Техническая спецификация светодиода EHP-C04 - Мощный белый светодиод - 160 лм при 1000 мА - 5700K ЦТ - Корпус 2.04x1.64 мм

1. Обзор продукта

EHP-C04/NT01A-P01/TR — это мощный поверхностно-монтируемый белый светодиод, предназначенный для требовательных осветительных приложений. Он использует технологию чипов InGaN для получения белого света, предлагая баланс высокой светоотдачи и компактных размеров. Данное устройство классифицировано для массового производства, что указывает на его зрелость и надежность для крупносерийного выпуска.

Основное ценностное предложение этого светодиода заключается в сочетании высокой эффективности в малом корпусе. Он разработан для применений, где пространство ограничено, но требуется высокая светоотдача. Устройство включает встроенную защиту от электростатического разряда (ЭСР), повышая его надежность при обращении и сборке.

1.1 Ключевые особенности и области применения

Светодиод обладает несколькими ключевыми особенностями, определяющими его рабочие характеристики. Он обеспечивает типичный световой поток 160 люмен при прямом токе 1000 мА. Типичная коррелированная цветовая температура (ЦТ) при этом токе составляет 5700 Кельвинов, что помещает его в спектр "холодного белого" света. Его оптическая эффективность оценивается в 45 люмен на ватт при тех же условиях.

С точки зрения надежности, он обеспечивает защиту от ЭСР до 8 кВ (модель человеческого тела) и имеет уровень чувствительности к влаге (MSL) Класс 1, что означает неограниченный срок хранения в условиях ≤30°C/85% относительной влажности и не требует предварительной сушки перед пайкой оплавлением в стандартных условиях. Устройство также соответствует требованиям RoHS и является бессвинцовым.

Основными группировочными параметрами для производства являются общий световой поток и цветовые координаты, что обеспечивает стабильность оптических характеристик.

Целевые области применения:

• Вспышка камеры мобильных устройств:Основное применение — в качестве вспышки или стробоскопа для камер мобильных телефонов и других портативных устройств, требующих высокой мгновенной светоотдачи.
• Фонарь для цифрового видео (DV):Используется для постоянной подсветки в приложениях видеозаписи.
• Общее освещение:Подходит для различных внутренних осветительных приборов.
• Архитектурное и аварийное освещение:Может использоваться в указательных огнях для ступеней, выходов и других знаков.
• Подсветка TFT-дисплеев:Обеспечивает подсветку для дисплейных панелей.
• Автомобильное освещение:Применим как для внешнего, так и для внутреннего автомобильного освещения, при условии соответствия конкретным автомобильным стандартам.
• Декоративное и развлекательное освещение:Используется в акцентной подсветке и световых эффектах.

2. Предельные эксплуатационные и тепловые характеристики

Понимание предельных эксплуатационных характеристик крайне важно для обеспечения надежной работы и предотвращения необратимого повреждения светодиода. Все характеристики указаны при температуре контактной площадки (T_{контактная площадка}) 25°C.

2.1 Электрические и тепловые пределы

Постоянный прямой ток (I_F):Максимальный постоянный ток составляет 350 мА. Превышение этого предела грозит перегревом и ускоренной деградацией.

Пиковый импульсный ток (I_{импульс}):Для импульсного режима допускается пиковый ток 1500 мА при определенных условиях: длительность импульса 400 мс ВКЛ и 3600 мс ВЫКЛ. Для более коротких импульсов в спецификации указано, что пиковый импульсный ток должен подаваться с максимальной длительностью 50 мс и максимальным коэффициентом заполнения 10%. Это особенно актуально для приложений вспышки.

Рассеиваемая мощность (P_d):В импульсном режиме максимально допустимая рассеиваемая мощность составляет 6.5 Вт. Этот параметр тесно связан с тепловым режимом.

Температура перехода (T_J):Максимально допустимая температура полупроводникового перехода составляет 125°C. Срок службы и производительность устройства значительно ухудшаются при приближении к этой температуре или ее превышении.

Тепловое сопротивление (R_θ):Тепловое сопротивление от перехода к выводу составляет 10 °C/Вт. Этот параметр важен для расчета повышения температуры перехода на основе рассеиваемой мощности (P_d= V_F* I_F). Для поддержания T_Jв безопасных пределах, особенно при высоких токах, требуется эффективный теплоотвод.

