ALFS1J-C0 LED データシート - SMDセラミックパッケージ - 425lm @1000mA - 3.25V - 120° 視野角 - 日本語技術文書

1. 製品概要

ALFS1J-C0は、過酷な自動車外部照明アプリケーション向けに特別に設計された高電力表面実装LEDです。堅牢なセラミックパッケージに収められており、厳しい環境条件下でも優れた熱管理と信頼性を提供します。本デバイスはAEC-Q102規格に準拠しており、自動車用電子部品の厳格な要件を満たすことが保証されています。主な用途は、ヘッドランプ、デイタイムランニングライト（DRL）、フォグランプなど、一貫した性能、高い光束出力、長期的な耐久性が求められる分野です。

このLEDの中核的な利点は、駆動電流1000mAで425ルーメンの高い代表光束、良好な配光を実現する120度の広い視野角、8kV（HBM）までのESD保護を備えた堅牢な構造です。また、RoHS、REACH、ハロゲンフリー規制にも準拠しており、世界の自動車市場に適合します。製品の硫黄耐性はA1に分類され、自動車環境で一般的に見られる腐食性の硫黄含有雰囲気に対する高い耐性を示しています。

2. 技術パラメータの詳細解釈

2.1 測光・電気的特性

主要な動作パラメータは、順方向電流（I_F）が1000mA、熱パッド温度が25°Cに維持された試験条件下で定義されます。代表光束（Φ_v）は425 lm、最小400 lm、最大500 lmで、測定許容差は±8%です。順方向電圧（V_F）は代表値3.25V、範囲は2.90Vから3.80V（許容差±0.05V）です。主波長または相関色温度（CCT）は5391Kから6893Kの範囲にあり、クールホワイトLEDに分類されます。視野角は120度で、許容差は±5°です。

2.2 絶対最大定格と熱特性

これらの定格は、永久損傷が発生する可能性のある限界を定義します。絶対最大順方向電流は1500 mAです。本デバイスは逆電圧動作用には設計されていません。最大接合温度（T_J）は150°Cで、動作温度範囲は-40°Cから+125°Cです。接合部からはんだ付け点までの熱抵抗は、放熱にとって重要なパラメータです。実熱抵抗（R_{th JS real}）は代表値4.0 K/W（最大4.4 K/W）であり、電気的等価熱抵抗（R_{th JS el}）は代表値3.0 K/W（最大3.4 K/W）です。最大消費電力は5700 mWです。

3. ビニングシステムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに仕分けされます。

3.1 光束ビニング

光束はグループごとにビニングされ、提供データではグループCが示されています。このグループ内では、ビン6（400-425 lm）、ビン7（425-450 lm）、ビン8（450-475 lm）、ビン9（475-500 lm）が定義されています。試験は代表順方向電流で25msパルスを用いて行われ、測定許容差は±8%です。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は3つのグループに分類されます：グループ1A（2.90V - 3.20V）、グループ1B（3.20V - 3.50V）、グループ1C（3.50V - 3.80V）。これにより、設計者はマルチLEDアレイでより良い電流マッチングを得るために、類似したV_Fを持つLEDを選択できます。測定許容差は±0.05Vです。

3.3 色度（色座標）ビニング

CIE 1931色度図上の色座標は特定の領域にビニングされます。データシートには、63M、61M、58M、56M、65L、65H、61L、61HなどのクールホワイトLED用のビンが示されています。各ビンはx,y座標プロット上の四角形領域で定義されます。例えば、ビン63Mはおよそ（0.3127, 0.3093）から（0.3212, 0.3175）までの座標をカバーします。座標測定許容差は±0.005です。

4. 性能曲線分析

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（IV曲線）

このグラフは、25°Cにおける順方向電流と順方向電圧の非線形関係を示しています。曲線はパワーLEDに典型的なもので、電圧は電流に対して対数的に増加します。このデータは、所望の電流でLEDが指定電圧範囲内で動作するようにドライバ回路を設計するために不可欠です。

