ELCS14G-NB2530J6J7293910-F3Y LED Datenblatt - Gehäuse 2,5x3,0mm - Spannung 2,95-3,95V - Lichtstrom 220lm @1A - Warmweiß 2500-3000K - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELCS14G-NB2530J6J7293910-F3Y ist eine leistungsstarke, oberflächenmontierbare LED, die für Anwendungen konzipiert ist, die hohe Lichtausbeute und exzellente Effizienz in einem kompakten Formfaktor erfordern. Diese Bauteil nutzt InGaN-Chip-Technologie, um ein warmweißes Licht mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) im Bereich von 2500K bis 3000K zu erzeugen. Die primären Designziele sind die Bereitstellung eines hohen Lichtstroms bei gleichzeitig geringer Bauraumanforderung, was sie für platzbeschränkte Designs geeignet macht. Die Kernvorteile dieser LED umfassen einen typischen Lichtstrom von 220 Lumen bei einem Treiberstrom von 1000mA, was einer hohen optischen Effizienz von etwa 63,77 Lumen pro Watt entspricht. Die Zielmärkte sind vielfältig und umfassen Konsumelektronik, Allgemeinbeleuchtung und spezielle Beleuchtungsanwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und Leistung entscheidend sind.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für den Betrieb innerhalb strenger Grenzen spezifiziert, um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Der DC-Durchlassstrom für Dauerbetrieb (Dauerlicht) ist mit 350mA spezifiziert. Für Pulsbetrieb ist ein Spitzenpulsstrom von 1000mA unter einem spezifischen Tastverhältnis (400ms ein, 3600ms aus, für 30000 Zyklen) zulässig. Die maximale Sperrschichttemperatur beträgt 145°C, mit einem Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C. Das Bauteil hält einer Löttemperatur von 260°C für maximal zwei Reflow-Zyklen stand. Wichtig zu beachten ist, dass diese LEDs nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt sind. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zur Lötstelle ist mit 8,5°C/W spezifiziert, ein Schlüsselparameter für das Thermomanagement-Design.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Die wichtigsten Leistungsparameter werden unter kontrollierten Bedingungen mit einer Lötstellentemperatur (Ts) von 25°C gemessen. Die primäre Kenngröße ist der Lichtstrom (Iv), der einen typischen Wert von 220 Lumen bei einem IF von 1000mA aufweist, mit einem Minimum von 200 lm und einem Maximum von 300 lm gemäß der Binning-Struktur. Die Durchlassspannung (VF) bei diesem Strom liegt im Bereich von 2,95V (Min.) bis 3,95V (Max.), mit einem typischen Wert von 3,45V. Die korrelierte Farbtemperatur liegt bei etwa 2750K, mit einem Bereich von 2500K bis 3000K. Alle elektrischen und optischen Daten werden unter einer 50ms-Pulsbedingung getestet, um Selbsterwärmungseffekte während der Messung zu minimieren und sicherzustellen, dass die Daten die Leistung der LED vor signifikantem Temperaturanstieg repräsentieren.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird nach drei Schlüsselparametern gruppiert: Lichtstrom, Durchlassspannung und Farbort (Farbkoordinaten). Dieses Binning gewährleistet Konsistenz im Anwendungsdesign.

3.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird unter dem Code 'J6' gebinnt. Dieses Bin definiert einen Lichtstrombereich von mindestens 200 lm bis maximal 300 lm bei einem Treiberstrom von 1000mA, wobei der typische Wert 220 lm beträgt.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird unter dem Code '2939' gebinnt. Dieses Bin definiert einen VF-Bereich von 2,95V bis 3,95V bei 1000mA, mit einem typischen Wert von 3,45V.

3.3 Farbort-Binning

Die Farbe wird unter dem Code '2530' gebinnt. Dies bezieht sich auf einen spezifischen Bereich im CIE-1931-Farbtafeldiagramm, der einer warmweißen Farbe mit einer CCT zwischen 2500K und 3000K entspricht. Die Bin-Struktur ist durch spezifische (x, y)-Koordinatengrenzen definiert, um Farbkonstanz zu gewährleisten. Die Messabweichung für die Farbkoordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Die Beziehung zwischen Durchlassspannung (VF) und Durchlassstrom (IF) ist nichtlinear, typisch für Diodenverhalten. Die Kurve zeigt, dass VF mit IF ansteigt. Entwickler nutzen diese Kurve, um den Spannungsabfall über der LED bei verschiedenen Betriebsströmen abzuschätzen, was für die Treiberschaltungsauslegung und die Berechnung der Verlustleistung entscheidend ist.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Diese Kurve veranschaulicht die Lichtausbeute in Abhängigkeit vom Treiberstrom. Anfänglich steigt der Lichtstrom nahezu linear mit dem Strom, kann aber bei höheren Strömen Anzeichen von Effizienzeinbruch (eine Verringerung der Effizienz) zeigen, oft aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur und anderer Halbleitereffekte. Diese Kurve hilft, den optimalen Betriebspunkt für den Ausgleich von Helligkeit und Effizienz zu bestimmen.

