Техническая спецификация светодиода ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X - Высокоэффективный холодный белый свет - 245 лм при 1А - 3.95В макс.

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокопроизводительного светодиода (LED) холодного белого света, предназначенного для применений, требующих высокой светоотдачи в компактном форм-факторе. Устройство использует технологию чипа InGaN для получения холодного белого света с коррелированной цветовой температурой (CCT), обычно находящейся в диапазоне от 5000K до 6000K. Его основные преимущества включают высокий типичный световой поток в 245 люмен при прямом токе 1 Ампер, что обеспечивает оптическую эффективность приблизительно 72 люмена на ватт. Светодиод соответствует стандартам RoHS, REACH и не содержит галогенов, что делает его пригодным для экологически ответственных проектов и глобальных рынков.

1.1 Целевые области применения

Данный светодиод разработан для широкого спектра применений, где критически важны яркое и эффективное освещение. Ключевые целевые рынки включают мобильную электронику, общее освещение и автомобильный сектор. Конкретные применения: вспышка и фонарик для мобильных телефонов и цифровых видеокамер, подсветка TFT-LCD дисплеев, осветительные приборы для внутреннего и наружного общего освещения, декоративное и развлекательное освещение, а также внутреннее и внешнее автомобильное освещение, такое как маркерные огни, ступенчатые огни и сигнальные светильники.

2. Анализ технических параметров

В данном разделе представлена подробная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, определяющих производительность и рабочие пределы светодиода.

2.1 Абсолютные максимальные значения

Абсолютные максимальные значения определяют предельные уровни нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Это не рекомендуемые рабочие условия. Максимальный постоянный прямой ток для режима фонаря составляет 350 мА. Для импульсного режима допускается пиковый ток 1000 мА при определенном рабочем цикле (400 мс включено, 3600 мс выключено для 30 000 циклов). Устройство может выдерживать электростатический разряд (ESD) до 2 кВ (модель человеческого тела, JEDEC 3b). Максимально допустимая температура перехода составляет 145°C, рабочий диапазон температуры окружающей среды от -40°C до +85°C. Светодиод не предназначен для работы в режиме обратного смещения. Тепловое сопротивление от перехода к контактной площадке для пайки указано как 8.5 °C/Вт, что является критическим параметром для проектирования системы теплового управления.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики указаны для стандартных условий испытаний при температуре контактной площадки для пайки (Ts) 25°C. Типичный световой поток (Iv) составляет 245 лм при прямом токе (IF) 1000 мА, с гарантированным минимальным значением 220 лм. Прямое напряжение (VF) при этом токе варьируется от минимума 2.95В до максимума 3.95В, типичное значение зависит от вольтажного бина. Коррелированная цветовая температура (CCT) для этого варианта холодного белого света указана в диапазоне от 5000K до 6000K. Важно отметить, что все электрические и оптические данные тестируются в условиях 50-миллисекундного импульса для минимизации эффектов саморазогрева во время измерений, что гарантирует, что данные отражают внутреннюю производительность светодиодного чипа.

2.3 Тепловые аспекты и надежность

Правильное тепловое управление имеет первостепенное значение для достижения заявленной производительности и долгосрочной надежности. Указанное тепловое сопротивление 8.5°C/Вт показывает повышение температуры на каждый ватт рассеиваемой мощности. Например, при токе 1А и типичном VF ~3.5В (3.5Вт) повышение температуры перехода относительно контактной площадки составит приблизительно 30°C. В спецификации явно указано, что не рекомендуется работать при максимальной температуре перехода более одного часа. Все спецификации надежности, включая деградацию светового потока менее 30% за 1000 часов, гарантируются при условии хорошего теплового управления с использованием печатной платы на металлической основе (MCPCB) площадью 1.0 см².

3. Объяснение системы бинов

Светодиод сортируется по бинам на основе трех ключевых параметров: световой поток, прямое напряжение и цветность (цветовые координаты). Такая сортировка обеспечивает однородность в пределах производственной партии и позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям применения.

3.1 Биннинг светового потока

Бины светового потока обозначаются буквенно-цифровыми кодами (J6, J7, J8). Для бина J6 световой поток находится в диапазоне от 220 лм до 250 лм при IF=1000мА. Бин J7 охватывает от 250 лм до 300 лм, а бин J8 — от 300 лм до 330 лм. Конкретный номер детали указывает, что устройство принадлежит к бину светового потока J6.

