LTPA-2720ZCETU LED データシート - 2.7x2.0mmパッケージ - 3.2V 標準 - 1.26W 最大 - シアン色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTPA-2720ZCETUは、2720シリーズに属する高パワー発光ダイオード(LED)です。本製品は、自動車電子システムの厳しい要求に応えるために特別に設計されています。InGaN(窒化インジウムガリウム)半導体材料を用いてシアン色の光を出力し、グリーン色のレンズを通して発光します。その特徴は、小型フットプリントであり、自動化された実装プロセスが採用されるプリント基板(PCB)上のスペース制約のあるアプリケーションに適しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本LEDの主な利点は、極めて小型のフォームファクタでありながら高い光束出力を実現している点です。標準的な自動化ピック&プレース装置との互換性を考慮して設計されており、大量生産を容易にします。製品はJEDEC Moisture Sensitivity Level 2要件を満たすようにプリコンディショニングされており、リフローはんだ付けプロセス中の信頼性を確保します。その認定は、自動車アプリケーションにおける個別光半導体の主要な信頼性規格であるAEC-Q102標準に準拠しています。ターゲット市場は主に自動車付属品アプリケーションであり、堅牢で信頼性が高くコンパクトな照明ソリューションが求められる分野です。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

本セクションでは、定義された条件下でのLEDの動作限界と性能特性について詳細な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 消費電力 (P_D):最大1.26ワット。これは、最大接合部温度を超えることなくパッケージが熱として放散できる総電気電力です。
• 順方向電流 (I_F):最小5 mA、最大400 mA DC。デバイスは効果的に点灯するために最小電流を必要とします。最大連続DC電流は400 mAを超えてはなりません。
• ピークパルス電流 (I_P):特定の条件下(1/100デューティサイクル、0.1msパルス幅)で750 mA。これは、より高い電流の短いバーストを可能にし、パルス輝度アプリケーションに有用です。
• ESD耐性 (V_HBM):AEC-Q102-001に基づき8 kV (人体モデル)。これは、自動車取り扱い環境に適した堅牢な静電気放電保護レベルを示しています。
• 温度範囲:接合部温度 (T_j) は150°Cを超えてはなりません。デバイスは、周囲温度(T_opr) -40°Cから+125°C、および同一の保管温度範囲(T_stg)で動作するように定格されています。

2.2 電気光学特性 (T_a=25°C, I_F=200mA)

これらは、標準試験条件下で測定された典型的な性能パラメータです。

• 光束 (Φ_V):45 lm (最小) から 63 lm (最大)。これは総可視光出力です。代表値は指定されておらず、性能はビニングシステムを通じて管理されることを示しています。
• 指向角 (2θ_1/2):代表値120度。これは、中心軸での光度の半分の値となる全角であり、広いビームパターンを示しています。
• 色度座標 (Cx, Cy):CIE 1931色度図上での代表値はx=0.165, y=0.362であり、シアン色のポイントを定義します。これらの座標には±0.01の許容差が適用されます。
• 順方向電圧 (V_F):200mA時、2.8V (最小) から 3.6V (最大)。個々のユニットの許容差は、そのビン値から±0.1Vです。このパラメータは、ドライバ設計と熱管理にとって極めて重要です。
• 逆方向電流 (I_R):指定試験電圧下で最大10 μA。データシートは、デバイスが逆バイアス動作用に設計されていないことを明示しています。

2.3 熱特性

効果的な熱管理は、LEDの性能と寿命にとって重要です。

• 熱抵抗、接合部-はんだ付け点間 (R_th,J-S):
  • 実測値 (R_{th,J-S real}):代表値13 °C/W。これは、半導体接合部からPCB上のはんだ付け点までの実際の熱経路を表します。
  • 電気的測定値 (R_{th,J-S el}):代表値9.1 °C/W。これは順方向電圧の温度係数から導出された計算値であり、その場での温度推定に使用されます。

熱抵抗値が低いほど優れており、接合部からの熱がより容易に逃げることを意味し、所定の駆動電流に対して動作温度が低くなり、光出力が高くなります。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。LTPA-2720ZCETUは、順方向電圧(V_F)、光束(Φ_V)、色度の3次元ビニングシステムを使用します。完全な部品は、D7/5J/C4のような組み合わせで指定されます。

