Keramik-LED 9292 Serie 10W Weiß LED Datenblatt - Abmessung 9,2x9,2x1,6mm - Spannung 28V - Leistung 10W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 9292 Keramik-Serie stellt eine Hochleistungs-Oberflächenmontage-LED-Lösung dar, die für anspruchsvolle Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist, die ein robustes Wärmemanagement und eine konsistente optische Leistung erfordern. Das Keramiksubstrat bietet eine ausgezeichnete Wärmeableitung, wodurch die LED bei höheren Betriebsströmen arbeiten und ihre Lumenleistung sowie Farbstabilität über ihre Lebensdauer hinweg aufrechterhalten kann. Diese Serie eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit, hoher Lichtstrom und präzise Farbkontrolle entscheidend sind.

1.1 Kernvorteile

• Überlegene thermische Leistung:Das Keramikgehäuse bietet einen niedrigen thermischen Widerstand und leitet die Wärme effektiv vom LED-Chip auf die Leiterplatte und den Kühlkörper ab, wodurch die Lebensdauer erhöht und ein vorzeitiger Lumenrückgang verhindert wird.
• Hohe Leistungsaufnahme:Betriebsfähig bei bis zu 500mA Dauer-Vorwärtsstrom, liefert hohe Lichtausbeute bei einem kompakten Bauraum von 9,2mm x 9,2mm.
• Stabile Farbkonstanz:Einsatz eines rigorosen Binning-Systems sowohl für die Farbtemperatur (CCT) als auch für den Lichtstrom, um minimale Farb- und Helligkeitsschwankungen innerhalb einer Produktionscharge zu gewährleisten.
• Großer Abstrahlwinkel:Ein typischer Halbwertswinkel von 120 Grad sorgt für eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung, die sich für Flächenbeleuchtung und Downlights eignet.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist für den professionellen und industriellen Beleuchtungsmarkt entwickelt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Hallenbeleuchtung, Straßenbeleuchtung, Architekturfassadenbeleuchtung, Hochleistungs-Downlights und spezielle Pflanzenbeleuchtung, bei denen präzise spektrale Kontrolle und hohe Effizienz erforderlich sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt angegebenen elektrischen, optischen und thermischen Kenngrößen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte stellen die Belastungsgrenzen dar, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb an oder nahe diesen Grenzen wird für eine zuverlässige Langzeitleistung nicht empfohlen.

• Vorwärtsstrom (IF):500 mA (Dauerbetrieb). Das Überschreiten dieses Stroms erhöht die Sperrschichttemperatur exponentiell und riskiert einen katastrophalen Ausfall.
• Vorwärts-Impulsstrom (IFP):700 mA (Impulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10). Diese Spezifikation erlaubt kurze Überlastszenarien, z.B. während Tests oder in gepulsten Schaltungen, muss aber strikt an die Impulsbedingungen gebunden sein.
• Verlustleistung (PD):15000 mW (15W). Dies ist die maximal zulässige Leistung, die das Gehäuse abführen kann, berechnet als VF * IF. Eine ordnungsgemäße Kühlung ist zwingend erforderlich, um diesen Grenzwert bei hohen Betriebsströmen einzuhalten.
• Sperrschichttemperatur (Tj):125 °C. Die maximal zulässige Temperatur am Halbleiterübergang. Das thermische Design der Anwendung muss sicherstellen, dass Tj unter allen Betriebsbedingungen unter diesem Wert bleibt, um die spezifizierte Leistung und Lebensdauer zu gewährleisten.
• Löttemperatur (Tsld):Reflow-Löten bei 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden. Dies definiert den Prozessfenster für die Leiterplattenbestückung.

2.2 Typische elektro-optische Kenngrößen

Gemessen unter Standardtestbedingungen bei T_s= 25°C (Substrattemperatur).

• Flussspannung (V_F):Typisch 28V, Maximal 30V bei I_F=350mA. Die relativ hohe Spannung deutet auf eine wahrscheinliche Reihenschaltung mehrerer Chips innerhalb des Gehäuses hin. Entwickler müssen sicherstellen, dass der Treiber genügend Spannungsreserve bietet.
• Sperrspannung (V_R):5V. LEDs sind sehr empfindlich gegenüber Sperrspannung. Ein Schaltkreisschutz (z.B. parallel geschaltete Dioden) ist unerlässlich, wenn die Gefahr einer angelegten Sperrspannung besteht.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120° (Typisch), 140° (Max.). Dieser große Abstrahlwinkel ist ideal für die Allgemeinbeleuchtung und reduziert in vielen Anwendungen den Bedarf an Sekundäroptik.