Рабочая и температура хранения:Устройство может работать при температуре окружающей среды от -40°C до +85°C и храниться при температуре от -40°C до +110°C.

Пайка:Светодиод выдерживает максимальную температуру пайки 260°C и рассчитан на максимум 2 цикла оплавления, что является стандартом для SMD-компонентов.

2.2 Важные примечания для проектирования

В спецификации содержатся несколько важных предупреждений:

• Светодиод не предназначен для работы в режиме обратного смещения.
• Во избежание снижения долгосрочной надежности не рекомендуется работать на максимальной рабочей температуре более одного часа.
• Все характеристики подтверждены 1000-часовым испытанием на надежность, с гарантированным ухудшением прямого напряжения менее чем на 30%.
• Испытания на надежность при 1500 мА проводились с хорошим тепловым режимом с использованием MCPCB (печатной платы на металлической основе) размером 1.0 см x 1.0 см. Испытания при 1000 мА проводились на FR4 PCB такого же размера.
• Работа светодиода в непрерывном режиме на предельных характеристиках вызовет необратимое повреждение. Одновременное применение нескольких предельных параметров не допускается.

3. Электрооптические характеристики

Эти характеристики определяют ожидаемую производительность светодиода в нормальных рабочих условиях, измеренную при T_{контактная площадка}= 25°C и, как правило, в режиме 50-мс импульса для минимизации эффектов саморазогрева.

3.1 Ключевые параметры производительности

Световой поток (Ф_v):Светоотдача. Минимальное значение — 140 лм, типичное — 160 лм, максимальное в сводной таблице не указано. Допуск измерения составляет ±10%.

Прямое напряжение (V_F):Падение напряжения на светодиоде при заданном токе. При I_F=1000 мА, V_Fимеет минимум 2.95 В и максимум 4.35 В, с допуском измерения ±0.1 В. Типичное значение в основной таблице не указано, но определено в пределах диапазонов бинов.

Коррелированная цветовая температура (ЦТ):Диапазон от 4500K до 7000K, типичное значение при 1000 мА — 5700K.

Угол обзора (2θ_1/2):Полный угол, при котором сила света составляет половину пикового значения, равен 120 градусам с допуском ±5 градусов. Диаграмма направленности является ламбертовской, что означает, что интенсивность падает по косинусу угла обзора.

4. Объяснение системы бинов

Для управления производственными вариациями и предоставления разработчикам возможности выбора светодиодов со стабильными характеристиками устройства сортируются по бинам на основе ключевых параметров.

4.1 Биннинг прямого напряжения (V_F)

Светодиоды классифицируются по пяти бинам напряжения при I_F=1000 мА:

- Бин 2932: от 2.95 В до 3.25 В

- Бин 3235: от 3.25 В до 3.55 В

- Бин 3538: от 3.55 В до 3.85 В

- Бин 3841: от 3.85 В до 4.15 В

- Бин 4143: от 4.15 В до 4.35 В

Это позволяет лучше согласовывать ток при использовании нескольких светодиодов последовательно или прогнозировать требования к источнику питания.

4.2 Биннинг светового потока

Светоотдача сортируется по трем категориям при I_F=1000 мА:

- Бин J3: от 140 лм до 160 лм

- Бин J4: от 160 лм до 180 лм

- Бин J5: от 180 лм до 200 лм

Это помогает достичь равномерной яркости в массиве или приложении.

4.3 Цветовой (белый) биннинг

Координаты цветности (CIE x, y) сгруппированы в три основных бина, определяемых целевой ЦТ и четырехугольной областью на диаграмме цветности:

1. Цветовой бин (1) - 4550K:Целевой диапазон 4500K-5000K. Определяется координатами (0.3738, 0.4378), (0.3524, 0.4061), (0.3440, 0.3420), (0.3620, 0.3720).

2. Цветовой бин (2) - 5057K:Целевой диапазон 5000K-5700K. Определяется координатами (0.3300, 0.3200), (0.3300, 0.3730), (0.3440, 0.3420), (0.3524, 0.4061).

3. Цветовой бин (3) - 5770K:Целевой диапазон 5700K-7000K. Определяется координатами (0.3030, 0.3330), (0.3300, 0.3730), (0.3300, 0.3200), (0.3110, 0.2920).

