Техническая спецификация светодиода ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S - Корпус 7.0x?x?мм - Напряжение 2.95-3.95В - Мощность 3.85Вт - Холодный белый 4000-5000K

1. Обзор продукта

ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S — это высокопроизводительный светодиод для поверхностного монтажа, предназначенный для применений, требующих высокой светоотдачи в компактном форм-факторе. Устройство использует технологию чипа InGaN для получения холодного белого света с коррелированной цветовой температурой (CCT) в диапазоне от 4000K до 5000K. Основная концепция разработки сосредоточена на достижении высокой оптической эффективности в малом корпусе, что делает его подходящим для компактных, но требовательных решений в области освещения.

Ключевые преимущества этого светодиода включают типичный световой поток 220 люмен при прямом токе 1000 мА, что обеспечивает оптическую эффективность примерно 60,27 люмен на ватт. Устройство оснащено надежной защитой от электростатического разряда (ЭСР), соответствующей стандарту JEDEC JS-001-2017 (модель человеческого тела) до 8 кВ, что повышает его надежность при обращении и монтаже. Устройство полностью соответствует директивам RoHS, REACH и требованиям по отсутствию галогенов, отвечая современным экологическим и стандартам безопасности.

Целевой рынок для этого компонента широк и включает потребительскую электронику, профессиональное освещение и автомобильные приложения. Его высокая яркость и эффективность делают его особенно подходящим для задач, где критически важны как производительность, так и миниатюризация.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Предельные эксплуатационные параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не рабочие условия.

• Постоянный прямой ток (режим фонарика): 350 мА. Это максимальный рекомендуемый постоянный ток для длительной работы.
• Пиковый импульсный ток: 1000 мА. Этот параметр применяется в специфических импульсных условиях (400 мс включен, 3600 мс выключен, 30000 циклов), типичных для вспышек камер.
• Сопротивление ЭСР (HBM): 8000 В. Такой высокий уровень защиты предохраняет светодиод от электростатического разряда во время производства и обращения.
• Обратное напряжение: Примечание 1. В спецификации явно указано, что эти светодиоды не предназначены для работы в обратном смещении. Приложение обратного напряжения может вызвать мгновенный отказ.
• Температура перехода (Tj): 125 °C. Максимально допустимая температура на полупроводниковом переходе.
• Рабочая и температура хранения: от -40°C до +85°C и от -40°C до +100°C соответственно, что указывает на широкий диапазон допустимых условий окружающей среды.
• Температура пайки: 260 °C. Это пиковая температура, допустимая во время процессов пайки оплавлением.
• Угол обзора (2θ1/2): 120 градусов. Этот широкий угол обзора характеризует близкое к ламбертову распределение излучения, обеспечивая широкое и равномерное освещение.
• Рассеиваемая мощность (импульсный режим): 3,85 Вт. Максимальная мощность, которую корпус может выдержать в импульсных условиях.
• Термическое сопротивление (Rth): 8,5 °C/Вт. Этот параметр имеет решающее значение для проектирования теплового менеджмента. Он указывает на повышение температуры на каждый ватт рассеиваемой мощности, от перехода до контактной площадки или корпуса.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются в типовых условиях (Tконтактной площадки = 25°C) и представляют производительность устройства.

• Световой поток (Iv): Минимум 180 лм, типично 220 лм при IF=1000 мА. Допуск измерения составляет ±10%.
• Прямое напряжение (VF): Диапазон от 2,95 В до 3,95 В при 1000 мА, с допуском измерения ±0,1 В. Фактическое VF сортируется, как подробно описано в разделе 3.
• Цветовая температура (CCT): от 4000K до 5000K, определяя область холодного белого света.
• Индекс цветопередачи (CRI): ≥80. Это указывает на хорошую цветопередачу, подходящую для общего освещения, где важна точность цветов.
• Все электрические и оптические данные тестируются в условиях 50-миллисекундного импульсадля минимизации эффектов самонагрева и обеспечения стабильных, сопоставимых измерений.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются по ключевым параметрам. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения по яркости, напряжению и цвету.

3.1 Сортировка по прямому напряжению

Прямое напряжение классифицируется по трем группам, идентифицируемым 4-значным кодом (например, 2932, 3235, 3539). Код представляет минимальное и максимальное напряжение в десятых долях вольта.

• Группа 2932: VF = от 2,95 В до 3,25 В
• Группа 3235: VF = от 3,25 В до 3,55 В
• Группа 3539: VF = от 3,55 В до 3,95 В

Конкретный номер детали "KB4050J5J7293910" указывает, что группа по напряжению — "29", что соответствует группе 2932 (мин. 2,95 В).