3. Erklärung des Binning-Systems

Ein präzises Binning-System ist entscheidend für die Sicherstellung von Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit in Beleuchtungsprojekten. Diese LED verwendet einen mehrdimensionalen Binning-Ansatz.

3.1 Binning der Farbtemperatur (CCT)

Das Produkt wird in den in der Beleuchtungsindustrie üblichen Standard-CCTs angeboten: 2700K (Warmweiß), 3000K, 3500K, 4000K, 4500K, 5000K (Neutralweiß), 5700K und 6500K (Kaltweiß). Jede CCT ist weiter in spezifische Farbortregionen im CIE-1931-Diagramm unterteilt (z.B. 8A, 8B, 8C, 8D für 2700K). Dieser zweistellige Code stellt sicher, dass das emittierte Weißlicht innerhalb eines sehr engen Farbraums liegt und wahrnehmbare Unterschiede zwischen einzelnen LEDs minimiert.

3.2 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird basierend auf Mindestwerten bei einem Betriebsstrom von 350mA gebinnt. Beispielsweise garantiert eine Neutralweiß-LED (3700-5000K) mit einem 3K-Fluss-Code eine Mindestleistung von 800 Lumen, mit einem typischen Wert von 900 Lumen. Ein 3L-Code garantiert mindestens 900 Lumen. Wichtig ist zu beachten, dass der Hersteller Mindestwerte angibt und gelieferte Bauteile diese Werte überschreiten können, während sie dennoch der bestellten CCT-Bin entsprechen.

3.3 Decodierung der Modellnummer

Die Modellnummer T12019L(C、W)A folgt einem strukturierten Format, das Schlüsselmerkmale codiert:
T [Seriencode] [Fluss-Code] [CCT-Code] [Interner Code] - [Andere Codes].
Zum Beispiel zeigt die '12' das 9292-Keramikgehäuse an. 'L', 'C' oder 'W' steht jeweils für Warmweiß, Neutralweiß oder Kaltweiß. Das Verständnis dieser Nomenklatur ist für eine genaue Bestellung unerlässlich.

4. Analyse der Leistungskurven

Die bereitgestellten Diagramme bieten wichtige Einblicke in das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 Vorwärtsstrom vs. Flussspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve ist nichtlinear. Die Flussspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten; sie sinkt mit steigender Sperrschichttemperatur. Dies muss im Design von Konstantstromtreibern berücksichtigt werden, um eine thermische Instabilität in schlecht gekühlten Designs zu vermeiden.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Vorwärtsstrom

Die Lichtausbeute steigt unterlinear mit dem Strom. Während der Betrieb bei höheren Strömen (z.B. 500mA) mehr Licht liefert, nimmt die Effizienz (Lumen pro Watt) typischerweise ab und die Sperrschichttemperatur steigt deutlich an. Der optimale Betriebsstrom balanciert Ausgangsleistung, Effizienz und Lebensdauer.

4.3 Spektrale Leistungsverteilung & Effekte der Sperrschichttemperatur

Die relative spektrale Energieverteilungskurve zeigt die Verteilung des Lichts über die Wellenlängen für eine weiße LED, die aus einem blauen Chip in Kombination mit einem Leuchtstoff besteht. Das Diagramm, das die Sperrschichttemperatur gegenüber der relativen spektralen Energie zeigt, veranschaulicht die Farbverschiebung. Mit steigendem Tj kann sich die Konversionseffizienz des Leuchtstoffs ändern, was oft zu einer Verschiebung der CCT und einem potenziellen Rückgang des Farbwiedergabeindex (CRI) führt. Ein niedriger Tj ist der Schlüssel zur Farbstabilität.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen und Umrisszeichnung

Die LED hat einen quadratischen Bauraum von 9,2mm x 9,2mm mit einer typischen Höhe von ca. 1,6mm. Der Keramikkörper bietet eine robuste und flache Oberfläche für eine zuverlässige Bestückung und einen effizienten thermischen Kontakt.

5.2 Empfohlenes Pad-Layout und Schablonendesign

Das Datenblatt enthält detaillierte Lötflächen- und Lötschablonenzeichnungen. Das Pad-Design ist sowohl für die elektrische Verbindung als auch als primärer Wärmeübertragungspfad entscheidend. Die empfohlene Schablonenapertur stellt sicher, dass das richtige Volumen an Lotpaste für eine zuverlässige Lötstelle aufgebracht wird, ohne Kurzschlüsse zu verursachen. Für diese mechanischen Zeichnungen ist eine Toleranz von ±0,10mm angegeben.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse enthält Markierungen oder ein physisches Merkmal (wie eine abgeschrägte Ecke), um den Kathodenanschluss (-) anzuzeigen. Die korrekte Ausrichtung ist während der Leiterplattenbestückung von entscheidender Bedeutung.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit Standard-Blei-freien (SAC) Reflow-Prozessen kompatibel. Die maximale Spitzentemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 230°C sollte auf 10 Sekunden begrenzt sein. Eine kontrollierte Aufheiz- und Abkühlrate wird empfohlen, um einen thermischen Schock für das Keramikgehäuse zu verhindern.

