Техническая спецификация светодиода ELCH07-NB2025J5J7283910-F3H - Теплый белый - 210 лм @ 1A - 3.2В тип. - Угол обзора 120°

1. Обзор продукта

Данный документ содержит полные технические характеристики светодиода ELCH07-NB2025J5J7283910-F3H, высокопроизводительного поверхностно-монтируемого светодиода, предназначенного для требовательных осветительных применений. Устройство использует технологию чипа InGaN для получения теплого белого света с коррелированной цветовой температурой (CCT) в диапазоне от 2000K до 2500K. Основные цели разработки — высокая световая отдача в компактном корпусе, что делает его подходящим для применений с ограниченным пространством, требующих яркого и качественного освещения.

Ключевые преимущества данного светодиода включают типичный световой поток 210 люмен при прямом токе 1000 мА, что обеспечивает высокую оптическую эффективность 61,7 люмен на ватт. Он оснащен надежной защитой от электростатического разряда (ESD) до 8 кВ (HBM) и соответствует ключевым отраслевым стандартам, включая RoHS, REACH и требования по отсутствию галогенов. Целевые рынки разнообразны: потребительская электроника, автомобильное освещение, общее освещение и специальные осветительные применения, где критически важны надежность и производительность.

2. Глубокий анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

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

• Постоянный прямой ток (режим фонарика): 350 мА. Это максимальный постоянный ток, который светодиод может выдерживать.
• Пиковый импульсный ток: 1200 мА. Такой высокий ток допустим только при определенных импульсных условиях: длительность импульса 400 мс, время выключения 3600 мс, максимум 30 000 циклов. Это типично для применений в качестве вспышки камеры.
• Температура перехода (Tj): 145 °C. Максимально допустимая температура на полупроводниковом переходе. Превышение этого предела грозит ускоренной деградацией или отказом.
• Рабочая и температура хранения: от -40°C до +85°C (рабочая), от -40°C до +100°C (хранение).
• Рассеиваемая мощность (импульсный режим): 4,74 Вт. Максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в импульсном режиме, сильно зависит от системы теплоотвода.
• Угол обзора (2θ_1/2): 120 градусов. Такой широкий угол обзора указывает на почти ламбертовскую диаграмму направленности, подходящую для заливного освещения.

Важное примечание: Крайне не рекомендуется длительная работа на или вблизи этих предельных параметров, так как это приведет к снижению надежности и возможному необратимому повреждению. Одновременное применение нескольких предельных параметров не допускается.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных тестовых условиях (Ts=25°C) и представляют типичные характеристики устройства.

• Световой поток (I_v): Минимум 180 лм, типично 210 лм при I_F=1000 мА. Допуск измерения ±10%.
• Прямое напряжение (V_F): Диапазон от 2,85 В до 3,95 В при I_F=1000 мА. Типичное значение около 3,2 В. Допуск измерения ±0,1 В. Все электрические и оптические данные тестируются с использованием импульса длительностью 50 мс для минимизации эффектов саморазогрева.
• Цветовая температура (CCT): от 2000K до 2500K, что определяет его теплый белый оттенок.

Надежность подтверждена тестированием в течение 1000 часов с критерием деградации светового потока менее 30%. Все тесты на надежность предполагают хороший теплоотвод с использованием печатной платы на металлической основе (MCPCB) размером 1,0 см x 1,0 см.

2.3 Тепловые и надежностные характеристики

Эффективный теплоотвод имеет первостепенное значение для производительности и долговечности светодиода. Ключевые тепловые параметры включают:

• Температура перехода (Tj max): 145°C.
• Температура подложки (T_s): Должна поддерживаться на уровне или ниже 70°C при работе с I_F=1000 мА. Этот параметр критически важен для теплового проектирования системы.
• Температура пайки: Выдерживает пиковую температуру 260°C во время пайки оплавлением.
• Допустимое количество циклов оплавления: Максимум 2 цикла.
• Уровень чувствительности к влаге (MSL): Уровень 1. Это самый надежный уровень, означающий неограниченный срок хранения при ≤30°C/85% относительной влажности перед необходимостью сушки. Это упрощает обращение и хранение.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения цветовой и яркостной однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам. Данное устройство использует трехмерную систему бинов.

