ALFS1H-C010001H-AM LED Datenblatt - SMD-Keramikgehäuse - 450lm @ 1000mA - 3,3V - 120° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen, oberflächenmontierbaren LED, die für anspruchsvolle Automobilbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Das Bauteil ist in einem robusten Keramikgehäuse untergebracht, das eine überlegene Wärmeableitung und Zuverlässigkeit bietet. Der primäre Fokus liegt auf Außenbeleuchtungssystemen im Automobilbereich, bei denen konstante Leistung, lange Lebensdauer und Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Umgebungsbedingungen von größter Bedeutung sind.

1.1 Kernvorteile

Die LED bietet Automobildesign-Ingenieuren mehrere entscheidende Vorteile:

• Hohe Lichtleistung:Liefert einen typischen Lichtstrom von 450 Lumen bei einem Betriebsstrom von 1000mA und ermöglicht so helle und effiziente Lichtquellen.
• Großer Abstrahlwinkel:Bietet einen Abstrahlwinkel von 120 Grad, was eine ausgezeichnete räumliche Lichtverteilung für verschiedene Beleuchtungsfunktionen gewährleistet.
• Automobiltaugliche Zuverlässigkeit:Qualifiziert gemäß AEC-Q102-Standard und erfüllt damit die strengen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen für Automobilelektronikkomponenten.
• Umweltrobustheit:Zeigt eine hohe Beständigkeit gegenüber elektrostatischen Entladungen (ESD bis zu 8kV HBM) und Schwefelkorrosion (Klasse A1), was für den langfristigen Betrieb in Automobilumgebungen entscheidend ist.
• Konformität:Das Produkt entspricht den RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien und unterstützt damit globale Umweltvorschriften.

1.2 Zielmarkt & Anwendungen

Diese LED ist speziell für den Markt der Automobil-Außenbeleuchtung ausgelegt. Ihre Leistungsmerkmale machen sie ideal für mehrere Schlüsselanwendungen:

• Scheinwerfer:Kann in Fernlicht-, Abblendlicht- oder adaptiven Fahrlichtsystemen eingesetzt werden.
• Tagfahrleuchten (DRL):Bietet hohe Sichtbarkeit und ein markantes Design.
• Nebelscheinwerfer:Ermöglicht robuste Leistung bei widrigen Wetterbedingungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt angegebenen elektrischen, optischen und thermischen Schlüsselparameter.

2.1 Lichttechnische & Elektrische Kenngrößen

Die Kernleistung ist unter einer Prüfbedingung von IF=1000mA mit einer thermischen Pad-Temperatur von 25°C definiert.

• Lichtstrom (Φv):Der typische Wert beträgt 450 lm, mit einem Minimum von 400 lm und einem Maximum von 500 lm. Es gilt eine Messunsicherheit von ±8%. Dieser Parameter ist stark von der Sperrschichttemperatur abhängig.
• Durchlassspannung (VF):Durchlassstrom (IF):
• Forward Current (IF):Das Bauteil ist für einen kontinuierlichen Durchlassstrom bis zu 1500mA (absolutes Maximum) ausgelegt, mit einem typischen Arbeitspunkt von 1000mA. Ein Betrieb unter 50mA wird nicht empfohlen.
• Abstrahlwinkel (φ):Der Nennwinkel von 120° hat eine Toleranz von ±5°. Dies definiert den Winkelbereich, in dem die Lichtstärke mindestens die Hälfte ihres Spitzenwerts beträgt.
• Farbtemperatur (CCT):Der Farbtemperaturbereich ist von 5391K bis 6893K spezifiziert, was sie als kaltweiße LED klassifiziert.

2.2 Thermische Kenngrößen

Ein effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer.

• Thermischer Widerstand (Rth JS):Es werden zwei Werte angegeben: ein "realer" thermischer Widerstand (Sperrschicht zu Lötpunkt) von max. 4,4 K/W und ein "elektrischer" äquivalenter Wert von max. 3,4 K/W. Der niedrigere elektrische Wert wird typischerweise für die Sperrschichttemperaturschätzung in Schaltungssimulationen verwendet. Dieser niedrige Widerstand wird durch das Keramikgehäuse ermöglicht.
• Sperrschichttemperatur (TJ):Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 150°C.
• Betriebs- & Lagertemperatur:Das Bauteil kann in einem weiten Temperaturbereich von -40°C bis +125°C betrieben und gelagert werden.

