ELCH07-5070J6J7294310-N8 LED 規格書 - 7.0x7.0x?mm 封裝 - 2.95-4.35V 順向電壓 - 240lm 光通量 - 6000K 白光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ELCH07-5070J6J7294310-N8是一款高功率白光LED元件，專為需要高光輸出與可靠性的應用而設計。它屬於CHIN系列，其特點是緊湊的表面黏著封裝。此元件規格適用於量產，顯示其對於大量製造的成熟度與穩定性。

其核心技術基於InGaN（氮化銦鎵）半導體材料，經過設計可發出白光。此LED並非設計用於反向偏壓操作，這是電路設計師必須考量的關鍵點。

2. 技術規格深入解析

本節針對規格書中指定的關鍵技術參數，提供詳細且客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。強烈不建議在這些極限值或接近極限值下持續運作。

• 直流順向電流 (I_F)): 350 mA。這是LED可承受的最大連續順向電流。
• 峰值脈衝電流 (I_Pulse)): 1500 mA。此高電流僅在特定脈衝條件下允許：最大脈衝寬度400ms，最大工作週期10%（例如，開啟400ms，關閉3600ms）。此模式常見於相機閃光燈應用。
• ESD耐受度 (V_B)): 8000 V（人體放電模型）。此高額定值表示其具備強大的靜電放電保護能力，對於組裝過程及最終應用中的操作至關重要。
• 接面溫度 (T_J)): 125 °C。半導體接面本身允許的最高溫度。
• 熱阻 (R_θ)): 10 °C/W（接面至接腳）。此參數對於熱管理設計至關重要。它表示每消耗一瓦功率，接面溫度將比接腳（焊墊）溫度高出10°C。需要有效的散熱設計以將T_J維持在限制範圍內。
• 操作與儲存溫度: 分別為 -40°C 至 +85°C / -40°C 至 +110°C。
• 功率消耗（脈衝模式）: 6 W。這是封裝在脈衝操作下可處理的最大功率，與峰值脈衝電流額定值相關。
• 焊接溫度: 最高260°C，最多可承受2次迴焊循環。
• 視角 (2θ_1/2)): 125度 (±5°)。此寬視角是朗伯或近朗伯發光模式的特性。

2.2 電光特性

這些參數是在標準條件下測試（T_{solder pad}= 25°C，50ms脈衝），代表典型性能。

• 光通量 (Φ_v)): 200-300 lm，在 I_F= 1000mA時典型值為240 lm。適用±10%的測量公差。此高輸出使其適合照明任務。
• 順向電壓 (V_F)): 在 I_F= 1000mA時為2.95V至4.35V，測量公差為±0.1V。此寬範圍需要謹慎的驅動器設計，並透過分級來管理。
• 相關色溫: 5000K 至 7000K。典型值為6000K，屬於"冷白光"範圍。
• 光學效率: 在1000mA時為65 lm/W。這是衡量能源效率的關鍵指標。

2.3 可靠性與操作注意事項

• 濕度敏感等級: 等級1。這是最穩健的等級，意味著在≤30°C/85% RH條件下，元件具有無限的車間壽命，且在標準條件下進行迴焊前無需烘烤。
• 可靠性測試: 所有規格均通過1000小時的可靠性測試保證，標準為光通量衰減小於30%。
• 測試條件備註: 所有可靠性和相關性數據均在"優異的熱管理"下測試，使用1.0 x 1.0 cm²的金屬核心印刷電路板。若實際熱管理效果較差，性能可能有所不同。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據關鍵參數進行分類（分級）。型號ELCH07-5070J6J7294310-N8編碼了其中一些分級。

3.1 順向電壓分級

順向電壓分為五個代碼（2932, 3235, 3538, 3841, 4143）。代碼表示最小和最大電壓，單位為十分之一伏特。例如，分級"2932"涵蓋V_F從2.95V到3.25V。型號中的"2932"表示此特定LED屬於此電壓分級。

