ALFS4J-C010001H-AM LED Datenblatt - SMD-Keramikgehäuse - Lichtstrom 1700lm @1000mA - Durchlassspannung 13V - Abstrahlwinkel 120° - Automotive-Qualität - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ALFS4J-C010001H-AM ist eine Hochleistungs-Oberflächenmontage-LED, die speziell für anspruchsvolle Automotive-Außenbeleuchtungsanwendungen entwickelt wurde. Sie ist in einem robusten Keramikgehäuse aufgebaut, das eine überlegene Wärmemanagement und Zuverlässigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen bietet. Das Bauteil ist für die strengen Anforderungen der Automobilindustrie ausgelegt.

Kernvorteile:Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihren hohen typischen Lichtstrom von 1700 Lumen bei einem Treiberstrom von 1000mA, einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine ausgezeichnete Lichtverteilung und einen robusten Aufbau, der einen ESD-Schutz bis zu 8kV beinhaltet. Ihre Qualifizierung nach AEC-Q102-Standards und Schwefelrobustheit (Klasse A1) machen sie für den langfristigen Einsatz in Automotive-Umgebungen geeignet, in denen der Kontakt mit korrosiven Elementen üblich ist.

Zielmarkt & Anwendungen:Diese LED ist ausschließlich für Automotive-Außenbeleuchtungssysteme bestimmt. Ihre Hauptanwendungen umfassen Hauptscheinwerfer, Tagfahrlichter (DRL) und Nebelscheinwerfer. Die Kombination aus hoher Helligkeit und Zuverlässigkeit macht sie zur idealen Wahl für sicherheitskritische Beleuchtungsfunktionen, die eine konsistente Leistung über einen weiten Temperaturbereich und während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und elektrische Kennwerte

Die elektrische und optische Leistung wird unter spezifischen Testbedingungen definiert, primär bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1000mA und einer Thermal-Pad-Temperatur von 25°C.

• Lichtstrom (Φ_v):Der typische Wert beträgt 1700 lm, mit einem Minimum von 1500 lm und einem Maximum von 2000 lm. Es ist entscheidend, die Messtoleranz von ±8% zu beachten. Dieser Parameter ist stark von der Sperrschichttemperatur abhängig.
• Durchlassspannung (V_F):Die typische Durchlassspannung beträgt 13V und reicht bei 1000mA von einem Minimum von 11,6V bis zu einem Maximum von 15,2V, mit einer engen Messtoleranz von ±0,05V. Dieser Parameter beeinflusst direkt das Treiberdesign und die Verlustleistung.
• Durchlassstrom (I_F):Das Bauteil ist für einen kontinuierlichen Durchlassstrom von bis zu 1500mA ausgelegt, mit einem typischen Arbeitspunkt bei 1000mA. Alle fotometrischen Daten sind bei diesem typischen Strom spezifiziert.
• Abstrahlwinkel (φ):Der Nenn-Abstrahlwinkel beträgt 120 Grad, mit einer Toleranz von ±5°. Dieser weite Winkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die breite Ausleuchtungsmuster erfordern.
• Farbtemperatur (K):Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) reicht von 5391K bis 6893K und klassifiziert sie als kaltweiße LED. Die genaue Binning-Struktur wird später detailliert.

2.2 Thermische Kennwerte

Effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Diese LED bietet zwei wichtige Wärmewiderstandsparameter.

• Thermischer Widerstand, Sperrschicht zu Lötstelle (R_thJS):Zwei Werte werden angegeben: R_{thJS_real}(typisch 1,26 K/W, max. 1,6 K/W) und R_{thJS_el}(typisch 0,8 K/W, max. 1 K/W). Der "real"-Wert repräsentiert den tatsächlichen Wärmepfad, während der "el"-Wert ein elektrisches Äquivalent für bestimmte Modellierungszwecke ist. Ein niedrigerer Wärmewiderstand ermöglicht eine effizientere Wärmeübertragung von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte (PCB).

3. Absolute Maximalwerte

Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen. Designer müssen sicherstellen, dass die Betriebsbedingungen innerhalb dieser Grenzen bleiben.

