ELCS14B-KB4050J6J9283910-F4Z LED Datenblatt - Hocheffiziente Weißlicht-LED - 250lm @ 1A - 3,95V Max - 5,9W Pulsleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer leistungsstarken, oberflächenmontierbaren Weißlicht-Leuchtdiode (LED). Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die hohe Lichtausbeute und Effizienz in kompakter Bauform erfordern. Seine Kernvorteile umfassen einen hohen typischen Lichtstrom von 250 Lumen bei einem Betriebsstrom von 1 Ampere, was zu einer beeindruckenden optischen Effizienz von 73,5 Lumen pro Watt führt. Die LED verfügt über einen robusten ESD-Schutz und eignet sich somit für die Handhabung in verschiedenen Montageumgebungen. Sie entspricht vollständig modernen Umwelt- und Sicherheitsstandards, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Anforderungen. Die primären Zielmärkte umfassen Subsysteme für Mobilgeräte, Unterhaltungselektronik, Allgemeinbeleuchtung sowie Innen- und Außenbeleuchtung im Automobilbereich.

2. Technische Parameter und Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind definiert, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten und dauerhafte Schäden zu verhindern. Zu den wichtigsten Werten gehören ein DC-Durchlassstrom (Dauerlichtmodus) von 350 mA und eine Spitzenpulsstromfähigkeit von 1500 mA unter spezifizierten Bedingungen (max. Dauer 400 ms, max. Tastverhältnis 10 %). Die Sperrschichttemperatur darf 150 °C nicht überschreiten. Das Bauteil kann gemäß dem JEDEC JS-001-2017 (HBM)-Standard einen ESD-Impuls von bis zu 2 KV standhalten. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40 °C und +85 °C. Es ist entscheidend, die gleichzeitige Anwendung mehrerer Maximalwerte und einen dauerhaften Betrieb an diesen Grenzen zu vermeiden, um eine Zuverlässigkeitsverschlechterung zu verhindern.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Alle elektro-optischen Daten sind bei einer Lötpad-Temperatur (Ts) von 25 °C spezifiziert. Die primären Leistungskennzahlen sind wie folgt:

• Lichtstrom (Iv):220 lm (Min), 250 lm (Typ) bei IF=1000mA. Messabweichung ±10 %.
• Durchlassspannung (VF):2,85 V (Min), 3,95 V (Max) bei IF=1000mA. Messabweichung ±0,1 V. Elektrische und optische Daten werden unter einer 50-ms-Pulsbedingung getestet.
• Farbtemperatur (CCT):Bereich von 4000 K bis 5000 K, mit einem typischen Wert von 4500 K, was es in den Bereich des neutralweißen Lichts einordnet.
• Farbwiedergabeindex (CRI):Mindestens 80, mit einem typischen Wert von 83. Messabweichung ±2.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad, mit einer Toleranz von ±5°. Dieser breite Abstrahlwinkel ist charakteristisch für ein Lambert'sches Abstrahlverhalten.

2.3 Thermische und Zuverlässigkeitsaspekte

Ein angemessenes Wärmemanagement ist für Leistung und Lebensdauer von größter Bedeutung. Die maximal zulässige Substrattemperatur (Ts) beträgt 70 °C beim Betrieb mit 1000 mA. Das Bauteil kann das Löten bei 260 °C für maximal zwei Reflow-Zyklen tolerieren. Alle spezifizierten Parameter werden durch Zuverlässigkeitstests über 1000 Stunden abgesichert, wobei das Kriterium ist, dass der Lichtstromabfall weniger als 30 % beträgt. Diese Tests werden unter gutem Wärmemanagement auf einer 1,0 x 1,0 cm² großen Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) durchgeführt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf drei Schlüsselparametern sortiert (gebinned), um Konsistenz innerhalb einer Anwendung sicherzustellen. Die Bin-Codes sind Teil der Produktbestellnummer (z. B. J6, 4050, 2832 in ELC...J6J9283910).

3.1 Lichtstrom-Binning

LEDs werden nach ihrer Gesamtlichtausbeute bei 1000 mA gruppiert. Die Binning-Struktur ist wie folgt:

• Bin J6:Lichtstrom von 220 lm bis 250 lm.
• Bin J7:Lichtstrom von 250 lm bis 300 lm.
• Bin J8:Lichtstrom von 300 lm bis 330 lm.
• Bin J9:Lichtstrom von 330 lm bis 360 lm.

Das vorliegende Bauteil stammt aus Bin J6.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden nach ihrem Spannungsabfall bei 1000 mA kategorisiert, um das Treiberdesign und das Leistungsmanagement zu unterstützen.