4.2 相対光束 vs. 順方向電流

このグラフは、駆動電流の関数として、1000mA時の値に対する相対的な光出力を示しています。光束は電流とともに増加しますが、高電流では効率低下（ドループ）と接合温度の上昇により、線形以下の増加を示す場合があります。

4.3 熱性能グラフ

いくつかのグラフが、I_J=1000mAにおける接合温度（T_F）に対する性能を示しています。相対光束 vs. 接合温度曲線は、温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示しており、これは熱消光として知られる特性です。相対順方向電圧 vs. 接合温度曲線は、V_Fが温度の上昇とともに直線的に減少することを示しており、これは接合温度の推定に使用できます。色度座標シフト vs. 接合温度グラフは、色点（CIE x, y）が温度とともにどのように変化するかを示しており、色が重要なアプリケーションにとって極めて重要です。

4.4 順方向電流デレーティング曲線

これは重要な設計グラフです。最大許容順方向電流をはんだパッド温度（T_S）に対してプロットしています。T_Sが上昇すると、接合温度が150°Cを超えないようにするため、最大許容電流を低減しなければなりません。この曲線は特定のデレーティングポイントを提供します：例えば、T_S=110°Cでは、I_Fcan be 1500mA; at T_S=125°Cでは、I_Fは1200mAに低減しなければなりません。50mA以下の動作は推奨されません。

4.5 分光分布

相対分光パワー分布グラフは、25°C、1000mAにおける約400nmから800nmまでの波長にわたる発光強度を示しています。これは、青色LEDチップと蛍光体層を組み合わせて生成される、LEDのクールホワイト光を特徴づけています。

5. 機械的特性とパッケージ情報

このLEDは表面実装デバイス（SMD）セラミックパッケージを使用しています。セラミックはプラスチックパッケージと比較して優れた熱伝導性を提供し、LED接合部からプリント回路基板（PCB）へのより良い熱伝達を容易にします。これは、自動車照明のような高電力アプリケーションで性能と寿命を維持するために不可欠です。具体的な機械的寸法（長さ、幅、高さ、パッド位置など）は、データシートの機械図面セクションに詳細に記載されています。パッケージには、PCBの熱ランドへの効率的なはんだ付けのための熱パッドが含まれています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 推奨はんだパッドレイアウト

PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。このパターンは、適切なはんだ接合部の形成、電気的接続、そして最も重要なこととして、LEDの熱パッドからPCBの銅面への最適な熱伝達を保証します。信頼性のためにこのレイアウトに従うことが重要です。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

データシートは、ピーク温度260°Cのリフローはんだ付けプロファイルを規定しています。このプロファイルは、リフロー工程中にアセンブリが従わなければならない時間-温度曲線を定義します。主要パラメータには、予熱、ソーク、リフロー、冷却の速度と時間が含まれます。このプロファイルに従うことで、セラミックパッケージへの熱衝撃を防ぎ、内部LED構造を損なうことなく信頼性の高いはんだ接合部を確保します。

6.3 使用上の注意点

一般的な取り扱いと使用上の注意点が概説されています。これには、逆電圧の印加、絶対最大定格の超過、不適切なはんだ付け技術に対する警告が含まれます。また、デバイスが8kVまでの内蔵ESD保護を備えている場合でも、取り扱い中の静電気放電（ESD）保護の重要性を強調しています。

7. 梱包および発注情報

本製品は、自動ピックアンドプレース実装機に適したテープおよびリール梱包で供給されます。梱包情報には、リール寸法、テープ幅、ポケット間隔、およびテープ上の部品の向きが詳細に記載されています。部品番号構造（例：ALFS1J-C010001H-AM）は、シリーズ、光束および色のビンコード、その他のバリアント情報などの特定の属性をエンコードしています。発注情報は、注文時に所望のビン組み合わせを指定する方法をユーザーに案内します。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

