Keramik-LED 9292 Serie 10W Weißlicht Datenblatt - Abmessungen 9,2x9,2x1,6mm - Spannung 9,3V - Leistung 10W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 9292 Keramik-Serie repräsentiert eine Hochleistungs-Oberflächenmontage-LED, die für anspruchsvolle Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist, die eine robuste thermische Leistung und hohen Lichtstrom erfordern. Durch die Verwendung eines Keramiksubstrats bietet dieses Gehäuse im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffgehäusen eine überlegene Wärmeableitung, was einen zuverlässigen Betrieb bei höheren Betriebsströmen und erhöhten Umgebungstemperaturen ermöglicht. Die Serie ist in einer Reihe von Weißlicht-Farbtemperaturen von 2700K bis 6500K erhältlich, mit einem typischen Lichtstrom von bis zu 1100 Lumen bei 350mA. Ihre primären Zielmärkte umfassen gewerbliche Beleuchtung, Hallenbeleuchtung, Außenbereichsbeleuchtung und alle Anwendungen, bei denen langfristige Zuverlässigkeit und konstante Lichtleistung entscheidend sind.

1.1 Kernvorteile

• Überlegenes Wärmemanagement:Das Keramikgehäuse bietet eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, überträgt effektiv Wärme vom LED-Chip auf die Leiterplatte und den Kühlkörper und verlängert so die Betriebslebensdauer und erhält die Farbstabilität.
• Hohe Leistungsfähigkeit:Bis zu 10W Verlustleistung ausgelegt, geeignet für Designs mit hohem Lichtstrom.
• Robuste Konstruktion:Keramikmaterial bietet hohe mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastung und Feuchtigkeit.
• Konsistente optische Leistung:Enge Binning-Standards für Farbtemperatur und Lichtstrom gewährleisten Gleichmäßigkeit in Multi-LED-Arrays.
• Großer Abstrahlwinkel:Ein typischer Abstrahlwinkel von 130 Grad sorgt für breite, gleichmäßige Ausleuchtung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

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

2.1 Absolute Maximalwerte (Ts=25°C)

Diese Werte stellen die Grenzen dar, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen wird für den normalen Gebrauch nicht empfohlen.

• Durchlassstrom (IF):700 mA (DC)
• Durchlass-Impulsstrom (IFP):700 mA (Impulsbreite ≤ 10ms, Tastverhältnis ≤ 1/10)
• Verlustleistung (PD):20300 mW (20,3W)
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +100°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C (Maximal zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht)
• Löttemperatur (Tsld):Reflow-Löten bei 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ts=25°C)

Dies sind typische Betriebsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Durchlassspannung (VF):Typisch 9,3V, Maximal 29V bei IF = 350mA. Der breite maximale Bereich deutet auf potenzielle Variationen zwischen Produktionschargen hin; das Schaltungsdesign sollte den oberen Grenzwert berücksichtigen.
• Sperrspannung (VR):5V. LEDs sind nicht dafür ausgelegt, signifikante Sperrspannung zu widerstehen. Das Überschreiten dieser Spannung kann zu sofortigem Ausfall führen.
• Sperrstrom (IR):Maximal 100 µA bei VR = 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der Spitzenlichtstärke beträgt.

2.3 Thermische Kenngrößen

Der Hauptvorteil des Keramikgehäuses ist thermischer Natur. Die hohe maximale Verlustleistung (20,3W) und der Betriebstemperaturbereich (-40 bis +100°C) unterstreichen seine Fähigkeiten. Für die Zuverlässigkeit ist es jedoch von größter Bedeutung, die Sperrschichttemperatur (Tj) unter 125°C zu halten. Dies erfordert einen effektiven Wärmeleitpfad vom thermischen Pad der LED zum Systemkühlkörper.

3. Erklärung des Binning-Systems

Ein präzises Binning-System ist entscheidend, um Farb- und Helligkeitskonstanz in Beleuchtungsprodukten sicherzustellen.

3.1 Binning der Farbtemperatur (CCT)

Die LED ist in Standard-CCTs erhältlich, die jeweils spezifischen Farbortbereichen im CIE-1931-Diagramm zugeordnet sind. Der Bestellcode spezifiziert den Zielbereich und garantiert, dass das emittierte Weißlicht innerhalb eines definierten Farbraums liegt.

