ELCH08 LED Datenblatt - Hocheffiziente Weißlicht-LED - 290lm @ 1A - 2,85-3,9V - 120° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hocheffizienten weißen Leuchtdiode (LED). Das Bauteil zeichnet sich durch sein kompaktes Gehäusedesign aus, das eine hohe Lichtausbeute liefert und es somit für anspruchsvolle Anwendungen mit begrenztem Bauraum und hohem Lichtbedarf prädestiniert. Zu den Kernvorteilen zählen ein typischer Lichtstrom von 290 Lumen bei einem Betriebsstrom von 1 Ampere, was einer optischen Effizienz von etwa 87 Lumen pro Watt entspricht. Die LED verfügt über einen robusten ESD-Schutz, der die Zuverlässigkeit bei Handhabung und Montage erhöht. Sie ist vollständig RoHS-konform und wird mit bleifreien Verfahren hergestellt.

1.1 Zielanwendungen

Die LED ist für ein breites Spektrum an Beleuchtungszwecken konzipiert. Primäre Anwendungen umfassen die Nutzung als Blitz- oder Stroboskoplichtquelle in Mobilgeräten und digitalen Videogeräten. Sie eignet sich ebenfalls hervorragend für allgemeine Innenraumbeleuchtung, Hintergrundbeleuchtung von TFT-Displays sowie verschiedene dekorative oder Unterhaltungsbeleuchtungssysteme. Darüber hinaus findet sie Verwendung in der Automobilbeleuchtung für Innen- und Außenfunktionen sowie in Sicherheits- und Orientierungsbeleuchtungen wie Notausgangsschildern und Stufenmarkierungen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte Analyse der wichtigsten technischen Parameter des Bauteils, abgeleitet aus den absoluten Maximalwerten und den typischen Betriebsbedingungen.

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 (Dauerlicht-Modus): 350 mA. Dies ist der maximale kontinuierliche Durchlassstrom, den die LED verkraften kann.
• Spitzenimpulsstrom: 1500 mA. Dieser hohe Strom darf nur unter spezifischen Impulsbedingungen (max. 400 ms Dauer, 10% Tastverhältnis) angelegt werden, typisch für Blitzlichtanwendungen.
• ESD-Festigkeit (HBM): 8 kV. Das Bauteil bietet einen hohen Schutz gegen elektrostatische Entladung gemäß dem JEDEC JS-001-2017 (ehemals JEDEC 3b) Standard, was für die Montage- und Handhabungszuverlässigkeit entscheidend ist.
• Sperrschichttemperatur (Tj): 150 °C. Die maximal zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht.
• Betriebs- & Lagertemperatur: -40 °C bis +85 °C (Betrieb), -40 °C bis +100 °C (Lagerung).
• Thermischer Widerstand (Rth): 3,4 °C/W. Dieser Parameter gibt an, wie effektiv Wärme von der Sperrschicht an die Umgebung abgeführt wird. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine bessere thermische Leistung.
• Verlustleistung (Impulsbetrieb): 6,42 W. Die maximale Leistung, die das Bauteil unter Impulsbedingungen abführen kann.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2): 120 Grad ± 5°. Dies definiert den Winkelbereich, in dem die Lichtstärke mindestens die Hälfte der Spitzenlichtstärke beträgt, was zu einem breiten, lambertstrahlerähnlichen Abstrahlmuster führt.

Kritische Hinweise: Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Ein Dauerbetrieb an den Maximalwerten ist verboten, da dies zu Degradation und potenziellem Ausfall führt. Alle Zuverlässigkeitsspezifikationen sind unter kontrolliertem Wärmemanagement auf einer 1,0 cm² großen Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) validiert.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ts=25°C)

Diese Parameter werden unter typischen Testbedingungen (50ms Impuls, Lötpad bei 25°C) gemessen und repräsentieren die zu erwartende Leistung.

• Lichtstrom (Iv): 260 lm (Min), 300 lm (Typ) bei IF=1000mA.
• Durchlassspannung (VF): 2,85V (Min), 3,90V (Max) bei IF=1000mA. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs.
• Farbtemperatur (CCT): 5500K bis 6500K, was es in den Bereich \"kaltweiß\" oder \"tageslichtweiß\" einordnet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins (Klassen) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Helligkeit, Spannungsabfall und Farbe erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden bei IF=1000mA in drei Spannungs-Bins kategorisiert:
- Bin 2832: VF = 2,85V bis 3,25V.
- Bin 3235: VF = 3,25V bis 3,55V.
- Bin 3539: VF = 3,55V bis 3,90V.
Dieses Binning hilft bei der Auslegung stabiler Treiberschaltungen, indem es die Durchlassspannungsvariation berücksichtigt.