3.1 順方向電圧 (V_F) ビニング

ビンはI_F= 200mAで定義されます。各ビンには±0.1Vの許容差があります。

• D7:2.8V から 3.0V
• D8:3.0V から 3.2V
• D9:3.2V から 3.4V
• D10:3.4V から 3.6V

3.2 光束 (Φ_V) ビニング

ビンはI_F= 200mAで定義されます。各ビンには±10%の許容差があります。

• 5J:45 lm から 50 lm
• 6J:50 lm から 56 lm
• 7J:56 lm から 63 lm

3.3 色度 (Chromaticity) ビニング

色は、I_F= 200mAにおけるCIE 1931図上の座標で定義されます。(x, y)座標には±0.01の許容差が適用されます。データシートは、四角形領域で定義された2つのビンを提供します:

• C3 ビン:ポイント(x,y): (0.100, 0.335), (0.105, 0.375), (0.195, 0.358), (0.195, 0.335)で定義。
• C4 ビン:ポイント(x,y): (0.105, 0.375), (0.110, 0.420), (0.195, 0.386), (0.195, 0.358)で定義。

LTPA-2720ZCETUの型番は、C4色ビンに対応します。

4. 性能曲線分析

データシートには、主要パラメータ間の関係を示すいくつかのグラフが含まれています。これらは回路設計および非標準条件下での性能理解に不可欠です。

4.1 順方向電圧 vs. 順方向電流 (I-V曲線)

この曲線は、LED両端の電圧とそれを流れる電流の非線形関係を示します。電圧は電流とともに増加しますが、線形ではありません。このグラフは、電流制限抵抗の選択または定電流ドライバの設計に極めて重要です。

4.2 相対光束 vs. 順方向電流

この曲線は、駆動電流の増加に伴う光出力の増加を示します。通常、効率低下と接合部温度の上昇により、高電流域では準線形関係を示します。これは、効率を考慮しながら所望の輝度レベルに対する最適な駆動電流を決定するのに役立ちます。

4.3 順方向電流デレーティング曲線

これは信頼性にとって最も重要なグラフの一つです。周囲温度(T_a)の関数としての最大許容連続順方向電流を示します。周囲温度が上昇すると、接合部温度が150°Cの限界を超えないようにするため、最大安全電流は減少します。設計者はこの曲線の下で動作させる必要があります。

4.4 相対光束 vs. 接合部温度

このグラフは、熱消光効果を示しています。LEDの接合部温度(T_j)が上昇すると、その光束出力は減少します。曲線は25°Cでの出力に対して正規化されています。この情報は、一貫した輝度を維持するための熱設計に極めて重要です。

4.5 色度座標シフト vs. 接合部温度

このプロットは、色度座標(xおよびy)が接合部温度の変化とともにどのようにシフトするかを示します。ある程度のシフトは予想され、その大きさを理解することは、安定した色出力を必要とするアプリケーションにとって重要です。

4.6 電圧シフト vs. 接合部温度

LEDの順方向電圧は負の温度係数を持ちます(温度が上昇すると減少します)。この曲線はそのシフトを定量化し、一部の回路で接合部温度を推定または監視するために使用できます。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは業界標準の2720パッケージフットプリントを使用します。主要寸法には、本体サイズ約2.7mm x 2.0mmが含まれます。リードは金メッキされています。特に指定がない限り、すべての寸法公差は±0.2mmです。PCBランドパターン設計には、正確な機械図面を参照する必要があります。

5.2 極性識別とパッドレイアウト

データシートには、赤外線または気相リフローはんだ付け用の推奨はんだパッドレイアウトが含まれています。このレイアウトは、信頼性の高いはんだ接合と実装中の適切な位置合わせを確保するように設計されています。カソード(負極)端子は、通常、LEDパッケージ上のノッチや緑色の着色などの視覚的マーカーで示されます。パッドレイアウト図には、アノードとカソードのパッドが明確に示されています。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

本デバイスは、赤外線リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。データシートは、J-STD-020標準に準拠した無鉛はんだ付けプロファイルを参照しています。このプロファイルの主要パラメータは以下の通りです:

• プリヒート:フラックスを活性化し、熱衝撃を最小限に抑えるための徐々の温度上昇。
• ソーク (熱安定化):基板と部品の均一な加熱を確保するための安定温度での期間。
• リフロー (液相):はんだが溶融するピーク温度ゾーン。ピーク温度と液相線以上時間(TAL)は極めて重要であり、損傷を避けるためにLEDの最大定格を超えてはなりません。
• 冷却:信頼性の高いはんだ接合を形成するための制御された冷却期間。

