Техническая спецификация светодиода ELCH08 - Высокоэффективный белый светодиод - 290 лм при 1А - 2.85-3.9В - Угол обзора 120°

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны технические характеристики высокоэффективного белого светоизлучающего диода (светодиода). Устройство отличается компактной конструкцией корпуса, обеспечивающей высокую светоотдачу, что делает его подходящим для применений с ограниченным пространством, требующих яркого освещения. Его ключевые преимущества включают типичный световой поток 290 люмен при токе накачки 1 Ампер, что соответствует оптической эффективности примерно 87 люмен на ватт. Светодиод оснащен надежной защитой от электростатического разряда (ЭСР), повышающей его надежность при обращении и монтаже. Устройство полностью соответствует директиве RoHS и производится по бессвинцовой технологии.

1.1 Целевые области применения

Светодиод предназначен для широкого спектра задач освещения. Основные области применения включают использование в качестве источника света для вспышки или стробоскопа в мобильных устройствах и цифровом видеооборудовании. Он также хорошо подходит для общего внутреннего освещения, подсветки TFT-дисплеев и различных декоративных или развлекательных систем освещения. Кроме того, он находит применение в автомобильном освещении для внутренних и внешних функций, а также в сигнальном и ориентирующем освещении, таком как знаки выхода и маркеры ступеней.

2. Технические параметры: Подробный объективный анализ

В следующих разделах представлен детальный анализ ключевых технических параметров устройства, основанный на абсолютных максимальных значениях и типичных условиях эксплуатации.

2.1 Абсолютные максимальные значения

Эти значения определяют предельные уровни воздействия, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Постоянный прямой ток (Режим фонарика): 350 мА. Это максимальный постоянный прямой ток, который может выдерживать светодиод.
• Пиковый импульсный ток: 1500 мА. Этот высокий ток может быть приложен только в специфических импульсных условиях (макс. длительность 400 мс, скважность 10%), что типично для работы вспышки камеры.
• Стойкость к ЭСР (HBM): 8 кВ. Устройство обеспечивает высокую защиту от электростатического разряда в соответствии со стандартом JEDEC JS-001-2017 (ранее JEDEC 3b), что критически важно для надежности монтажа и обращения.
• Температура перехода (Tj): 150 °C. Максимально допустимая температура на полупроводниковом переходе.
• Рабочая и температура хранения: от -40 °C до +85 °C (рабочая), от -40 °C до +100 °C (хранение).
• Термическое сопротивление (Rth): 3.4 °C/Вт. Этот параметр показывает, насколько эффективно тепло отводится от перехода в окружающую среду. Более низкое значение означает лучшие тепловые характеристики.
• Рассеиваемая мощность (Импульсный режим): 6.42 Вт. Максимальная мощность, которую устройство может рассеивать в импульсном режиме.
• Угол обзора (2θ1/2): 120 градусов ± 5°. Это определяет угловой диапазон, в котором сила света составляет не менее половины пиковой интенсивности, что приводит к широкой, близкой к ламбертовской диаграмме направленности.

Критические замечания: Устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения. Запрещена непрерывная работа на максимальных значениях, так как это приведет к деградации и возможному отказу. Все спецификации надежности проверены при контролируемом тепловом режиме на печатной плате с металлическим основанием (MCPCB) площадью 1.0 см².

2.2 Электрооптические характеристики (Ts=25°C)

Эти параметры измерены в типичных тестовых условиях (импульс 50 мс, контактная площадка при 25°C) и представляют ожидаемую производительность.

• Световой поток (Iv): 260 лм (Мин.), 300 лм (Тип.) при IF=1000 мА.
• Прямое напряжение (VF): 2.85 В (Мин.), 3.90 В (Макс.) при IF=1000 мА. Типичное значение находится в этом диапазоне.
• Коррелированная цветовая температура (CCT): от 5500K до 6500K, что помещает его в диапазон цветовой температуры "холодный белый" или "дневной белый".

3. Объяснение системы бининга

Для обеспечения стабильности в массовом производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров производительности. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям приложения по яркости, падению напряжения и цвету.