• Bin 2832:Durchlassspannung von 2,85 V bis 3,25 V.
• Bin 3235:Durchlassspannung von 3,25 V bis 3,55 V.
• Bin 3539:Durchlassspannung von 3,55 V bis 3,95 V.

Das vorliegende Bauteil fällt in das Spannungs-Bin 2832.

3.3 Farbort- (Farb-)Binning

Die Farbkoordinaten im CIE-1931-Farbtafeld werden streng kontrolliert. Das Bauteil verwendet das Farb-Bin "4050", das einen spezifischen viereckigen Bereich im Diagramm definiert und sicherstellt, dass das emittierte Weißlicht innerhalb eines konsistenten Farbraums liegt. Die Farbkoordinaten werden bei IF=1000 mA mit einer Abweichung von ±0,01 gemessen. Dieses Bin entspricht dem Farbtemperaturbereich von 4000 K bis 5000 K.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 Spektrale Verteilung

Die relative spektrale Verteilungskurve (im Datenblatt dargestellt) ist typisch für eine phosphorkonvertierte Weißlicht-LED. Sie weist einen primären Blaupeak vom InGaN-Chip (λp-Wellelänge wäre spezifiziert, z. B. um 450-455 nm) und ein breites sekundäres Emissionsband im gelb-grün-roten Bereich vom Phosphor auf. Die Kombination erzeugt weißes Licht. Die genaue Form und die Peak-Wellenlängen bestimmen die CCT und den CRI.

4.2 Abstrahlcharakteristik

Das typische polare Abstrahldiagramm bestätigt eine Lambert'sche Verteilung. Die relative Lichtstärke ist über dem Betrachtungswinkel aufgetragen. Das Diagramm zeigt, dass die Intensität bei 0° (senkrecht zur Emissionsfläche) am höchsten ist und gemäß einem Kosinusgesetz abnimmt, wobei sie bei ±60° von der Mittellinie den halben Spitzenwert erreicht, was den vollen Abstrahlwinkel von 120° definiert.

4.3 Durchlasskennlinien

Während die spezifischen Graphen für Durchlassspannung vs. Strom und relativer Lichtstrom vs. Strom in diesem vorläufigen Datenblatt mit "TBD" (To Be Determined) gekennzeichnet sind, ist ihr allgemeines Verhalten für LEDs standardmäßig. Die Durchlassspannung (VF) steigt logarithmisch mit dem Strom an. Der relative Lichtstrom steigt typischerweise sublinear mit dem Strom, und die Effizienz (Lumen pro Watt) erreicht oft ihren Höhepunkt bei einem Strom, der niedriger ist als der maximal zulässige Nennstrom. Die Farbtemperatur (CCT) kann sich aufgrund von Sperrschichttemperatur- und Phosphoreffizienzänderungen auch leicht mit dem Betriebsstrom verschieben.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäuse erhältlich. Das Datenblatt enthält detaillierte Maßzeichnungen (Drauf-, Seiten- und Untersicht) in Millimetern. Zu den Hauptabmessungen gehören typischerweise Gehäuselänge, -breite, -höhe, Pad-Größen und Pad-Abstände. Die Toleranzen betragen in der Regel ±0,05 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Untersicht zeigt deutlich die Anoden- und Kathodenpad-Markierungen für das korrekte Leiterplatten-Layout und die Montagepolarität.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist für den Betrieb unerlässlich. Das Gehäuse verfügt über asymmetrische Pads oder Markierungen (in der Untersichtszeichnung sichtbar), um die Anode (+) und die Kathode (-) zu unterscheiden. Das Leiterplatten-Layout muss so gestaltet sein, dass es dieser Asymmetrie entspricht, um eine falsche Platzierung zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für Reflow-Lötprozesse geeignet. Die maximale Löttemperatur beträgt 260 °C, und es kann maximal zwei Reflow-Zyklen standhalten. Entwickler müssen sich an ein Standard-bleifreies Reflow-Profil halten und sicherstellen, dass die Spitzentemperatur und die Zeit über der Liquidustemperatur kontrolliert werden, um thermische Schäden am LED-Chip, Phosphor oder Gehäuse zu verhindern.