• 2700K (Bereiche: 8A, 8B, 8C, 8D)
• 3000K (Bereiche: 7A, 7B, 7C, 7D)
• 3500K (Bereiche: 6A, 6B, 6C, 6D)
• 4000K (Bereiche: 5A, 5B, 5C, 5D)
• 4500K (Bereiche: 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U)
• 5000K (Bereiche: 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U)
• 5700K (Bereiche: 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U)
• 6500K (Bereiche: 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U)

Hinweis: Das Datenblatt spezifiziert, dass der Lichtstrom-Bin einen Mindestwert darstellt. Lieferungen können den bestellten Mindestlichtstrom überschreiten, halten sich aber immer an den bestellten CCT-Farbortbereich.

3.2 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird bei einem Prüfstrom von 350mA gebinnt. Toleranzen sind klar definiert.

• Warmweiß / Neutralweiß (2700K-5000K, CRI 70):
  • Code 3K: Min 800 lm, Typ 900 lm
  • Code 3L: Min 900 lm, Typ 1000 lm
• Kaltweiß (5000K-10000K, CRI 70):
  • Code 3L: Min 900 lm, Typ 1000 lm
  • Code 3M: Min 1000 lm, Typ 1100 lm

Toleranzen:Lichtstrom: ±7%; CRI: ±2; Farbortkoordinaten: ±0,005.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Einblick in das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Die I-V-Kurve ist charakteristisch für eine Diode. Die typische Vf von 9,3V bei 350mA zeigt, dass es sich um eine Hochspannungs-LED handelt, die wahrscheinlich mehrere in Reihe geschaltete Diodenübergänge im Gehäuse aufweist. Entwickler müssen sicherstellen, dass der Treiber ausreichend Spannung liefern kann, insbesondere unter Berücksichtigung der maximalen Vf von 29V. Die Kurve zeigt eine nichtlineare Beziehung; eine kleine Spannungserhöhung führt zu einem großen Stromanstieg, was die Notwendigkeit einer Konstantstrom-Ansteuerung unterstreicht.

4.2 Durchlassstrom vs. Relativer Lichtstrom

Diese Kurve zeigt die Abhängigkeit der Lichtleistung vom Betriebsstrom. Die Lichtleistung steigt mit dem Strom, jedoch nicht linear. Bei höheren Strömen sinkt die Effizienz typischerweise aufgrund erhöhter thermischer Effekte und des Droop-Effekts. Der Betrieb bei den empfohlenen 350mA stellt wahrscheinlich einen Kompromiss zwischen Ausgangsleistung und Effizienz/Lebensdauer dar.

4.3 Relative spektrale Leistungsverteilung

Das Spektrum einer weißen LED zeigt einen primären blauen Peak (vom InGaN-Chip) und eine breitere gelbe Phosphor-Emission. Form und Verhältnis dieser Peaks bestimmen CCT und CRI. Kaltweiße LEDs haben einen dominanteren blauen Peak, während warmweiße eine stärkere Phosphor-Emission aufweisen. Die Kurve ist entscheidend für das Verständnis der Farbwiedergabeeigenschaften.

4.4 Sperrschichttemperatur vs. Relative spektrale Energie

Dieses Diagramm ist entscheidend für das Verständnis von Farbverschiebungen. Wenn die Sperrschichttemperatur steigt, kann sich die spektrale Ausgangsleistung des LED-Chips und die Konversionseffizienz des Phosphors ändern, was zu Verschiebungen von CCT und Farbort führt. Das Keramikgehäuse hilft, den Temperaturanstieg zu minimieren und damit das Ausmaß dieser Verschiebung zu reduzieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem 9,2mm x 9,2mm Keramik-Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Die genaue Höhe beträgt typischerweise etwa 1,6mm. Die Maßzeichnung liefert kritische Maße für das Leiterplatten-Layout und Freigabeprüfungen.

5.2 Empfohlenes Pad-Layout und Schablonendesign

Ein detailliertes Pad-Layout-Diagramm wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und thermische Verbindung sicherzustellen. Das Design weist typischerweise ein großes zentrales thermisches Pad für den Wärmetransport und kleinere Pads für die elektrischen Anschlüsse (Anode und Kathode) auf. Das begleitende Schablonendesign empfiehlt die Geometrie und Dicke der Lotpastenöffnung, um das korrekte Lotvolumen zu erreichen. Für diese Layouts wird eine Toleranz von ±0,10mm spezifiziert.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das Datenblatt sollte die Polaritätskennzeichnung am Bauteil (z.B. einen Punkt, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke) angeben und diese dem Pad-Layout zuordnen. Die korrekte Polarität ist für den Betrieb essentiell.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Die LED ist mit Standard-Blei-freien (Pb-freien) Reflow-Prozessen kompatibel. Die maximale Bauteiltemperatur während des Lötens darf 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 230°C sollte auf 10 Sekunden begrenzt sein. Es ist entscheidend, das empfohlene Temperaturprofil (Aufheizen, Haltephase, Reflow-Peak, Abkühlung) einzuhalten, um thermischen Schock, Lötstellendefekte oder Schäden an den internen Materialien und dem Phosphor der LED zu verhindern.