4.3 Farbtemperatur (CCT) vs. Durchlassstrom

Die korrelierte Farbtemperatur kann sich mit dem Treiberstrom verschieben. Diese Kurve zeigt die Variation der CCT über den Betriebsstrombereich. Für diese warmweiße LED bleibt die CCT über den Strombereich relativ stabil, zwischen etwa 2500K und 3000K, was für Anwendungen wichtig ist, bei denen ein konsistentes Farbbild erforderlich ist.

4.4 Relative spektrale Verteilung

Das Diagramm der spektralen Leistungsverteilung (SPD) zeigt die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge. Für eine weiße LED zeigt dies typischerweise einen breiten blauen Peak vom InGaN-Chip und eine breitere gelbe/rote Emission vom Leuchtstoff. Die Peak-Wellenlänge (λp) und die Form des Spektrums bestimmen die Farbwiedergabeeigenschaften des Lichts.

4.5 Typisches Abstrahlverhalten

Das polare Abstrahldiagramm zeigt die räumliche Lichtverteilung. Dieses Bauteil weist ein Lambert'sches Abstrahlverhalten auf, bei dem die Lichtstärke proportional zum Kosinus des Betrachtungswinkels ist. Der Öffnungswinkel (2θ1/2), bei dem die Intensität auf die Hälfte des Spitzenwerts abfällt, ist mit 120 Grad (±5° Toleranz) spezifiziert. Dieser weite Öffnungswinkel eignet sich für Allgemeinbeleuchtungsanwendungen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem kompakten SMD-Gehäuse (Surface-Mount Device) untergebracht. Die Gehäuseabmessungen betragen 2,5mm Länge und 3,0mm Breite, wie durch die '2530' in der Artikelnummer angegeben. Die detaillierte Maßzeichnung liefert genaue Maße für den LED-Körper, die Lötpads (Anode und Kathode) und alle mechanischen Merkmale. Die Polarität ist auf dem Gehäuse klar markiert, typischerweise mit einem Kathodenindikator. Das Lötpad-Design ist entscheidend sowohl für die elektrische Verbindung als auch, noch wichtiger, für die Wärmeableitung. Ein korrekter Footprint auf der Leiterplatte gewährleistet eine gute Lötstellenzuverlässigkeit und optimalen Wärmetransport von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Löten

Das Bauteil ist für eine maximale Löttemperatur von 260°C ausgelegt und hält maximal zwei Reflow-Zyklen stand. Es ist entscheidend, das empfohlene Reflow-Profil einzuhalten, um thermischen Schock zu vermeiden, der zu Gehäuserissen oder innerer Delaminierung führen kann. Die Spitzentemperatur und die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur müssen kontrolliert werden.

6.2 Lagerung und Handhabung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich (MSL-Level spezifiziert). Die feuchtigkeitsdichte Verpackung sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile verwendet werden sollen. Wenn die Verpackung geöffnet wurde oder die spezifizierte Standzeit überschritten ist, ist eine Trockenvorbehandlung (z.B. 60±5°C für 24 Stunden) erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserissbildung) während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.3 Thermomanagement

Effektives Thermomanagement ist von größter Bedeutung für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer. Die LED sollte auf einer geeigneten Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) oder einem anderen Substrat mit guter Wärmeleitfähigkeit montiert werden. Der thermische Widerstand von 8,5°C/W gilt von der Sperrschicht zur Lötstelle; der gesamte systemische thermische Widerstand zur Umgebung muss so gesteuert werden, dass die Sperrschichttemperatur deutlich unter dem Maximalwert von 145°C bleibt, insbesondere im Dauerbetrieb. Der Betrieb bei Maximaltemperatur über längere Zeiträume (über 1 Stunde) sollte vermieden werden.