6.2 Feuchteempfindlichkeit und Lagerung

Die LED ist mit der Feuchteempfindlichkeitsstufe (MSL) 1 bewertet. Dies bedeutet, dass sie unter Bedingungen ≤30 °C / 85 % relativer Luftfeuchtigkeit eine unbegrenzte Lagerdauer hat. Dennoch sollten bewährte Verfahren befolgt werden:

• Vor dem Öffnen:Lagern Sie den versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel bei ≤30 °C / <90 % rF.
• Nach dem Öffnen:Verwenden Sie die Bauteile umgehend. Wenn sie nicht sofort verwendet werden, lagern Sie sie bei ≤30 °C / <85 % rF. Es wird empfohlen, den Beutel erst zu öffnen, wenn die Bauteile für den Einsatz in der Produktion bereit sind.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Die LEDs werden auf geprägten Trägerbändern geliefert, die auf Spulen für die automatisierte Pick-and-Place-Montage aufgewickelt sind. Das Datenblatt enthält Abmessungen für die Trägerbandtaschen, die Teilung und die Gesamtspulendimensionen. Eine Standardmenge beträgt 2000 Stück pro Spule, mit einer Mindestbestellmenge von 1000 Stück.

7.2 Produktkennzeichnung

Die Spulen- und Verpackungsetiketten enthalten wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Verifizierung:

• CPN:Kundenspezifische Artikelnummer.
• P/N:Hersteller-Artikelnummer (z. B. ELC...F4Z).
• LOT NO:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.
• QTY:Anzahl der Bauteile in der Verpackung.
• CAT:Lichtstrom-Bin (z. B. J6).
• HUE:Farb-Bin (z. B. 4050).
• REF:Durchlassspannungs-Bin (z. B. 2832).
• MSL-X:Feuchteempfindlichkeitsstufe.

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Kamerablitz für Mobilgeräte:Die hohe Pulsstromfähigkeit (1500 mA) und die hohe Lichtausbeute machen sie für Kamerablitz-/Stroboskopanwendungen in Smartphones und Tablets geeignet.
• Taschenlampe und tragbare Beleuchtung:Ideal für Taschenlampenmodi in Geräten oder dedizierten Handtaschenlampen aufgrund ihrer hohen Effizienz.
• Hintergrundbeleuchtung:Kann für TFT-LCD-Hintergrundbeleuchtung in kleinen bis mittelgroßen Displays verwendet werden.
• Allgemeine und dekorative Beleuchtung:Geeignet für Akzentbeleuchtung, Beschilderung, Stufenlichter und andere Innen-/Außenarchitektur-Anwendungen.
• Automobilbeleuchtung:Anwendbar für Innenraum-Leselampen, Türleuchten und andere Funktionen, die nicht zur Außen-Frontbeleuchtung gehören.

8.2 Kritische Design-Aspekte

1. Wärmemanagement:Dies ist der kritischste Faktor für Leistung und Lebensdauer. Die LED muss auf einer Leiterplatte mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit (z. B. MCPCB oder FR4 mit Wärmeleitvias) montiert werden, um die Lötpad- und Sperrschichttemperaturen innerhalb der Grenzwerte zu halten. Die spezifizierte Substrattemperatur von 70 °C bei 1000 mA ist ein wichtiges Designziel.
2. Stromversorgung:Verwenden Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber, keine Konstantspannungsquelle. Der Treiber muss für den erforderlichen Durchlassstrom (DC oder Puls) und den Durchlassspannungsbereich des verwendeten spezifischen Bins ausgelegt sein.
3. ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Obwohl das Bauteil über einen eingebauten ESD-Schutz verfügt, sollten während der Montage und Handhabung Standard-ESD-Handhabungsverfahren befolgt werden.
4. Optisches Design:Das Lambert'sche Emissionsverhalten erfordert geeignete Sekundäroptik (Linsen, Reflektoren), wenn Strahlformung oder spezifische Beleuchtungsmuster benötigt werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-LEDs bietet dieses Bauteil einen deutlich höheren Lichtstrom in einer wahrscheinlich ähnlichen Gehäusegröße und erweitert die Grenzen der Effizienz (73,5 lm/W bei 1 A). Sein robuster 2-kV-ESD-Schutz übertrifft das typische 1-kV-Niveau vieler Consumer-LEDs und bietet eine bessere Handhabungsrobustheit. Die Kombination aus hohem Lichtstrom, hoher Effizienz und starkem ESD-Schutz in einem einzigen Gehäuse ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für anspruchsvolle Anwendungen wie Kamerablitze, bei denen Platz, Lichtausbeute und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Dauerlicht- und Pulsstrom?

Dauerlichtmodus (IF=350 mA):Dies ist der maximal empfohlenekontinuierlicheDC-Durchlassstrom für Anwendungen wie eine dauerhaft eingeschaltete Taschenlampe.

Pulsmodus (IPulse=1500 mA):Dies ist der maximaleSpitzenpulsstromfür sehr kurze Dauer (max. 400 ms) mit einem niedrigen Tastverhältnis (max. 10 %), wie er in Kamerablitzanwendungen verwendet wird. Ein kontinuierlicher Betrieb mit diesem Strom führt zu Überhitzung und Ausfall.