3.2 光通量分級

光通量在1000mA下分為兩個主要代碼：J6（200-250 lm）和J7（250-300 lm）。型號中的"J6"指定了光通量分級。

3.3 顏色（白光）分級

白光的色點定義於CIE 1931色度圖上，並對應到一個色溫範圍。定義了兩個主要分級：

• 分級 5057: 色溫範圍5000K至5700K。由CIE圖上的四邊形定義。
• 分級 5770: 色溫範圍5700K至7000K。由另一個四邊形定義。

型號中的"72943"很可能對應於這些分級中某一個內的特定色座標。色座標的測量允差為±0.01。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數張圖表來說明性能趨勢。理解這些對於設計優化至關重要。

4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (V_F-I_F曲線)

該曲線顯示非線性關係。V_F隨I_F增加而增加，從極低電流時約2.4V開始，到1500mA時約為4.0V。此曲線對於選擇合適的恆流驅動器及計算功率消耗（P_d= V_F* I_F）至關重要。

4.2 光通量 vs. 順向電流

相對光通量隨電流呈次線性增加。雖然輸出隨電流增加而上升，但效率（lm/W）通常在較高電流下會因熱量增加和半導體中的"效率下降"效應而降低。曲線顯示相對輸出，以1000mA為參考點（Y軸上的1.0）。

4.3 相關色溫 vs. 順向電流

相關色溫隨驅動電流有輕微變化，從低電流時約5600K增加到1000mA時約6000K。對於顏色一致性至關重要的應用，此偏移很重要。

4.4 順向電流降額曲線

這可以說是可靠運作最關鍵的圖表。它顯示了最大允許連續順向電流與焊墊溫度（T_{solder pad}）的函數關係。此曲線基於將接面溫度（T_J）維持在或低於其最大值125°C。例如：

• 當 T_{solder pad}= 25°C時，最大電流約為600mA。
• 當 T_{solder pad}= 75°C時，最大電流降至約300mA。
• 當 T_{solder pad}= 100°C時，最大電流幾乎為0mA。

此圖表要求有效的熱設計。1000mA的測試條件是脈衝或短時額定值，若無特殊冷卻，並非連續工作點。

4.5 相對光譜分佈與輻射圖

光譜圖顯示來自InGaN晶片的藍光區域（約450nm）有一個寬廣的發射峰，結合更寬的黃色螢光粉發射，從而產生白光。輻射圖確認了朗伯分佈（餘弦定律），X軸和Y軸上的強度圖案相同，提供了125度的寬廣且均勻的視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED採用表面黏著封裝，佔位面積約為7.0mm x 7.0mm（如型號中"5070"所示，可能為5.0mm x 7.0mm或7.0mm x 7.0mm）。精確的尺寸圖顯示了關鍵特徵，包括焊墊、透鏡形狀和極性指示器。除非另有說明，公差通常為±0.1mm。封裝包含一個整合式透鏡，用以塑造125度的視角。

5.2 極性識別

封裝包含標記或物理特徵（如切角）以識別陽極和陰極。組裝時正確的極性對於防止因反向連接而損壞至關重要。

6. 焊接與組裝指南

• 迴焊: 最高焊接溫度為260°C。元件最多可承受2次迴焊循環。適用標準無鉛迴焊曲線（IPC/JEDEC J-STD-020）。
• 熱管理: 這是首要考量。低熱阻（10°C/W）僅在焊墊連接到PCB上足夠大的散熱墊，而散熱墊又必須連接到散熱片時才有效。對於任何驅動LED接近其最大額定值的應用，強烈建議使用金屬核心印刷電路板或絕緣金屬基板。
• ESD預防措施: 儘管額定值為8kV HBM，仍應遵循標準ESD操作程序（接地工作站、腕帶）。
• 儲存: 作為MSL等級1的元件，在正常的工廠條件下無需特殊乾燥儲存。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶包裝