3.2 Lichtstrom-Binning

LEDs werden nach ihrer Lichtleistung bei IF=1000mA sortiert:
- Bin J7: Iv = 260 lm bis 300 lm.
- Bin J8: Iv = 300 lm bis 330 lm.
- Bin J9: Iv = 330 lm bis 360 lm.
Dies gewährleistet vorhersehbare Helligkeitsniveaus in der finalen Anwendung.

3.3 Farbort- (Farb-) Binning

Der Weißlicht-Farbort wird durch die CIE 1931 (x, y) Farbkoordinaten definiert. Der primäre Bin für dieses Bauteil ist5565, der auf einen CCT-Bereich von 5500K bis 6500K abzielt. Der spezifische Referenzpunkt für diesen Bin liegt bei den Koordinaten (0,3166, 0,3003), mit einem definierten viereckigen Toleranzfeld im CIE-Diagramm. Die Messabweichung für Farbkoordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Aufschluss über das Verhalten des Bauteils unter variierenden Betriebsbedingungen.

4.1 Relative spektrale Verteilung

Die spektrale Leistungsverteilungskurve zeigt die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge. Für eine weiße LED, die auf einem blauen InGaN-Chip mit Phosphorbeschichtung basiert, zeigt das Spektrum typischerweise einen dominanten blauen Peak vom Chip und ein breiteres gelbes/rotes Emissionsband vom Phosphor. Die kombinierte Ausgabe erzeugt weißes Licht. Die Peak-Wellenlänge (λp) und die gesamte spektrale Form beeinflussen den Farbwiedergabeindex (CRI) und die wahrgenommene Farbqualität.

4.2 Typisches Abstrahlverhalten

Das polare Abstrahldiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtstärke. Die gezeigte Kurve deutet auf ein nahezu lambertstrahlerähnliches Muster hin, bei dem die Intensität annähernd proportional zum Kosinus des Betrachtungswinkels ist. Dies führt zu einer breiten, gleichmäßigen Ausleuchtung, die für Allgemeinbeleuchtung und Blitzanwendungen geeignet ist. Die X- und Y-Achsen-Muster sind ähnlich, was auf eine symmetrische Abstrahlung hindeutet.

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

Diese Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, jedoch nicht linear. Das Verständnis dieser Kurve ist für das Wärmemanagement und das Treiberdesign essenziell, da die Verlustleistung (Vf * If) Wärme erzeugt.

4.4 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Lichtleistung mit dem Treiberstrom skaliert. Anfänglich steigt der Lichtstrom nahezu linear mit dem Strom. Bei höheren Strömen tritt jedoch ein Effizienzabfall (Droop) aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur und anderer Halbleiterphysik-Effekte auf, wodurch der relative Anstieg des Lichtstroms abnimmt. Ein Betrieb über dem empfohlenen Strom reduziert die Effizienz und beschleunigt die Alterung.

4.5 CCT vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie sich die Farbtemperatur mit dem Treiberstrom verschiebt. Typischerweise kann bei phosphorkonvertierten weißen LEDs die CCT bei sehr hohen Strömen ansteigen (das Licht wird kühler/bläulicher) aufgrund unterschiedlicher Effizienzänderungen zwischen der blauen Pump-LED und dem Phosphor. Das Diagramm zeigt, dass die CCT über den Betriebsstrombereich relativ stabil bleibt, was für eine konsistente Farbperformance wünschenswert ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die physikalischen Abmessungen und die Konstruktion des LED-Gehäuses sind entscheidend für das Leiterplattenlayout, das Wärmemanagement und das optische Design.

5.1 Gehäuseabmessungszeichnung

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des SMD-Gehäuses (Surface-Mount Device). Wichtige Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie die Größe und der Abstand der Anschlussflächen (Pads). Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Zeichnung ist essenziell für die Erstellung des Leiterplatten-Footprints (Land Pattern) in CAD-Software.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse verfügt über eine Polarisierungsmarkierung. Die korrekte Ausrichtung während der Montage ist zwingend erforderlich, um eine Sperrspannung zu verhindern, die nicht unterstützt wird und das Bauteil beschädigen kann. Die Polarität ist auch auf dem Trägerband für automatisierte Bestückungsmaschinen angegeben.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Das Bauteil hält einer maximalen Löttemperatur von 260°C stand, was mit Standard-Rückflusslötprofilen für bleifreies Löten (z.B. IPC/JEDEC J-STD-020) kompatibel ist. Die maximal zulässige Anzahl an Reflow-Zyklen beträgt 3. Es ist entscheidend, das empfohlene Temperaturprofil (Aufheizrate, Haltezeit, Reflow-Peak und Abkühlrate) einzuhalten, um thermischen Schock zu vermeiden und zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten, ohne die LED-Komponente zu beschädigen.

