. Sie ist auch gut geeignet für allgemeine Innenraumbeleuchtung, TFT-Display-Hintergrundbeleuchtung, dekorative Beleuchtung sowie für Innen- und Außenbeleuchtung im Automobilbereich. Darüber hinaus kann sie in Signal- und Orientierungsbeleuchtung, beispielsweise für Notausgangsschilder oder Stufenmarkierungen, eingesetzt werden.

2. Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wesentlichen technischen Spezifikationen des Bauteils, wie in den absoluten Maximalwerten und den elektrooptischen Eigenschaften definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen maximalen kontinuierlichen Gleichstrom-Vorwärtsstrom (Dauerbetrieb) von 350 mA ausgelegt. Für den Pulsbetrieb kann es unter spezifischen Bedingungen einen Spitzenpulsstrom von 1500 mA verkraften: eine Pulsbreite von 400 ms, ein Tastverhältnis von 10 % (3600 ms Ausschaltzeit) und für bis zu 30.000 Zyklen. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 150°C, mit einem Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C. Die Verlustleistung im Pulsmodus ist mit 6,45 Watt spezifiziert. Es ist entscheidend zu beachten, dass dies absolute Grenzwerte sind; ein Dauerbetrieb bei oder nahe diesen Werten kann die Zuverlässigkeit und Lebensdauer verringern.

2.2 Elektrooptische Eigenschaften

Unter typischen Bedingungen (TLötpad = 25°C, IF=1000mA, 50ms Puls) liefert das Bauteil einen Lichtstrom (Iv) von 220 lm (typisch), mit einem Minimum von 180 lm. Die Durchlassspannung (VF) liegt zwischen einem Minimum von 2,85V und einem Maximum von 3,90V. Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) für dieses spezifische Bin (2025) erstreckt sich von 2000K bis 2500K und definiert ihr warmweißes Erscheinungsbild. Alle elektrischen und optischen Daten werden unter Pulsbedingungen gemessen, um Selbsterwärmungseffekte während des Tests zu minimieren.

2.3 Thermische Eigenschaften

Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement ist für Leistung und Langlebigkeit unerlässlich. Die maximale Substrattemperatur (Ts) ist mit 70°C spezifiziert, wenn bei 1000mA betrieben wird. Das Bauteil hält einer Löttemperatur von 260°C für maximal 3 Reflow-Zyklen stand. Entwickler müssen für ausreichende Wärmeableitung sorgen, insbesondere beim Betrieb nahe der Maximalströme, um die Lötpad-Temperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten und eine beschleunigte Lichtstromabnahme zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LED wird basierend auf drei Schlüsselparametern in Bins sortiert: Lichtstrom, Durchlassspannung und Farbort (Farbkoordinaten). Dies gewährleistet Konsistenz in der Anwendung.

3.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird in Bins kategorisiert, die durch J-Codes bezeichnet werden. Die Bauteilnummer weist auf ein J5-Bin hin, das einem Lichtstrombereich von 180 lm bis 200 lm bei 1000mA entspricht. Andere verfügbare Bins umfassen J6 (200-250 lm), J7 (250-300 lm) und J8 (300-330 lm).

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird gebinnt, um den Schaltungsentwurf für einen konstanten Stromantrieb zu unterstützen. Die Bins sind definiert als: 2832 (2,85V - 3,25V), 3235 (3,25V - 3,55V) und 3538 (3,55V - 3,90V). Die Bauteilnummer spezifiziert das 2832-Bin.

3.3 Farbort-Binning

Die Farbe wird durch das 2025-Bin im CIE 1931-Farbtafeldiagramm definiert. Dieses Bin umfasst einen spezifischen viereckigen Bereich von Farbkoordinaten (x, y), der Licht im CCT-Bereich von 2000K bis 2500K erzeugt und so einen konsistenten warmweißen Farbton sicherstellt. Die Toleranz für die Farbkoordinatenmessung beträgt ±0,01.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kurve)

Die IV-Kurve zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Während der Strom von 0 auf 1500mA ansteigt, erhöht sich die Durchlassspannung nichtlinear, ausgehend von etwa 2,6V und erreicht nahezu 3,8V. Diese Kurve ist für den Entwurf der geeigneten strombegrenzenden Schaltung wesentlich.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt die Abhängigkeit der Lichtausgabe vom Treiberstrom. Der Lichtstrom steigt mit dem Strom, zeigt aber bei höheren Strömen einen sublinearen Trend, hauptsächlich aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur und Effizienzabfalls. Die Ausgabe ist normalisiert und zeigt den relativen Fluss.