6.2 Handhabungs- und Lagerungsvorsichtsmaßnahmen

• Lagern Sie die Bauteile in einer trockenen, antistatischen Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-40 bis +100°C).
• Handhaben Sie die Bauteile unter ESD-Vorsichtsmaßnahmen, um die Halbleitersperrschicht zu schützen.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung des Keramikkörpers oder der Bonddrähte.
• Verwenden Sie die Bauteile innerhalb der vom Hersteller empfohlenen Haltbarkeitsdauer, typischerweise 12 Monate ab Versanddatum bei ordnungsgemäßer Lagerung.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs werden typischerweise auf Gurt und Rolle für die automatisierte Bestückung geliefert. Die Rollengröße, Gurtbreite, Taschenabmessungen und Bauteilausrichtung folgen den Standardrichtlinien EIA-481. Die Stückzahl pro Rolle ist ein Standardwert wie 100 oder 500 Stück.

7.2 Modellnummernregel

Die Modellnummer T12019L(C/W)A kodiert wichtige Produktattribute:

- T:Serienkennzeichner.

- 12:Gehäusecode für Keramik 9292.

- L/C/W:Farbcode (L=Warmweiß, C=Neutralweiß, W=Kaltweiß).

- Andere Ziffern spezifizieren interne Codes, Lichtstrom-Bin und andere Optionen gemäß der detaillierten Namensregeltabelle.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hallen- und Industriebeleuchtung:Wo hoher Lichtstrom und robuste Konstruktion benötigt werden.
• Außenbereichsbeleuchtung:Straßenlaternen, Parkplatzleuchten, Stadionbeleuchtung profitieren vom großen Abstrahlwinkel und der thermischen Robustheit.
• Hochleistungs-Einbauleuchten und Strahler:Für gewerbliche und Einzelhandelsflächen.
• Spezialbeleuchtung:Pflanzenbeleuchtung, wo spezifische Spektren und hohe Intensität erforderlich sind.

8.2 Kritische Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Dies ist der kritischste Faktor. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen unter dem Pad, verbunden mit einer ausreichend dimensionierten Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) oder einem Kühlkörper. Die Qualität des Wärmeleitmaterials (TIM) ist wichtig.
• Betriebsstrom:Verwenden Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber. Der Strom sollte basierend auf dem gewünschten Lichtstrom und dem thermischen Design-Spielraum eingestellt werden. Überschreiten Sie nicht den absoluten Maximalwert.
• Optisches Design:Der 130-Grad-Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern, um das gewünschte Lichtverteilungsmuster zu erreichen.
• Elektrisches Layout:Sorgen Sie für induktions- und widerstandsarme Leiterbahnen vom Treiber zur LED, um Leistungsverluste und Spannungsspitzen zu minimieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-Kunststoff-SMD-LEDs (z.B. 3030, 5050) bietet die 9292 Keramik-Serie:

- Höhere Leistungsaufnahme:10W+ gegenüber typisch 1-3W für Kunststoffgehäuse.

- Überlegener Wärmewiderstand (Rth j-s):Das Keramiksubstrat hat einen viel niedrigeren Wärmewiderstand als Kunststoff, was zu einer niedrigeren Sperrschichttemperatur bei gleicher Leistung führt, was sich direkt in einer längeren Lebensdauer (L70, L90) niederschlägt.

- Bessere Farbstabilität:Ein niedrigerer Wärmewiderstand minimiert Farbverschiebungen über Zeit und Temperatur.

- Höhere Kosten:Keramikgehäuse sind teurer als Kunststoffgehäuse.

Im Vergleich zu anderen Keramikgehäusen (z.B. 3535, 5050 Keramik) ermöglicht der größere Bauraum der 9292 ein größeres thermisches Pad und potenziell einen höheren Gesamtlichtstrom durch mehrere Chips oder einen größeren Einzelchip.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Welche Treiberspannung wird benötigt?

Der Treiber muss eine Spannung liefern, die höher ist als die maximale Durchlassspannung (Vf max) der LED-Reihe. Für eine einzelne 9292 LED muss die Treiberausgangsspannung 29V überschreiten. In der Praxis wird ein Sicherheitsaufschlag hinzugefügt. Für mehrere in Reihe geschaltete LEDs multiplizieren Sie die maximale Vf mit der Anzahl der LEDs.