Допуск измерения цветовых координат составляет ±0.01. Бины определены при I_F= 1000 мА в режиме 50-мс импульса.

5. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько графиков, иллюстрирующих тенденции производительности, все испытания проводились с превосходным тепловым режимом на MCPCB размером 1.0x1.0 см².

5.1 Спектральное распределение

Кривая относительного спектрального распределения показывает широкий спектр излучения, характерный для белого светодиода с люминофорным преобразованием, с пиком в синей области (от чипа InGaN) и более широким пиком в желто-зеленой области (от люминофора). Это сочетание дает белый свет.

5.2 Зависимость прямого напряжения от тока

Эта кривая показывает нелинейную зависимость между прямым напряжением (V_F) и прямым током (I_F). V_Fувеличивается с ростом I_F, но скорость увеличения не является линейной. Этот график важен для проектирования драйвера, особенно для источников постоянного тока.

5.3 Зависимость светового потока от тока

Кривая относительного светового потока показывает, что светоотдача увеличивается сверхлинейно с током при низких токах, но имеет тенденцию становиться более линейной или даже сублинейной при очень высоких токах из-за падения эффективности и тепловых эффектов. Это подчеркивает важность теплового режима для поддержания эффективности.

5.4 Зависимость цветовой температуры от тока

График коррелированной цветовой температуры (ЦТ) в зависимости от прямого тока показывает, как цветовая температура меняется с током возбуждения. Как правило, ЦТ может увеличиваться (свет становится холоднее) с увеличением тока из-за изменений эффективности преобразования люминофора относительно излучения синего кристалла.

5.5 Кривая снижения номинала прямого тока

Это один из самых важных графиков для надежного проектирования. Он показывает максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры контактной площадки. По мере роста температуры площадки максимально безопасный ток значительно снижается. Например, при температуре контактной площадки 100°C максимально допустимый постоянный ток снижается примерно до 100 мА, чтобы поддерживать температуру перехода ниже 125°C. Эта кривая требует эффективного теплоотвода для работы на высоких токах.

6. Механическая и корпусная информация

6.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод поставляется в компактном корпусе для поверхностного монтажа. Ключевые размеры из чертежа включают:

- Общий размер корпуса: приблизительно 2.04 мм в длину и 1.64 мм в ширину.

- Указано положение кристалла и оптический центр.

- Контактные площадки анода и катода четко обозначены для определения полярности.

- Размеры указаны в миллиметрах, стандартные допуски составляют ±0.1 мм, если не указано иное.

Вид сверху показывает площадки анода и катода, что критически важно для правильной разводки печатной платы и пайки. Оптический центр смещен относительно геометрического центра, что может быть важно для точного оптического проектирования в таких приложениях, как вспышки камер.

7. Рекомендации по пайке, сборке и обращению

7.1 Чувствительность к влаге и пайка оплавлением

Как устройство уровня MSL 1, оно имеет неограниченный срок хранения при ≤30°C/85% относительной влажности. Стандартные условия выдержки для оплавления составляют 168 часов (+5/-0) при 85°C/85% относительной влажности, если это требуется другими компонентами на плате. Устройство выдерживает максимальную температуру пайки 260°C для стандартного профиля оплавления и рассчитано на максимум 2 цикла оплавления.

7.2 Хранение и обращение

Хранение должно осуществляться в указанном диапазоне температур от -40°C до +110°C. Несмотря на защиту от ЭСР 8 кВ, при обращении все равно следует соблюдать стандартные меры предосторожности от ЭСР для предотвращения потенциальных скрытых повреждений.

8. Упаковка и информация для заказа

8.1 Расшифровка маркировки

Маркировка на упаковке включает несколько кодов, важных для прослеживаемости и выбора:

- CPN:Номер продукта заказчика.

- P/N:Номер продукта производителя (например, EHP-C04/NT01A-P01/TR).

- LOT NO:Номер производственной партии для прослеживаемости.

- QTY:Количество устройств в упаковке.

- CAT:Код бина светового потока (яркости) (например, J3, J4, J5).

- HUE:Код цветового бина (например, 1, 2, 3).

- REF:Код бина прямого напряжения (например, 2932, 3235).

- MSL-X:Уровень чувствительности к влаге.

