EL 2020 キューブライト LED データシート - SMDパッケージ - クールホワイト - 140mA時 50lm - 3.0V - 120° 視野角 - 技術文書

1. 製品概要

EL 2020 キューブライトは、厳しい自動車照明アプリケーション向けに設計された高性能表面実装（SMD）LEDです。この部品は、コンパクトで信頼性の高い固体照明ソリューションであり、現代の車両システムに必要な光束出力、効率、堅牢性のバランスを提供します。その設計思想の中心は、自動車環境に典型的な広い温度範囲と過酷な環境条件下で一貫した性能を提供することにあります。

本LEDはクールホワイト色温度で提供され、明るく、中性からわずかに青みがかった白色光が求められる用途をターゲットとしています。パッケージは自動実装プロセス向けに設計されており、大量生産を容易にします。このデバイスの主な利点は、自動車グレード部品の業界標準であるAEC-Q102ストレステスト認定に準拠していることです。これは、自動車OEM要件を満たす、または超える信頼性と寿命を保証します。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 測光・電気的特性

主な測光特性は、順電流（I_F）140 mAで駆動した場合の標準光束50ルーメン（lm）です。光束には±8%の指定測定公差があり、これは通常の生産ばらつきを考慮したものであることに注意することが重要です。同じ条件下での最小値と最大値はそれぞれ45 lmと70 lmであり、性能の範囲を定義しています。_F電気的特性では、デバイスは140 mAで標準順電圧（V_F）3.0ボルトを示し、その範囲は2.75 Vから3.5 Vです。順電圧測定公差は±0.05Vと規定されています。デバイスは最小10 mAから絶対最大定格250 mAまでの広い動作順電流範囲を持ちます。光学性能は広い120度の視野角（公差±5°）によって特徴付けられ、様々な照明光学系に適した広く均一な放射パターンを提供します。

2.2 熱特性および絶対最大定格_F熱管理はLEDの性能と寿命にとって重要です。データシートは2つの熱抵抗値を規定しています：接合部からはんだ付け点までの実熱抵抗（R_th JS real）は標準24 K/W（最大32 K/W）であり、電気的に導出された値（R_th JS el）は標準17 K/W（最大23 K/W）です。低い電気的値は、保守的な設計ガイドラインとしてしばしば使用されます。

絶対最大定格は、永久損傷を防ぐために超えてはならない動作限界を定義します。主な定格は以下の通りです：

消費電力（P_tot）：875 mW_{順電流（I_F）：250 mA（連続）}サージ電流（I_FP）：低デューティサイクル（D=0.005）でパルス幅≤10 μsの場合750 mA_{接合部温度（T_j）：150 °C}動作・保管温度：-40 °C から +125 °C

ESD感受性（HBM）：8 kV

• リフローはんだ付け温度：最大30秒間、ピーク260°C_d信頼性のある動作のためには、これらの限界を遵守することが不可欠です。
• 3. ビニングシステムの説明_F生産ばらつきを管理し、精密なシステム設計を可能にするため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。
• 3.1 光束ビニング_FM光束は以下の3つのビンに分類されます：
• F4：45 lm（最小）から52 lm（最大）_JF5：52 lm（最小）から60 lm（最大）
• F6：60 lm（最小）から70 lm（最大）
• 標準値の50 lmはF4ビンに含まれます。設計者は、アプリケーションに必要な光出力に基づいて適切なビンを選択する必要があります。
• 3.2 順電圧ビニング

順電圧も、駆動回路設計と電力管理を支援するためにビニングされます：

2730：2.75 V（最小）から3.0 V（最大）

3032：3.0 V（最小）から3.25 V（最大）

3235：3.25 V（最小）から3.5 V（最大）

3.3 色度（クロマティシティ）ビニング

• クールホワイト発光はCIE 1931色空間内で定義されます。データシートは、相関色温度（CCT）範囲に対応する4つの異なるビン（63M, 61M, 58M, 56M）のコーナー座標を提供します：63M：~6100K から 6600K
• 61M：~5800K から 6300K58M：~5600K から 6100K
• 56M：~5300K から 5800KCIE色度図上のグラフ表現は、これらのビンを四角形として示しています。色座標の指定測定公差は±0.005です。このビニングにより、アセンブリ内の複数のLED間での色の一貫性が確保されます。