3.1 Биннинг прямого напряжения

Светодиоды группируются по падению прямого напряжения при 1000 мА в три бина:

• Бин 2832: V_F= от 2,85 В до 3,25 В
• Бин 3235: V_F= от 3,25 В до 3,55 В
• Бин 3539: V_F= от 3,55 В до 3,95 В

Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды со схожими электрическими характеристиками для стабильной работы драйвера.

3.2 Биннинг светового потока

Светодиоды сортируются по общему световому потоку при 1000 мА:

• Бин J5: I_v= от 180 лм до 200 лм
• Бин J6: I_v= от 200 лм до 250 лм
• Бин J7: I_v= от 250 лм до 300 лм

Обозначение "J5" в номере детали указывает, что данное конкретное устройство попадает в бин яркости J5.

3.3 Биннинг цветности (цвета)

Цвет определяется в области теплого белого на диаграмме цветности CIE 1931. Бин "2025" в номере детали соответствует определенной четырехугольной области на этой диаграмме, гарантируя, что все светодиоды в этом бине имеют очень близкие цветовые координаты (x, y), что обеспечивает однородный теплый белый цвет в диапазоне от 2000K до 2500K. Допуск измерения для цветовых координат составляет ±0,01.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Зависимость прямого напряжения от прямого тока (V-I кривая)

V-I кривая показывает нелинейную зависимость. Прямое напряжение увеличивается с ростом тока, начиная примерно с 2,6 В при очень низких токах и достигая около 3,6 В при 1200 мА. Эта кривая необходима для проектирования схемы ограничения тока или источника постоянного тока.

4.2 Зависимость относительного светового потока от прямого тока

Световой выход увеличивается сублинейно с ростом тока. Хотя выход значительно возрастает от 0 мА до 1000 мА, скорость увеличения может снижаться при самых высоких токах из-за "провала эффективности" (efficiency droop) — распространенного явления в светодиодах, когда внутренняя эффективность снижается при высоких плотностях тока. Это подчеркивает важность работы при рекомендуемом токе для оптимальной эффективности.

4.3 Зависимость коррелированной цветовой температуры (CCT) от прямого тока

CCT остается относительно стабильной в рабочем диапазоне токов, незначительно изменяясь примерно между 1900K и 2400K. Эта стабильность критически важна для применений, где требуется постоянная цветовая температура, несмотря на диммирование или изменение тока драйвера.

4.4 Спектральное распределение и диаграмма направленности

График относительного спектрального распределения показывает широкий спектр излучения, характерный для белого светодиода с люминофорным преобразованием, с пиковой длиной волны (λ_p) в синей области (от чипа InGaN) и широким желтым/красным излучением от люминофора. Типичная диаграмма направленности — ламбертовская (закон косинуса), что подтверждается полярной диаграммой, показывающей плавный широкий луч с углом обзора 120 градусов. Интенсивность практически одинакова по осям X и Y.

5. Механическая и корпусная информация

Светодиод поставляется в корпусе для поверхностного монтажа (SMD). Чертеж корпуса (не воспроизведен здесь, но указан на странице 8 спецификации) содержит критические размеры, включая длину, ширину, высоту и расположение контактных площадок. Допуски обычно составляют ±0,1 мм, если не указано иное. Чертеж включает ключевые особенности, такие как форма оптической линзы, маркировка катода и рекомендуемый посадочный рисунок для проектирования печатной платы, что жизненно важно для обеспечения правильной пайки, теплопроводности и оптического выравнивания.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

• Пайка оплавлением: Устройство выдерживает пиковую температуру пайки 260°C. Оно рассчитано на максимум 2 цикла оплавления.
• Теплоотвод: Как указано, температура подложки не должна превышать 70°C при 1000 мА. Это требует использования подходящей печатной платы (например, MCPCB или конструкции с достаточным количеством тепловых переходных отверстий) и, возможно, дополнительного радиатора в зависимости от рабочего цикла применения и условий окружающей среды.
• Хранение: Как устройство уровня MSL 1, оно не требует специального сухого хранения в обычных заводских условиях (≤30°C/85% относительной влажности).
• Обращение: Следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD), несмотря на встроенную защиту до 8 кВ, которая все еще может быть уязвима для событий с более высокой энергией.