6.4 Elektrischer Schutz

Obwohl das Bauteil über einen gewissen ESD-Schutz verfügen mag, ist es nicht für Sperrspannung ausgelegt. Ein externer Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber ist unerlässlich, um den Strom zu begrenzen und vor Spannungstransienten zu schützen. Ohne Strombegrenzung kann ein kleiner Spannungsanstieg einen großen, möglicherweise zerstörerischen, Stromanstieg verursachen.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert. Sie werden typischerweise auf geprägten Trägerbändern ausgeliefert, die dann auf Spulen aufgewickelt sind. Eine Standardschul enthält 3000 Stück, mit einer Mindestbestellmenge von 1000 Stück. Die Produktkennzeichnung auf der Spule umfasst kritische Informationen: Artikelnummer (P/N), Losnummer (LOT NO), Packmenge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstrom (CAT), Farbe (HUE) und Durchlassspannung (REF). Der MSL-Level ist ebenfalls angegeben (MSL-X). Die Abmessungen von Trägerband und Spule werden zur Erleichterung der Einrichtung von automatischen Bestückungsmaschinen bereitgestellt.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Blitzlicht für Mobilgerätekameras:Die hohe Pulsstromfähigkeit (1000mA) und die hohe Lichtausbeute machen sie für Blitzlicht-/Stroboskopanwendungen in Smartphones und Digitalkameras geeignet.
• Taschenlampen und tragbare Beleuchtung:Verwendung in Digitalvideokameras, Handtaschenlampen und anderen tragbaren Beleuchtungsgeräten.
• Allgemein- und dekorative Beleuchtung:Ideal für Innenraumbeleuchtung, Akzentbeleuchtung, Stufenlichter, Notausgangsschilder und andere architektonische oder dekorative Anwendungen, die von warmweißem Licht profitieren.
• TFT-Hintergrundbeleuchtung:Kann als hochhellige Hintergrundbeleuchtungsquelle für kleine bis mittlere Displays verwendet werden.
• Automobilbeleuchtung:Geeignet für sowohl Innenraum- (Ambientebeleuchtung, Leselichter) als auch Außenanwendungen (Zusatzbeleuchtung) im Automobilbereich, vorausgesetzt, die relevanten Automobilstandards werden erfüllt.

8.2 Designüberlegungen

• Treiberauswahl:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der für den gewünschten Betriebsstrom geeignet ist (bis zu 350mA DC oder 1000mA gepulst). Stellen Sie sicher, dass die Ausgangsspannung des Treibers die maximale VF der LED übersteigt.
• Leiterplattenlayout:Entwerfen Sie die Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche oder Wärmeabzugsvias unter den LED-Pads, die als Kühlkörper dienen. Dies ist entscheidend für die Ableitung der erzeugten Wärme von mehreren Watt (Leistung ≈ VF * IF).
• Optisches Design:Der Lambert'sche 120-Grad-Öffnungswinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern, um gewünschte Lichtverteilungen für spezifische Anwendungen wie Blitzlicht oder Spotbeleuchtung zu erreichen.
• Farbkonstanz:Für Anwendungen, die eine enge Farbabstimmung erfordern, verwenden Sie LEDs aus derselben Produktionscharge oder spezifizieren Sie enge Binning-Anforderungen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-LEDs bietet dieses Bauteil einen deutlich höheren Lichtstrom für seine Gehäusegröße (2,5x3,0mm). Seine typische Effizienz von ~64 lm/W bei 1A ist wettbewerbsfähig. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind die Kombination aus hohem Lichtstrom, warmweißer Farbtemperatur in einem kompakten SMD-Gehäuse und robusten Spezifikationen für Pulsbetrieb. Es füllt eine Nische zwischen kleineren, leistungsschwächeren LEDs und größeren, leistungsstärkeren COB-LEDs (Chip-on-Board). Die definierte Binning-Struktur für Lichtstrom, Spannung und Farbe bietet Entwicklern vorhersehbare Leistung und reduziert den Bedarf an umfangreicher Systemkalibrierung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen DC-Durchlassstrom (350mA) und Spitzenpulsstrom (1000mA)?

A: Der DC-Durchlassstrom (350mA) ist der maximale Strom, der kontinuierlich angelegt werden kann, ohne Schäden zu riskieren. Der Spitzenpulsstrom (1000mA) ist ein viel höherer Strom, der nur für sehr kurze Dauer (in diesem Fall 400ms) mit einer langen Ausschaltzeit (3600ms) angelegt werden darf, um der Sperrschicht Abkühlung zu ermöglichen. Dies ist typisch für Kamerablitzanwendungen.

F: Wie interpretiere ich das Lichtstrom-Bin 'J6' (200-300 lm)?