6.2 保管および取り扱い上の注意

本LEDは、JEDEC J-STD-020に基づきMoisture Sensitivity Level (MSL) 2と定格されています。

• 未開封パッケージ:乾燥剤入りの元の防湿バッグに保管されている場合、保管条件は温度≤30°C、相対湿度(RH)≤70%とし、1年以内に使用する必要があります。
• 開封済みパッケージ:バッグを開封した後は、部品を温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管する必要があります。バッグ開封後365日以内にリフローはんだ付けプロセスを完了することが推奨されます。
• アプリケーションノート:データシートには、本デバイスが一般的な電子機器向けであることを示す標準的な免責事項が含まれています。故障が生命や健康を危険にさらす可能性のあるアプリケーション(航空、医療など)では、追加の協議と認定が必要です。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ&リール仕様

LEDは、自動化実装のための業界標準梱包で供給されます。

• キャリアテープ:幅8mmテープ。
• リール:直径7インチ(178mm)リール。
• 数量:フルリールあたり2000個。
• 最小発注数量 (MOQ):端数数量の場合500個。
• 標準:梱包はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。空のポケットはカバーテープで密封され、連続する欠品は最大2個まで許容されます。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮点

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

AEC-Q102認定、高パワー、小型サイズを考慮すると、本LEDは主要ヘッドランプ以外の様々な自動車照明機能に理想的です。例としては以下が挙げられます:

• デイタイムランニングライト(DRL)モジュール
• センターハイマウントストップランプ(CHMSL)
• 室内環境照明およびダッシュボードバックライト
• 車外足元灯、ドアハンドル灯、またはエンブレム照明
• サイドミラー内の信号灯

8.2 重要な設計上の考慮点

1. 熱管理:これが最も重要です。消費電力が最大1.26Wであるため、PCBは十分な熱経路を提供する必要があります。熱抵抗値(R_th,J-S)を使用して、設計に対する予想接合部温度(T_j)を計算します: T_j= T_a+ (R_th× P_D)。T_jが150°C未満、できればより低く保たれ、光出力と寿命を最大化するようにします。必要に応じて、熱ビア、銅箔充填、場合によっては金属基板PCBを利用してください。
2. 駆動回路:常に定電流ドライバを使用し、単純な抵抗器を用いた定電圧源は使用しないでください。これにより、順方向電圧(ビニングまたは温度による変動)に関係なく安定した光出力が確保されます。ドライバは、全動作温度範囲(-40°Cから+125°C)に対応するように定格されている必要があります。
3. 光学設計:120度の指向角は広いビームを提供します。集光アプリケーションでは、二次光学系(レンズ、リフレクター)が必要になります。色要件を指定する際には、初期色ビン(C4)と温度による潜在的なシフトを考慮してください。
4. PCBレイアウト:推奨されるはんだパッドレイアウトを正確に守ってください。はんだブリッジを防ぐために、パッド間に十分なクリアランスを確保してください。パッド設計は、はんだ接合の信頼性と熱性能の両方に影響を与えます。

9. 技術比較と差別化

データシートに直接的な競合製品比較は含まれていませんが、本製品の主要な差別化要因は以下のように推測できます:

• フォームファクタ vs. パワー:小型の2720(2.7x2.0mm)パッケージから高い光束(最大63 lm)を提供し、高いパワー密度を実現しています。
• 自動車認定:AEC-Q102への準拠とMSL2へのプリコンディショニングは、自動車グレードLEDと民生グレードLEDの重要な差別化要因です。
• シアン光源:グリーンレンズを備えたInGaNダイを使用してシアンを生成することは、特定の波長を必要とするアプリケーションに対する特定のソリューションであり、蛍光体変換白色LEDを使用する場合とは異なります。
• 包括的なビニング:3次元ビニング(V_F、光束、色)により、システムレベルでの厳密な性能マッチングが可能であり、車両全体での一貫性が重要な自動車アプリケーションにおいて重要です。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