6.2 Handhabungs- und Lagerungsvorsichtsmaßnahmen

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Handhabung in einer ESD-geschützten Umgebung mit geerdeter Ausrüstung. Lagerung in originaler Feuchtigkeitssperrfolie innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-40°C bis +100°C) und bei niedriger Luftfeuchtigkeit. Wenn das Gehäuse längere Zeit der Umgebungsluft ausgesetzt war, kann vor dem Reflow-Löten ein Trocknungsprozess (Backen) erforderlich sein, um \"Popcorning\" (Gehäuserissbildung durch Dampfdruck) zu verhindern.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Thermomanagement

Dies ist der mit Abstand kritischste Aspekt beim Design mit Hochleistungs-LEDs. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit einer dicken Kupferschicht (z.B. 2oz oder mehr) und Wärmeleitungen unter dem LED-Pad, um die Wärme auf einen sekundären Kühlkörper zu übertragen. Größe und Design des externen Kühlkörpers müssen basierend auf der maximalen Umgebungstemperatur, dem Betriebsstrom und der gewünschten Sperrschichttemperatur (empfohlen unter 100°C für optimale Lebensdauer) berechnet werden. Wärmeleitmaterialien (TIMs) wie Wärmeleitpaste oder -pads können die Wärmeübertragung verbessern.

7.2 Elektrische Ansteuerung

Ein Konstantstromtreiber ist für einen stabilen Betrieb zwingend erforderlich. Der Treiber muss für die Gesamt-Flussspannung der LED-Kette (V_F* Anzahl der LEDs in Reihe) und den gewählten Betriebsstrom ausgelegt sein. Schutz vor Überspannung, verkehrter Polarität und offenen/kurzgeschlossenen Stromkreisen einbeziehen. Erwägen Sie Dimmfähigkeiten (PWM oder analog), falls von der Anwendung gefordert.

7.3 Optische Integration

Der große Abstrahlwinkel von 120 Grad kann für viele Anwendungen ausreichend sein. Für stärker kontrollierte Lichtverteilungen können Sekundäroptiken (Reflektoren oder Linsen) verwendet werden, die für den 9292-Bauraum ausgelegt sind. Stellen Sie sicher, dass optische Materialien der Betriebstemperatur und der UV-Belastung durch die LED standhalten.

8. Vergleich mit alternativen Technologien

Im Vergleich zu Kunststoffgehäuse-SMD-LEDs (z.B. 5050) bietet die 9292-Keramikserie eine deutlich höhere Leistungsdichte und überlegene thermische Leistung, was eine längere Lebensdauer und höhere Zuverlässigkeit bei hohen Betriebsströmen ermöglicht. Im Vergleich zu COB-LEDs (Chip-on-Board) ist die 9292 ein diskretes Bauteil, das mehr Flexibilität im Array-Design, einen einfacheren Austausch und oft bessere Punktlichtquellen-Eigenschaften für die optische Kontrolle bietet.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

9.1 Was ist die typische Lebensdauer (L70/B50) dieser LED?

Das Datenblatt gibt keine Lebensdauerkurve (L70, Zeit bis 70% Lumen-Erhalt) an. Diese hängt stark vom thermischen Management der Anwendung und dem Betriebsstrom ab. Bei Betrieb bei oder unter dem empfohlenen Strom mit einem geeigneten Kühlkörper können Lebensdauern von über 50.000 Stunden erwartet werden. Konsultieren Sie den Hersteller für spezifische Zuverlässigkeitsdaten.

9.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 500mA betreiben?

Ja, 500mA ist der maximale Dauer-Vorwärtsstrom. Dies erzeugt jedoch maximale Wärme. Die Anwendung muss ein außergewöhnliches Thermomanagement aufweisen, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen (<<125°C) zu halten, um die spezifizierte Leistung und Langlebigkeit zu erreichen. Oft bietet der Betrieb bei einem niedrigeren Strom (z.B. 350mA) eine bessere Balance aus Effizienz, Lebensdauer und thermischer Belastung.