4.3 Korrelierte Farbtemperatur vs. Durchlassstrom

Die CCT zeigt eine Variation mit dem Treiberstrom. Bei dieser warmweißen LED steigt die CCT im Allgemeinen leicht mit höherem Strom an und bewegt sich von etwa 2000K bei niedrigem Strom hin zu 2500K bei 1500mA. Diese Verschiebung muss in farbkritischen Anwendungen berücksichtigt werden.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Leistungsverteilung zeigt ein breites Emissionsspektrum, charakteristisch für eine phosphorkonvertierte weiße LED. Es weist einen primären blauen Peak vom InGaN-Chip und ein breiteres gelbes/rotes Emissionsband vom Phosphor auf, die sich zu warmweißem Licht kombinieren.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das typische polare Abstrahldiagramm zeigt eine lambertähnliche Verteilung mit einem vollen Abstrahlwinkel (2θ1/2) von 120 Grad. Die Intensität ist über einen weiten Bereich relativ gleichmäßig, was sie für Anwendungen geeignet macht, die eine breite Ausleuchtung erfordern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED wird in einem oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäuse geliefert. Die Gehäusezeichnung spezifiziert die physikalischen Abmessungen, die für das PCB-Footprint-Design entscheidend sind. Wesentliche Merkmale sind die Anoden- und Kathoden-Pad-Positionen und die Gesamtgehäusekontur. Toleranzen für Abmessungen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Die Polarität ist auf dem Gehäuse und der Trägerfolie klar markiert, um die korrekte Ausrichtung während der automatisierten Montage sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C ausgelegt. Es ist als Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 1 klassifiziert, was bedeutet, dass es unter Bedingungen ≤30°C/85% r.F. eine unbegrenzte Lagerzeit hat und vor der Verwendung nicht gebacken werden muss, wenn es innerhalb dieser Bedingungen gehalten wird. Wenn es jedoch höherer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt wurde, muss es gemäß der Standard-Vorbedingung 85°C/85% r.F. für 168 Stunden gebacken werden. Maximal 3 Reflow-Zyklen sind zulässig. Es ist entscheidend, das empfohlene Lötprofil einzuhalten, um thermische Schäden am LED-Chip oder am Kunststoffgehäuse zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf geprägter Trägerfolie für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Produktkennzeichnung auf der Rolle umfasst kritische Informationen: die Kundenbauteilnummer (CPN), die Herstellerbauteilnummer (P/N), die Losnummer, die Packungsmenge und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstrom (CAT), Farbe (HUE) und Durchlassspannung (REF). Die MSL-Stufe ist ebenfalls angegeben.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Entwurfsüberlegungen

Beim Entwurf mit dieser LED ist das Wärmemanagement von größter Bedeutung. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchgangslöchern und gegebenenfalls einem externen Kühlkörper, um die Lötpad-Temperatur während des Betriebs unter 70°C zu halten. Zum Betreiben der LED wird eine Konstantstromquelle empfohlen, um eine stabile Lichtausgabe und Farbe zu gewährleisten. Berücksichtigen Sie das Durchlassspannungs-Binning beim Entwurf der Treiberschaltung, um den Spannungsbereich aufzunehmen. Für den ESD-Schutz ist, obwohl die LED einen eingebauten Schutz hat, zusätzlicher schaltungseitiger Schutz auf der Leiterplatte in rauen Umgebungen ratsam.

8.2 Typische Schaltungskonfiguration

Eine einfache Treiberschaltung besteht aus einer Gleichstromversorgung, einem strombegrenzenden Widerstand oder einem speziellen LED-Treiber-IC. Für Hochstrom-Pulsbetrieb (z.B. Kamerablitz) wird typischerweise eine kapazitive Boost-Schaltung oder ein spezieller Blitztreiber-IC verwendet, um den erforderlichen hohen Spitzenstrom zu liefern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-LEDs bietet dieses Bauteil einen deutlich höheren Lichtstrom für seine Gehäusegröße, was es für Anwendungen geeignet macht, die hohe Helligkeit auf begrenztem Raum erfordern. Seine hohe ESD-Schutzklasse (8KV HBM) bietet einen Vorteil in anfälligen Anwendungen für statische Entladung. Das spezifische warmweiße CCT-Bin (2000-2500K) zielt auf Anwendungen ab, die eine gemütliche, glühlampenähnliche Lichtqualität erfordern, und unterscheidet es von neutral- oder kaltweißen LEDs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen den Nennwerten für DC-Durchlassstrom und Spitzenpulsstrom?