6.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL)

Die Komponente ist mit MSL Level 1 bewertet. Dies ist die höchste Stufe der Feuchtigkeitsbeständigkeit, was bedeutet, dass das Bauteil unter Bedingungen ≤ 30°C / 85% relativer Luftfeuchtigkeit eine unbegrenzte Lagerdauer hat und vor der Verwendung nicht getrocknet werden muss, wenn es unter diesen Bedingungen gelagert wurde. Dies vereinfacht die Lagerverwaltung im Vergleich zu höheren MSL-Stufen.

6.3 Lagerbedingungen

Der empfohlene Lagertemperaturbereich liegt bei -40°C bis +100°C. Die Komponenten sollten bis zur Verwendung in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln mit Trockenmittel aufbewahrt werden, um die MSL-1-Bewertung aufrechtzuerhalten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägten Trägerbändern geliefert, die auf Spulen aufgewickelt sind – der Standard für die automatisierte SMD-Montage. Das Datenblatt enthält Abmessungen sowohl für das Trägerband (Taschenabstand, Breite etc.) als auch für die Spule (Durchmesser, Nabenmaß). Eine Standardspule enthält 2000 Stück. Das Band zeigt die Polarität und die Vorschubrichtung für die Bestückungsmaschine an.

7.2 Produktkennzeichnung

Die Spule und die Verpackung sind mit wichtigen Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Verwendung gekennzeichnet:
- P/N: Die Hersteller-Teilenummer (z.B. ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH).
- LOT NO: Fertigungslosnummer für die Qualitätskontrolle.
- QTY: Stückzahl in der Verpackung.
- CAT: Lichtstrom-Bin-Code (z.B. J7).
- HUE: Farb-Bin-Code (z.B. 5565).
- REF: Durchlassspannungs-Bin-Code (z.B. 2832, 3235, 3539).
- MSL-X: Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Designüberlegungen

Wärmemanagement: Dies ist der mit Abstand kritischste Faktor für LED-Leistung und Lebensdauer. Der niedrige thermische Widerstand (3,4°C/W) ist nur mit ausreichender Wärmeableitung wirksam. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche oder eine spezielle Metallkern-Leiterplatte (MCPCB), um Wärme von den Lötpads abzuleiten. Die maximale Substrattemperatur ist mit 70°C bei IF=1000mA spezifiziert.
Stromversorgung: Verwenden Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber, keine Konstantspannungsquelle, um eine stabile Lichtleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Beachten Sie die absoluten Maximalstromwerte sowohl für den Dauerbetrieb (Dauerlicht) als auch für den Impulsbetrieb (Blitz).
Optisches Design: Der breite 120°-Abstrahlwinkel eignet sich für Anwendungen, die eine große Abdeckung erfordern. Für fokussierte Lichtstrahlen sind Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) erforderlich. Das lambertstrahlerähnliche Abstrahlmuster vereinfacht die optische Modellierung.

8.2 ESD-Vorsichtsmaßnahmen

Obwohl das Bauteil einen hohen ESD-Schutz (8kV HBM) bietet, sollten während der Handhabung und Montage dennoch Standard-ESD-Schutzmaßnahmen eingehalten werden (Nutzung geerdeter Arbeitsplätze, Handgelenksbänder etc.), um kumulative Schäden oder latente Defekte zu verhindern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während das Datenblatt keinen direkten Vergleich mit anderen spezifischen Modellen bietet, lassen sich die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED ableiten:
- Hohe Lichtausbeute: 87 lm/W bei 1A ist eine wettbewerbsfähige Effizienz für eine Hochleistungs-SMD-LED dieser Klasse, was zu geringerem Energieverbrauch und reduzierter thermischer Belastung bei gegebener Lichtleistung führt.
- Hochstrom-Impulsfähigkeit: Die Spitzenimpulsstrom-Bewertung von 1500mA für Blitzanwendungen ist ein bedeutendes Merkmal, das sehr helle, kurzzeitige Lichtblitze ermöglicht, die für Kamerablitze geeignet sind.
- Robuste ESD-Bewertung: 8kV HBM bietet eine überlegene Handhabungsrobustheit im Vergleich zu vielen LEDs mit niedrigeren oder nicht spezifizierten ESD-Bewertungen.
- Umfassendes Binning: Drei-Parameter-Binning (Lichtstrom, Spannung, Farbe) ermöglicht eine engere Systemleistungskontrolle, was für Anwendungen vorteilhaft ist, die Farb- und Helligkeitskonstanz erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Stromversorgung betreiben?
A: Nicht direkt. Die Durchlassspannung (Vf) liegt bei 1A zwischen 2,85V und 3,90V. Eine 3,3V-Quelle könnte eine Einheit mit niedrigem Vf gerade noch einschalten, kann aber keine ordnungsgemäße Stromregelung bieten. Eine Konstantstrom-Treiberschaltung ist erforderlich.