10.2 Warum ist das Wärmemanagement für diese LED so wichtig?

Die LED-Leistung (Lichtausbeute, Farbe, Spannung) und Lebensdauer sind hochgradig empfindlich gegenüber der Sperrschichttemperatur (Tj). Übermäßige Wärme reduziert die Lichtausbeute (Efficiency Droop), kann eine Farbverschiebung verursachen und beschleunigt den Abbau der LED-Materialien dramatisch, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt. Das 70 °C-Limit für das Substrat bei 1 A ist eine praktische Designrichtlinie, um Tj innerhalb eines sicheren Betriebsbereichs zu halten.

10.3 Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?

Die vollständige Artikelnummer (z. B. ELC...J6J92832...4050...F4Z) enthält die Bin-Informationen. Sie müssen die erforderlichen Bins für Lichtstrom (J6), Durchlassspannung (2832) und Farbort (4050) angeben, um sicherzustellen, dass Sie LEDs mit den präzisen Leistungsmerkmalen erhalten, die für ein konsistentes und beabsichtigtes Funktionieren Ihres Designs erforderlich sind.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Smartphone-Kamerablitzmoduls

Ein Entwicklungsingenieur erhält die Aufgabe, ein Dual-LED-Blitzsystem für ein High-End-Smartphone zu entwerfen. Die Hauptanforderungen sind: sehr hohe Lichtausbeute für eine Dauer von ~200 ms zur Ausleuchtung einer Szene, minimaler Platzverbrauch und zuverlässiger Betrieb über die Lebensdauer des Geräts.

Umsetzung:Zwei dieser LEDs werden ausgewählt. Sie werden parallel von einem dedizierten Blitztreiber-IC angesteuert. Der Treiber ist so programmiert, dass er bei Auslösung des Blitzes einen 1500-mA-Puls für 200 ms an jede LED liefert und dabei die Spitzenpulsbewertung nutzt. Die Leiterplatte ist ein kompaktes, mehrlagiges Design mit einem dedizierten Wärmeableitpad, das mit dem Mittelrahmen des Telefons verbunden ist, um die Wärme abzuführen und sicherzustellen, dass die Substrattemperatur während des Pulses unter 70 °C bleibt. Die 2-kV-ESD-Bewertung bietet einen Sicherheitsspielraum gegen statische Entladungen während der Telefonmontage und Benutzerhandhabung. Durch die Spezifikation enger Bins (z. B. J6 für Lichtstrom, 4050 für Farbe) werden die Lichtausbeute und Farbtemperatur beider LEDs abgeglichen, was zu konsistenten, hochwertigen Blitzfotos führt.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte Weißlicht-LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Stromdurchgang blaues Licht emittiert (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Schicht aus gelbem (oder einer Mischung aus grünem und rotem) Phosphormaterial absorbiert, die den Chip beschichtet. Der Phosphor emittiert die absorbierte Energie als Licht mit längeren Wellenlängen (gelb/rot) wieder. Die Kombination des verbleibenden nicht absorbierten blauen Lichts und des vom Phosphor emittierten gelb/roten Lichts vermischt sich, um den Eindruck von weißem Licht zu erzeugen. Das genaue Verhältnis von blauem zu Phosphorlicht bestimmt die Farbtemperatur (CCT) – mehr Blau ergibt ein kühleres Weiß (höhere CCT), während mehr Gelb/Rot ein wärmeres Weiß (niedrigere CCT) ergibt.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von Weißlicht-LEDs wie dieser wird durch kontinuierliche Verbesserungen in mehreren Bereichen vorangetrieben:

• Effizienz (lm/W):Laufende Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der internen Quanteneffizienz des blauen InGaN-Chips (mehr Licht pro Elektron) und die Entwicklung effizienterer Phosphore mit schmaleren Emissionsbanden (für bessere Farbwiedergabe und geringere Stokes-Verschiebungsverluste).
• Lumendichte:Der Trend geht dahin, mehr Lumen in kleinere Gehäuse zu packen, um hellere Anwendungen zu ermöglichen oder für die gleiche Lichtausbeute weniger LEDs zu verwenden, was Kosten und Platz spart.
• Zuverlässigkeit und Robustheit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien, Chip-Bonding-Techniken und Phosphorstabilität erhöhen die Lebensdauer und ermöglichen den Betrieb bei höheren Temperaturen und Strömen.
• Farbqualität und Konsistenz:Engeres Binning, verbesserte Phosphorformulierungen und neue Ansätze wie violett-pumpende LEDs mit RGB-Phosphoren zielen darauf ab, einen höheren CRI (Ra >90, R9 >80) und eine konsistentere Farbe über Zeit und Temperatur zu erreichen.