10.2 Wie erreiche ich die spezifizierte Lebensdauer?

Die LED-Lebensdauer (z.B. L70 - Zeit bis 70% des anfänglichen Lichtstroms) hängt stark von der Sperrschichttemperatur (Tj) ab. Um die spezifizierte Lebensdauer zu erreichen, müssen Sie das System so auslegen, dass Tj deutlich unter dem Maximum von 125°C bleibt, idealerweise während des Betriebs unter 85-105°C. Dies erfordert ein exzellentes Wärmemanagement, wie in Abschnitt 8.2 beschrieben.

10.3 Kann ich sie kontinuierlich mit 700mA betreiben?

Der absolute Maximalwert für den DC-Durchlassstrom beträgt 700mA. Ein Dauerbetrieb bei diesem Maximalwert erzeugt jedoch erhebliche Wärme und wird Tj wahrscheinlich an seine Grenze bringen, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit stark beeinträchtigt. Der spezifizierte typische Betriebszustand ist 350mA. Ein Betrieb darüber sollte nur mit außergewöhnlichem thermischem Design und unter Berücksichtigung der reduzierten Lebensdauer in Betracht gezogen werden.

10.4 Was ist der Unterschied zwischen den Lichtstrom-Bins 3K, 3L und 3M?

Dies sind Lichtstrom-Ausgangs-Bins, gemessen bei 350mA. 3K ist der niedrigste Ausgangs-Bin (min 800lm), 3L ist der mittlere (min 900lm) und 3M ist der höchste für Kaltweiß (min 1000lm). Die Auswahl eines höheren Bins liefert mehr Licht pro Bauteil, kann aber mit höheren Kosten verbunden sein.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwicklung einer 100W Hallenleuchte.

Ein Entwickler möchte eine Leuchte mit etwa 15.000 Lumen erstellen. Unter Verwendung von 9292 LEDs im 3M Lichtstrom-Bin (je 1000lm typ) wären 15 LEDs erforderlich. Diese werden in einer 3-in-Reihe x 5-parallel-Konfiguration angeordnet. Jede Reihenschaltung hat eine max. Vf von 3 * 29V = 87V. Es wird ein Konstantstrom-Treiber mit einem Ausgang von 1050mA (350mA x 3 Parallelstränge) und einem Spannungsbereich von bis zu ~90V ausgewählt. Die Leiterplatte ist eine Metallkernplatte mit dicker Aluminiumbasis. Thermische Simulationen werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Kühlkörper die gesamte Wärme von ~150W (100W elektrisch plus Treiberverluste) abführen kann, während die LED-Sperrschichttemperatur in einer 40°C-Umgebung unter 105°C bleibt. Sekundäroptiken werden verwendet, um ein für die Hallenbeleuchtung geeignetes 120-Grad-Lichtverteilungsmuster zu erzeugen.

12. Funktionsprinzip

Eine weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter und der Phosphor-Konversion. Elektrischer Strom wird durch einen in Durchlassrichtung gepolten InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterübergang getrieben, wodurch Elektronen und Löcher rekombinieren und Photonen im blauen Spektrum (typischerweise um 450-455nm) emittieren. Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Schicht aus gelbem (YAG:Ce) Phosphor auf oder nahe dem Chip. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht über ein breites Spektrum im gelben Bereich. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das Verhältnis von blauem zu gelbem Licht bestimmt die Farbtemperatur (CCT).

13. Technologietrends

Der Markt für Hochleistungs-Keramik-LEDs wird von mehreren Schlüsseltrends vorangetrieben:

- Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der Chip-Epitaxie, Phosphortechnologie und Gehäusedesign zielen darauf ab, mehr Licht pro Watt elektrischer Eingangsleistung zu extrahieren.

- Verbesserte Farbqualität:Entwicklung von Phosphormischungen (Multi-Phosphor- oder Violett-Pump-Systeme), um einen höheren Farbwiedergabeindex (CRI), insbesondere R9 (gesättigtes Rot), und eine konsistentere Farbe über Chargen hinweg zu erreichen.

- Miniaturisierung bei hohem Lichtstrom:Bemühungen, mehr Lumen in kleinere Keramikgehäuse zu packen (z.B. Übergang von 9292 zu kompakteren, aber ebenso leistungsstarken Bauformen), um kleinere, unauffälligere Leuchten zu ermöglichen.

- Intelligente und einstellbare Beleuchtung:Integration von Keramik-LEDs mit Steuerelektronik, um Dimmen, CCT-Abstimmung und Farbwechsel für menschenzentrierte Beleuchtungsanwendungen zu ermöglichen.

- Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Fortgesetzter Fokus auf Materialien und Verpackung, um den Wärmewiderstand weiter zu reduzieren und den Lichtstromrückgang zu verlangsamen, mit dem Ziel, L90-Lebensdauern über 100.000 Stunden zu erreichen.