ALFS3BD-C010001L1-AM LED データシート - SMDセラミックパッケージ - 960lm @ 1000mA - 5850K クールホワイト - 120° 視野角 - 技術文書

ALFS3BD-C010001L1-AMは、厳しい車載照明アプリケーション向けに特別に設計された高性能表面実装LEDです。優れた熱管理と信頼性を実現するセラミックパッケージを採用しています。本デバイスは、AEC-Q102認定を含む自動車業界の厳格な要件を満たすように設計されており、過酷な環境条件下での使用に適しています。主な用途は、ヘッドランプ、デイタイムランニングランプ（DRL）、フォグランプなどの外部照明システムです。

ALFS3BD-C010001L1-AMは、厳しい車載照明アプリケーション向けに特別に設計された高性能表面実装LEDです。優れた熱管理と信頼性を実現するセラミックパッケージを採用しています。本デバイスは、AEC-Q102認定を含む自動車業界の厳格な要件を満たすように設計されており、過酷な環境条件下での使用に適しています。主な用途は、ヘッドランプ、デイタイムランニングランプ（DRL）、フォグランプなどの外部照明システムです。

1.1 コアアドバンテージ

• 高光束出力：駆動電流1000mAにおいて、典型的な光束960ルーメンを実現し、明るく効率的な照明ソリューションを可能にします。
• 堅牢な熱性能：セラミック基板は優れた放熱性を提供し、接合部からはんだ接合部までの典型的な熱抵抗は2.3 K/Wであり、長期安定性と光束維持に貢献します。
• 車載グレードの信頼性：AEC-Q102規格に準拠して認定されており、自動車温度範囲（-40°C ～ +125°C）および振動下での性能を保証します。
• 環境規制対応：本製品はRoHS、REACH、ハロゲンフリー要件（Br<900ppm、Cl<900ppm、Br+Cl<1500ppm）に準拠しています。
• 広い視野角：120度の視野角により、広く均一な光分布を提供します。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 測光・電気的特性

LEDの性能は、通常、はんだパッド温度（Ts）25°C、順方向電流（IF）1000mAという特定の試験条件下で特性評価されます。

• 光束（Φv）：代表値は960 lm、最小値800 lm、最大値1100 lmです。測定許容差は±8%です。この光束はTs=25°Cで測定された値であることに注意することが重要です。実際の動作温度が高い場合、実際の光束は低くなります。
• 順方向電圧（VF）：最小8.7Vから最大11.25Vの範囲にあり、1000mA時の代表値は10Vです。順方向電圧ビニング構造（グループ3A、3B、3C）は、マルチLEDアレイ用に一貫した電気的特性を持つLEDを選択する設計者を支援します。
• 順方向電流（IF）：絶対最大定格は1500 mAです。推奨動作電流は最大1000 mAまでですが、これははんだパッド温度に基づいてデレーティングする必要があります（デレーティング曲線参照）。
• 色温度（K）：代表的な相関色温度（CCT）は5850Kで、クールホワイトに分類されます。ビニング構造は約5180Kから6680Kの範囲を示しており、アプリケーション固有の色要件に基づいた選択が可能です。
• 視野角（ψ）：120度と定義されており、光度がピーク値の半分になる全角です（ψ = 2φ、φは半値角）。

2.2 絶対最大定格と熱特性

これらの限界を超えて動作すると、デバイスに永久的な損傷を与える可能性があります。

• 接合部温度（Tj）：許容される最大接合部温度は150°Cです。信頼性と寿命のために、Tjをこの限界を十分に下回るレベルに維持することが重要です。
• 消費電力（Pd）：定格は16900 mWです。これは熱限界に基づく理論上の最大値であり、実際に使用可能な電力はデレーティング曲線によって決定されます。
• 熱抵抗（RthJS）：2つの値が提供されています：RthJS_real（代表値 2.3 K/W）とRthJS_el（代表値 1.6 K/W）。"real"値は実際の動作条件（1000mA）下で測定され、"el"値は低い検出電流で測定されます。熱設計には、正確な接合部温度推定のためにRthJS_real値を使用する必要があります。
• ESD耐性：本デバイスは最大8KV（人体モデル、R=1.5kΩ、C=100pF）までの静電気放電に耐えることができ、良好な固有の保護を示しますが、それでも注意深い取り扱い手順が必要です。

3. ビニングシステムの解説

光出力と色の一貫性を確保するために、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

クールホワイトグループの場合、光束は5つのカテゴリ（E1～E5）にビニングされ、それぞれ60 lmの範囲をカバーします（例：E3: 920-980 lm）。代表製品（960 lm）はビンE3またはE4に分類されます。データシートには、この品番で利用可能な特定のビンが明記されています。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は3つのビンにグループ分けされます：3A（8.7V - 9.55V）、3B（9.55V - 10.40V）、3C（10.40V - 11.25V）。並列構成での電流バランスを取るためには、同じ電圧ビンからLEDを選択することが重要です。

3.3 色ビニング（色度）

色ビン構造はCIE 1931色度図上で定義されています。提供されているチャートは、白色LED用のECE（欧州経済委員会）ビン構造を示しており、目標の5850K点は特定の四角形領域内（例：ビン56または60シリーズ内）に位置しています。この部品の正確なビンコードは、この構造に対するCIE x座標とy座標によって定義されます。

