ELCH07-NB2025J5J7283910-F3H LED Datenblatt - Warmweiß - 210lm @ 1A - 3,2V typ. - 120° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für die ELCH07-NB2025J5J7283910-F3H, eine hochleistungsfähige, oberflächenmontierbare LED für anspruchsvolle Beleuchtungsanwendungen. Diese Bauteil nutzt InGaN-Chip-Technologie, um ein warmweißes Licht mit einer Farbtemperatur (CCT) im Bereich von 2000K bis 2500K zu erzeugen. Die primären Designziele sind hohe Lichtausbeute in einem kompakten Gehäuse, was es für platzbeschränkte Anwendungen geeignet macht, die helles, qualitativ hochwertiges Licht erfordern.

Die Kernvorteile dieser LED umfassen einen typischen Lichtstrom von 210 Lumen bei einem Durchlassstrom von 1000mA, was zu einer hohen optischen Effizienz von 61,7 Lumen pro Watt führt. Sie verfügt über einen robusten ESD-Schutz bis zu 8KV (HBM) und erfüllt wichtige Industriestandards wie RoHS, REACH und halogenfreie Anforderungen. Die Zielmärkte sind vielfältig und umfassen Unterhaltungselektronik, Automobilbeleuchtung, Allgemeinbeleuchtung und Spezialbeleuchtungsanwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und Leistung entscheidend sind.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine empfohlenen Betriebsbedingungen.

• DC-Durchlassstrom (Dauerbetrieb): 350 mA. Dies ist der maximale kontinuierliche Gleichstrom, den die LED verkraften kann.
• Spitzenpulsstrom: 1200 mA. Dieser hohe Strom ist nur unter spezifischen Pulsbedingungen zulässig: 400 ms Pulsbreite, 3600 ms Pause, maximal 30.000 Zyklen. Dies ist typisch für Kamerablitzanwendungen.
• Sperrschichttemperatur (Tj): 145 °C. Die maximal zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht. Das Überschreiten dieses Limits riskiert beschleunigten Leistungsabfall oder Ausfall.
• Betriebs- & Lagertemperatur: -40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +100°C (Lagerung).
• Verlustleistung (Pulsbetrieb): 4,74 W. Die maximale Leistung, die das Gehäuse während des Pulsbetriebs abführen kann, stark abhängig vom thermischen Management.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): 120 Grad. Dieser breite Abstrahlwinkel deutet auf ein nahezu lambertisches Abstrahlverhalten hin, geeignet für Flächenbeleuchtung.

Kritischer Hinweis: Ein Betrieb bei oder nahe diesen Maximalwerten über längere Zeit wird dringend abgeraten, da dies zu reduzierter Zuverlässigkeit und potenziellen dauerhaften Schäden führt. Die gleichzeitige Anwendung mehrerer Maximalwerte ist nicht zulässig.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (Ts=25°C) gemessen und repräsentieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstrom (I_v): Minimum 180 lm, typisch 210 lm bei I_F=1000mA. Messtoleranz ist ±10%.
• Durchlassspannung (V_F): Bereich von 2,85V bis 3,95V bei I_F=1000mA. Der typische Wert liegt bei etwa 3,2V. Messtoleranz ist ±0,1V. Alle elektrischen und optischen Daten werden mit einem 50 ms Puls getestet, um Selbsterwärmungseffekte zu minimieren.
• Farbtemperatur (CCT): 2000K bis 2500K, definierend für ihr warmweißes Erscheinungsbild.

Die Leistung wird durch Zuverlässigkeitstests über 1000 Stunden abgesichert, mit dem Kriterium, dass der Lichtstromabfall weniger als 30% beträgt. Alle Zuverlässigkeitstests setzen ein gutes thermisches Management unter Verwendung einer 1,0 cm x 1,0 cm Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) voraus.

2.3 Thermische und Zuverlässigkeitseigenschaften

Effektives thermisches Management ist entscheidend für LED-Leistung und Lebensdauer. Wichtige thermische Parameter umfassen:

• Sperrschichttemperatur (Tj max): 145°C.
• Substrattemperatur (T_s): Muss bei Betrieb mit I_F=1000mA bei oder unter 70°C gehalten werden. Dieser Parameter ist entscheidend für das thermische Systemdesign.
• Löttemperatur: Hält einer Spitzentemperatur von 260°C während des Reflow-Lötens stand.
• Zulässige Reflow-Zyklen: Maximal 2 Zyklen.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL): Stufe 1. Dies ist die robusteste Stufe, was eine unbegrenzte Lagerdauer bei ≤30°C/85% r.F. vor dem erforderlichen Backen bedeutet. Dies vereinfacht Handhabung und Lagerung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Dieses Bauteil verwendet ein dreidimensionales Binning-System.