A: Dies bedeutet, dass jede mit Bin J6 gekennzeichnete LED einen gemessenen Lichtstrom zwischen 200 und 300 Lumen aufweisen wird, wenn sie bei 1000mA getestet wird. Der typische Wert ist 220 lm. Für das Design ist die Verwendung des Minimalwerts (200 lm) konservativ, um eine Mindestlichtausbeute sicherzustellen.

F: Warum wird das Thermomanagement so stark betont?

A: Die LED-Leistung verschlechtert sich mit steigender Sperrschichttemperatur. Die Lichtausbeute nimmt ab, die Durchlassspannung verschiebt sich und die Farbe kann sich ändern. Noch kritischer ist, dass der Betrieb bei hohen Temperaturen die Lebensdauer der LED drastisch reduziert. Der thermische Widerstand von 8,5°C/W ist der Pfad von der Halbleitersperrschicht zu Ihrer Lötstelle; Sie müssen den Rest des Pfads (Leiterplatte, Kühlkörper) so gestalten, dass die Sperrschicht kühl bleibt.

F: Kann ich diese LED direkt an eine 3,3V- oder 5V-Versorgung anschließen?

A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle verursacht einen unkontrollierten Stromfluss, der wahrscheinlich die Maximalwerte überschreitet und die LED sofort zerstört. Sie müssen einen strombegrenzenden Mechanismus verwenden, wie einen Konstantstromtreiber oder einen in Reihe geschalteten Widerstand, der basierend auf der Versorgungsspannung und der VF der LED berechnet wird.

11. Praktische Anwendungsbeispiele

Fallbeispiel 1: Smartphone-Kamerablitzmodul:Ein Entwickler erstellt einen Dual-LED-Blitz für ein Smartphone. Er verwendet zwei dieser LEDs, die parallel von einem dedizierten Blitztreiber-IC angesteuert werden. Der Treiber liefert den 1000mA-Pulsstrom für eine von der Kamerasoftware gesteuerte Dauer. Die kompakte Größe ermöglicht es, das Modul neben dem Kameraobjektiv unterzubringen. Er entwirft eine kleine Metallplatte auf der Flex-Leiterplatte unter den LEDs, um die während einer Blitzsequenz erzeugte Wärme abzuführen.

Fallbeispiel 2: Architektonische Stufenbeleuchtung:Für die Beleuchtung von Stufen in einem Gewerbegebäude entwirft ein Ingenieur ein flaches Aluminiumprofil mit einer Nut. Mehrere LEDs sind entlang der Nut beabstandet und werden von einem Konstantstrom-LED-Treiber mit 300mA (unterhalb des DC-Maximums) für Dauerbetrieb angesteuert. Das warmweiße Licht (2750K) bietet gute Sichtbarkeit und Atmosphäre. Das Aluminiumprofil dient sowohl als Gehäuse als auch als Kühlkörper und gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED ist eine Festkörperlichtquelle basierend auf Halbleiterphysik. Sie verwendet einen Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Chip, der blaues Licht emittiert, wenn Elektronen und Löcher bei Anlegen einer Durchlassspannung über die Bandlücke des Chips rekombinieren (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird dann teilweise durch eine auf oder nahe dem Chip aufgebrachte Schicht aus Leuchtstoffmaterial in längere Wellenlängen (gelb, rot) umgewandelt. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem leuchtstoffkonvertierten Licht führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die spezifischen Verhältnisse der Leuchtstoffzusammensetzung bestimmen die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI) des emittierten weißen Lichts.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbqualität (höherer CRI und präzisere Farbkonstanz) und erhöhter Leistungsdichte (mehr Licht aus kleineren Gehäusen). Es gibt auch einen starken Drang zu verbesserter Zuverlässigkeit und längerer Lebensdauer unter höheren Betriebstemperaturen. Bei der Gehäusetechnik zielen Fortschritte darauf ab, die Lichteinkoppeleffizienz und das Thermomanagement innerhalb des Gehäuses selbst zu verbessern. Für weiße LEDs entwickelt sich die Leuchtstofftechnologie weiter, um stabilere Leistung über Temperatur und Zeit zu bieten und einen breiteren Bereich von Farbtemperaturen und spektralen Qualitäten zu ermöglichen. Das in diesem Datenblatt beschriebene Bauteil repräsentiert einen ausgereiften Punkt in diesen laufenden Trends und bietet für seine Zielanwendungen eine Balance aus Leistung, Größe und Kosten.