3.2 Биннинг прямого напряжения

Бины прямого напряжения определяются четырехзначными кодами (2932, 3235, 3539). Код указывает диапазон напряжения в десятых долях вольта. Например, бин 2932 охватывает VF от 2.95В до 3.25В, бин 3235 — от 3.25В до 3.55В, а бин 3539 — от 3.55В до 3.95В. Номер детали указывает на вольтажный бин 2932.

3.3 Биннинг цветности (цвета)

Цветность определяется кодом бина (в данном случае 5060), который соответствует определенной четырехугольной области на диаграмме цветности CIE 1931. Приведены координаты вершин бина 5060, определяющие допустимое цветовое отклонение для устройств в этом бине, что соответствует диапазону CCT от 5000K до 6000K. Цветовые координаты измеряются при IF=1000мА.

4. Анализ кривых производительности

Графические данные дают представление о поведении светодиода в различных условиях, что крайне важно для проектирования схемы и интеграции в систему.

4.1 Зависимость прямого напряжения от прямого тока (Вольт-амперная характеристика)

ВАХ показывает взаимосвязь между прямым напряжением и прямым током. Она нелинейна, что типично для диода. При низких токах напряжение ниже и возрастает с увеличением тока. Эта кривая необходима для проектирования схемы драйвера с ограничением тока, чтобы обеспечить работу светодиода в пределах указанного диапазона напряжения для заданного тока.

4.2 Относительный световой поток в зависимости от прямого тока

Эта кривая иллюстрирует, как светоотдача изменяется с током драйвера. Световой поток обычно увеличивается с ростом тока, но демонстрирует сублинейную зависимость при высоких токах из-за снижения эффективности и повышения температуры перехода. Понимание этой зависимости помогает оптимизировать компромисс между яркостью и эффективностью/потребляемой мощностью.

4.3 CCT в зависимости от прямого тока

Коррелированная цветовая температура может незначительно смещаться при изменении тока драйвера. Эта кривая показывает стабильность или вариацию CCT в рабочем диапазоне токов, что важно для применений, критичных к цвету, где требуется постоянная белая точка.

4.4 Относительное спектральное распределение

График спектрального распределения мощности показывает интенсивность излучаемого света на каждой длине волны. Для холодного белого светодиода на основе синего чипа с люминофорным покрытием спектр обычно показывает доминирующий синий пик от чипа и более широкую полосу излучения желтого/зеленого/красного цвета от люминофора. Пиковая длина волны (λp) и ширина спектра влияют на индекс цветопередачи (CRI) и воспринимаемый цвет света.

4.5 Типичная диаграмма направленности

Полярная диаграмма направленности изображает пространственное распределение силы света. Данный светодиод имеет ламбертовскую диаграмму излучения, где сила света пропорциональна косинусу угла наблюдения. Угол обзора (2θ1/2) указан как 120 градусов, что означает, что угол, при котором интенсивность падает до половины своего пикового значения, составляет ±60 градусов от центральной оси.

5. Механическая информация и информация о корпусе

Физические размеры и конструкция корпуса критически важны для разводки печатной платы, оптического проектирования и теплового управления.

5.1 Габаритные размеры корпуса

Спецификация включает подробный чертеж размеров корпуса светодиода. Все размеры указаны в миллиметрах. Этот чертеж включает ключевые особенности, такие как общая длина, ширина и высота, расположение и размер контактных площадок для пайки, а также любые механические ориентиры или допуски. Разработчики должны обращаться к этому чертежу для точного создания посадочного места на печатной плате.

5.2 Идентификация полярности

Чертеж корпуса или связанные примечания должны четко указывать анодный и катодный выводы. Правильное подключение полярности необходимо для работы устройства. Обычно катод может быть обозначен выемкой, точкой, более коротким выводом или другой формой контактной площадки на посадочном месте печатной платы.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Для сохранения целостности и надежности устройства требуется правильное обращение и пайка.

6.1 Профиль оплавления при пайке

Светодиод рассчитан на максимальную температуру пайки 260°C и может выдерживать максимум 2 цикла оплавления. Следует соблюдать стандартный профиль бессвинцовой пайки оплавлением, с тщательным контролем пиковой температуры и времени выше температуры ликвидуса, чтобы предотвратить повреждение пластикового корпуса и внутренних проводных соединений.