1. Q: このLEDを3.3V電源と抵抗器で駆動できますか？
   A:可能ですが、プロフェッショナルな設計では推奨されません。順方向電圧は2.8Vから3.6Vの範囲です。3.3Vでは、D10ビン(3.4V-3.6V)のLEDは点灯しない可能性があり、D7ビン(2.8V-3.0V)のLEDは正確なV_Fに応じて電流が大きく変動し、輝度のばらつきや過電流の可能性を引き起こします。定電流ドライバが不可欠です。
2. Q: LEDが熱くなると光出力が減少するのはなぜですか？
   A:これは熱消光または効率低下によるもので、半導体LEDの基本的な特性です。温度が上昇すると、半導体内の非放射再結合プロセスが増加し、内部量子効率(生成される光子と注入される電子の比率)が低下します。
3. Q: R_{th,J-S real}とR_{th,J-S el}?
   の違いは何ですか？ R_A:th,J-S real_{は、熱試験方法を用いて直接測定されます。R}th,J-S el
4. は、温度敏感パラメータ(TSP)法を使用して計算され、順方向電圧の温度変化に依存します。電気的方法は、実際のアプリケーションでのその場温度監視によく使用されます。
   Q: ESD定格は8kVです。基板上にESD保護はまだ必要ですか？A:

8kV HBM定格は、実装中の取り扱いに対する良好な堅牢性を示しています。しかし、自動車アプリケーションでは、システムレベルのESD要件(例: ISO 10605)がより厳格である可能性があります。特に車両の電気環境にさらされるコネクタに配線される場合、LED駆動ラインに過渡電圧サプレッション(TVS)ダイオードやその他の保護を設けることがしばしば賢明です。

11. 実践的な設計と使用事例
シナリオ: デイタイムランニングライト(DRL)モジュールの設計

1. 設計者は、車両用のコンパクトなDRLモジュールを作成しています。スペースは限られていますが、昼間の視認性のために高い輝度が必要です。彼らは、小型パッケージで高い光束を実現するLTPA-2720ZCETUを選択します。電気設計:
2. 車両の12Vバッテリーから350mA(最大400mA以下)を供給できるバックモード定電流ドライバを設計し、周囲温度-40°Cから+105°Cで動作させます。熱設計:_{モジュールハウジングはアルミニウム製です。PCBは2層基板で、ボトム層に大きな露出銅パッドがあり、複数の熱ビアを介してLEDの熱パッドに接続されています。熱シミュレーションは、R}th,J-S real_j <= 13°C/Wと予想周囲温度を使用して実行され、長寿命のためにT
3. 120°C未満であることを確認します。光学設計:
4. 各LEDの上に二次TIR(全反射)レンズを配置し、広い120度ビームをDRLに適した制御された水平ファンパターンに集光します。製造:

BOMは、高輝度(7J: 56-63 lm)、ドライバ効率のためのミッドレンジ電圧(D8: 3.0-3.2V)、一貫したシアン色(C4)を確保するためにビンコード7J/D8/C4を指定します。アセンブラーは、提供されたテープ&リール梱包を自動ピック&プレースマシンで使用し、J-STD-020リフロープロファイルに従います。

12. 原理紹介

LTPA-2720ZCETUは、半導体光源です。その中核は、InGaN(窒化インジウムガリウム)材料で作られたチップです。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域に注入されます。電子が正孔と再結合すると、エネルギーが光子(光粒子)の形で放出されます。InGaN合金の特定の組成が、放出される光の波長(色)を決定します。この場合、シアン/青緑色スペクトルの光を生成します。この一次光は、内部の緑色着色レンズ(パッケージレンズ)を通り、一部の波長を吸収し他の波長を透過し、最終的に知覚されるシアン色を生み出します。この電界発光プロセスの効率は、駆動電流と温度の影響を受け、性能曲線に示されています。

13. 開発動向

• LTPA-2720ZCETUのようなLEDの進化は、いくつかの明確な業界動向に従っています:パワー密度の向上:
• 半導体エピタキシーとパッケージ熱設計の継続的な改善により、より小型のパッケージからより高い光束が得られるようになり、よりコンパクトで明るい自動車照明システムが可能になります。強化された信頼性基準:
• 自動車要件は、AEC-Q102を超えたより厳格な認定基準を推進しており、より長い寿命試験、より高い温度サイクル範囲、硫黄やその他の腐食性物質に対するより堅牢な耐性が含まれます。より厳密なビニングと色の一貫性:
• LEDがスタイリング(例: ライトバー)のためにクラスターで使用されるにつれて、隣接するLED間の目に見えるばらつきを避けるために、極めて厳密な色と光束ビニング(スーパービニング)の需要が高まっています。ドライバおよび制御との統合:
• 内蔵電流レギュレータを備えたLEDや、自動車バス(LIN、CAN)を介して通信できるスマートLEDドライバなど、より統合されたソリューションへの傾向がありますが、ここで説明されているデバイスは個別部品のままです。スペクトル特性への焦点: