ELCH07-NB5060J6J8283910-F3H LED Datenblatt - Hocheffiziente Weißlicht-LED - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hocheffizienten Weißlicht-Leuchtdiode (LED). Das Bauteil zeichnet sich durch sein kompaktes Gehäuse und seine überragende Lichtausbeute aus, was es für ein breites Spektrum an Beleuchtungsanwendungen prädestiniert, bei denen Platz und Energieeffizienz entscheidend sind. Die Kerntechnologie basiert auf InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleitermaterial, dem Standard für die Erzeugung von weißem Licht in modernen LEDs, wobei häufig eine Phosphor-Konversionsschicht zum Einsatz kommt.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der primäre Vorteil dieser LED ist ihre hohe optische Effizienz von 76,4 Lumen pro Watt bei einem Betriebsstrom von 1 Ampere, was einen typischen Lichtstrom von 260 Lumen ergibt. Diese Leistung wird in einem kompakten Gehäuse erreicht. Das Bauteil verfügt über einen robusten ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung), der gemäß der JEDEC JS-001-2017-Norm (Human Body Model) bis zu 8KV ausgelegt ist, was die Zuverlässigkeit während der Handhabung und Montage erhöht. Es ist vollständig konform mit Umweltvorschriften wie RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe), EU REACH und wird halogenfrei hergestellt. Die Zielanwendungen sind vielfältig und konzentrieren sich hauptsächlich auf tragbare Elektronik und Allgemeinbeleuchtung. Zu den Hauptmärkten gehören Kamerablitze für Mobilgeräte, Aufsatzlichter für Digitalkameras, TFT-Display-Hintergrundbeleuchtung, Innen-/Außenbeleuchtung für Fahrzeuge sowie verschiedene dekorative und architektonische Beleuchtungsprojekte wie Notausgangsschilder und Stufenlichter.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine objektive Interpretation der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die in den absoluten Maximalwerten und Kennwerttabellen definiert sind. Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzen kann zu dauerhaften Schäden oder Leistungseinbußen führen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer die funktionale Integrität des Bauteils nicht garantiert werden kann. Der DC-Durchlassstrom für den Dauerbetrieb (Taschenlampenmodus) ist mit 350 mA spezifiziert. Für den Pulsbetrieb, wie z.B. in Kamerablitzanwendungen, ist ein Spitzenpulsstrom von 1200 mA unter bestimmten Bedingungen zulässig: eine maximale Pulsdauer von 400 Millisekunden und ein maximales Tastverhältnis von 10 %. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125 °C, mit einem Betriebsumgebungstemperaturbereich von -40 °C bis +85 °C. Das Bauteil hält einer Löttemperatur (Reflow) von 260 °C für maximal zwei Reflow-Zyklen stand. Die Verlustleistung im Pulsmodus ist mit 4,74 Watt angegeben. Es ist entscheidend zu beachten, dass diese Werte nicht gleichzeitig über längere Zeit angewendet werden sollten, da dies zu Zuverlässigkeitsproblemen führen kann. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement, z.B. durch Verwendung einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB), ist für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer unerlässlich.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Die elektro-optischen Kenngrößen werden unter kontrollierten Bedingungen gemessen: einer Lötpad-Temperatur (Ts) von 25 °C und typischerweise unter Verwendung eines 50-Millisekunden-Strompulses, um Selbsterwärmungseffekte zu minimieren. Die wichtigsten Parameter umfassen:

• Lichtstrom (Iv):Die gesamte sichtbare Lichtabgabe. Der typische Wert beträgt 260 lm bei IF=1000mA, mit einem Minimum von 220 lm. Die Messtoleranz beträgt ±10 %.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED beim Stromdurchgang. Der Bereich liegt bei 1000mA zwischen 2,85V (min) und 3,95V (max), mit einer Messtoleranz von ±0,1V.
• Farbtemperatur (CCT):Definiert den Weißlichtton. Der spezifizierte Bereich liegt zwischen 5000K und 6000K, was einem neutralen bis kaltweißen Erscheinungsbild entspricht.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte des Spitzenwerts beträgt. Er beträgt 120 Grad mit einer Toleranz von ±5 Grad, was auf ein breites, nahezu lambertstrahlendes Abstrahlverhalten hinweist, das für Flächenbeleuchtung geeignet ist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Leistungsparameter in Bins (Sortierklassen) eingeteilt. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Helligkeit, Farbe und Spannung erfüllen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird mittels alphanumerischer Codes (J6, J7, J8) gebinnt. Beispielsweise umfasst Bin J6 einen Lichtstrombereich von 220 lm bis 250 lm bei 1000mA, während Bin J7 250 lm bis 300 lm abdeckt. Dies ermöglicht die Auswahl für unterschiedliche Helligkeitsanforderungen innerhalb derselben Produktfamilie.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird mittels vierstelliger Codes (2832, 3235, 3539) gebinnt. Diese Codes repräsentieren die minimale und maximale Spannung in Zehntel Volt. Beispielsweise deckt Bin 2832 einen VF-Bereich von 2,85V bis 3,25V ab. Die Abstimmung von Spannungsbins kann für die Stromverteilung in Multi-LED-Arrays wichtig sein.