6.2 Чувствительность к влаге и хранение

Устройство имеет рейтинг уровня чувствительности к влаге (MSL). В спецификации указан уровень 1, что означает, что устройство может храниться неограниченное время при ≤30°C/85% относительной влажности до вскрытия упаковки. Однако рекомендуются конкретные условия хранения: до вскрытия хранить при ≤30°C/≤90% относительной влажности; после вскрытия хранить при ≤30°C/≤85% относительной влажности. Если указанный срок хранения на открытом воздухе превышен или индикатор влагопоглотителя показывает проникновение влаги, требуется предварительная термообработка (просушка) при 60±5°C в течение 24 часов перед пайкой оплавлением.

6.3 Тепловое управление в применении

Для надежной работы и поддержания высокой светоотдачи светодиод должен быть установлен на печатную плату на металлической основе (MCPCB) или другой субстрат с отличной теплопроводностью. Тепловой путь от контактной площадки для пайки к радиатору должен быть спроектирован так, чтобы поддерживать температуру перехода значительно ниже максимального значения при непрерывной работе. Настоятельно рекомендуется использование теплопроводящих интерфейсных материалов и адекватного радиатора.

6.4 Электрическая защита

Хотя устройство может иметь некоторую встроенную защиту от ESD, оно не предназначено для работы в режиме обратного смещения. При проектировании схемы следует рассмотреть возможность использования внешней защиты, такой как последовательные токоограничивающие резисторы и/или параллельные диоды подавления переходных напряжений, чтобы предотвратить повреждение от скачков напряжения, обратного подключения или других условий электрической перегрузки.

7. Упаковка и информация для заказа

Светодиоды поставляются во влагозащитной упаковке для автоматизированной сборки.

7.1 Спецификации несущей ленты и катушки

Устройства упакованы в тисненую несущую ленту, намотанную на катушки. Стандартное количество на катушке — 2000 штук, минимальный объем заказа — 1000 штук. В спецификации приведены подробные размеры карманов несущей ленты, покровной ленты и самой катушки для обеспечения совместимости с оборудованием для поверхностного монтажа.

7.2 Маркировка продукции

Этикетка на катушке содержит критически важную информацию для прослеживаемости и правильного применения: номер детали заказчика (CPN), номер детали производителя (P/N), номер партии, количество в упаковке (QTY), а также конкретные коды бинов для светового потока (CAT), цвета (HUE) и прямого напряжения (REF). Также указан уровень чувствительности к влаге (MSL-X).

8. Соображения по проектированию применения

8.1 Проектирование схемы драйвера

Выберите подходящую микросхему или схему драйвера светодиодов с постоянным током, способную выдавать до 1А. Драйвер должен учитывать диапазон прямого напряжения (2.95В-3.95В) и включать необходимые защиты (от перегрузки по току, перегрева, обрыва/короткого замыкания). Для применений со вспышкой убедитесь, что драйвер может выдерживать высокий пиковый импульсный ток.

8.2 Оптическое проектирование

Ламбертовская диаграмма направленности на 120 градусов подходит для многих применений общего освещения. Для сфокусированных лучей (например, фонариков) потребуются вторичная оптика, такая как отражатели или линзы. Небольшой размер корпуса способствует компактному проектированию оптической системы.

8.3 Тепловое проектирование

Рассчитайте ожидаемую рассеиваемую мощность (IF * VF) и используйте тепловое сопротивление (Rth) для оценки повышения температуры перехода относительно тепловой контрольной точки печатной платы. Убедитесь, что радиатор системы достаточен для поддержания Tj в безопасных пределах, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или в закрытых светильниках. Для мощной непрерывной работы может потребоваться активное охлаждение (вентиляторы).

9. Техническое сравнение и позиционирование

Данный светодиод позиционируется на рынке благодаря сочетанию высокого светового потока (245 лм) и высокой эффективности (72 лм/Вт) в предположительно компактном SMD-корпусе. Его ключевые отличительные особенности включают широкий угол обзора 120 градусов, подходящий для освещения площадей, четко определенную структуру бинов для обеспечения однородности цвета и потока, а также соответствие строгим экологическим стандартам (RoHS, REACH, без галогенов). По сравнению со стандартными светодиодами средней мощности он предлагает более высокую яркость в одной точке, что делает его подходящим для применений, требующих концентрированного источника света, таких как вспышки камер. По сравнению со специализированными светодиодами для вспышек он может предложить лучшую эффективность и более широкий угол обзора для задач общего освещения.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 В чем разница между номинальными токами для режима фонаря и импульсного режима?

