CHIN-Serie LED ELCH06-BJ4J6Z10-N0 Datenblatt - Hochleistungs-Weißlicht-LED - 200lm @ 1000mA - 6000K Farbtemperatur - 2.04x1.64mm Gehäuse - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die CHIN-Serie ELCH06-BJ4J6Z10-N0 ist eine Hochleistungs-SMD-LED für Anwendungen, die hohe Lichtausbeute und Effizienz erfordern. Sie nutzt InGaN-Halbleitertechnologie zur Erzeugung von weißem Licht. Das Bauteil zeichnet sich durch sein kompaktes Gehäuse, hohen Lichtstrom und robuste Leistung im Pulsbetrieb aus, was es für anspruchsvolle Beleuchtungsaufgaben geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED umfassen einen hohen typischen Lichtstrom von 200 Lumen bei einem Betriebsstrom von 1000mA, was einer optischen Effizienz von etwa 54 Lumen pro Watt entspricht. Sie verfügt über einen integrierten ESD-Schutz bis 8kV, was die Handhabungssicherheit erhöht. Mit einer Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) von Klasse 1 bietet sie eine gute Lagerfähigkeit und ist für Standard-SMT-Montageprozesse geeignet. Das Bauteil ist RoHS-konform und bleifrei. Die Hauptzielmärkte sind Kamerablitzlichter für Mobilgeräte, Aufstecklichter für digitale Videokameras, allgemeine Innen- und dekorative Beleuchtung, TFT-Hintergrundbeleuchtung sowie verschiedene Innen- und Außenbeleuchtungsanwendungen in der Automobilindustrie.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten technischen Spezifikationen des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzwerte des Bauteils sind entscheidend für ein zuverlässiges Design. Der maximale kontinuierliche Gleichstrom (IF) beträgt 350 mA. Es kann jedoch einen Spitzenpulsstrom (IPulse) von 1500 mA unter spezifischen Bedingungen verarbeiten: eine Pulsbreite von 400ms gefolgt von einer Ausschaltzeit von 3600ms, oder mit einer maximalen Dauer von 50ms und einem Tastverhältnis von maximal 10%. Die maximale Sperrschichttemperatur (TJ) beträgt 125°C, mit einem thermischen Widerstand von Sperrschicht zu Gehäuse (Rs) von 10 °C/W. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +85°C. Es ist entscheidend zu beachten, dass die LED nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist. Das Überschreiten dieser Werte, insbesondere gleichzeitig oder über längere Zeit, kann zu dauerhaften Schäden oder Zuverlässigkeitsproblemen führen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei einer Lötpad-Temperatur von 25°C unter Pulsbedingungen (50ms Puls) sind die wichtigsten Leistungsparameter definiert. Der Lichtstrom (Фv) hat einen typischen Wert von 200 lm, mit einem Minimum von 160 lm und einem Maximum von 250 lm bei 1000mA, abhängig von einer Messtoleranz von ±10%. Die Durchlassspannung (VF) bei 1000mA reicht von einem Minimum von 2,95V bis zu einem Maximum von 4,45V, mit einer Messtoleranz von ±0,1V. Ein spezieller Niedrigstrom-, Niedrigspannungsparameter ist spezifiziert: bei 10 µA beträgt die VF typischerweise 2,0V. Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) beträgt typischerweise 6000K, mit einem Bereich von 4500K bis 7000K.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Bauteil wird innerhalb spezifischer Leistungs-Bins geliefert, um Konsistenz in der Anwendung zu gewährleisten.

3.1 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung ist in fünf Bins kategorisiert, die jeweils einen Bereich von 0,3V abdecken, gemessen bei IF=1000mA. Die Bin-Codes und ihre entsprechenden Spannungsbereiche sind: 2932 (2,95V - 3,25V), 3235 (3,25V - 3,55V), 3538 (3,55V - 3,85V), 3841 (3,85V - 4,15V) und 4144 (4,15V - 4,45V).

3.2 Binning des Lichtstroms

Der Lichtstrom ist bei IF=1000mA in drei Kategorien eingeteilt: J4 (160 lm - 180 lm), J5 (180 lm - 200 lm) und J6 (200 lm - 250 lm). Die Artikelnummer ELCH06-BJ4J6Z10-N0 weist auf ein J6-Lichtstrom-Bin hin.

3.3 Binning der Weißlichtfarbe

Der Weißlichtpunkt ist innerhalb spezifischer Farbkoordinaten im CIE-1931-Diagramm definiert, gruppiert in drei korrelierte Farbtemperatur (CCT) Bins: Bin (1) für 4550K (4500K-5000K Bereich), Bin (2) für 5057K (5000K-5700K Bereich) und Bin (3) für 5770K (5700K-7000K Bereich). Die Toleranz für die Farbkoordinatenmessung beträgt ±0,01. Die Artikelnummer deutet darauf hin, dass das Bauteil in eine spezifische Weißlicht-Bin-Struktur fällt.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen wesentlich sind.