9. Соображения по проектированию приложений

9.1 Тепловой режим

Это самый важный фактор для надежной работы и производительности. Кривая снижения номинала четко показывает необходимость поддержания низкой температуры контактной площадки. Разработчики должны:

1. Использовать печатную плату с достаточной теплопроводностью (например, MCPCB для приложений с высоким током, таких как вспышка, как использовалось в испытаниях на надежность).

2. Обеспечить путь с низким тепловым сопротивлением от площадки светодиода к радиатору или окружающей среде.

3. Учитывать рабочую температуру окружающей среды.

4. Для импульсного режима работы (как вспышка камеры) тепловая масса системы и коэффициент заполнения будут определять средний рост температуры.

9.2 Электрическое управление

Светодиод должен управляться источником постоянного тока, а не постоянного напряжения, чтобы обеспечить стабильную светоотдачу и предотвратить тепловой разгон. Драйвер должен быть спроектирован так, чтобы:

- Обеспечивать требуемый ток (например, 1000 мА для полной яркости).

- Учитывать диапазон бинов прямого напряжения (от 2.95 В до 4.35 В), чтобы обеспечить правильную регулировку тока для всех устройств.

- Для приложений вспышки обеспечивать высокий пиковый ток (до 1500 мА при указанных импульсных условиях) с соответствующим контролем длительности импульса и коэффициента заполнения.

9.3 Оптическая интеграция

Ламбертовская диаграмма направленности и угол обзора 120 градусов делают его подходящим для приложений, требующих широкого освещения. Для сфокусированных лучей (например, фонарик) потребуется вторичная оптика (линзы или отражатели). Смещение оптического центра относительно геометрического центра корпуса должно учитываться при точных оптических юстировках.

10. Сравнение и руководство по выбору

При выборе этого светодиода сравните его ключевые параметры с требованиями приложения:

- Световой поток и эффективность:160 лм при 1 А и 45 лм/Вт являются конкурентоспособными для его размера корпуса и времени выпуска спецификации. Более новые светодиоды могут предлагать более высокую эффективность.

- Цветовая температура:Типичная ЦТ 5700K — это стандартный холодный белый свет. Наличие бинов от 4500K до 7000K обеспечивает гибкость.

- Размер корпуса:Посадочное место 2.04x1.64 мм компактно, подходит для конструкций с ограниченным пространством, таких как мобильные телефоны.

- Ток возбуждения:Его характеристики определены при 1000 мА, что является распространенным током для мощных светодиодов вспышки. Способность выдерживать импульсы 1500 мА является ключевым преимуществом для приложений вспышки по сравнению со светодиодами, рассчитанными только на меньшие токи.

- Тепловые характеристики:Тепловое сопротивление переход-вывод 10 °C/Вт требует тщательной тепловой проработки. Сравните это значение с альтернативами; меньшее число указывает на корпус, лучше отводящий тепло.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника питания 3.3 В?

О: Это зависит от бина прямого напряжения вашего конкретного светодиода и желаемого тока. Для возбуждения 1000 мА V_Fколеблется от 2.95 В до 4.35 В. Источник питания 3.3 В будет достаточным только для светодиодов в нижних бинах V_F(например, 2932) и потребует драйвера постоянного тока с очень низким падением напряжения. Более надежным является использование источника более высокого напряжения (например, 5 В) с регулятором тока.

В: Как достичь заявленных 160 люмен в моем приложении?

О: Вы должны подавать на светодиод ток 1000 мА постоянного тока или эквивалентный импульсный ток, поддерживая температуру контактной площадки на уровне или около 25°C. В реальном приложении с более высокой температурой окружающей среды и ограниченным теплоотводом светоотдача будет ниже из-за теплового снижения номинала и падения эффективности.

В: В чем разница между условиями испытаний при 1000 мА и 1500 мА?

О: Условие 1000 мА используется для определения типичных характеристик (поток, V_F, ЦТ). Рейтинг 1500 мА предназначен для коротких импульсов (макс. 50 мс, коэффициент заполнения 10%), что типично для работы вспышки камеры. Испытания на надежность проводились по-разному: испытания при 1500 мА использовали MCPCB для лучшего охлаждения, а при 1000 мА — FR4.

В: Почему допуск угла обзора составляет ±5 градусов?