主に設計された用途は、自動車外部照明システムです。これには以下が含まれます：
- ヘッドランプ（ロービーム/ハイビーム）：高い光度と精密なビーム制御が求められる用途。
- デイタイムランニングライト（DRL）：高効率と視認性が求められる用途。
- フォグランプ：悪天候条件下での良好な浸透性が必要な用途。
広い視野角と高い光束により、主光源と補助照明機能の両方に適しています。

8.2 設計上の考慮事項

1. 熱管理：これが最も重要な側面です。PCBは適切な熱設計（厚い銅層、熱ビア、場合によっては外部ヒートシンクの使用）を行い、はんだパッド温度（T_S）を可能な限り低く保つ必要があります。電流制限についてはデレーティング曲線を参照してください。
2. 駆動電流：LEDは1500mAまで駆動可能ですが、代表的な1000mA以下で動作させることで、光出力、効率、熱負荷のより良いバランスが得られ、長期的な信頼性が向上します。
3. 光学設計：120°の視野角には、特定のアプリケーション（例：ヘッドライト用の集光ビーム）に合わせてビームを形成する適切な二次光学系（レンズ、リフレクター）が必要です。
4. 電気設計：順方向電圧ビンと互換性のある定電流LEDドライバを使用してください。アレイの場合は、ビン選択と電流バランス技術の使用可能性を考慮してください。

9. 技術比較と差別化

標準的な民生用または産業用LEDと比較して、ALFS1J-C0は自動車用途に不可欠ないくつかの重要な差別化要因を提供します：
- AEC-Q102認定：これは自動車用LEDの必須信頼性規格であり、温度サイクル、湿度、はんだ耐熱性などに関する厳格な試験を含みます。
- セラミックパッケージ：プラスチックパッケージ（例：PPA、PCT）と比較して、高温高湿条件下でより優れた熱性能と長期的な安定性を提供します。
- 硫黄耐性（クラスA1）：自動車環境で一般的な故障モードである、硫黄含有ガスからの腐食に対する耐性が特別に試験され保証されています。
- 高いESD定格（8kV HBM）：取り扱いおよび実装中の静電気放電に対するより大きな保護を提供します。
- 拡張温度範囲（-40°C ～ +125°C）：車両が遭遇する極端な温度での動作を保証します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ビンC7から期待できる実際の光出力はどれくらいですか？
A: ビンC7は、I_F=1000mA、T_s=25°Cで測定した場合の光束範囲が425-450 lmであることを指定しています。±8%の測定許容差を考慮すると、特定のLEDの実際の測定値は、これらの理想的な試験条件下では約391 lmから486 lmの間になる可能性があります。実際のアプリケーションでは温度が高くなるため、出力は低くなります。

Q: 熱データに基づいて必要なヒートシンクをどのように決定しますか？
A: 熱計算を行う必要があります。重要なパラメータは実熱抵抗、R_{th JS real}（代表値4.0 K/W）です。これは接合部からはんだ付け点までの抵抗です。はんだ付け点から周囲環境（PCB、熱界面材料、ヒートシンクを経由）までの熱抵抗を加えて、総合熱抵抗R_{th JA}を計算する必要があります。公式 T_J= T_A+ (R_{th JA}× 消費電力) を使用して、T_Jが150°C以下、できれば安全マージンを持って保たれるようにします。デレーティング曲線は、はんだパッド温度に基づく簡略化されたガイドを提供します。

Q: このLEDを定電圧源で駆動できますか？
A: 強く推奨されません。LEDは電流駆動デバイスです。その順方向電圧は負の温度係数を持ち、個体によって異なります（電圧ビンで見られる通り）。定電圧源を使用すると、熱暴走を引き起こす可能性があります：LEDが加熱されるとV_Fが低下し、電流が増加し、より多くの熱が発生し、さらにV_Fが低下して電流が増加し、故障に至ります。常に定電流ドライバまたは電流を能動的に制御する回路を使用してください。