4.1 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Die relative spektrale Verteilungskurve zeigt ein breites Emissionsspektrum, typisch für phosphorkonvertierte weiße LEDs, mit einem Peak im blauen Bereich (vom InGaN-Chip) und einer breiten gelben Phosphor-Emission. Die typische Abstrahlcharakteristik ist lambertisch, was bedeutet, dass die Lichtstärke proportional zum Kosinus des Betrachtungswinkels ist, was zu einem breiten, gleichmäßigen Strahl führt. Der Betrachtungswinkel (2θ1/2) beträgt 120 Grad mit einer Toleranz von ±5 Grad.

4.2 Durchlassspannung vs. Strom und Lichtstrom vs. Strom

Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, was charakteristisch für Diodenverhalten ist. Entwickler müssen dies berücksichtigen, um ein korrektes Treiberdesign und Wärmemanagement sicherzustellen. Die Lichtstromausgabe steigt sublinear mit dem Durchlassstrom. Während der Betrieb mit höheren Strömen mehr Licht liefert, erzeugt er auch mehr Wärme, was die Effizienz und Lebensdauer verringern kann. Die Kurve zeigt die relative Skalierung des Lichtstroms mit dem Strom bis zu 1500mA.

4.3 Farbtemperatur vs. Strom und Strom-Derating

Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) kann sich mit dem Treiberstrom leicht verschieben, typischerweise steigt sie mit zunehmendem Strom. Dies ist eine wichtige Überlegung für farbkritische Anwendungen. Die Durchlassstrom-Derating-Kurve ist entscheidend für das thermische Design. Sie zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötpad-Temperatur. Um die Sperrschichttemperatur unter ihrem Maximum von 125°C zu halten, muss der Treiberstrom reduziert werden, wenn die Umgebungs- oder Leiterplattentemperatur steigt. Beispielsweise ist bei einer Lötpad-Temperatur von 100°C der maximal zulässige kontinuierliche Strom deutlich niedriger als bei 25°C.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem kompakten SMD-Gehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen aus der Draufsichtzeichnung sind eine Gesamtgehäusegröße von etwa 2,04 mm Länge und 1,64 mm Breite. Das optische Zentrum ist relativ zu den Gehäuserändern positioniert. Die Chip-Position ist angegeben, zusammen mit den separaten Anoden- und Kathoden-Lötpads für die elektrische Verbindung. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit Standardtoleranzen von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Lötpad-Design und Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse verfügt über zwei klar definierte Lötpads. Die Anoden- und Kathodenpads sind deutlich getrennt. Eine korrekte Polaritätserkennung ist während der Montage unerlässlich, um eine Verpolung zu verhindern, da das Bauteil nicht für Sperrspannung ausgelegt ist. Die Maßzeichnung liefert die genaue Pad-Geometrie und den Abstand, was für das PCB-Land-Pattern-Design entscheidend ist, um eine gute Lötstellenbildung und mechanische Stabilität zu gewährleisten.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Reflow-Löten mit einer maximalen Löttemperatur (TSol) von 260°C ausgelegt. Es ist für maximal zwei zulässige Reflow-Zyklen qualifiziert, was für die meisten SMT-Bauteile Standard ist. Die Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) ist Klasse 1, was bedeutet, dass das Bauteil unbegrenzt unter Bedingungen ≤30°C / 85% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden kann, ohne vor dem Reflow getrocknet werden zu müssen. Dies vereinfacht Logistik und Handhabung im Vergleich zu Bauteilen mit höherer MSL. Beim Betrieb der LED wird empfohlen, die maximale Betriebstemperatur nicht länger als eine Stunde kontinuierlich zu überschreiten, um die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Mobiltelefon-Kamerablitz:Die hohe Pulsstromfähigkeit (1500mA) und der hohe Lichtstrom machen sie ideal für Blitzlicht-/Stroboskopanwendungen in Mobilgeräten. Das Design muss sich auf das Management der hohen momentanen Verlustleistung konzentrieren.
• Aufstecklicht für DV-Kameras:Geeignet für konstante oder variable Helligkeits-Taschenlampenanwendungen in digitalen Videoausrüstungen, die stabile Farbe und Ausgang erfordern.
• Allgemeine Beleuchtung:Kann in Arrays für Innenraumbeleuchtung, dekorative Beleuchtung oder architektonische Akzentbeleuchtung verwendet werden. Das Wärmemanagement auf der Leiterplatte (MCPCB - Metallkern-Leiterplatte) ist bei Array-Designs von größter Bedeutung.
• TFT-Hintergrundbeleuchtung:Ihre hohe Helligkeit und kleine Größe ermöglichen den Einsatz in direkt- oder randbeleuchteten Hintergrundbeleuchtungseinheiten, möglicherweise mit Lichtleitern.
• Automobilbeleuchtung:Für Innenraum-Leselampen, Türwarnleuchten oder externe Zusatzbeleuchtung, unter Berücksichtigung des weiten Betriebstemperaturbereichs.