LED以防潮包裝提供於凸版載帶上。每捲包含2000顆。載帶具有特定尺寸，以確保在自動取放組裝過程中牢固固定和正確方向（極性）。提供了捲盤尺寸，以便整合到自動組裝設備中。

7.2 標籤說明

包裝標籤包含幾個關鍵欄位：

• 料號: 完整型號（例如，ELCH07-5070J6J7294310-N8）。
• 批號: 製造批次的追溯代碼。
• QTY: 包裝內數量。
• 光通量分級: 例如，J6。
• 顏色分級: 例如，72943。
• 電壓分級: 例如，2932。
• 濕度敏感等級: 例如，MSL-1。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

規格書列出了幾種應用，可根據LED的特性進行優先排序：

1. 手機相機閃光燈/補光燈: 高峰值脈衝電流（1500mA）和高光通量使其成為主要應用。短暫的高功率脈衝非常適合為攝影場景提供照明。
2. DV/便攜式照明手電筒: 高連續輸出（在適當散熱下）適合手持式攝影燈或手電筒。
3. 特殊室內/室外照明: 包括導向標誌燈（出口標誌、階梯燈）、裝飾照明和汽車內外照明。寬視角有利於區域照明。
4. TFT背光: 適用於需要高亮度的大型顯示器，但需要二次光學元件來導引光線。

8.2 設計考量

• 驅動器選擇: 必須使用恆流驅動器。驅動器必須能夠提供所需的電流（考慮降額），並能承受所選分級的最大V_F。對於閃光燈應用，需要能夠提供高電流脈衝的驅動器。
• 熱設計: 這一點再怎麼強調都不為過。計算預期的功率消耗（V_F* I_F）。使用熱阻（R_θ）和降額曲線來確定必要的散熱措施，以將焊墊溫度保持在足夠低，從而允許所需的驅動電流。對於關鍵設計，建議進行有限元素分析熱模擬。
• 光學設計: 朗伯模式提供寬廣的覆蓋範圍。對於聚焦光束（例如手電筒），將需要二次反射器或準直透鏡。
• 分級一致性: 對於多個LED一起使用的應用（例如，用於攝影燈的陣列），應指定嚴格的順向電壓、光通量，尤其是顏色分級，以確保外觀均勻和電流平衡分配。

9. 技術比較與差異化

雖然規格書中沒有直接的競爭對手比較，但可以推斷出此LED的關鍵差異化特點：

• 高脈衝電流能力: 1500mA的脈衝額定值是專為相機閃光燈應用量身打造的突出特點，許多通用高功率LED並未強調此點。
• 強大的ESD保護: 8kV HBM是高水準的保護，提高了終端用戶操作和組裝的可靠性。
• MSL等級1: 與需要乾燥包裝和烘烤的較高MSL等級（3、2a等）LED相比，簡化了庫存管理和組裝流程。
• 明確的可靠性數據: 提及1000小時測試及<30%光通量衰減標準，提供了量化的可靠性聲明。
• 全面的分級: 針對電壓、光通量和顏色的詳細分級結構，允許設計師為其應用選擇所需的精確性能等級，從而在最終產品中實現更高的品質和一致性。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 我可以持續以1000mA驅動這顆LED嗎？

答案: 除非有極佳的熱管理，否則不行。1000mA的額定值是在特定測試條件下給出的（50ms脈衝，T_{solder pad}=25°C）。降額曲線顯示，對於連續操作（DC），最大電流顯著降低——在25°C焊墊溫度時約為600mA，溫度更高時則更低。以1000mA持續運作幾乎肯定會超過最大接面溫度，導致快速衰減和故障。

10.2 J6和J7光通量分級有何不同？

答案: J6分級涵蓋在1000mA時200至250流明的光通量，而J7分級涵蓋250至300流明。型號中的"J6"指定了此特定元件保證的最小光通量處於較低範圍。對於需要最大亮度的應用，必須指定J7分級。

10.3 如何解讀電壓分級代碼 "2932"？

答案: 代碼"2932"表示此分級中LED的順向電壓介於2.95伏特（"29"代表2.9，最後一位數指定百分位）和3.25伏特（"32"）之間。這使設計師能夠更準確地預測功耗和所需的驅動器電壓餘裕。

10.4 散熱片是絕對必要的嗎？

答案: 是的，對於任何超過極低電流的操作都是必要的。10°C/W的熱阻意味著，即使在適中的350mA和V_F為3.5V（消耗約1.23W）下，接面溫度將比焊墊溫度高出12.3°C。若沒有散熱片，焊墊溫度將迅速上升到環境溫度加上此溫差，將接面溫度推向其極限。適當的熱設計對於性能和壽命是不可妥協的。

11. 設計導入案例分析

情境：設計智慧型手機相機閃光燈模組。

1. 需求: 需要非常明亮、短持續時間的閃光。假設脈衝寬度為300ms，工作週期<10%。
2. LED選擇: 此LED因其1500mA峰值脈衝額定值和高光輸出而適用。
3. 驅動條件: 決定在脈衝期間以1200mA驅動。檢查V_F-I_F曲線：V_F~ 4.1V。脈衝功率 = 4.92W。
4. 熱檢查: 脈衝很短（300ms），因此由於低工作週期，平均功率很低。主要的熱考量是在連續拍照期間累積的熱量。手機的小尺寸限制了散熱。設計必須確保在拍照過程中焊墊溫度不超過，例如80°C，參考降額曲線。
5. 驅動器: 選擇一款緊湊、相容鋰離子電池的閃光燈LED驅動器IC，能夠提供1200mA脈衝並具有安全計時器。
6. 光學: 使用簡單的擴散片或反射器來分散光線，避免照片中出現熱點。
7. 分級: 指定嚴格的顏色分級（例如5770）和單一電壓分級（例如3538），以確保所有製造的手機具有一致的閃光顏色和驅動器性能。

12. 技術原理介紹

此LED使用一種常見且高效的方法產生白光：螢光粉轉換白光.

1. 當電流通過時，由InGaN製成的半導體晶片會發出高能量的藍光（電致發光）。
2. 此藍光部分被直接沉積在晶片上或附近的黃色（或黃色和紅色）螢光粉層吸收。
3. 螢光粉通過稱為光致發光的過程，將吸收的能量重新發射為較低能量的黃色（和紅色）光。
4. 剩餘未被吸收的藍光與發射的黃/紅光混合，人眼將此混合物感知為白光。確切的比例決定了相關色溫——藍光較多會產生"冷白光"（較高CCT，如6000K），而黃/紅光較多則產生"暖白光"（較低CCT）。

寬視角是通過將晶片和螢光粉封裝在圓頂形矽膠透鏡中實現的，該透鏡也提供了環境保護。

13. 產業趨勢與背景

此規格書反映了高功率LED產業中幾個持續的趨勢：

• 針對特定應用的整合度提高: 此LED並非通用元件，而是明顯針對相機閃光燈和便攜式照明進行了優化，高脈衝電流等規格優先於極端的連續驅動額定值。這顯示了朝向應用特定優化的趨勢。
• 強調可靠性與量化: 包含明確的可靠性測試標準（1000小時，<30%衰減）和詳細的熱降額數據，回應了市場對可預測壽命的需求，特別是在關注保修成本的消費性電子產品中。
• 為品質而設的先進分級: 多參數分級（光通量、電壓、顏色）使得終端產品能夠實現更高的品質和一致性。這對於顯示器背光或建築照明等顏色均勻性可見且重要的應用至關重要。
• 為自動化組裝而設的穩健性: MSL等級1、捲帶包裝和清晰的極性標記等特點，旨在與高速、自動化的表面黏著技術組裝線相容，從而降低製造成本和缺陷率。
• 熱管理作為首要設計限制: 熱數據（R_θ、降額曲線）的突出地位強調了現代高功率LED的性能根本上受到散熱的限制，而不僅僅是電氣或光學特性。成功的設計將LED及其散熱片視為一個整合的系統。