• Verlustleistung (P_d):22800 mW
• Durchlassstrom (I_F):1500 mA (DC)
• Sperrschichttemperatur (T_j):150 °C
• Betriebstemperatur (T_opr):-40 °C bis +125 °C
• Lagertemperatur (T_stg):-40 °C bis +125 °C
• ESD-Empfindlichkeit (HBM):8 kV (R=1,5kΩ, C=100pF)
• Reflow-Löttemperatur:260 °C (Spitze)

Das Bauteil ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung ausgelegt. Die hohe ESD-Festigkeit ist für die Handhabung und Montage in Automotive-Produktionsumgebungen unerlässlich.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Wellenlänge und spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt die Lichtausgabe als Funktion der Wellenlänge. Bei einer kaltweißen LED weist das Spektrum typischerweise einen starken blauen Peak vom LED-Chip selbst und eine breitere gelbe/rote Emission von der Phosphorbeschichtung auf. Die genaue Form bestimmt die Farbwiedergabeeigenschaften und den genauen Weißpunkt (Farbortkoordinaten). Das Diagramm wird bei 25°C Gehäusetemperatur und 1000mA gemessen.

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

Dieses Diagramm ist grundlegend für das Treiberdesign. Es zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und dem Spannungsabfall über ihr. Die Kurve ist nichtlinear. Am typischen 1000mA-Arbeitspunkt beträgt die Spannung etwa 13V. Designer nutzen diese Kurve, um die notwendige Treiberausgangsspannung zu berechnen und die Verlustleistung (V_F* I_F) zu verstehen.

4.3 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt. Die Beziehung ist im Allgemeinen sublinear; eine Verdopplung des Stroms verdoppelt nicht die Lichtausgabe aufgrund von Efficiency Droop und erhöhter Sperrschichttemperatur. Das Diagramm ist auf den Lichtstrom bei 1000mA normiert. Es hilft Designern, den optimalen Treiberstrom auszuwählen, um Helligkeit, Effizienz und Bauteillebensdauer auszugleichen.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Mehrere Diagramme zeigen detailliert den Einfluss der Temperatur auf die LED-Leistung, alle bei einem konstanten Treiberstrom von 1000mA gemessen.

• Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Die Durchlassspannung nimmt linear ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Diese Eigenschaft kann manchmal zur Schätzung der Sperrschichttemperatur genutzt werden.
• Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur:Die Lichtausgabe nimmt mit steigender Temperatur ab. Dieses Diagramm quantifiziert diese Reduktion, was für das thermische Design entscheidend ist. Eine niedrige Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten ist wesentlich, um eine konsistente Helligkeit zu erreichen.
• Farbortverschiebung vs. Sperrschichttemperatur:Die Farbkoordinaten (CIE x, y) verschieben sich mit der Temperatur. Dieses Diagramm zeigt die Delta (Δ)-Änderung vom Wert bei 25°C. Diese Verschiebung zu minimieren ist wichtig für Anwendungen, die ein stabiles Farbaussehen erfordern.
• Farbortverschiebung vs. Durchlassstrom:Ebenso können sich die Farbkoordinaten mit dem Treiberstrom verschieben, selbst bei konstanter Temperatur.

4.5 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist eine der kritischsten Kurven für ein zuverlässiges Systemdesign. Sie zeigt den maximal zulässigen Durchlassstrom als Funktion der Lötstellen- (oder Gehäuse-) Temperatur. Wenn die Umgebungs- oder Leiterplattentemperatur steigt, verringert sich der maximal sichere Strom, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Grenzwert von 150°C überschreitet. Designer müssen diese Kurve nutzen, um geeignete Treiberströme für ihre spezifische thermische Umgebung auszuwählen.

5. Erklärung des Binning-Systems

Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden LEDs in Leistungsklassen (Bins) sortiert, um Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dieses Bauteil verwendet ein Multi-Parameter-Binning-System.

5.1 Lichtstrom-Binning

LEDs werden nach ihrem gemessenen Lichtstrom beim typischen Durchlassstrom gruppiert. Die Bin-Struktur verwendet eine Kombination aus einem Gruppenbuchstaben und einer Bin-Nummer.

• Gruppe E:Beinhaltet die Bins 7 (1500-1600 lm), 8 (1600-1700 lm) und 9 (1700-1800 lm).
• Gruppe F:Beinhaltet die Bins 0 (1800-1900 lm) und 1 (1900-2000 lm).

Die ALFS4J-C010001H-AM hat einen typischen Lichtstrom von 1700 lm und fällt damit in Bin 9 der Gruppe E. Die Messtoleranz beträgt ±8%.

5.2 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrer Durchlassspannung beim typischen Strom sortiert. Dies hilft beim Design paralleler Stränge und beim Management der Stromversorgungsanforderungen.

• Bin 4A: V_F= 11,60V bis 12,80V
• Bin 4B: V_F= 12,80V bis 14,00V
• Bin 4C: V_F= 14,00V bis 15,20V

Die typische V_Fvon 13V deutet darauf hin, dass das Bauteil in Bin 4B fällt. Die Messtoleranz beträgt ±0,05V.

5.3 Farb- (Chromaticity) Binning

Zwei Binning-Strukturen für Farbkoordinaten im CIE-1931-Farbtafeldiagramm werden dargestellt: ECE und eine alternative Struktur.

ECE-Bin-Struktur:Dies scheint eine mehrsegmentige Bin-Struktur für kaltweiße LEDs zu sein. Spezifische Bins wie 63M, 61M, 58M und 56M werden durch Vierecke im CIE-Diagramm definiert, jedes mit vier Sätzen von (x, y)-Koordinaten, die seine Ecken definieren. Dies ermöglicht eine engere Farbkontrolle durch Gruppierung von LEDs mit sehr ähnlicher Farbart. Der typische Farbtemperaturbereich von 5391K bis 6893K umspannt diese Bins. Die Messtoleranz für die Koordinaten beträgt ±0,005.

Alternative Struktur:Eine weitere Reihe von Bins (65L, 65H, 61L, 61H) wird gezeigt, wahrscheinlich repräsentativ für einen anderen Sortierstandard oder eine interne Klassifizierung, ebenfalls für kaltweiße LEDs.

6. Artikelnummer und Bestellinformationen

Die Artikelnummer lautet ALFS4J-C010001H-AM. Während die vollständigen Bestellinformationen einschließlich Verpackungsmengen (z.B. Tape-and-Reel-Spezifikationen) im Inhaltsverzeichnis des Dokuments referenziert sind, werden die spezifischen Details im Auszug nicht bereitgestellt. Typischerweise würden solche Informationen die Reel-Größe, Ausrichtung und Menge pro Reel umfassen.

7. Mechanische Daten, Montage und Verpackung

7.1 Mechanische Abmessungen

Die LED verwendet ein Oberflächenmontage- (SMD) Keramikgehäuse. Die genauen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe, Pad-Größen und Toleranzen) sind im Abschnitt "Mechanische Abmessungen" enthalten. Keramikgehäuse bieten im Vergleich zu Kunststoffgehäusen eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und mechanische Stabilität, was für Hochleistungsanwendungen und Zuverlässigkeit unter thermischer Zyklisierung entscheidend ist.

7.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Ein empfohlenes Footprint für die Leiterplatte wird bereitgestellt. Dies umfasst die Größe, Form und Abstände der Kupferpads für die elektrischen Anschlüsse und, entscheidend, das Thermal-Pad. Ein richtig gestaltetes Thermal-Pad mit ausreichenden Durchkontaktierungen zu inneren Masseebenen oder einem Kühlkörper ist wesentlich, um Wärme von der LED abzuführen, um eine niedrige Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten und die Leistung sicherzustellen.

7.3 Reflow-Lötprofil

Das Dokument spezifiziert ein Reflow-Lötprofil mit einer Spitzentemperatur von 260°C. Die Profildetails (Vorwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlzeiten und -temperaturen) sind entscheidend, um zuverlässige Lötstellen zu erreichen, ohne die LED-Komponente zu beschädigen. Die Einhaltung dieses Profils ist notwendig, um thermischen Schock, Delamination oder Degradation interner Materialien zu verhindern.

7.4 Verpackungsinformationen

Details darüber, wie die LEDs geliefert werden (z.B. Embossed-Tape-Breite, Pocket-Abmessungen, Reel-Durchmesser und Ausrichtung), wären hier zu finden. Diese Informationen sind für die Einrichtung automatisierter Bestückungsgeräte notwendig.

8. Anwendungsrichtlinien und Design-Überlegungen

8.1 Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung

Allgemeine Handhabungs- und Designwarnungen werden bereitgestellt, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen. Wichtige Vorsichtsmaßnahmen umfassen wahrscheinlich:

• ESD-Schutz:Trotz der 8kV HBM-Festigkeit werden während der Handhabung Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen empfohlen.
• Wärmemanagement:Hervorhebung der kritischen Notwendigkeit eines effektiven Wärmepfads vom Thermal-Pad zum Systemkühlkörper.
• Stromregelung:Die LED muss von einer Konstantstromquelle, nicht einer Konstantspannungsquelle, angesteuert werden, um thermisches Durchgehen zu verhindern.
• Reinigung:Richtlinien zu akzeptablen Reinigungsmitteln und -prozessen nach dem Löten.

8.2 Schwefelrobustheit

Die LED ist für Schwefelrobustheit Klasse A1 ausgelegt. Dies zeigt ein hohes Maß an Widerstandsfähigkeit gegenüber korrosiven schwefelhaltigen Atmosphären, die in einigen Automotive- und Industrieumgebungen üblich sind. Dieser Schutz verhindert die Bildung von Silbersulfid an den Kontakten, was zu erhöhtem Widerstand und Ausfall führen kann.

8.3 Konformitätsinformationen

Das Produkt entspricht wichtigen Umweltvorschriften:

• RoHS:Konform mit der Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe.
• EU REACH:Konform mit der Verordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe.
• Halogenfrei:Konform mit halogenfreien Anforderungen (Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während ein direkter Vergleich mit anderen Produkten nicht im Datenblatt enthalten ist, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der ALFS4J-C010001H-AM abgeleitet werden:

• Automotive-Qualität (AEC-Q102):Dies ist ein bedeutender Unterscheidungsfaktor gegenüber kommerziellen LEDs und impliziert strenge Tests für Temperaturzyklen, Feuchtigkeit, Hochtemperatur-Lebensdauer (HTOL) und andere Belastungen.
• Keramikgehäuse:Bietet eine bessere thermische Leistung und langfristige Zuverlässigkeit als Standard-Kunststoffgehäuse, insbesondere bei hoher optischer Leistungsdichte.
• Hoher Lichtstrom im SMD-Format:Die Bereitstellung von 1700+ lm aus einem SMD-Gehäuse ist für kompakte optische Designs in Automobilscheinwerfern geeignet.
• Schwefelrobustheit:Nicht alle Automotive-LEDs haben eine formelle Schwefelbeständigkeitsklassifizierung; Klasse A1 ist ein starkes Merkmal für raue Umgebungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Welchen Treiberstrom sollte ich verwenden?

A: Der typische Arbeitspunkt ist 1000mA, mit einem absoluten Maximum von 1500mA. Der tatsächliche Strom sollte anhand der Derating-Kurve basierend auf der maximal erwarteten Lötstellentemperatur Ihres Systems bestimmt werden, um sicherzustellen, dass T_j< 150°C.

F2: Wie verwalte ich die Wärme?

A: Verwenden Sie die empfohlene Leiterplatten-Pad-Anordnung mit einem großen Thermal-Pad, das über mehrere Wärmedurchkontaktierungen mit einer inneren Kupferebene oder einem externen Kühlkörper verbunden ist. Berechnen Sie den erwarteten Temperaturanstieg mit: ΔT = R_{thJS_real}* (V_F* I_F). Stellen Sie sicher, dass die endgültige Lötstellentemperatur einen Betrieb innerhalb der Grenzen der Derating-Kurve ermöglicht.

F3: Welche Auswirkung hat das Binning auf mein Design?

A: Lichtstrom-Binning beeinflusst die Gesamtlichtausgabe; Sie müssen möglicherweise die Anzahl der LEDs oder den Treiberstrom anpassen, um ein bestimmtes Lumen-Ziel zu erreichen. Spannungs-Binning beeinflusst den Gesamtspannungsabfall in Seriensträngen und das Stromversorgungsdesign. Farb-Binning ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Farbkonsistenz über mehrere LEDs hinweg wichtig ist (z.B. Scheinwerfer-Erscheinungsbild).

F4: Kann ich diese für Innenbeleuchtung verwenden?

A: Während technisch möglich, ist diese LED überdimensioniert und wahrscheinlich kostentechnisch ungeeignet für Innenbeleuchtung. Ihre hohe Leistung, der weite Abstrahlwinkel und die Automotive-Qualifikationen sind für Außenanwendungen optimiert.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Design eines Tagfahrlicht- (DRL) Moduls.

Anforderungen:Das DRL muss ein spezifisches Lichtstärkemuster gemäß Automotive-Vorschriften erzeugen, zuverlässig von -40°C bis +85°C Umgebungstemperatur arbeiten und eine Lebensdauer von über 10.000 Stunden haben.

Designschritte:

1. Optisches Design:Unter Verwendung des 120°-Abstrahlwinkels und des typischen Lichtstroms von 1700 lm entwirft ein Optikingenieur eine Sekundärlinse oder einen Reflektor, um den Lichtkegel in das erforderliche DRL-Muster zu formen.
2. Thermisches Design:Der Konstrukteur entwirft einen Aluminiumkühlkörper. Der Wärmewiderstand von der LED-Lötstelle zur Umgebung (R_thSA) wird berechnet. Kombiniert mit R_thJS(1,26 K/W) und der Verlustleistung (P_d≈ 13V * 1A = 13W) wird überprüft, ob die Sperrschichttemperatur T_j= T_amb+ (R_thJS+ R_thSA) * P_dbei der maximalen Umgebungstemperatur von 85°C unter 125°C liegt.
3. Elektrisches Design:Ein Automotive-Konstantstrom-LED-Treiber wird ausgewählt. Sein Ausgangsspannungsbereich muss den maximalen Durchlassspannungsabfall der LED-Kette (z.B. 4 LEDs in Reihe * 15,2V max = 60,8V) plus Reserve aufnehmen. Der Treiberstrom wird auf 1000mA eingestellt, aber gegen die Derating-Kurve für die berechnete maximale Lötstellentemperatur validiert.
4. Leiterplatten-Layout:Die Leiterplatte wird mit der exakt empfohlenen Pad-Anordnung gestaltet. Der Thermal-Pad-Bereich ist mit mehreren großen Durchkontaktierungen gefüllt, die verzinnt und mit Lot gefüllt sind, um mit einer dicken inneren Kupferschicht verbunden zu werden, die am Kühlkörper befestigt ist.
5. Validierung:Der Prototyp wird in einer Klimakammer getestet. Die Lichtausgabe wird bei hohen und niedrigen Temperaturen gemessen. Die Farbverschiebung wird gegen die Spezifikationen geprüft. Langzeit-Zuverlässigkeitstests, einschließlich Temperaturzyklen- und Feuchtewärmetests, werden durchgeführt, um das Design gegen AEC-Q102-Ziele zu validieren.

12. Funktionsprinzip

Die ALFS4J-C010001H-AM ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Ihr Kernfunktionsprinzip beinhaltet Elektrolumineszenz in einem Halbleiterchip. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des aktiven Bereichs des Chips und emittieren Photonen. Der primäre Chip emittiert blaues Licht. Ein Teil dieses blauen Lichts wird von einer Phosphorbeschichtung absorbiert, die auf dem Chip aufgebracht ist. Der Phosphor emittiert diese Energie als Licht über ein breiteres Spektrum, hauptsächlich im gelben und roten Bereich. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem phosphorkonvertierten gelben/roten Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von blauem zu phosphorkonvertiertem Licht und die Zusammensetzung des Phosphors bestimmen die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI) der weißen Lichtausgabe.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von LEDs wie der ALFS4J-C010001H-AM wird von mehreren Schlüsseltrends in der Automotive-Beleuchtung und der Festkörperbeleuchtung im Allgemeinen vorangetrieben:

• Erhöhte Lichtausbeute (lm/W):Laufende Forschung zielt darauf ab, mehr Lumen pro Watt elektrischer Eingangsleistung zu erzeugen, um den Energieverbrauch und die thermische Belastung bei gleicher Lichtausgabe zu reduzieren.
• Höhere Leistungsdichte & Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren, stilvolleren Scheinwerferdesigns erfordert LEDs, die sehr hohe Lichtströme aus immer kleineren Gehäuseabmessungen liefern können, was die Herausforderung des Wärmemanagements erhöht.
• Fortschrittliche Lichtformung mit integrierter Optik:Trends umfassen die Kombination der LED mit Primäroptik (z.B. Mikrolinsen) auf Gehäuseebene, um eine besser kontrollierte Lichtausgabe für sekundäre optische Systeme zu bieten.
• Intelligente und adaptive Beleuchtung:Die Zukunft beinhaltet die Integration von LEDs mit Sensoren und Steuerungssystemen für adaptive Fahrlichtsysteme (ADB), die das Lichtmuster dynamisch formen können, um andere Fahrer nicht zu blenden und gleichzeitig die Sichtbarkeit zu maximieren.
• Materialwissenschaft für Zuverlässigkeit:Fortlaufende Verbesserung von Phosphormaterialien für bessere Stabilität bei hohen Temperaturen und höhere Konversionseffizienz sowie Fortschritte bei Gehäusematerialien (wie Keramik) und Verbindungstechnologien, um größerer thermischer Zyklisierung standzuhalten.