2.3 Absolute Maximalwerte

Belastungen über diese Grenzen hinaus können dauerhafte Schäden verursachen.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 5700 mW.
• Sperrspannung (VR):Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.
• ESD-Empfindlichkeit (HBM):Hält bis zu 8 kV stand, was für Automobilanwendungen robust ist.
• Reflow-Löttemperatur:Kann während der Montage eine Spitzentemperatur von 260°C aushalten.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LED wird basierend auf Schlüsselleistungsparametern in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom ist unter "Gruppe C" mit vier Bins (6, 7, 8, 9) gruppiert. Zum Beispiel umfasst Bin 7 einen Lichtstrombereich von 425 lm bis 450 lm. Dies ermöglicht es Designern, LEDs basierend auf dem erforderlichen Helligkeitsniveau auszuwählen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung ist in drei Codes eingeteilt: 1A (2,90V-3,20V), 1B (3,20V-3,50V) und 1C (3,50V-3,80V). Die Verwendung gleicher VF-Bins in einer Anordnung hilft, eine gleichmäßige Stromverteilung zu erreichen, wenn LEDs parallel geschaltet sind.

3.3 Farbkoordinaten-Binning

Die kaltweißen LEDs werden im CIE-1931-Farbtafeld eingeteilt. Mehrere Bins sind definiert (z.B. 63M, 61M, 58M, 56M, 65L, 65H, 61L, 61H), die jeweils einen kleinen viereckigen Bereich im x,y-Farbraum repräsentieren. Eine enge Toleranz von ±0,005 stellt eine minimale Farbvariation innerhalb eines Bins sicher. Das Bin-Strukturdiagramm zeigt die spezifischen Koordinatengrenzen für jedes Bin.

4. Analyse der Leistungskurven

Die Diagramme geben kritische Einblicke in das Verhalten der LED unter variierenden Betriebsbedingungen.

4.1 Spektrale Verteilung & Abstrahlcharakteristik

DasRelative Spektrale VerteilungDiagramm zeigt einen Peak im blauen Wellenlängenbereich, typisch für eine phosphorkonvertierte weiße LED. DasTypische Abstrahlcharakteristikveranschaulicht die räumliche Intensitätsverteilung und bestätigt den 120° Abstrahlwinkel, bei dem die Intensität auf 50% des Spitzenwerts abfällt.

4.2 Strom vs. Spannung (I-V) und Effizienz

DieDurchlassstrom vs. DurchlassspannungKurve ist nichtlinear und zeigt die typische exponentielle Beziehung einer Diode. DieRelativer Lichtstrom vs. DurchlassstromKurve zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Strom zunimmt, bei sehr hohen Strömen (über 1000mA) jedoch eine Sättigung oder Effizienzabnahme auftreten kann.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die Diagramme zeigen deutlich den signifikanten Temperatureinfluss:

• Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Die Durchlassspannung nimmt linear mit steigender Temperatur ab (negativer Temperaturkoeffizient), was für die Sperrschichttemperaturüberwachung genutzt werden kann.
• Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur:Die Lichtleistung nimmt mit steigender Temperatur ab. Die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur ist für eine stabile Lichtleistung wesentlich.
• Farbverschiebung vs. Sperrschichttemperatur:Die Farbkoordinaten (CIE x, y) verschieben sich mit der Temperatur, was für Anwendungen mit stabilen Farbpunkten wichtig ist.
• Farbverschiebung vs. Durchlassstrom:Die Farbe verschiebt sich auch leicht mit dem Betriebsstrom, was die Notwendigkeit von Konstantstromtreibern unterstreicht.

4.4 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist ein entscheidendes Diagramm für das thermische Design. Es stellt den maximal zulässigen Durchlassstrom gegen die Lötpad-Temperatur (Ts) dar. Mit steigender Ts muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um das Überschreiten der 150°C-Sperrschichttemperaturgrenze zu verhindern. Zum Beispiel beträgt bei Ts=125°C der maximale Strom 1200mA; bei Ts=110°C sind es 1500mA.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Das SMD-Keramikgehäuse bietet mechanische Stabilität und ausgezeichnete Wärmeleitung.

5.1 Mechanische Abmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte mechanische Zeichnung (Abschnitt 7), die Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und Toleranzen des Gehäuses spezifiziert. Diese Informationen sind für das PCB-Footprint-Design und Montageabstandsprüfungen von entscheidender Bedeutung.