3.3 Farbort-Binning (Farbe)

Der Weißlicht-Farbpunkt wird im CIE-1931-Farbraumdiagramm definiert. Der angegebene Bin, bezeichnet als 5060, zielt auf eine Farbtemperatur zwischen 5000K und 6000K ab. Die Bin-Struktur ist durch spezifische (x, y)-Koordinatenecken definiert, und die Messabweichung beträgt ±0,01 in beiden Koordinaten. Dies stellt sicher, dass das emittierte weiße Licht innerhalb eines vorhersehbaren und akzeptablen Farbbereichs liegt.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen. Diese sind für Schaltungsentwurf und Wärmemanagement unerlässlich.

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kennlinie)

Die IV-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Sie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Bei 25 °C steigt die Spannung mit dem Strom. Entwickler nutzen diese Kurve, um die erforderliche Treiberspannung für einen Zielstrom zu bestimmen, was für den Entwurf von Konstantstrom-Treibern entscheidend ist.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt die Abhängigkeit der Lichtausbeute vom Treiberstrom. Der Lichtstrom steigt im Allgemeinen mit dem Strom, kann jedoch bei höheren Strömen aufgrund von Efficiency Droop und erhöhter Sperrschichttemperatur ein unterlineares Wachstum aufweisen. Sie unterstreicht die Bedeutung des Betriebs bei einem optimalen Strompunkt für die beste Effizienz.

4.3 Farbtemperatur (CCT) vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Farbtemperatur des Weißlichtpunkts mit dem Treiberstrom verschiebt. Eine gewisse Variation ist normal, und das Verständnis dieses Trends ist für Anwendungen entscheidend, die eine konsistente Farbqualität über verschiedene Helligkeitsstufen hinweg erfordern.

4.4 Relative spektrale Verteilung

Das Spektralleistungsverteilungsdiagramm zeigt die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge. Bei einer weißen LED besteht dies typischerweise aus einem blauen Peak vom InGaN-Chip und einem breiteren gelb-grünen Peak vom Phosphor. Die Form dieser Kurve bestimmt den Farbwiedergabeindex (CRI), obwohl CRI in diesem Datenblatt nicht explizit spezifiziert ist.

4.5 Typische Abstrahlcharakteristiken

Die polaren Abstrahldiagramme veranschaulichen die räumliche Verteilung der Lichtstärke. Das gezeigte Muster zeigt eine breite, gleichmäßige Verteilung, die mit einem Lambertstrahler übereinstimmt (bei dem die Intensität proportional zum Kosinus des Betrachtungswinkels ist), was ideal für gleichmäßige, großflächige Beleuchtung ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

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

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des LED-Gehäuses. Wichtige Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie die Positionen und Größen der Lötpads. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Zeichnung muss für die Erstellung genauer Leiterplatten-Footprints herangezogen werden.

5.2 Polungsidentifikation

Das Gehäuse verfügt über eine Polungsmarkierung. Die korrekte Identifikation von Anode und Kathode ist wesentlich, um eine Verpolung zu verhindern, die die LED beschädigen kann. Die Polung ist auch auf dem Trägerband für die automatisierte Bestückung angegeben.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Montage ist für die Zuverlässigkeit entscheidend.

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL)

Das Bauteil ist mit MSL Level 1 bewertet. Das bedeutet, es hat eine unbegrenzte Lagerfähigkeit unter Bedingungen ≤30 °C / 85 % relativer Luftfeuchtigkeit. Wenn das Bauteil höherer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt wurde, kann vor dem Reflow-Löten ein Trocknungsprozess (Baking) erforderlich sein, um ein "Popcorn"-Rissbildung während des Hochtemperaturprozesses zu verhindern.

6.2 Reflow-Lötparameter

Die maximale Löttemperatur beträgt 260 °C, und das Bauteil hält maximal zwei Reflow-Zyklen stand. Es sollten Standard-Lötwärmeprofile für bleifreies Löten mit einer Spitzentemperatur von maximal 260 °C eingehalten werden. Die Substrattemperatur während des Betriebs sollte bei einem Betrieb mit 1000 mA 70 °C nicht überschreiten, was die Notwendigkeit eines effektiven Wärmeabfuhrpfads auf der Leiterplatte unterstreicht.