О: Этот допуск учитывает незначительные вариации в размещении кристалла, нанесении люминофора и геометрии линзы при производстве, которые могут незначительно изменить диаграмму направленности.

12. Примеры проектирования и использования

12.1 Вспышка камеры мобильного телефона

Сценарий:Проектирование однодиодной вспышки для камеры смартфона.

Реализация:

1. Схема управления:Используйте специализированную микросхему драйвера вспышки, способную выдавать импульсы 1500 мА с точным контролем длительности импульса (например, макс. 400 мс для подсветки при фотосъемке). Драйвер должен иметь повышающий преобразователь высокого напряжения для генерации достаточного напряжения (например, >5 В), чтобы покрыть самый высокий V_F bin.

2. Тепловой режим:Светодиод должен быть установлен на специальной тепловой площадке на печатной плате, соединенной с внутренними земляными слоями или металлической средней рамой для распределения тепла. Коэффициент заполнения вспышки должен быть ограничен программным обеспечением для предотвращения перегрева.

3. Оптика:Пластиковая линза или световод размещается над светодиодом для рассеивания света и уменьшения горячих точек, совмещая смещенный оптический центр с осью линзы.

12.2 Портативный видеосвет

Сценарий:Постоянно включенный фонарь для цифровой видеокамеры.

Реализация:

1. Схема управления:Драйвер постоянного тока, установленный на 350 мА (максимальный постоянный ток) или ниже для приоритета эффективности и долговечности. Можно использовать простой линейный регулятор или импульсный преобразователь.

2. Тепловой режим:Небольшой алюминиевый радиатор крепится к области печатной платы позади светодиода. Корпус должен обеспечивать некоторую циркуляцию воздуха.

3. Оптика:Неглубокий отражатель или матовая линза создают широкий, равномерный заливающий свет, подходящий для видеоподсветки.

13. Технические принципы

EHP-C04 — это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основной принцип заключается в использовании полупроводникового чипа из нитрида индия-галлия (InGaN), который излучает синий свет при прохождении через него электрического тока (электролюминесценция). Этот синий свет частично поглощается слоем люминофора на основе алюмоиттриевого граната, легированного церием (YAG:Ce), покрывающим чип. Люминофор преобразует часть синих фотонов в более длинные волны, в основном в желтой области. Смесь оставшегося синего света и излучаемого желтого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Точное соотношение синего и желтого излучения, контролируемое составом и толщиной люминофора, определяет коррелированную цветовую температуру (ЦТ). Компактный корпус объединяет кристалл, люминофор и первичную силиконовую линзу, формирующую начальную диаграмму направленности.

14. Контекст отрасли и тенденции

Данная спецификация с датой выпуска 2015 года представляет собой зрелое поколение мощных белых светодиодов. В то время эффективность 45 лм/Вт при токе 1 А была конкурентоспособной для его класса корпусов. Ключевые тенденции отрасли с тех пор, которые разработчики должны учитывать при оценке этой детали для новых проектов, включают:

- Повышенная эффективность:Современные мощные белые светодиоды могут превышать 150-200 лм/Вт, значительно снижая энергопотребление и тепловую нагрузку при той же светоотдаче.

- Улучшенное качество цвета:Новые светодиоды часто предлагают более высокие значения индекса цветопередачи (CRI) и более стабильный контроль цветовой точки между бинами.

- Передовая упаковка:Тенденции включают корпуса типа CSP (Chip Scale Package) без выводной рамки, которые могут обеспечивать лучшие тепловые характеристики и меньший размер. Также корпуса, разработанные для более высокой плотности тока и лучшего вывода света.

- Интегрированные решения:Для таких приложений, как вспышка камеры, светодиоды все чаще интегрируются с драйверами, датчиками и оптикой в готовые модули.

- Надежность и срок службы:Хотя этот светодиод гарантирует снижение светового потока менее чем на 30% после 1000 часов, новые продукты часто указывают срок службы L70 или L90 (время до 70% или 90% от начальной светоотдачи) в десятки тысяч часов при определенных условиях.

При выборе компонентов инженеры должны взвешивать проверенную надежность и стоимость устоявшихся деталей, таких как EHP-C04, по сравнению с преимуществами в производительности новых поколений, учитывая конкретные требования и жизненный цикл своего продукта.