5.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Abschnitt 8 zeigt die empfohlene PCB-Land-Pattern (Pad-Geometrie und -Abmessungen), um zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Lötens zu gewährleisten und den Wärmetransfer vom thermischen Pad der LED zur Leiterplatte zu optimieren.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die mechanische Zeichnung zeigt die Anode- und Kathodenanschlüsse. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden zu vermeiden.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Abschnitt 9 spezifiziert das empfohlene Reflow-Löttemperaturprofil. Das Profil umfasst Vorwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermischen Schock und gewährleistet zuverlässige Lötverbindungen.

6.2 Anwendungshinweise

Allgemeine Handhabungs- und Anwendungshinweise werden bereitgestellt (Abschnitt 11), die Themen wie die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, die Verhinderung von Kontamination und die Einhaltung geeigneter ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung abdecken.

6.3 Lagerbedingungen

Das Bauteil sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-40°C bis +125°C) und in einer feuchtigkeitskontrollierten Umgebung gelagert werden. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist mit Stufe 2 bewertet.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsinformationen

Details zur Lieferung der LEDs finden sich in Abschnitt 10. Dies umfasst typischerweise den Spulentyp, die Bandbreite, die Taschenabmessungen und die Ausrichtung der Bauteile auf der Spule für automatische Bestückungsmaschinen.

7.2 Artikelnummer & Bestellinformationen

Die Abschnitte 5 und 6 erläutern die Artikelnummernstruktur und Bestellcodes. Die vollständige Artikelnummer "ALFS1H-C010001H-AM" kodiert spezifische Informationen wie die Produktserie, das Lichtstrom-Bin, das Spannungs-Bin und das Farb-Bin. Das Verständnis dieser Nomenklatur ist entscheidend, um das exakte Bauteil mit den gewünschten Leistungsmerkmalen zu beschaffen.

8. Anwendungsdesign-Vorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Diese LED benötigt einen Konstantstromtreiber für einen stabilen Betrieb. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den erforderlichen Strom (z.B. 1000mA) liefert und gleichzeitig den Durchlassspannungsbereich des ausgewählten Bins berücksichtigt. Das Wärmemanagement ist kritisch; die Leiterplatte sollte unter dem thermischen Pad der LED eine ausreichende Kupferfläche oder ein Wärmedurchkontaktierungs-Array aufweisen, um Wärme effektiv abzuführen und die Sperrschichttemperatur so niedrig wie möglich zu halten.

8.2 Designüberlegungen

• Thermisches Design:Nutzen Sie die Derating-Kurve und den thermischen Widerstand, um die notwendige Kühlung zu berechnen. Der niedrige Rth JS ist ein Vorteil, beseitigt aber nicht die Notwendigkeit eines guten Wärmepfads zur Umgebung.
• Optisches Design:Der 120° Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern, um den Lichtkegel für spezifische Anwendungen wie Scheinwerfer zu formen.
• Elektrisches Design:Berücksichtigen Sie das Durchlassspannungs-Binning beim Entwurf paralleler Stränge, um eine Strombalance zu gewährleisten. Implementieren Sie auf der Platine einen Verpolungsschutz.
• Zuverlässigkeit:Die AEC-Q102- und Schwefelrobustheitsqualifikationen sind Schlüssel für den Automobileinsatz, aber die spezifischen Umwelttests der Anwendung (Vibration, Temperaturwechsel) müssen dennoch validiert werden.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Obwohl das Datenblatt keinen direkten Wettbewerbsvergleich bietet, können folgende Schlüsselunterscheidungsmerkmale dieses Produkts abgeleitet werden:

• Keramik- vs. Kunststoffgehäuse:Das Keramikgehäuse bietet im Vergleich zu Standard-SMD-Kunststoffgehäusen eine überlegene Wärmeleitfähigkeit und Langzeitzuverlässigkeit, insbesondere unter Hochleistungs- und Hochtemperaturbedingungen.
• Automobilfokus:Die vollständige AEC-Q102-Qualifikation und Schwefelbeständigkeit (Klasse A1) sind bei universellen Hochleistungs-LEDs nicht immer vorhanden, was dieses Bauteil speziell für die raue Automobilumgebung geeignet macht.
• Leistungsbalance:Die Kombination aus hohem Lichtstrom (450lm), relativ großem Abstrahlwinkel (120°) und robuster Bauweise bietet eine ausgewogene Lösung für die Außenbeleuchtung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 1500mA betreiben?