6.3 Lagerbedingungen

Der Lagertemperaturbereich liegt zwischen -40 °C und +100 °C. Bauteile sollten in einer trockenen, kontrollierten Umgebung gelagert werden, um die Lötbarkeit zu erhalten und Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird in industrieüblicher Verpackung für die automatisierte Montage geliefert.

7.1 Trägerband und Rolle

Die LEDs sind auf geprägten Trägerbändern verpackt, die auf Rollen aufgewickelt sind. Jede Rolle enthält 2000 Stück, mit einer Mindestbestellmenge von 1000 Stück. Die Abmessungen und die Taschenkonstruktion des Trägerbands gewährleisten einen sicheren Halt und die korrekte Ausrichtung für Bestückungsautomaten.

7.2 Produktkennzeichnung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Verifizierung: Artikelnummer (P/N), Losnummer, Packmenge (QTY) und die spezifischen Binning-Codes für Lichtstrom (CAT), Farbort (HUE) und Durchlassspannung (REF). Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist ebenfalls angegeben.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

Basierend auf den technischen Parametern sind hier die wichtigsten Überlegungen für den Einsatz dieser LED.

8.1 Treiberschaltungsentwurf

LEDs sollten stets mit einer Konstantstromquelle und nicht mit einer Konstantspannungsquelle betrieben werden. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den erforderlichen Strom liefert (z.B. 350 mA für Dauerbetrieb, bis zu 1200 mA gepulst), wobei das Durchlassspannungs-Bin der verwendeten LEDs zu berücksichtigen ist. Bei Reihenschaltung muss die Ausgangsspannung des Treibers die Summe der maximalen VF aller LEDs in der Kette übersteigen. Bei Parallelschaltung werden individuelle Strombegrenzungswiderstände oder separate Treiber empfohlen, um eine ungleiche Stromverteilung zu verhindern.

8.2 Wärmemanagement

Wärme ist die Hauptursache für LED-Degradation und Ausfall. Die Sperrschichttemperatur muss unter 125 °C gehalten werden. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchgangslöchern und gegebenenfalls einen Metallkern (MCPCB), um Wärme von den LED-Lötpads abzuleiten. Das Datenblatt weist darauf hin, dass alle Zuverlässigkeitstests mit gutem Wärmemanagement unter Verwendung einer 1,0 x 1,0 cm² großen MCPCB durchgeführt wurden. Für Hochstrom- oder Dauerbetrieb sollte ein externer Kühlkörper in Betracht gezogen werden. Überwachen Sie die Substrattemperatur, die bei 1000 mA 70 °C nicht überschreiten sollte.

8.3 Optisches Design

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Ausleuchtung. Für Anwendungen, die eine Strahlformung erfordern (z.B. ein Spot), sind Sekundäroptiken wie Reflektoren oder Linsen notwendig. Das lambertstrahlähnliche Abstrahlverhalten ist im Allgemeinen tolerant und funktioniert gut mit vielen optischen Systemen.

8.4 ESD-Schutz

Obwohl die LED über einen integrierten ESD-Schutz verfügt, ist es dennoch gute Praxis, zusätzlichen Leiterplattenebenen-Schutz zu implementieren, insbesondere in Umgebungen, die anfällig für statische Entladungen sind, wie z.B. während der Montage oder Nutzung von Handgeräten.

9. Zuverlässigkeit und Lebensdauer

Das Datenblatt verweist auf Zuverlässigkeitstests. Wichtige Punkte sind: Alle Spezifikationen werden durch einen 1000-Stunden-Zuverlässigkeitstest abgesichert, wobei die Degradation der Durchlassspannung unter diesen Testbedingungen (die gutes Wärmemanagement einschließen) auf weniger als 30 % spezifiziert ist. Ein Betrieb an oder nahe den absoluten Maximalwerten über längere Zeit beschleunigt die Alterung und kann dauerhafte Schäden verursachen. Die Lebensdauer (oft definiert als L70 oder L50, die Zeit, bis der Lichtstrom auf 70 % oder 50 % des Anfangswerts abfällt) hängt stark von der Betriebssperrschichttemperatur und dem Betriebsstrom ab. Das Reduzieren des Betriebsstroms und das Halten einer niedrigen Sperrschichttemperatur sind die effektivsten Methoden, um die Betriebslebensdauer zu maximieren.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Stromversorgung betreiben?