7.2 Kritische Designaspekte

• Wärmemanagement:Dies ist der wichtigste Faktor. Das Datenblatt stellt fest, dass für den Betrieb mit 1500mA alle Zuverlässigkeitstests unter "gutem Wärmemanagement" mit einer 1,0x1,0 cm² großen MCPCB durchgeführt wurden. Entwickler müssen einen ausreichenden Wärmeleitweg von den Lötpads zu einem Kühlkörper bereitstellen. Der thermische Widerstand von 10 °C/W von der Sperrschicht zum Gehäuse zeigt, dass Wärme effektiv vom Gehäuse abgeführt werden muss.
• Stromtreiber:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, keine Konstantspannungsquelle, um eine stabile Lichtausgabe zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Beachten Sie sorgfältig die absoluten Maximalwerte für Gleich- und Pulsströme.
• Optisches Design:Die lambertische Abstrahlcharakteristik liefert einen breiten Strahl. Für fokussierte Anwendungen sind Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) erforderlich. Die Position des optischen Zentrums ist in der mechanischen Zeichnung für die optische Ausrichtung angegeben.
• ESD-Schutz:Obwohl das Bauteil über einen 8kV-ESD-Schutz verfügt, werden während der Montage dennoch standardmäßige ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen empfohlen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während ein direkter Vergleich spezifische Wettbewerberdaten erfordert, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED aus ihren Spezifikationen abgeleitet werden. Die Kombination aus einem relativ hohen Lichtstrom (200 lm) aus einem kompakten 2,04x1,64mm Gehäuse ist ein bedeutender Vorteil für platzbeschränkte Anwendungen wie Mobiltelefone. Der spezifizierte 8kV-ESD-Schutz ist ein robustes Merkmal, das das Angebot einiger Wettbewerber übertrifft und die Montageausbeute sowie die Feldzuverlässigkeit erhöht. Die detaillierte Binning-Struktur für Lichtstrom, Spannung und Farbe bietet Entwicklern eine vorhersehbare Leistung, was für die Massenproduktion, bei der Konsistenz entscheidend ist, von großer Bedeutung ist. Die Fähigkeit, hohe Pulsströme (1500mA) zu verarbeiten, macht sie speziell für Kamerablitzanwendungen geeignet, einem Segment mit strengen Anforderungen.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 1000mA betreiben?

A: Das Datenblatt spezifiziert die elektro-optischen Eigenschaften bei 1000mA unter einer 50ms-Pulsbedingung. Der maximale Nennwert für kontinuierlichen Gleichstrom beträgt 350 mA. Daher überschreitet ein Dauerbetrieb mit 1000mA den absoluten Maximalwert und wird nicht empfohlen, da dies die LED wahrscheinlich überhitzen und beschädigen würde. Für hochhellen Dauerbetrieb muss der Strom gemäß der thermischen Derating-Kurve basierend auf der tatsächlichen Lötpad-Temperatur reduziert werden.

F: Was bedeutet der Parameter "Niedrigstrom niedrige VF@10 µA"?

A: Dieser Parameter gibt die typische Durchlassspannung an, wenn ein sehr kleiner Strom (10 Mikroampere) angelegt wird. Er ist nützlich für Schaltungsentwickler, die einen kleinen Strom zur Erkennung der Anwesenheit der LED oder für sehr stromsparende Standby-Anzeigeszenarien verwenden könnten. Sie ist deutlich niedriger als die VF bei Betriebsströmen.

F: Wie interpretiere ich die Artikelnummer ELCH06-BJ4J6Z10-N0?

A: Während die vollständige Namenskonvention nicht explizit detailliert ist, deuten die Binning-Tabellen darauf hin, dass "J6" wahrscheinlich auf das Lichtstrom-Bin (200-250 lm) verweist, und andere Segmente können das Farbtemperatur-Bin, das Durchlassspannungs-Bin und andere Produktvarianten kodieren. Die Präfixe "CHIN-Serie" und "ELCH06" identifizieren die Produktfamilie.

F: Warum basiert der Zuverlässigkeitstest auf 1000 Stunden mit weniger als 30% IV-Degradation?