11. 実践的な設計・使用事例

事例：デイタイムランニングライト（DRL）モジュールの設計
設計者は乗用車用のDRLモジュールを作成しています。設計では、所望の輝度とフォームファクターを達成するために6個のLEDを使用します。
1. ビン選択：均一な外観を確保するため、設計者は厳密な色ビン（例：61M ± 1ステップ）と単一の光束ビン（例：C7）を指定します。また、単純な直列構成での電流分担を改善するために、厳密な順方向電圧ビン（例：1A）を指定する場合もあります。
2. 熱設計：モジュールは限られた空間に取り付けられます。設計者は2oz銅層の金属基板PCB（MCPCB）を使用します。最悪ケースの周囲温度（例：ヘッドランプアセンブリ内85°C）ではんだパッド温度が110°Cを超えないことを確認するために熱シミュレーションを実行します。デレーティング曲線によれば、T_S=110°Cではフルの1500mAが許容されますが、設計者はより良い効率と寿命のために1000mAで駆動することを選択します。
3. 電気設計：6個のLEDは直列に配置されます。1000mAでの総順方向電圧は約6 × 3.25V = 19.5V（代表値）になりますが、ビニングに基づいて約17.4Vから22.8Vの範囲になる可能性があります。12V自動車バッテリーシステム（公称12V、動作範囲9V～16V）からこの電圧範囲に対応するため、昇降圧定電流LEDドライバが選択されます。
4. 光学設計：各LEDの上に二次光学系（TIRレンズ）が設計され、120°の発光をDRLのシグネチャーに適した制御された水平ファンビームに整列させます。

12. 原理紹介

ALFS1J-C0は蛍光体変換型白色LEDです。基本原理は、順方向バイアスをかけると青色光を発する（エレクトロルミネセンス）半導体チップ（通常は窒化インジウムガリウム - InGaN製）を含みます。この青色光は、チップ上に堆積されたセリウム添加ヤグ（YAG:Ce）蛍光体層によって部分的に吸収されます。蛍光体は青色光子の一部を主に黄色領域のより長い波長にダウンコンバートします。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。青色と黄色の正確な比率、および他の蛍光体の含有が、相関色温度（CCT）と演色性評価数（CRI）を決定します。セラミックパッケージは、チップと蛍光体を搭載するための堅牢な基板として、また効率的な熱拡散体として機能します。

13. 開発動向

ALFS1J-C0のような自動車用LEDの進化は、いくつかの明確な業界動向に従っています：
1. 発光効率（lm/W）の向上：チップ設計、蛍光体効率、パッケージ熱管理の継続的な改善により、同じ電力入力に対してより多くの光出力を提供し、エネルギー消費と熱負荷を低減することを目指しています。
2. 高電力密度化と小型化：より小さなパッケージフットプリントからより高い光束を達成する動きがあり、よりコンパクトでスタイリッシュな照明設計を可能にしています。
3. 色の一貫性と安定性の向上：蛍光体技術とビニングプロセスの進歩により、より厳密な色許容差と、温度および寿命にわたる色ずれの低減が実現されています。
4. 信頼性と堅牢性の強化：AEC-Q102のような規格は継続的に進化しており、硫黄耐性など、実際の故障モードに対処するための新しい試験が追加されています。これは重要な要件となっています。
5. 統合化とスマート照明：将来は、LED、ドライバ、センサー、通信インターフェースを組み合わせた統合モジュールに向かっており、適応型フロントライティングシステム（AFS）や光による通信（Li-FiまたはV2Xシグナリング）を実現します。
6. 特殊スペクトル：霧の中での視認性向上や対向車へのグレア低減など、特定の目的に最適化されたスペクトルの開発は、活発な研究分野です。