3.2 Сортировка по световому потоку

Световой поток сортируется с использованием буквенно-цифрового кода (например, J5, J6, J7).

• Группа J5: Iv = от 180 лм до 200 лм
• Группа J6: Iv = от 200 лм до 250 лм
• Группа J7: Iv = от 250 лм до 300 лм

Номер детали указывает "J5", помещая его в группу 180-200 лм при 1000 мА.

3.3 Сортировка по цветности (цвету)

Цвет определяется на диаграмме цветности CIE 1931. Номер детали включает "4050", что относится к конкретной цветовой группе в диапазоне CCT 4000K-5000K. В спецификации приведены координаты углов (CIE-x, CIE-y) этой группы: (0,344; 0,336), (0,347; 0,375), (0,389; 0,403) и (0,376; 0,355). Допуск измерения для цветовых координат составляет ±0,01. Цветовые группы определяются при IF=1000 мА.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Относительное спектральное распределение

Кривая спектрального распределения мощности показывает доминирующую пиковую длину волны (λp) в синей области (обычно около 450-455 нм для белого светодиода с люминофорным преобразованием), с широким вторичным излучением в желтой/зеленой/красной области от люминофора. Эта комбинация создает холодный белый свет. Кривая подтверждает заявленный CRI ≥80, так как спектр имеет значительное излучение во всем видимом диапазоне, а не только узкие пики.

4.2 Типовые диаграммы направленности

Полярные диаграммы направленности для горизонтальной и вертикальной плоскостей подтверждают ламбертово распределение с углом обзора 120 градусов. Относительная сила света практически идентична в обеих плоскостях, что указывает на симметричное излучение, идеальное для равномерного освещения площадей.

4.3 Зависимость прямого напряжения от прямого тока

Эта кривая показывает нелинейную зависимость между VF и IF. По мере увеличения тока от 0 до 1200 мА прямое напряжение возрастает. Кривая необходима для проектирования драйвера, так как помогает определить требуемое напряжение питания и рассеиваемую мощность при различных рабочих токах.

4.4 Зависимость относительного светового потока от прямого тока

Этот график демонстрирует зависимость светового выхода от тока накачки. Световой поток увеличивается сублинейно с током из-за падения эффективности и эффектов нагрева перехода, даже при импульсных измерениях. Кривая критически важна для таких применений, как вспышки камер, где ключевым является максимизация светового выхода в коротком импульсе.

4.5 Зависимость коррелированной цветовой температуры от прямого тока

CCT показывает вариацию в зависимости от тока накачки. Она может незначительно увеличиваться или уменьшаться в зависимости от поведения системы люминофора с плотностью тока и температурой. Этот график важен для применений, требующих стабильной цветовой температуры при различных настройках яркости.

Примечание: Все корреляционные данные протестированы при превосходном тепловом менеджменте с использованием печатной платы на металлической основе (MCPCB) площадью 1 см², что подчеркивает важность теплоотвода для достижения характеристик, указанных в спецификации.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Светодиод поставляется в корпусе для поверхностного монтажа (SMD). Хотя точные размеры длины и ширины из чертежа не полностью указаны в предоставленном тексте, тип корпуса — ELAT07. Чертеж включает критические размеры, такие как размеры контактных площадок, их расположение и общий контур, со стандартными допусками ±0,1 мм, если не указано иное. Правильная конструкция контактных площадок на печатной плате необходима для надежной пайки, механической стабильности и оптимальных тепловых и электрических характеристик.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Пайка оплавлением

Максимально допустимая температура пайки составляет 260°C, и устройство может выдержать максимум 3 цикла оплавления. Следует использовать стандартные бессвинцовые профили оплавления с пиковой температурой ниже 260°C. Уровень чувствительности к влажности (MSL) по JEDEC указан как Уровень 1, что означает неограниченный срок хранения устройства при ≤30°C/85% относительной влажности без сухого хранения. Однако перед пайкой оно должно выдерживать 168 часов выдержки при 85°C/85% относительной влажности, что является стандартным предварительным тестом.

6.2 Тепловой менеджмент

При термическом сопротивлении (Rth) 8,5 °C/Вт эффективный теплоотвод обязателен, особенно при работе на высоких токах, таких как 1000 мА. В спецификации отмечается, что все испытания на надежность проводятся с использованием MCPCB площадью 1,0 см². Для оптимального срока службы и производительности температуру перехода следует поддерживать как можно ниже, а работу при максимальной температуре перехода 125°C следует избегать в течение периодов, превышающих один час. Рассеиваемая мощность должна быть рассчитана (Pd = VF * IF) и соответствующим образом контролироваться.