A: Möglicherweise, aber nicht direkt. Die Durchlassspannung (VF) liegt bei 1000mA zwischen 2,85V und 3,95V. Wenn Ihre LED in einem niedrigeren VF-Bin liegt (z.B. 2832), könnte 3,3V ausreichen, aber jede Variation oder Temperaturänderung könnte zu großen Stromschwankungen führen. Ein Konstantstromtreiber wird für einen stabilen und sicheren Betrieb stets empfohlen.

F: Was ist der Unterschied zwischen den Stromwerten für Taschenlampenmodus und Pulsmodus?

A: Der Taschenlampenmodus (350 mA DC) ist für kontinuierliche, niedrigere Leistungsbeleuchtung. Der Pulsmodus (1200 mA Spitze) ist für kurze, hochhelle Lichtblitze wie einen Kamerablitz, mit strengen Grenzen für die Pulsbreite (≤400 ms) und das Tastverhältnis (≤10 %), um Überhitzung zu verhindern.

F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes in der Artikelnummer (z.B. J6J8283910)?

A: Die Artikelnummer enthält die Binning-Informationen. Basierend auf den Tabellen im Datenblatt bezieht sich "J6" wahrscheinlich auf das Lichtstrom-Bin (220-250 lm), "828" kann auf das Farbort-Bin (5060) verweisen, und "3910" könnte das Durchlassspannungs-Bin anzeigen (z.B. Teil des 3539-Bins). Überprüfen Sie stets die spezifischen Bin-Definitionen aus dem vollständigen Datenblatt oder beim Lieferanten.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für den Betrieb mit dem maximalen Dauerstrom (350 mA) oder jeden gepulsten Betrieb ist ein effektives Wärmemanagement erforderlich. Ob dies einen externen Kühlkörper erfordert, hängt von Ihrem Leiterplattendesign, der Umgebungstemperatur und der geforderten Lebensdauer ab. Die Verwendung einer MCPCB ist eine gängige und effektive Lösung.

11. Design- und Anwendungsbeispiele

Fall 1: Kamerablitz für Mobiltelefone:Die LED ist aufgrund ihrer hohen Pulsstromfähigkeit (1200 mA) und ihrer geringen Größe ideal für diese Anwendung geeignet. Eine Treiberschaltung würde so ausgelegt, dass sie einen kurzen, hochstromstarken Puls liefert, der mit dem Kameraverschluss synchronisiert ist. Das Wärmemanagement ist dennoch wichtig, da der Blitz wiederholt verwendet werden kann. Die neutralweiße Farbtemperatur (5000-6000K) bietet eine gute Farbwiedergabe für Fotos.

Fall 2: Tragbare Arbeitsleuchte/Taschenlampe:Für eine batteriebetriebene Taschenlampe ist Effizienz entscheidend. Der Betrieb der LED mit einem niedrigeren Dauerstrom (z.B. 200-300 mA) würde die Laufzeit maximieren und dennoch ausreichend Licht bieten. Ein Treiber mit mehreren Helligkeitsstufen könnte implementiert werden. Der breite 120-Grad-Strahlwinkel ist perfekt für die Flächenausleuchtung.

Fall 3: Architektonische Stufenbeleuchtung:Für die schwache Beleuchtung zur Markierung von Stufen würden mehrere LEDs mit einem niedrigen Betriebsstrom für lange Lebensdauer und minimalen Stromverbrauch eingesetzt. Das konsistente Farb-Binning stellt einheitliches weißes Licht über alle Stufen sicher. Die Konformität des Bauteils mit halogenfreien und RoHS-Standards ist wichtig für Bau- und Umweltvorschriften.

12. Technologiehintergrund und Trends

Funktionsprinzip:Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Ein Halbleiterchip aus InGaN emittiert blaues Licht, wenn Strom durch ihn fließt. Dieses blaue Licht regt eine gelbe (oder rot/grüne) Phosphorbeschichtung auf oder nahe dem Chip an. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen. Die genaue Mischung bestimmt die Farbtemperatur (CCT).

Branchentrends:Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe (höhere CRI- und R9-Werte) und besserer Farbkonstanz (engeres Binning). Es gibt auch einen Trend zu höherer Leistungsdichte in kleineren Gehäusen, was das Wärmemanagement zunehmend kritisch macht. Die Integration von Treiberelektronik und Steuerungsfunktionen (Dimmung, Farbabstimmung) direkt in LED-Gehäuse ist ein weiterer wachsender Trend. Dieses spezifische Datenblatt spiegelt ein ausgereiftes, hochvolumiges Produkt wider, das sich auf zuverlässige Leistung und Effizienz für kostenbewusste, hochvolumige Anwendungen konzentriert.