9.3 Wie interpretiere ich den Lichtstrom-Bin-Code (z.B. 3K, 3L)?

Der Lichtstrom-Code definiert einen garantierten Mindest-Lichtstrom beim Teststrom (350mA). Ein \"3K\"-Bin hat mindestens 800 lm, während ein \"3L\"-Bin mindestens 900 lm garantiert. Sie sollten den Bin basierend auf der für Ihr Design erforderlichen Mindesthelligkeit auswählen. Tatsächliche Bauteile liegen bei oder über diesem Mindestwert.

10. Design-Fallstudie: Hallenleuchte

Szenario:Entwurf einer 150W Hallenleuchte für ein Industrielager mit einer Zielbeleuchtungsstärke von 200 Lux auf Bodenebene.
Designprozess:
1. Lichtstromanforderung:Berechnung des gesamten benötigten Lichtstroms basierend auf Fläche und Ziel-Lux. Bestimmung der benötigten Anzahl an LEDs unter Berücksichtigung der Effizienz des optischen Systems und des Lumenrückgangs über die Zeit.
2. Elektrisches Design:Anordnung der LEDs in einer Reihen-Parallel-Konfiguration, die mit der Spannungs- und Stromausgabe eines Konstantstromtreibers kompatibel ist. Zum Beispiel 10 LEDs in Reihe (~280V Gesamt-V_F) betrieben mit 350mA pro Strang, mit mehreren parallelen Strängen.
3. Thermisches Design:Verwendung einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) mit einer hochleistungsfähigen dielektrischen Schicht. Montage der MCPCB auf einem großen Aluminium-Rippenkühlkörper. Durchführung einer thermischen Simulation oder Berechnung, um Tj<100°C bei 45°C Umgebungstemperatur zu verifizieren.
4. Optisches Design:Auswahl eines Sekundärreflektors oder einer Linse, um das gewünschte Lichtverteilungsmuster zu erreichen (z.B. eine Typ-V-Verteilung für breite, gleichmäßige Ausleuchtung).
Diese Fallstudie veranschaulicht die Integration von elektrischem, thermischem und optischem Design rund um die Kernspezifikationen der LED.

11. Einführung in das technische Prinzip

Eine weiße LED wie die 9292-Serie arbeitet nach dem Prinzip der Leuchtstoffkonversion. Der Kern des Bauteils ist ein Halbleiterchip (typischerweise auf InGaN-Basis), der bei Vorwärtsspannung blaues Licht emittiert (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Schicht aus gelbem (und oft rotem) Leuchtstoffmaterial absorbiert, die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Leuchtstoff emittiert Licht bei längeren Wellenlängen neu. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem breitbandigen gelben/roten Licht des Leuchtstoffs wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das Verhältnis von blauem zu leuchtstoffkonvertiertem Licht bestimmt die Farbtemperatur (CCT) des weißen Lichts. Das Keramikgehäuse dient hauptsächlich als mechanisch robuste und wärmeleitende Plattform für die Montage von Chip und Leuchtstoff und ermöglicht eine effiziente Wärmeabfuhr, die für die Aufrechterhaltung der Leuchtstoffeffizienz und der Chipleistung entscheidend ist.

12. Branchentrends und Entwicklungen

Der Hochleistungs-LED-Markt entwickelt sich weiterhin hin zu höherer Effizienz (Lumen pro Watt), verbesserter Farbqualität (höherer CRI und R9-Wert) und größerer Zuverlässigkeit. Trends, die für keramikgehäusete LEDs wie die 9292 relevant sind, umfassen:
Erhöhte Leistungsdichte:Mehr Lichtausbeute aus dem gleichen oder kleineren Gehäuse, was immer bessere thermische Materialien erfordert.
Farbabstimmung:Wachstum bei einstellbaren Weißlichtsystemen, die durch mehrkanalige Keramikgehäuse oder präzises Einzel-CCT-Binning für das Mischen adressiert werden könnten.
Pflanzenbeleuchtung:Erhöhte Nachfrage nach LEDs mit spezifischen spektralen Ausgängen, die für das Pflanzenwachstum optimiert sind, was den Bedarf an robusten Gehäusen für kundenspezifische Leuchtstoffmischungen vorantreibt.
Fortschrittliche thermische Materialien:Entwicklung von Keramikverbundstoffen und direkt gebondeten Metallsubstraten mit noch niedrigerem thermischen Widerstand.
Standardisierung:Fortgesetzte Branchenbemühungen zur Standardisierung von Bauraum, photometrischer Prüfung und Lebensdauerberichterstattung, um das Design und den Vergleich für Ingenieure zu vereinfachen.