6.3 Обращение и хранение

Диапазон температур хранения от -40°C до +100°C. Во время обращения следует соблюдать стандартные меры предосторожности от ЭСР из-за чувствительной полупроводниковой структуры, несмотря на встроенную защиту от ЭСР на 8 кВ.

7. Упаковка и информация для заказа

Светодиоды поставляются во влагозащищенной упаковке. Они загружены в несущие ленты, стандартное количество на катушке — 2000 штук. Минимальное количество упаковки — 1000 штук. Маркировка продукта на катушке включает несколько ключевых полей: номер продукта заказчика (CPN), номер детали производителя (P/N), номер партии, количество упаковки (QTY) и конкретные коды групп для светового потока (CAT), цвета (HUE) и прямого напряжения (REF). Также указан уровень MSL. Размеры несущей ленты и катушки указаны в миллиметрах на чертежах в спецификации.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые сценарии применения

• Вспышка/строб камеры мобильного телефона: Высокая способность к импульсному току (1000 мА) и высокий световой поток делают этот светодиод идеальным для вспышек камер, обеспечивая яркое освещение для фотографий.
• Фонарь для цифрового видео: Может использоваться в качестве постоянного или регулируемого по яркости видеосвета.
• Общее внутреннее освещение: Подходит для встраиваемых светильников, панельных светильников и других приборов, требующих компактного источника света с высокой отдачей.
• Подсветка: Для TFT-LCD дисплеев, требующих высокой яркости.
• Автомобильное освещение: Для внутренних картографических ламп, плафонов или внешних вспомогательных фонарей при условии соответствия конкретным автомобильным стандартам квалификации.
• Декоративное и архитектурное освещение: Для акцентного освещения, ступенчатых светильников и указателей ориентации.

8.2 Особенности проектирования

• Выбор драйвера: Выберите драйвер светодиодов с постоянным током, совместимый с диапазоном прямого напряжения (2,95-3,95 В) и способный обеспечить требуемый ток (например, 350 мА постоянный, 1000 мА импульсный).
• Разводка печатной платы: Убедитесь, что контактные площадки печатной платы соответствуют рекомендациям спецификации. Используйте теплопроводящую печатную плату (например, MCPCB или FR4 с тепловыми переходами) и достаточную площадь меди для эффективного отвода тепла. Тепловой путь от контактных площадок светодиода к радиатору должен иметь низкое сопротивление.
• Оптическое проектирование: Угол обзора 120 градусов может потребовать вторичной оптики (линз, отражателей) для достижения желаемой диаграммы направленности для конкретных применений, таких как прожекторы или вспышки.
• Электрическая защита: Хотя светодиод имеет высокую защиту от ЭСР, включение диодов подавления переходных напряжений (TVS) или других защитных цепей на печатной плате является хорошей практикой для повышения надежности в жестких условиях.

9. Техническое сравнение и отличительные особенности

Хотя прямое сравнение с другими моделями в этой спецификации не предоставлено, ключевые отличительные особенности этого светодиода можно выделить:

• Высокая эффективность в малом корпусе: 60,27 лм/Вт при 1А — это конкурентоспособная эффективность для SMD светодиода с высоким током.
• Надежная защита от ЭСР: Защита 8 кВ HBM выше, чем у многих стандартных светодиодов, что повышает надежность.
• Комплексная сортировка: Жесткая сортировка по потоку, напряжению и цвету обеспечивает стабильность в производственных партиях, что критически важно для массивов из нескольких светодиодов, где важна равномерность.
• Опция с высоким CRI: Предлагается CRI ≥80, что полезно для осветительных применений, где важна цветопередача, по сравнению с типичными светодиодами с CRI 70.
• Импульсные характеристики: Охарактеризован и рассчитан на высокие импульсные токи, что делает его специально созданным для вспышек.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я питать этот светодиод током 1000 мА непрерывно?

О: Нет. Предельный эксплуатационный параметр для постоянного прямого тока (режим фонарика) составляет 350 мА. Параметр 1000 мА предназначен только для импульсной работы (400 мс включен, 3600 мс выключен). Непрерывная работа при 1000 мА превысит пределы рассеиваемой мощности и температуры перехода, что приведет к быстрой деградации или отказу.

В2: Что означает код "KB4050J5J7293910" в номере детали?

О: Это код сортировки, определяющий характеристики устройства: "4050" = Цветовая группа (в пределах 4000-5000K), "J5" = Группа светового потока (180-200 лм), "29" = Группа прямого напряжения (2,95-3,25 В). "3910" может относиться к другим кодам, специфичным для продукта.

В3: Нужен ли радиатор для этого светодиода?

О: Безусловно, особенно при работе, близкой к предельным параметрам. Термическое сопротивление 8,5°C/Вт означает, что на каждый ватт рассеиваемой мощности температура перехода повышается на 8,5°C относительно температуры контактной площадки. Без надлежащего теплоотвода температура перехода быстро превысит предел в 125°C, сокращая срок службы и световой выход.

В4: Необходима ли схема защиты от обратной полярности?

О: Да. В спецификации явно указано, что светодиод не предназначен для обратного смещения. Случайное приложение обратного напряжения, даже небольшого, может вызвать мгновенный и катастрофический отказ. Ваша схема драйвера должна включать защиту от этого.

В5: Насколько стабилен цвет во времени и при изменении температуры?

О: В спецификации гарантируется надежность в течение 1000 часов с деградацией светового потока менее 30% при указанных условиях испытаний. Смещение цвета в течение срока службы — обычное явление для белых светодиодов, но в предоставленных данных оно не количественно определено. Правильный тепловой менеджмент — ключ к минимизации смещения цвета со временем.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование мощной вспышки камеры мобильного телефона

Разработчик создает двойную вспышку для смартфона. Он выбирает ELAT07-KB4050J5J7293910-F1S за его высокий импульсный выход и малый размер. Процесс проектирования включает:

1. Схема драйвера: Выбор компактного, высокоэффективного импульсного зарядного устройства на конденсаторах, способного выдавать импульсы 1000 мА на два светодиода, включенных последовательно (общее Vf ~6-8 В).

2. Разводка печатной платы: Проектирование специальной небольшой MCPCB или подплаты из FR4 с толстой медью для светодиодов, которая будет служить радиатором. Светодиоды размещаются с достаточным интервалом, чтобы избежать теплового влияния друг на друга.

3. Тепловой анализ: Моделирование повышения температуры во время последовательности вспышек. При импульсе 400 мс температура перехода будет резко возрастать. Конструкция должна гарантировать, что она остается в пределах допустимого при множественных вспышках.

4. Оптика: Сопряжение каждого светодиода с небольшой эффективной TIR (полное внутреннее отражение) линзой для коллимации света с углом 120 градусов в более широкий, равномерный луч, подходящий для фотографии, избегая горячих точек.

5. Тестирование: Проверка светового выхода, стабильности цветовой температуры между двумя светодиодами (с использованием деталей из узких групп) и времени перезарядки вспышки при различных состояниях батареи.

12. Принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основой является полупроводниковый чип из нитрида индия-галлия (InGaN). При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют в активной области чипа, испуская фотоны. Первичное излучение чипа InGaN находится в синем диапазоне длин волн. Этот синий свет затем попадает на слой люминофорного материала (обычно алюмоиттриевый гранат, легированный церием, или YAG:Ce), нанесенный на чип или рядом с ним. Люминофор поглощает часть синего света и переизлучает его в виде широкого спектра желтого света. Смесь оставшегося синего света и преобразованного желтого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Точное соотношение синего к желтому и конкретный состав люминофора определяют коррелированную цветовую температуру (CCT) и индекс цветопередачи (CRI).

13. Технологические тренды

Разработка светодиодов серии ELAT07 следует нескольким ключевым отраслевым трендам:

Повышение эффективности (лм/Вт): Постоянные исследования направлены на улучшение внутренней квантовой эффективности синего чипа и эффективности преобразования люминофора для увеличения люмен на ватт, снижая энергопотребление.

Более высокая плотность мощности: Стремление производить больше света из меньших корпусов продолжается, требуя прогресса в материалах теплового менеджмента и конструкции корпусов для более эффективного отвода тепла.

Улучшение качества цвета и стабильности: Тренды включают переход к более высоким значениям CRI (90+), лучшую цветовую однородность между партиями и более стабильный цвет при изменении тока накачки и температуры (уменьшение смещения CCT).

Повышенная надежность: Улучшения в материалах (эпоксидная смола, люминофор, клей для кристалла) и герметичности корпуса увеличивают срок службы и сохранение светового потока, особенно в условиях высокотемпературной эксплуатации.

Интеграция: Наблюдается тенденция к интеграции нескольких светодиодных чипов, драйверов, а иногда и управляющих схем в единые модули или корпуса для упрощения сборки конечного продукта.