7. Упаковка и информация для заказа

Светодиоды поставляются на эмбоссированных несущих лентах для автоматизированной сборки методом "pick-and-place". Каждая катушка содержит 2000 штук, минимальный объем заказа — 1000 штук. Несущая лента имеет размеры, указанные в спецификации, и включает индикаторы полярности для обеспечения правильной ориентации во время сборки. Маркировка на катушке включает поля для номера детали заказчика (CPN), номера детали производителя (P/N), номера партии, количества и три кода бинов: CAT (бин светового потока), HUE (бин цвета) и REF (бин прямого напряжения), а также уровень MSL.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Вспышка камеры мобильного телефона: Высокая способность к импульсному току (1200 мА) и высокий световой поток делают его идеальным для использования в качестве стробоскопа или фонарика в мобильных устройствах.
• Общее освещение: Внутреннее освещение, декоративная подсветка, ступенчатые светильники, знаки выхода и другое архитектурное или акцентное освещение.
• Подсветка: Подходит для блоков подсветки TFT-дисплеев, требующих теплого белого света.
• Автомобильное освещение: Как внутренние (подсветка салона, приборной панели), так и внешние применения (в зависимости от конкретных требований автомобильной квалификации).

8.2 Соображения при проектировании

• Проектирование драйвера: Используйте источник постоянного тока, адаптированный к бину прямого напряжения и желаемому рабочему току (например, 350 мА для непрерывной работы, до 1200 мА для импульсной вспышки).
• Тепловое проектирование: Это самый критический аспект. Рассчитайте необходимое тепловое сопротивление от перехода светодиода до окружающей среды, чтобы поддерживать T_jи T_sв пределах допустимого. Для применений с высоким током настоятельно рекомендуется использование MCPCB или изолированных металлических подложек (IMS).
• Оптическое проектирование: Ламбертовская диаграмма на 120 градусов хорошо подходит для широкого и равномерного освещения. Для сфокусированных лучей потребуется вторичная оптика (линзы, отражатели).

9. Техническое сравнение и отличия

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

• Высокая эффективность в теплом белом: Достижение 61,7 лм/Вт в диапазоне теплого белого света (2000-2500K) является заметным показателем, так как эффективность часто снижается в более теплых CCT по сравнению с холодным белым.
• Надежная работа в импульсном режиме: Рейтинг импульсного тока 1200 мА при определенных условиях специально предназначен для применений в качестве вспышки камеры, что является особым требованием.
• Интегрированная защита от ESD высокого уровня: Защита 8 кВ HBM превышает типичный отраслевой уровень, обеспечивая большую надежность при обращении и в конечном использовании.
• Комплексное соответствие стандартам: Соответствует стандартам RoHS, REACH и Halogen-Free, что важно для современной электроники, особенно на потребительском и автомобильном рынках.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

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

О: Предельный параметр для постоянного прямого тока составляет 350 мА. Значение 1000 мА — это тестовое условие для определения светового потока и обычно связано с импульсной работой (например, вспышкой). Для непрерывной работы вы не должны превышать 350 мА и должны обеспечивать температуру подложки (T_s) на уровне или ниже 70°C с помощью эффективного теплоотвода.

В: Что означает "2025" в номере детали?

О: Это относится к бину цветности (цвета). Светодиоды в этом бине будут иметь цветовые координаты в определенной области диаграммы CIE, давая теплый белый цвет с коррелированной цветовой температурой между 2000K и 2500K.

В: Сколько таких светодиодов я могу включить последовательно от источника питания 12В?

О: При типичном V_F~3,2 В теоретически можно включить 3 светодиода последовательно (3 * 3,2 В = 9,6 В), оставляя запас для стабилизатора тока. Однако необходимо учитывать максимальное и минимальное V_Fиз бинов (от 2,85 В до 3,95 В) и проектировать драйвер с учетом этого диапазона для всех устройств в последовательной цепочке.

В: Нужен ли радиатор?

О: Для любой работы при токах выше низких — да. В спецификации явно указано, что температура подложки должна быть ≤ 70°C при 1000 мА, и все данные по надежности основаны на использовании MCPCB площадью 1 см². Для непрерывной работы при более низких токах все равно требуется тепловой анализ, чтобы гарантировать T_j <145°C.

11. Пример практического использования

Пример проектирования: Портативный рабочий фонарь

Разработчик создает аккумуляторный рабочий фонарь высокой яркости. Он выбирает этот светодиод из-за его высокого светового потока и теплого белого цвета, который более комфортен для глаз. Планируется использовать литий-ионный аккумулятор 3,7 В. Для питания светодиода выбран повышающий источник постоянного тока, настроенный на 300 мА (ниже максимума в 350 мА для постоянного тока), чтобы обеспечить хорошую эффективность и долговечность. Разработана компактная алюминиевая печатная плата, которая служит одновременно и носителем схемы, и радиатором, обеспечивая правильную пайку тепловой площадки светодиода к большой медной области, соединенной тепловыми переходными отверстиями. Широкий угол луча 120 градусов обеспечивает хорошее покрытие площади без дополнительной оптики. Рейтинг MSL Level 1 упрощает процесс сборки на производственном предприятии.

12. Введение в принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Его сердцевина — полупроводниковый чип из нитрида индия-галлия (InGaN). При приложении прямого напряжения электроны и дырки рекомбинируют внутри чипа, излучая фотоны в основном в синей области спектра. Этот синий свет затем попадает на слой люминофорного покрытия (обычно YAG:Ce или аналогичного), нанесенного на чип или рядом с ним. Люминофор поглощает часть синего света и переизлучает его в виде желтого и красного света. Смесь оставшегося синего света и широкополосного желтого/красного света от люминофора воспринимается человеческим глазом как белый свет. Точное соотношение синего и преобразованного люминофором света определяет коррелированную цветовую температуру (CCT); более высокое содержание красного/желтого дает более "теплый" белый свет, как в случае данного устройства на 2000-2500K.

13. Технологические тренды

Индустрия светодиодов продолжает развиваться по нескольким ключевым направлениям, актуальным для данного типа устройств:

• Повышение эффективности (лм/Вт): Постоянные улучшения в эпитаксии чипов, технологии люминофоров и конструкции корпусов приводят к увеличению световой отдачи, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку при том же световом потоке.
• Улучшение качества цвета и однородности: Достижения в системах люминофоров и процессах бининга приводят к более жестким цветовым допускам (меньшие области бинов) и более высоким значениям индекса цветопередачи (CRI), даже для теплых белых светодиодов.
• Увеличение плотности мощности и надежности: Материалы корпусов и технологии тепловых интерфейсов совершенствуются, позволяя использовать более высокие токи и рассеиваемую мощность при сохранении или улучшении срока службы (метрики L70, L90).
• Интеграция и миниатюризацияНаблюдается тенденция к интеграции нескольких светодиодных чипов, драйверов и управляющих схем в единые, более интеллектуальные модули. Однако дискретные мощные светодиоды, подобные этому, остаются незаменимыми для применений, требующих максимальной гибкости в оптическом и тепловом проектировании.
• Импульсные характеристики для сенсорных применений: Для применений, выходящих за рамки освещения, таких как LiDAR или структурированный свет для 3D-сканирования, способность работать с очень короткими импульсами высокого тока с точной синхронизацией становится все более важной.