3.1 Биннинг прямого напряжения

Светодиоды классифицируются по трем бинам напряжения при IF=1000 мА:
- Бин 2832: VF = от 2.85 В до 3.25 В.
- Бин 3235: VF = от 3.25 В до 3.55 В.
- Бин 3539: VF = от 3.55 В до 3.90 В.
Этот бининг помогает проектировать стабильные схемы драйверов, учитывая разброс прямого напряжения.

3.2 Биннинг светового потока

Светодиоды сортируются по светоотдаче при IF=1000 мА:
- Бин J7: Iv = от 260 лм до 300 лм.
- Бин J8: Iv = от 300 лм до 330 лм.
- Бин J9: Iv = от 330 лм до 360 лм.
Это обеспечивает предсказуемые уровни яркости в конечном применении.

3.3 Биннинг цветности (цвета)

Цветность белого света определяется цветовыми координатами CIE 1931 (x, y). Основной бин для этого устройства5565, который нацелен на диапазон CCT от 5500K до 6500K. Конкретная реперная точка для этого бина находится по координатам (0.3166, 0.3003) с определенным четырехугольником допуска на диаграмме CIE. Допуск измерения для цветовых координат составляет ±0.01.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают представление о поведении устройства в различных рабочих условиях.

4.1 Относительное спектральное распределение

Кривая спектрального распределения мощности показывает интенсивность излучаемого света на каждой длине волны. Для белого светодиода на основе синего чипа InGaN с люминофорным покрытием спектр обычно характеризуется доминирующим синим пиком от чипа и более широкой полосой излучения желтого/красного цвета от люминофора. Совокупный выход дает белый свет. Пиковая длина волны (λp) и полная форма спектра влияют на индекс цветопередачи (CRI) и воспринимаемое качество цвета.

4.2 Типичная диаграмма направленности

Полярная диаграмма направленности иллюстрирует пространственное распределение силы света. Представленная кривая указывает на близкую к ламбертовской диаграмму, где интенсивность примерно пропорциональна косинусу угла обзора. Это приводит к широкому, равномерному освещению, подходящему для общего освещения и вспышек. Диаграммы по осям X и Y показаны схожими, что указывает на симметричное излучение.

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

Эта кривая демонстрирует экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Прямое напряжение увеличивается с током, но не линейно. Понимание этой кривой важно для теплового менеджмента и проектирования драйвера, так как рассеиваемая мощность (Vf * If) генерирует тепло.

4.4 Относительный световой поток в зависимости от прямого тока

Этот график показывает, как светоотдача масштабируется с током накачки. Изначально поток увеличивается почти линейно с током. Однако при более высоких токах происходит падение эффективности из-за повышения температуры перехода и других физических эффектов в полупроводнике, что приводит к уменьшению относительного прироста потока. Работа за пределами рекомендуемого тока снижает эффективность и ускоряет старение.

4.5 Зависимость CCT от прямого тока

Эта кривая показывает, как коррелированная цветовая температура меняется с током накачки. Как правило, для белых светодиодов с люминофорным преобразованием CCT может увеличиваться (свет становится холоднее/синее) при очень высоких токах из-за разной динамики эффективности синего светодиода-насоса и люминофора. График показывает, что CCT остается относительно стабильной в рабочем диапазоне токов, что желательно для стабильного цветового исполнения.

5. Механическая информация и информация о корпусе

Физические размеры и конструкция корпуса светодиода критически важны для разводки печатной платы, теплового менеджмента и оптического дизайна.

5.1 Чертеж размеров корпуса

В спецификации содержится подробный чертеж размеров корпуса SMD (устройства для поверхностного монтажа). Ключевые размеры включают общую длину, ширину и высоту, а также размер и расстояние между контактными площадками (выводами). Допуски обычно составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Этот чертеж необходим для создания посадочного места (площадки) на печатной плате в CAD-программе.

5.2 Идентификация полярности

Корпус имеет маркер полярности. Правильная ориентация во время монтажа обязательна для предотвращения обратного смещения, которое не поддерживается и может повредить устройство. Полярность также указана на несущей ленте для автоматических установочных машин.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Параметры пайки оплавлением

Устройство выдерживает пиковую температуру пайки 260°C, что совместимо со стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением (например, IPC/JEDEC J-STD-020). Максимально допустимое количество циклов оплавления — 3. Крайне важно следовать рекомендуемому температурному профилю (скорость нагрева, выдержка, пик оплавления и скорость охлаждения), чтобы предотвратить тепловой удар и обеспечить надежные паяные соединения без повреждения светодиодного компонента.

6.2 Уровень чувствительности к влаге (MSL)

Компоненту присвоен уровень MSL 1. Это наивысший уровень влагостойкости, означающий, что устройство имеет неограниченный срок хранения в условиях ≤ 30°C / 85% относительной влажности и не требует сушки перед использованием, если хранилось в этих условиях. Это упрощает управление запасами по сравнению с более высокими уровнями MSL.

6.3 Условия хранения

Рекомендуемый диапазон температур хранения составляет от -40°C до +100°C. Компоненты должны храниться в оригинальных влагозащитных пакетах с осушителем до готовности к использованию для сохранения уровня MSL 1.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации упаковки

Светодиоды поставляются на эмбоссированных несущих лентах, намотанных на катушки, что является стандартом для автоматического SMD-монтажа. В спецификации приведены размеры как несущей ленты (шаг карманов, ширина и т.д.), так и катушки (диаметр, размер втулки). Стандартная катушка содержит 2000 штук. На ленте указаны полярность и направление подачи для монтажной машины.

7.2 Маркировка продукции

Катушка и упаковка маркируются ключевой информацией для прослеживаемости и правильного использования:
- P/N: Номер детали производителя (например, ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH).
- LOT NO: Номер производственной партии для контроля качества.
- QTY: Количество штук в упаковке.
- CAT: Код бина светового потока (например, J7).
- HUE: Код цветового бина (например, 5565).
- REF: Код бина прямого напряжения (например, 2832, 3235, 3539).
- MSL-X: Уровень чувствительности к влаге.

8. Рекомендации по применению

8.1 Соображения по проектированию

Тепловой менеджмент: Это самый критический фактор для производительности и срока службы светодиода. Низкое термическое сопротивление (3.4°C/Вт) эффективно только при наличии адекватного теплоотвода. Используйте печатную плату с достаточной площадью меди или специальную плату с металлическим основанием (MCPCB) для отвода тепла от контактных площадок. Максимальная температура подложки указана как 70°C при IF=1000 мА.
Управление током: Используйте драйвер светодиода с постоянным током, а не источник постоянного напряжения, чтобы обеспечить стабильную светоотдачу и предотвратить тепловой разгон. Соблюдайте абсолютные максимальные значения тока как для непрерывного (фонарик), так и для импульсного (вспышка) режимов.
Оптический дизайн: Широкий угол обзора 120 градусов подходит для применений, требующих широкого покрытия. Для сфокусированных лучей потребуется вторичная оптика (линзы, отражатели). Ламбертовская диаграмма направленности упрощает оптическое моделирование.

8.2 Меры предосторожности от ЭСР

Хотя устройство имеет высокую защиту от ЭСР (8 кВ HBM), во время обращения и монтажа все равно следует соблюдать стандартные меры контроля ЭСР (использование заземленных рабочих мест, браслетов и т.д.), чтобы предотвратить кумулятивное повреждение или скрытые дефекты.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя прямое сравнение с другими конкретными моделями в спецификации не приводится, ключевые отличительные особенности этого светодиода можно выделить:
- Высокая световая отдача: 87 лм/Вт при 1А — это конкурентоспособная эффективность для мощного SMD-светодиода своего класса, что приводит к снижению энергопотребления и тепловой нагрузки при заданной светоотдаче.
- Возможность работы с высоким импульсным током: Пиковый импульсный ток 1500 мА для вспышек — это значительная особенность, позволяющая создавать очень яркие, короткие вспышки света, подходящие для вспышек камер.
- Надежный рейтинг ЭСР: 8 кВ HBM обеспечивает превосходную надежность при обращении по сравнению со многими светодиодами с более низкими или неуказанными рейтингами ЭСР.
- Комплексный бининг: Трехпараметрический бининг (поток, напряжение, цвет) позволяет осуществлять более точный контроль производительности системы, что выгодно для применений, требующих стабильности цвета и яркости.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я питать этот светодиод от источника питания 3.3В?
О: Не напрямую. Прямое напряжение (Vf) варьируется от 2.85В до 3.90В при 1А. Источник 3.3В может едва включить устройство с низким Vf, но не может обеспечить правильную стабилизацию тока. Требуется схема драйвера с постоянным током.

В2: В чем разница между "Режимом фонарика" (350 мА) и тестовым условием (1000 мА)?
О: "Режим фонарика" относится к максимальномунепрерывномупостоянному току (350 мА). Спецификация 1000 мА предназначена дляимпульснойработы (например, импульсы 50 мс), обычно используемой для тестирования производительности и вспышек. Непрерывная работа при 1000 мА превысит максимальные значения и вызовет отказ.

В3: Как интерпретировать бины светового потока J7, J8, J9?
О: Это бины яркости. Если вашему проекту требуется минимум 300 люмен, вы должны выбрать бины J8 или J9. Использование бина J7 может привести к получению устройств ниже требуемой яркости. Указывайте требуемый бин при заказе.

В4: Нужен ли радиатор?
О: Безусловно. Рассеиваемая мощность при импульсе 1А может достигать почти 4 Вт (3.9В * 1А). Без надлежащего теплоотвода температура перехода быстро превысит свой предел, что приведет к быстрому падению светового потока, сдвигу цвета и катастрофическому отказу.

11. Пример практического применения

Сценарий: Проектирование вспышки для камеры мобильного телефона
1. Выбор драйвера: Выберите компактный, высокоэффективный импульсный драйвер постоянного тока, способный выдавать импульс 1500 мА с точным контролем длительности импульса (например, ~400 мс) и скважности (<10%).
2. Разводка печатной платы: Разместите светодиод на специальной тепловой площадке, соединенной с большими полигонами меди или внутренним слоем земли. Используйте несколько переходных отверстий под площадкой для отвода тепла на другие слои. Разместите микросхему драйвера близко, чтобы минимизировать индуктивность дорожек.
3. Оптическая интеграция: Простая пластиковая линза или световод будет размещена над светодиодом для рассеивания света и устранения горячих точек, обеспечивая равномерное освещение сцены для камеры. Широкий угол обзора светодиода способствует этому рассеиванию.
4. Выбор компонентов: Для обеспечения стабильного цвета вспышки и яркости на миллионах телефонов укажите узкие бины: например, Цветовой бин 5565, Бин потока J8 или J9 и конкретный Бин напряжения для упрощения проектирования драйвера.

12. Введение в принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основой является полупроводниковый чип из нитрида индия-галлия (InGaN), который излучает синий свет при приложении прямого напряжения, когда электроны рекомбинируют с дырками через запрещенную зону чипа. 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 желтого спектра. Смесь оставшегося синего света и преобразованного желкого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Соотношение синего и желтого излучения определяет коррелированную цветовую температуру (CCT).

13. Технологические тренды

Развитие белых светодиодов следует нескольким ключевым направлениям:
- Повышение эффективности (лм/Вт): Постоянные улучшения внутренней квантовой эффективности синего чипа, вывода света из корпуса и эффективности люминофорного преобразования повышают эффективность, снижая энергопотребление.
- Улучшение качества цвета: Переход от простых систем синий+YAG к многофосфорным системам или системам на основе фиолетового насоса для достижения более высокого индекса цветопередачи (CRI) и более стабильного цвета по углам (угловая однородность цвета).
- Более высокая плотность мощности и миниатюризация: Как видно на примере этого устройства, тренд заключается в упаковке большего количества люмен в меньшие корпуса, что требует все более совершенных решений теплового менеджмента, таких как передовые подложки и материалы корпусов.
- Повышенная надежность: Улучшения в материалах (люминофоры, компаунды) и технологиях упаковки продолжают увеличивать срок службы и поддержание светового потока (рейтинги L70, L90).
- Интеллектуальные и интегрированные решения: На рынке наблюдается рост светодиодов со встроенными драйверами, датчиками или возможностями связи (Li-Fi), хотя в данной спецификации описывается дискретный, традиционный компонент.