4. 性能曲線分析

4.1 IV曲線と相対光束

順電流対順電圧グラフは、特徴的な指数関数的関係を示しています。標準動作点である140 mAでは、V_Fは約3.0Vです。この曲線は、電流制限回路を設計する上で不可欠です。

• 相対光束対順電流グラフは、光出力が電流に対してサブリニアであることを示しています。出力は電流とともに増加しますが、効率（ルーメン毎ワット）は、接合部温度の上昇やその他の要因により、高電流では一般的に低下します。この曲線は、140 mAでの光束に対して正規化されています。4.2 温度依存性
• 2つの重要なグラフが、接合部温度（T_j）による性能変化を示しています。相対光束対接合部温度：光出力はT_jが上昇するにつれて減少することを示しています。所望の輝度を維持するためには、効果的な放熱が最も重要です。
• 相対順電圧対接合部温度：V_Fが負の温度係数を持ち、T_jが上昇するにつれて直線的に減少することを示しています。この特性は、温度センシングに使用されることがあります。色度シフト対接合部温度：CIE x座標とy座標の変化をプロットし、温度範囲全体で最小限のシフトを示しており、これは色安定性にとって重要です。

4.3 スペクトル分布と放射パターン

相対スペクトル分布グラフは、400nmから800nmの波長に対する強度をプロットしています。LEDチップの一次発光による青色領域（約450-455nm付近）にピークがあり、蛍光体コーティングによって生成される黄色領域（約550-600nm付近）により広い二次ピークがあり、これらが組み合わさってクールホワイト光を生成します。

• 放射特性の標準図は、120°の視野角を視覚的に表現し、中心線（0°）に対する光度の角度分布を示しています。4.4 デレーティングとパルス耐性
• 順電流デレーティング曲線は重要な設計ツールです。これは、はんだパッド温度（T_sp）に対する最大許容連続順電流をプロットします。T_spが上昇すると、T_j(max)の150°Cを超えないように、最大許容電流を減らす必要があります。例えば、T_spが125°Cの場合、最大I_Fは250 mAです。許容パルス耐性グラフは、はんだ付け点が25°Cの場合、所定のパルス幅（t_p）とデューティサイクル（D）に対して許容されるピークパルス電流（I_FP）を定義します。これは、パルス駆動方式を使用するアプリケーションにとって重要です。
• 5. 機械的仕様、パッケージ、および実装情報5.1 機械的寸法
• データシートには、LEDパッケージの詳細な機械図面が含まれています。主要寸法（ミリメートル単位）は、フットプリント、高さ、リード位置を定義します。特に指定がない限り、公差は通常±0.1mmです。この図面は、PCBフットプリント設計と最終アセンブリ内での適切なフィットを確保するために不可欠です。5.2 推奨はんだパッドレイアウト

別の図面では、最適なはんだ付けのためのPCB上の推奨銅パッドパターンが提供されています。これには、電気端子と熱パッドのパッドサイズと間隔が含まれます。この推奨事項に従うことで、良好なはんだ接合の形成、PCBへの適切な熱伝達、および機械的安定性が確保されます。

6. はんだ付け、実装、および取り扱いガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

この部品は、最大ピークリフロー温度260°C、最大30秒間の定格です。熱衝撃を最小限に抑え、LEDパッケージや内部材料を損傷することなく信頼性の高いはんだ接合を確保するために、制御された予熱、ソーク、リフロー、冷却段階を含む標準的なリフロープロファイルを使用する必要があります。_F6.2 使用上の注意

一般的な取り扱い上の注意事項には、パッケージへの機械的ストレスの回避、レンズの汚染防止、および取り扱いと実装中の適切なESD対策の使用が含まれます。これは、デバイスが8kV HBM ESDに定格されているためです。

6.3 湿気感受性と保管

このLEDの湿気感受性レベル（MSL）は2です。これは、リフローはんだ付け前にベーキングが必要になるまで、パッケージを工場床条件（≤30°C/60% RH）に最大1年間曝露できることを意味します。より長期間の保管やバッグ開封後は、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、IPC/JEDEC標準に準拠した特定のベーキング手順に従う必要があります。_j7. 環境適合性と信頼性

• このデバイスはRoHS（有害物質の使用制限）およびREACH規制に準拠しています。また、ハロゲンフリーとして規定されており、臭素（Br）と塩素（Cl）の含有量に制限があります（Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm）。重要な信頼性機能の一つは、硫黄が豊富な環境での性能です。このデバイスは硫黄試験クラスA1基準を満たしており、自動車および産業環境で一般的な懸念である大気中の硫黄による腐食に対する高い耐性を示しています。_j8. アプリケーションノートと設計上の考慮点
• 8.1 主な用途：自動車照明主な意図された用途は自動車照明です。潜在的な使用例には、室内照明（ドームライト、マップライト、足元照明、アンビエント照明）、外部信号灯（センター・ハイマウント・ストップ・ランプ - CHMSL）、および補助照明が含まれます。AEC-Q102認定、広い温度範囲、および硫黄耐性により、これらの過酷な環境に適しています。_F8.2 駆動回路設計_j設計者は、安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧電源ではなく定電流駆動回路を実装する必要があります。駆動回路は、順電圧ビン範囲に対応できるように設計されるべきです。熱管理は必須です。PCBは、LEDの熱パッドからヒートシンクまたはボードの銅面への適切な熱経路を提供し、特に高電流または高周囲温度で動作する場合に、接合部温度を安全な限界内に保つ必要があります。
• 8.3 光学設計120°の視野角は柔軟性を提供します。集光ビームを必要とするアプリケーションでは、二次光学系（反射器、レンズ）が必要になります。広い視野角は、領域全体に均一で拡散した照明を必要とするアプリケーションに有益です。

9. 技術比較とポジショニング

標準的な民生用グレードのLEDと比較して、この部品の主な差別化要因は、自動車グレード認定（AEC-Q102）、拡張された動作温度範囲（-40°C から +125°C）、および硫黄腐食に対する特定の耐性です。これらの機能は、より高いコストを伴いますが、自動車の安全性と信頼性基準には必須です。自動車用LED市場内では、140mAで50lmの出力は、単純なインジケータ機能を超えた幅広いアプリケーションに適した中電力デバイスとして位置付けられます。

10. よくある質問（FAQ）

Q: このLEDの標準効率（ルーメン毎ワット）はどれくらいですか？

A: 標準動作点（140mA, 3.0V, 50lm）では、入力電力は0.42W（140mA * 3.0V）です。効率は約119 lm/W（50lm / 0.42W）です。_SQ: このLEDを12Vの自動車バッテリーで直接駆動できますか？_SA: いいえ。このLEDは定電流駆動を必要とします。12V電源に直接接続すると過剰な電流が流れ、直ちにデバイスが破壊されます。電流を所望のレベル（例：140mA）に調整する駆動回路が必要です。_JQ: 2つの異なる熱抵抗値をどのように解釈すればよいですか？_SA: 保守的な熱設計計算には、より高い実熱抵抗値（R_th JS real、標準24 K/W）を使用してください。電気的値は測定技術から導出されたもので、しばしば低くなります。_FQ: MSL 2は私の生産プロセスにとって何を意味しますか？

A: MSL 2は、部品が制御された条件（≤30°C/60%RH）下で、密封された防湿バッグ内に最大12ヶ月間保管できることを意味します。バッグを開封した後は、部品をベーキングする必要がある前に、通常1週間以内にリフローはんだ付けを完了する必要があります。_FP11. 設計・使用事例_pシナリオ：自動車室内ドームライトの設計

設計者は、ドームライトアセンブリに明るい白色光を必要としています。彼らは、中性の白色外観を得るために、F5光束ビン（52-60 lm）および61M色ビン（~5800-6300K）のこのLEDを選択します。彼らは、正確に推奨されたはんだパッドレイアウトでPCBを設計します。車両の12Vシステムから140mAを供給するために、定電流降圧駆動ICが選択されます。デレーティング曲線と熱抵抗を使用して熱解析が行われます：PCBの熱管理がはんだパッドを85°C以下に保つ場合、LEDは定格の140mAでフルに動作できます。広い120°の視野角は、複雑な二次光学系を必要とせずにキャビンを均一に照らすのに最適です。AEC-Q102認定は、この自動車アプリケーションにおける部品の長期信頼性に自信を与えます。

12. 動作原理

これは蛍光体変換白色LEDです。コアは半導体チップ（通常は窒化インジウムガリウム（InGaN）製）であり、電流が流れると青色スペクトルの光を発します（エレクトロルミネセンス）。この青色光は、チップ上またはその近くに堆積されたセリウム添加ヤグ（YAG:Ce）蛍光体コーティング層によって部分的に吸収されます。蛍光体は一部の青色光子を吸収し、主に黄色領域にわたるより広いスペクトルで光を再放出します。残りの青色光と変換された黄色光の混合は、人間の目には白色光として知覚されます。青色と黄色の発光の正確な比率は、蛍光体の組成と厚さによって制御され、相関色温度（CCT）を決定し、指定されたクールホワイト出力をもたらします。

13. 技術トレンド

自動車LED照明の一般的なトレンドは、より高い効率（より多くのルーメン毎ワット）、より高い電力密度、および改善された信頼性に向かっています。より正確な色制御と、より良い視覚認識のためのより高い演色評価数（CRI）への推進もあります。統合は別のトレンドであり、マルチチップパッケージや統合ドライバーまたは制御回路を備えたパッケージがより一般的になっています。さらに、スマートで適応型の照明システムへの関心が高まっており、これには非常に高速なスイッチングや調光が可能なLEDが必要になる場合があります。このデータシートは個別の単一ダイ部品を説明していますが、基盤となる技術は、先進的な前照灯や動的信号照明を含む将来の自動車照明システムのこれらの要求を満たすために進化し続けています。

. Soldering, Assembly, and Handling Guidelines

.1 Reflow Soldering Profile

The component is rated for a maximum peak reflow temperature of 260°C for 30 seconds. A typical reflow profile should be used, with controlled preheat, soak, reflow, and cooling phases to minimize thermal shock and ensure reliable solder joints without damaging the LED package or internal materials.

.2 Precautions for Use

General handling precautions include avoiding mechanical stress on the package, preventing contamination of the lens, and using proper ESD controls during handling and assembly, as the device is rated for 8kV HBM ESD.

.3 Moisture Sensitivity and Storage

The LED has a Moisture Sensitivity Level (MSL) of 2. This means the package can be exposed to factory floor conditions (≤30°C/60% RH) for up to one year before it requires baking prior to reflow soldering. For longer storage or after the bag is opened, specific baking procedures per IPC/JEDEC standards should be followed to prevent "popcorning" during reflow.

. Environmental Compliance and Reliability

The device is compliant with RoHS (Restriction of Hazardous Substances) and REACH regulations. It is also specified as Halogen Free, with limits on Bromine (Br) and Chlorine (Cl) content (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

A significant reliability feature is its performance in sulfur-rich environments. The device meets Sulfur Test Class A1 criteria, indicating high resistance to corrosion caused by atmospheric sulfur, which is a common concern in automotive and industrial settings.

. Application Notes and Design Considerations

.1 Primary Application: Automotive Lighting

The primary intended application is automotive lighting. Potential use cases include interior lighting (dome lights, map lights, footwell lighting, ambient lighting), exterior signaling (center high-mount stop lights - CHMSL), and possibly auxiliary lighting. The AEC-Q102 qualification, wide temperature range, and sulfur resistance make it suitable for these harsh environments.

.2 Driver Circuit Design

Designers must implement a constant-current driver circuit, not a constant-voltage supply, to ensure stable light output and prevent thermal runaway. The driver should be designed to accommodate the forward voltage bin range. Thermal management is non-negotiable; the PCB must provide an adequate thermal path from the LED's thermal pad to a heatsink or the board's copper planes to keep the junction temperature within safe limits, especially when operating at high currents or in high ambient temperatures.

.3 Optical Design

The 120° viewing angle offers flexibility. For applications requiring a focused beam, secondary optics (reflectors, lenses) will be necessary. The wide angle is beneficial for applications requiring even, diffuse illumination over an area.

. Technical Comparison and Positioning

Compared to standard commercial-grade LEDs, the key differentiators of this component are its automotive-grade qualification (AEC-Q102), extended operating temperature range (-40°C to +125°C), and specific resistance to sulfur corrosion. These features come at the expense of higher cost but are mandatory for automotive safety and reliability standards. Within the automotive LED market, its 50lm output at 140mA positions it as a medium-power device suitable for a wide array of applications beyond simple indicator functions.

. Frequently Asked Questions (FAQs)

Q: What is the typical efficacy (lumens per watt) of this LED?

A: At the typical operating point (140mA, 3.0V, 50lm), the input power is 0.42W (140mA * 3.0V). The efficacy is approximately 119 lm/W (50lm / 0.42W).

Q: Can I drive this LED with a 12V automotive battery directly?

A: No. The LED requires a constant current driver. Connecting it directly to a 12V source would cause excessive current flow, immediately destroying the device. A driver circuit that regulates current to the desired level (e.g., 140mA) is required.

Q: How do I interpret the two different thermal resistance values?

A> Use the higher, "real" thermal resistance value (R_{th JS real}typ. 24 K/W) for conservative thermal design calculations. The electrical value is derived from a measurement technique and is often lower.

Q: What does MSL 2 mean for my production process?

A> MSL 2 means the components can be stored in their sealed, moisture-barrier bag for up to 12 months under controlled conditions (≤30°C/60%RH). Once the bag is opened, you typically have 1 week to complete reflow soldering before the parts may need to be baked.

. Design and Usage Case Study

Scenario: Designing an automotive interior dome light.

A designer needs a bright, white light for a dome light assembly. They select this LED in the F5 luminous flux bin (52-60 lm) and the 61M color bin (~5800-6300K) for a neutral white appearance. They design a PCB with the exact recommended solder pad layout. A constant-current buck driver IC is selected to provide 140mA from the vehicle's 12V system. Thermal analysis is performed using the derating curve and thermal resistance: if the PCB's thermal management keeps the solder pad below 85°C, the LED can be run at its full 140mA rating. The wide 120° viewing angle is perfect for illuminating the cabin evenly without requiring complex secondary optics. The AEC-Q102 qualification gives confidence in the component's long-term reliability for this automotive application.

. Operating Principle

This is a phosphor-converted white LED. The core is a semiconductor chip, typically made of indium gallium nitride (InGaN), which emits light in the blue spectrum when electrical current passes through it (electroluminescence). This blue light is partially absorbed by a layer of cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG:Ce) phosphor coating deposited on or near the chip. The phosphor absorbs some blue photons and re-emits light across a broader spectrum, predominantly in the yellow region. The mixture of the remaining blue light and the converted yellow light is perceived by the human eye as white light. The exact ratio of blue to yellow emission, controlled by the phosphor composition and thickness, determines the correlated color temperature (CCT), resulting in the "Cool White" output specified.

. Technology Trends

The general trend in automotive LED lighting is toward higher efficiency (more lumens per watt), higher power density, and improved reliability. There is also a drive for more precise color control and higher Color Rendering Index (CRI) for better visual perception. Integration is another trend, with multi-chip packages and packages with integrated drivers or control circuits becoming more common. Furthermore, there is increasing focus on smart, adaptive lighting systems, which may require LEDs capable of very fast switching or dimming. While this datasheet describes a discrete, single-die component, the underlying technology continues to evolve to meet these demands for future automotive lighting systems, including advanced forward lighting and dynamic signal lighting.