Режим фонаря (макс. 350 мА) относится к непрерывной работе на постоянном токе. Импульсный режим (макс. 1000 мА) относится к кратковременным импульсам высокого тока, используемым во вспышках камер, со строгими ограничениями на длительность импульса, рабочий цикл и количество циклов для предотвращения перегрева.

10.2 Почему тепловое управление так критично для этого светодиода?

Высокое рассеивание мощности (до ~4Вт при 1А) в небольшом корпусе приводит к высокой плотности теплового потока. Чрезмерная температура перехода ускоряет деградацию светового потока (снижение светоотдачи со временем) и может смещать цветовые координаты. Это также может в конечном итоге привести к катастрофическому отказу. Правильный радиатор является обязательным условием для надежности.

10.3 Могу ли я питать этот светодиод напрямую от литий-ионного аккумулятора?

Нет. Напряжение литий-ионного аккумулятора (обычно 3.0В-4.2В) нестабилизировано и может превысить максимальное прямое напряжение светодиода или вызвать чрезмерный ток. Схема драйвера с постоянным током обязательна для обеспечения стабильной, безопасной и постоянной работы.

10.4 Как интерпретировать номер детали ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X?

Номер детали кодирует ключевую информацию о бинах: 'NB5060' указывает на цветовой бин 5060 (CCT 5000-6000K). 'J6' указывает на бин светового потока (220-250 лм). '2932' (подразумевается из контекста таблицы спецификаций для этой детали) указывает на вольтажный бин (2.95-3.25В). 'F3X' может относиться к конкретному оптическому варианту или варианту корпуса.

11. Примеры проектирования и использования

11.1 Модуль вспышки камеры мобильного телефона

В этом применении светодиод управляется специализированной микросхемой драйвера вспышки. Проектирование сосредоточено на обеспечении очень высокого мгновенного тока (до 1А импульсного) в течение короткого времени (например, 400 мс) для создания яркой вспышки. Ключевые задачи включают управление высоким пиковым рассеиванием мощности в ограниченном пространстве мобильного телефона и обеспечение возможности драйвера получать требуемый ток от аккумулятора. Высокая эффективность светодиода помогает максимизировать яркость вспышки при минимальном разряде аккумулятора.

11.2 Портативный рабочий фонарь или ручной фонарик

Для ручного фонарика на MCPCB может использоваться несколько светодиодов. Понижающий или повышающий драйвер с постоянным током (в зависимости от конфигурации аккумулятора) обеспечивает регулируемые уровни яркости. Проектирование делает акцент на надежном тепловом управлении — MCPCB крепится к массивному алюминиевому корпусу, который служит радиатором. Широкий угол луча 120 градусов обеспечивает хорошее покрытие площади, потенциально снижая потребность в сложной оптике.

12. Принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основой является полупроводниковый чип из нитрида индия-галлия (InGaN), который излучает синий свет при прямом смещении (электролюминесценция). Этот синий свет частично поглощается слоем люминофора на основе иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (YAG:Ce), покрывающим чип. Люминофор преобразует часть синих фотонов в более длинные волны желто-зеленого спектра. Смесь оставшегося синего света и преобразованного желтого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Точное соотношение синего и желтого излучения, контролируемое составом и толщиной люминофора, определяет коррелированную цветовую температуру (CCT) — в данном случае холодный белый свет (5000-6000K).

13. Технологические тренды и контекст

Данное устройство отражает текущие тенденции в твердотельном освещении: увеличение световой отдачи (люмен на ватт), улучшение цветовой однородности за счет более жесткого бининга и соблюдение экологических норм. Стремление к получению большего потока из меньших корпусов подталкивает границы возможностей теплового управления и технологии люминофоров. Будущее развитие может включать новые люминофорные материалы для более высокого CRI и лучшей цветовой стабильности при изменении температуры и времени, а также конструкции корпусов на уровне чипа (CSP), которые еще больше уменьшают размер корпуса и тепловое сопротивление. Интеграция этих высокоярких светодиодов в интеллектуальные, подключенные системы освещения для IoT-приложений также является значительным трендом.