A: Nur, wenn die Lötpad-Temperatur (Ts) gemäß der Derating-Kurve bei oder unter 110°C gehalten wird. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss der Strom reduziert werden (z.B. auf 1200mA bei Ts=125°C), um die maximale Sperrschichttemperatur nicht zu überschreiten.

F: Was ist der Unterschied zwischen Rth JS real und Rth JS el?

A: Rth JS real ist der gemessene thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt. Rth JS el ist ein elektrisch abgeleiteter äquivalenter Wert, oft niedriger, der üblicherweise in SPICE-Modellen für Temperatursimulationen verwendet wird. Für praktisches thermisches Design sollte der "reale" Wert (max. 4,4 K/W) für konservative Berechnungen verwendet werden.

F: Wie wichtig ist die Bin-Auswahl für meine Anwendung?

A: Entscheidend für die Konsistenz. Für Anwendungen mit mehreren LEDs (z.B. eine DRL-Leiste) stellt die Spezifikation desselben Lichtstrom-, Spannungs- und Farb-Bins eine gleichmäßige Helligkeit, Farbe und elektrisches Verhalten über alle Einheiten sicher.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Ja, unbedingt. Trotz des niedrigen Gehäuse-Wärmewiderstands erfordert die Gesamtverlustleistung (bis zu ~3,3W bei 1000mA) ein effektives Wärmemanagementsystem, das normalerweise eine wärmeoptimierte Leiterplatte und möglicherweise einen externen Kühlkörper umfasst, um Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Tagfahrlicht-Moduls (DRL).

Ein Designer wählt diese LED aufgrund ihrer Helligkeit und automobiltauglichen Zuverlässigkeit. Er wählt Bin 7 für den Lichtstrom (425-450lm) und Bin 1B für die Spannung (3,20-3,50V), um eine gute Ausbeute zu gewährleisten. Das Modul verwendet 6 LEDs in Reihe. Der Treiber ist für 1000mA Konstantstrom mit einem Ausgangsspannungsbereich ausgelegt, der 6 * VF_max (ca. 21V) abdeckt. Die Leiterplatte ist eine 2oz-Kupferplatine mit einer großen freiliegenden Pad-Fläche, die mit einer internen Masseebene zur Wärmeverteilung verbunden ist. Wärmedurchkontaktierungen unter dem LED-Pad leiten Wärme zur Rückseite der Leiterplatte, die am Metallgehäuse des Fahrzeugs befestigt ist. Unter Verwendung der Derating-Kurve und einer Schätzung des thermischen Widerstands des Systems bestätigt der Designer, dass die Sperrschichttemperatur im ungünstigsten Fall der Umgebungstemperatur unter 110°C bleibt, was es ermöglicht, die LEDs mit den vollen 1000mA zu betreiben.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip (typischerweise auf InGaN-Basis), der bei Vorwärtsspannung blaues Licht emittiert (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht trifft auf eine Phosphorschicht, die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als breiteres Spektrum längerer Wellenlängen (gelb, rot) wieder. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem phosphorkonvertierten gelb/roten Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Die spezifische Mischung der Phosphore bestimmt die Farbtemperatur (CCT), die bei diesem Bauteil im kaltweißen Bereich (5391K-6893K) liegt.

13. Technologietrends

Der Markt für Automobil-LED-Beleuchtung entwickelt sich weiter mit klaren Trends:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der Chip-Technologie und Phosphor-Effizienz führen zu höherer Lichtausbeute, was hellere Lichter oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Höhere Leistungsdichte:Es werden Bauteile entwickelt, die mehr Licht aus kleineren Gehäusen liefern, was kompaktere und stilvollere Leuchtendesigns ermöglicht.
• Erweiterte Funktionalität:Die Integration von Steuerelektronik (z.B. für adaptive Lichtverteilung) direkt mit LED-Gehäusen ist ein Entwicklungsgebiet.
• Farbabstimmung & -qualität:Der Fokus liegt auf der Verbesserung des Farbwiedergabeindex (CRI) und der Ermöglichung dynamischer Farbtemperaturanpassung, insbesondere für Innenraumbeleuchtung.
• Standardisierung & Zuverlässigkeit:Die Einhaltung von Standards wie AEC-Q102 wird noch kritischer, da LEDs in sicherheitskritische Anwendungen wie Scheinwerfer vordringen. Tests für neuartige Belastungsfaktoren (wie Laserlicht von LIDAR-Systemen) könnten aufkommen.