3.1 Binning der Durchlassspannung

LEDs werden nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei 1000mA in drei Bins gruppiert:

• Bin 2832: V_F= 2,85V bis 3,25V
• Bin 3235: V_F= 3,25V bis 3,55V
• Bin 3539: V_F= 3,55V bis 3,95V

Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften für eine konsistente Treiberleistung auszuwählen.

3.2 Binning des Lichtstroms

LEDs werden nach ihrer Gesamtlichtausbeute bei 1000mA sortiert:

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

Die Artikelnummer "J5" zeigt an, dass dieses spezifische Bauteil in den J5-Helligkeitsbin fällt.

3.3 Binning der Farbart (Farbe)

Die Farbe ist innerhalb des warmweißen Bereichs im CIE-1931-Farbtafeldiagramm definiert. Der Bin "2025" in der Artikelnummer entspricht einem spezifischen viereckigen Bereich in diesem Diagramm, der sicherstellt, dass alle LEDs in diesem Bin sehr ähnliche Farbkoordinaten (x, y) haben, was zu einem konsistenten warmweißen Farbeindruck zwischen 2000K und 2500K führt. Die Messtoleranz für Farbkoordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (V-I-Kurve)

Die V-I-Kurve zeigt eine nichtlineare Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, beginnend bei etwa 2,6V bei sehr niedrigen Strömen und ansteigend auf etwa 3,6V bei 1200mA. Diese Kurve ist essenziell für das Design der strombegrenzenden Schaltung oder des Konstantstrom-Treibers.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute steigt unterlinear mit dem Strom. Während die Ausbeute von 0mA auf 1000mA signifikant ansteigt, kann die Steigerungsrate bei den höchsten Strömen aufgrund des Efficiency Droop abnehmen, einem häufigen Phänomen bei LEDs, bei dem der interne Wirkungsgrad bei hohen Stromdichten sinkt. Dies unterstreicht die Bedeutung des Betriebs beim empfohlenen Strom für optimale Effizienz.

4.3 Farbtemperatur (CCT) vs. Durchlassstrom

Die CCT bleibt über den Betriebsstrombereich relativ stabil und variiert nur leicht zwischen etwa 1900K und 2400K. Diese Stabilität ist entscheidend für Anwendungen, bei denen trotz Dimmen oder Änderungen des Treiberstroms eine konsistente Farbtemperatur erforderlich ist.

4.4 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt ein breites Emissionsspektrum, charakteristisch für eine phosphorkonvertierte weiße LED, mit einer Peak-Wellenlänge (λ_p) im blauen Bereich (vom InGaN-Chip) und einer breiten gelben/roten Emission vom Phosphor. Die typische Abstrahlcharakteristik ist lambertisch (Kosinusgesetz), bestätigt durch das Polardiagramm, das einen gleichmäßigen, breiten Strahl mit 120-Grad-Abstrahlwinkel zeigt. Die Intensität ist auf der X- und Y-Achse nahezu identisch.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED wird in einem oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäuse geliefert. Die Gehäusezeichnung (hier nicht reproduziert, aber auf Seite 8 des Datenblatts referenziert) liefert kritische Abmessungen wie Länge, Breite, Höhe und Pad-Layout. Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung enthält wichtige Merkmale wie die Form der optischen Linse, die Kathodenmarkierung und den empfohlenen Lötpad-Footprint für das Leiterplattendesign, was entscheidend für korrektes Löten, Wärmeleitung und optische Ausrichtung ist.

6. Löt- und Montagerichtlinien

• Reflow-Löten: Das Bauteil hält einer Spitzenlöttemperatur von 260°C stand. Es ist für maximal 2 Reflow-Zyklen ausgelegt.
• Thermisches Management: Wie spezifiziert, darf die Substrattemperatur bei 1000mA 70°C nicht überschreiten. Dies erfordert die Verwendung einer geeigneten Leiterplatte (z.B. MCPCB oder ein Design mit ausreichenden Wärmedurchgangslöchern) und möglicherweise zusätzlicher Kühlkörper, abhängig vom Tastverhältnis der Anwendung und den Umgebungsbedingungen.
• Lagerung: Als MSL-Stufe-1-Bauteil ist unter normalen Fabrikbedingungen (≤30°C/85% r.F.) keine spezielle Trockenlagerung erforderlich.
• Handhabung: Aufgrund des integrierten ESD-Schutzes, der bis zu 8KV ausgelegt ist, aber dennoch anfällig für höherenergetische Ereignisse sein kann, sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf geprägten Trägerbändern für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Jede Rolle enthält 2000 Stück, mit einer Mindestbestellmenge von 1000 Stück. Das Trägerband hat im Datenblatt spezifizierte Abmessungen und enthält Polaritätsindikatoren, um die korrekte Ausrichtung während der Montage sicherzustellen. Die Produktkennzeichnung auf der Rolle enthält Felder für Kundenartikelnummer (CPN), Herstellerartikelnummer (P/N), Losnummer, Menge und die drei Binning-Codes: CAT (Lichtstrom-Bin), HUE (Farb-Bin) und REF (Durchlassspannungs-Bin) sowie die MSL-Stufe.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Mobiltelefon-Kamerablitz: Die hohe Pulsstromfähigkeit (1200mA) und der hohe Lichtstrom machen sie ideal für den Einsatz als Blitz- oder Taschenlampenlicht in Mobilgeräten.
• Allgemeinbeleuchtung: Innenraumbeleuchtung, dekorative Beleuchtung, Stufenlichter, Notausgangsschilder und andere architektonische oder Akzentbeleuchtung.
• Hintergrundbeleuchtung: Geeignet für TFT-Display-Hintergrundbeleuchtungseinheiten, die warmweißes Licht benötigen.
• Automobilbeleuchtung: Sowohl Innenraum- (Umgebungsbeleuchtung, Armaturenbrettbeleuchtung) als auch Außenanwendungen (abhängig von spezifischen Automobilqualifikationsanforderungen).

8.2 Designüberlegungen

• Treiberdesign: Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der auf den Durchlassspannungs-Bin und den gewünschten Betriebsstrom (z.B. 350mA für Dauerbetrieb, bis zu 1200mA für Pulsblitz) abgestimmt ist.
• Thermisches Design: Dies ist der kritischste Aspekt. Berechnen Sie den notwendigen thermischen Widerstand von der LED-Sperrschicht zur Umgebung, um T_jund T_sinnerhalb der Grenzen zu halten. Die Verwendung von MCPCBs oder isolierten Metallsubstraten (IMS) wird für Hochstromanwendungen dringend empfohlen.
• Optisches Design: Das 120-Grad-Lambert-Muster eignet sich gut für breite, gleichmäßige Ausleuchtung. Für fokussierte Strahlen sind Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Obwohl in diesem Datenblatt kein direkter Vergleich mit anderen Modellen vorliegt, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED abgeleitet werden:

• Hohe Effizienz in Warmweiß: Das Erreichen von 61,7 lm/W im warmweißen (2000-2500K) CCT-Bereich ist ein bemerkenswerter Leistungspunkt, da die Effizienz bei wärmeren CCTs im Vergleich zu kaltweiß oft abfällt.
• Robuste Pulsbelastbarkeit: Die 1200mA-Pulsbelastbarkeit unter definierten Bedingungen ist speziell für Kamerablitzanwendungen ausgelegt, was eine spezielle Anforderung ist.
• Integrierter hochwertiger ESD-Schutz: 8KV HBM-Schutz liegt über dem typischen Industrieniveau und bietet größere Robustheit bei Handhabung und Endanwendung.
• Umfassende Konformität: Erfüllt RoHS-, REACH- und halogenfreie Standards, was für moderne Elektronik, insbesondere in Konsumgüter- und Automobilmärkten, essenziell ist.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Der absolute Maximalwert für den DC-Durchlassstrom beträgt 350mA. Der 1000mA-Wert ist eine Testbedingung zur Spezifizierung des Lichtstroms und ist typischerweise mit Pulsbetrieb (wie Blitz) verbunden. Für Dauerbetrieb dürfen Sie 350mA nicht überschreiten und müssen durch effektives thermisches Management sicherstellen, dass die Substrattemperatur (T_s) bei oder unter 70°C bleibt.

F: Was bedeutet die "2025" in der Artikelnummer?

A: Es bezieht sich auf den Farbart-Bin (Farbe). LEDs in diesem Bin haben Farbkoordinaten innerhalb eines definierten Bereichs im CIE-Diagramm, was ein warmweißes Licht mit einer Farbtemperatur zwischen 2000K und 2500K ergibt.