A: Dies ist ein Standard-Zuverlässigkeitsbenchmark der LED-Industrie. Er gibt an, dass nach 1000 Stunden Betrieb unter spezifizierten Testbedingungen der Lichtstromabfall garantiert weniger als 30% beträgt. Dieser Parameter hilft, den Lichtstromerhalt und die Lebensdauer des Produkts im tatsächlichen Einsatz abzuschätzen.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fall: Entwurf eines Mobiltelefon-Kamerablitzmoduls

Ein Entwickler erhält die Aufgabe, einen Hochleistungsblitz in ein Smartphone zu integrieren. Er wählt den ELCH06-BJ4J6Z10-N0 aufgrund seiner hohen Pulsausgangsleistung und kleinen Größe. Der Designprozess umfasst:

1. PCB-Layout:Erstellen eines thermischen Land-Patterns auf der Leiterplatte, das den Lötpads der LED entspricht, unter Verwendung großer thermischer Durchkontaktierungen zur Verbindung mit einer internen Kupferschicht oder einem dedizierten Metallsubstrat zur Wärmeverteilung.

2. Treiberschaltung:Implementierung einer schaltregler- oder kondensatorbasierten Treiberschaltung, die den erforderlichen 1500mA-Puls für 400ms liefern kann, mit entsprechender Steuerlogik vom Kameraprozessor des Telefons.

3. Optisches Element:Entwurf oder Auswahl einer Kunststofflinse oder eines Diffusors, der über der LED platziert wird, um das Strahlprofil zu verbreitern oder zu formen und das Sichtfeld der Kamera angemessen auszuleuchten, wobei sichergestellt wird, dass das optische Zentrum der LED mit der Linse ausgerichtet ist.

4. Thermische Simulation:Durchführung thermischer Simulationen, um sicherzustellen, dass das Telefongehäuse und interne Komponenten während wiederholter Blitznutzung nicht überhitzen, möglicherweise mit Implementierung von Softwaregrenzen für Blitzdauer oder -häufigkeit.

5. Testen:Überprüfung der Lichtausgabe, Farbkonstanz und Zuverlässigkeit unter Hochtemperaturkammerbedingungen, um den realen Einsatz zu simulieren.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Die ELCH06-BJ4J6Z10-N0 ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Ihr Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der Licht im blauen Spektrum emittiert, wenn elektrischer Strom durch ihn fließt (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird nicht direkt genutzt. Stattdessen trifft es auf eine Schicht aus Phosphormaterial (typischerweise Yttrium-Aluminium-Granat dotiert mit Cer, oder YAG:Ce), die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht bei längeren Wellenlängen, hauptsächlich im gelben Bereich. Die Kombination aus dem verbleibenden nicht absorbierten blauen Licht und dem emittierten gelben Licht vermischt sich, um den Eindruck von weißem Licht zu erzeugen. Der genaue Weißton (korrelierte Farbtemperatur) wird durch das Verhältnis von blauem zu gelbem Licht bestimmt, das durch die Phosphorzusammensetzung und -dicke gesteuert wird. Diese Technologie ermöglicht die effiziente Erzeugung von hochwertigem weißem Licht aus einem Festkörperbauteil.

12. Technologietrends und Kontext

Dieses Bauteil existiert innerhalb des breiteren Trends der Festkörperbeleuchtung (SSL), die traditionelle Lichtquellen ersetzt. Relevante Schlüsseltrends umfassen:

Steigende Effizienz (lm/W):Während diese LED 54 lm/W bietet, strebt die Industrie weiterhin nach höheren Wirkungsgraden, um den Energieverbrauch bei gleicher Lichtausbeute zu reduzieren.

Farbqualität und Konsistenz:Es wird zunehmend Wert auf einen hohen Farbwiedergabeindex (CRI) und engere Farb-Binning für Anwendungen gelegt, bei denen eine genaue Farbwiedergabe entscheidend ist, wie z.B. Einzelhandelsbeleuchtung oder Fotografie.

Miniaturisierung und hohe Flussdichte:Das Bestreben, mehr Licht in kleinere Gehäuse zu packen, wie bei dieser LED zu sehen, setzt sich für Anwendungen wie Mobilgeräte, Automobilscheinwerfer und ultradünne Displays fort.

Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Verbesserungen bei Materialien, Gehäusetechnik und Wärmemanagement verlängern ständig die LED-Lebensdauer und den Lichtstromerhalt, wodurch sie für kritischere und langlebigere Anwendungen geeignet werden.

Intelligente und vernetzte Beleuchtung:LEDs sind die Schlüsseltechnologie für digital steuerbare Beleuchtungssysteme. Während dies ein Bauteil auf Komponentenebene ist, bildet es die Grundlage für Systeme, die Helligkeit und Farbe dynamisch anpassen können.