A: Der DC-Durchlassstrom (350mA) ist der maximale Strom, der kontinuierlich angelegt werden kann. Der Spitzenpulsstrom (1500mA) ist ein viel höherer Strom, der nur für sehr kurze Dauer (400ms) mit einem niedrigen Tastverhältnis (10%) angelegt werden darf, um Überhitzung zu verhindern.

F: Wie beeinflusst die Sperrschichttemperatur die Leistung?

A: Eine höhere Sperrschichttemperatur führt zu verringerter Lichtausbeute (Lichtstromabnahme), einer Verschiebung der Durchlassspannung und kann den Alterungsprozess der LED beschleunigen, was ihre Betriebslebensdauer reduziert. Die Aufrechterhaltung eines Pfades mit niedrigem thermischen Widerstand von der LED-Sperrschicht zur Umgebung ist entscheidend.

F: Was bedeutet das J5-Bin für meine Anwendung?

A: Das J5-Bin garantiert, dass die Lichtausgabe der LED zwischen 180 und 200 Lumen liegt, wenn sie unter Testbedingungen mit 1000mA betrieben wird. Dies ermöglicht es Entwicklern, einen minimalen Helligkeitslevel in ihrem System vorherzusagen und zu planen.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für den Betrieb beim maximalen Dauerstrom (350mA) oder insbesondere im gepulsten Hochstrommodus wird ein Kühlkörper oder eine Leiterplatte mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit dringend empfohlen, um einen zuverlässigen Betrieb und lange Lebensdauer zu gewährleisten.

11. Praktische Anwendungsbeispiele

Fall 1: Mobiltelefon-Kamerablitz:In dieser Anwendung wird die LED von einem speziellen Blitztreiber-IC angesteuert, der einen Kondensator auflädt und ihn dann in einem kurzen, hochstromstarken Puls (bis zu 1500mA) durch die LED entlädt. Der hohe Lichtstrom in einem kleinen Gehäuse ist entscheidend. Der Entwurfsfokus liegt auf der Handhabung des kurzen, aber intensiven thermischen Pulses und der Sicherstellung der ESD-Robustheit.

Fall 2: Architektonische Stufenbeleuchtung:Hier könnten mehrere LEDs in einer linearen Anordnung verwendet werden, die mit einem niedrigeren, konstanten Strom (z.B. 200-300mA) für Dauerbetrieb angesteuert werden. Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel sorgt für gleichmäßige Ausleuchtung über die Stufen. Die warmweiße Farbe schafft eine einladende Atmosphäre. Der Entwurfsschwerpunkt liegt auf der Erzielung gleichmäßiger Helligkeit und Farbe über alle LEDs in der Anordnung, wobei das enge Binning genutzt wird.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der blaues Licht emittiert, wenn elektrischer Strom durch ihn fließt. Dieses blaue Licht trifft auf eine Schicht aus Phosphormaterial (typischerweise YAG:Ce oder ähnlich), die auf oder nahe dem Chip abgeschieden ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als gelbes und rotes Licht neu. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des konvertierten gelben/roten Lichts wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von blauer zu gelber/roter Emission, gesteuert durch Phosphorzusammensetzung und -dicke, bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT), was zu der warmweißen Ausgabe dieses Bauteils führt.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (Lumen pro Watt), verbessertem Farbwiedergabeindex und größerer Zuverlässigkeit bei höheren Leistungsdichten. Für warmweiße LEDs gibt es laufende Entwicklungen in der Phosphortechnologie, um höhere Effizienz und stabilere Farbleistung über Temperatur und Zeit zu erreichen. Die Gehäusetechnologie entwickelt sich weiter, um die Wärmeableitung aus kleineren Gehäusen besser zu handhaben und so höhere Flussdichten zu ermöglichen. Darüber hinaus liegt der Fokus auf der Verbesserung der Konsistenz und der Reduzierung der Binning-Streuung durch fortschrittliche Fertigungsprozesse, was den Entwurf für Beleuchtungshersteller vereinfacht.