F: Wie viele dieser LEDs kann ich in Reihe an einer 12V-Versorgung betreiben?

A: Mit einem typischen V_Fvon ~3,2V könnten Sie theoretisch 3 LEDs in Reihe schalten (3 * 3,2V = 9,6V), was Spielraum für den Stromregler lässt. Sie müssen jedoch das Maximum und Minimum von V_Faus dem Binning (2,85V bis 3,95V) berücksichtigen und den Treiber so auslegen, dass er diesen Bereich über alle Einheiten in der Reihenschaltung handhabt.

F: Ist ein Kühlkörper notwendig?

A: Für jeden Betrieb oberhalb niedriger Ströme, ja. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass die Substrattemperatur bei 1000mA ≤ 70°C sein muss und alle Zuverlässigkeitsdaten auf der Verwendung einer 1cm² MCPCB basieren. Für Dauerbetrieb bei niedrigeren Strömen ist dennoch eine thermische Analyse erforderlich, um sicherzustellen, dass T_j <145°C.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Designfall: Tragbare Arbeitsleuchte

Ein Designer entwickelt eine batteriebetriebene, hochleistungsfähige Arbeitsleuchte. Er wählt diese LED aufgrund ihres hohen Lumen-Outputs und der warmweißen Farbe, die augenschonender ist. Er plant, einen 3,7V Li-Ionen-Akku zu verwenden. Um die LED anzutreiben, wählt er einen Aufwärtswandler-Konstantstromtreiber, der auf 300mA eingestellt ist (unterhalb des 350mA DC-Maximums), um gute Effizienz und Langlebigkeit sicherzustellen. Er entwirft eine kompakte Aluminium-Leiterplatte, die sowohl als Schaltungsträger als auch als Kühlkörper dient und sicherstellt, dass das thermische Pad der LED ordnungsgemäß an eine große Kupferfläche gelötet ist, die mit Wärmedurchgangslöchern verbunden ist. Der breite 120-Grad-Strahlwinkel bietet gute Flächenabdeckung ohne zusätzliche Optik. Die MSL-Stufe-1-Einstufung vereinfacht den Montageprozess in seiner Fertigungseinrichtung.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des Chips und emittieren Photonen hauptsächlich im blauen Bereich des Spektrums. Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Schicht aus Phosphorbeschichtung (typischerweise YAG:Ce oder ähnlich), die auf oder nahe dem Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als gelbes und rotes Licht neu. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem breitbandigen gelben/roten Licht des Phosphors wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von blauem zu phosphorkonvertiertem Licht bestimmt die Farbtemperatur (CCT); ein höherer Rot-/Gelbanteil führt zu einem "wärmeren" weißen Licht, wie es bei diesem 2000-2500K-Bauteil der Fall ist.

13. Technologietrends

Die LED-Industrie entwickelt sich weiterhin entlang mehrerer relevanter Vektoren für diese Art von Bauteil:

• Erhöhte Effizienz (lm/W): Fortlaufende Verbesserungen in der Chip-Epitaxie, Phosphortechnologie und Gehäusedesign treiben die höhere Lichtausbeute voran und reduzieren Energieverbrauch und thermische Belastung bei gleicher Lichtleistung.
• Verbesserte Farbqualität und Konsistenz: Fortschritte in Phosphorsystemen und Binning-Prozessen führen zu engeren Farbtoleranzen (kleinere Bin-Bereiche) und höheren Farbwiedergabeindex (CRI)-Werten, auch für warmweiße LEDs.
• Höhere Leistungsdichte und Zuverlässigkeit: Gehäusematerialien und Wärmeübergangstechnologien verbessern sich, was höhere Treiberströme und Verlustleistung bei gleichbleibender oder verbesserter Lebensdauer (L70-, L90-Metriken) ermöglicht.
• Integration und MiniaturisierungEs gibt einen Trend zur Integration mehrerer LED-Chips, Treiber und Steuerschaltungen in einzelne, intelligentere Module. Dennoch bleiben diskrete Hochleistungs-LEDs wie diese für Anwendungen essenziell, die maximale Flexibilität im optischen und thermischen Design erfordern.
• Pulsleistung für Sensorik: Für Anwendungen jenseits der Beleuchtung, wie LiDAR oder strukturiertes Licht für 3D-Sensorik, wird die Fähigkeit, sehr kurze, hochstromstarke Pulse mit präziser Zeitsteuerung zu handhaben, immer wichtiger.