F2: Was ist der Unterschied zwischen \"Dauerlicht-Modus\" (350mA) und der Testbedingung (1000mA)?
A: \"Dauerlicht-Modus\" bezieht sich auf den maximalenkontinuierlichenGleichstrom (350mA). Die 1000mA-Spezifikation gilt für denImpulsbetrieb(z.B. 50ms Impulse), typischerweise für Leistungsbenchmarks und Blitzanwendungen. Ein Dauerbetrieb mit 1000mA würde die Maximalwerte überschreiten und zu einem Ausfall führen.

F3: Wie interpretiere ich die Lichtstrom-Bins J7, J8, J9?
A: Dies sind Helligkeits-Bins. Wenn Ihr Design mindestens 300 Lumen erfordert, müssen Sie die Bins J8 oder J9 auswählen. Die Verwendung von Bin J7 könnte zu Einheiten unterhalb Ihrer geforderten Helligkeit führen. Geben Sie das erforderliche Bin bei der Bestellung an.

F4: Ist ein Kühlkörper notwendig?
A: Unbedingt. Die Verlustleistung bei einem 1A-Impuls kann bis zu fast 4W (3,9V * 1A) betragen. Ohne ordnungsgemäße Wärmeableitung wird die Sperrschichttemperatur schnell ihr Limit überschreiten, was zu schnellem Lichtstromrückgang, Farbverschiebung und katastrophalem Ausfall führt.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwicklung eines Mobiltelefon-Kamerablitzes
1. Treiberauswahl: Wählen Sie einen kompakten, hocheffizienten Schaltregler-Konstantstrom-Treiber-IC, der einen 1500mA-Impuls mit präziser Steuerung der Impulsbreite (z.B. ~400ms) und des Tastverhältnisses (<10%) liefern kann.
2. Leiterplattenlayout: Platzieren Sie die LED auf einer dedizierten thermischen Fläche, die mit großen Kupferflächen oder einer internen Masseebene verbunden ist. Verwenden Sie mehrere Durchkontaktierungen unter der Fläche, um Wärme auf andere Lagen zu leiten. Halten Sie den Treiber-IC nah, um die Leitungsinduktivität zu minimieren.
3. Optische Integration: Eine einfache Kunststofflinse oder ein Lichtleiter wird über der LED platziert, um das Licht zu streuen und Hotspots zu vermeiden, was eine gleichmäßige Ausleuchtung der Kameraszene gewährleistet. Der breite Abstrahlwinkel der LED unterstützt diese Streuung.
4. Bauteilauswahl: Für eine konsistente Blitzfarbe und -helligkeit über Millionen von Telefonen hinweg, geben Sie enge Bins an: z.B. Farb-Bin 5565, Lichtstrom-Bin J8 oder J9 und einen spezifischen Spannungs-Bin, um das Treiberdesign zu vereinfachen.

12. Funktionsprinzip Einführung

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der blaues Licht emittiert, wenn eine Durchlassspannung angelegt wird und Elektronen mit Löchern über die Bandlücke des Chips rekombinieren. Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Schicht aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce)-Phosphor absorbiert, die den Chip beschichtet. Der Phosphor wandelt einige der blauen Photonen zu längeren Wellenlängen im gelben Spektrum um. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das Verhältnis von blauer zu gelber Emission bestimmt die Farbtemperatur (CCT).

13. Technologietrends

Die Entwicklung weißer LEDs folgt mehreren wichtigen Trends:
- Erhöhte Effizienz (lm/W): Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz des blauen Chips, der Lichtauskopplung aus dem Gehäuse und der Phosphor-Konversionseffizienz treiben die Effizienz nach oben und reduzieren den Energieverbrauch.
- Verbesserte Farbqualität: Über einfache Blau+YAG-Systeme hinaus hin zu Multi-Phosphor- oder Violett-Pump-Systemen, um einen höheren Farbwiedergabeindex (CRI) und eine gleichmäßigere Farbe über verschiedene Winkel (Angular Color Uniformity) zu erreichen.
- Höhere Leistungsdichte & Miniaturisierung: Wie bei diesem Bauteil zu sehen ist, besteht der Trend darin, mehr Lumen in kleinere Gehäuse zu packen, was immer bessere Wärmemanagement-Lösungen wie fortschrittliche Substrate und Gehäusematerialien erfordert.
- Erhöhte Zuverlässigkeit: Verbesserungen bei Materialien (Phosphore, Vergussmassen) und Verpackungstechniken verlängern kontinuierlich die Betriebslebensdauer und die Lichtstromerhaltung (L70, L90 Bewertungen).
- Intelligente und integrierte Lösungen: Der Markt verzeichnet ein Wachstum bei LEDs mit integrierten Treibern, Sensoren oder Kommunikationsfähigkeiten (Li-Fi), obwohl dieses Datenblatt eine diskrete, traditionelle Komponente beschreibt.