4. 性能曲線分析

データシートのグラフは、様々な条件下でのLEDの動作に関する重要な洞察を提供します。

4.1 IV曲線と相対光束

順方向電流 vs. 順方向電圧曲線は非線形の関係を示しています。電圧は電流とともに増加し、設計者はドライバ回路を設計する際にこれを考慮する必要があります。相対光束 vs. 順方向電流曲線はサブリニアです。電流を増加させると、光出力の増加は逓減し、一方で大幅に多くの熱が発生します。1000mAでの動作は、出力と効率の間の良い妥協点であるように見えます。

4.2 温度依存性

相対光束 vs. 接合部温度グラフは極めて重要です。光束は接合部温度の上昇とともに減少します。100°Cでは、相対光束は25°C時の値の約85%に過ぎません。これは最終アプリケーションにおける効果的な熱管理システムの重要性を強調しています。相対順方向電圧 vs. 接合部温度曲線は負の温度係数を示し、VFは温度の上昇とともに直線的に減少します。この特性は、温度センシングに利用されることがあります。

4.3 分光分布と色度シフト

相対分光分布プロットは、青色LEDチップを使用する白色LEDに典型的な、青色波長領域（約450nm）でのピークと、広い蛍光体変換による黄色発光を示しています。色度座標 vs. 順方向電流およびvs. 接合部温度グラフは、最小限のシフト（Δx、Δy < 0.02）を示しており、動作条件にわたる良好な色安定性を示しています。これは、色の一貫性が義務付けられている車載照明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、システム設計においておそらく最も重要なグラフです。これは、はんだパッド温度（Ts）の関数としての最大許容順方向電流を定義します。例：

• Ts = 25°Cでは、IFは1500 mA（絶対最大）にできます。
• Ts = 103°Cでは、IFは1500 mAに減らす必要があります（曲線の最初の点）。
• Ts = 125°C（最大動作温度）では、IFは約823 mAにデレーティングする必要があります。

5. 機械的仕様とパッケージング情報

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。具体的な機械的寸法（長さ、幅、高さ、パッド位置を含む）は、機械的寸法図面に詳細に記載されています（ここでは完全には抽出されていませんが参照されています）。パッケージは、自動ピックアンドプレースおよびリフローはんだ付けプロセスとの互換性を考慮して設計されています。適切なはんだ接合部の形成と、LEDの熱パッドからPCBへの最適な熱伝達を確保するために、推奨はんだパッドレイアウトが提供されています。

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

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。これは標準的な鉛フリー（Pbフリー）リフロー要件です。プロファイルには、熱衝撃を防止し、LEDパッケージや内部材料（湿気感受性レベル、MSL 2）を損なうことなく信頼性の高いはんだ接合部を確保するための、特定の時間と温度制約を持つ予熱、ソーク、リフロー、冷却ゾーンが含まれます。

6.2 使用上の注意点

• ESD保護：8KV HBMに定格されていますが、取り扱いおよび組立中は標準的なESD対策に従う必要があります。
• 電流制御：熱暴走を防ぐために、LEDは定電圧源ではなく定電流源によって駆動する必要があります。
• 熱管理：接合部温度を安全限界内に維持し、定格性能と寿命を達成するためには、LEDのはんだパッドからシステムのヒートシンクまでの適切に設計された熱経路が必須です。
• 硫黄耐性：データシートには硫黄耐性が記載されており、硫黄を含む環境に対するある程度の耐性を示していますが、腐食性の高い雰囲気では追加のコンフォーマルコーティングが必要になる場合があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• ヘッドランプ（ロービーム/ハイビーム）：精密な光学制御が必要です。このLEDの高光束と小さな光源サイズは、プロジェクタ式またはリフレクタ式ヘッドランプシステムに適しています。
• デイタイムランニングランプ（DRL）：高効率と高信頼性が必要です。LEDの出力と広い視野角は、特徴的なDRLシグネチャを作成するのに有利です。
• フォグランプ：広く平らなビームパターンが必要です。120°の視野角は、霧の下を切るように設計された光学系の良い出発点を提供します。

7.2 設計上の考慮事項

• 光学設計：生のLED発光を、自動車照明規格（SAE、ECE）に準拠した規制されたビームパターンに形成するためには、二次光学系（レンズ、リフレクター）がほぼ常に必要です。
• 電気設計：最大1000mA（または熱解析に基づくデレーティング電流）を供給でき、LEDストリングの最大VFよりも高いコンプライアンス電圧を持つ定電流LEDドライバを使用してください。DRL/ポジションランプアプリケーションでは調光機能（PWM）を考慮してください。
• 熱設計：これは最も重要です。金属基板PCB（MCPCB）または、LEDの熱パッド下に熱ビアがあり、大きな銅面または外部ヒートシンクに接続された標準FR4 PCBを使用してください。最悪の周囲条件下ではんだパッド温度（Ts）を予測するために熱シミュレーションを実行してください。
• ビン選択：均一な外観が要求されるアプリケーション（例：DRLストリップ内の複数のLED）では、光束と色度座標について厳密なビンを指定してください。

8. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

8.1 試作機でLEDが960ルーメンを出力しないのはなぜですか？

960 lmの定格はTs=25°CおよびIF=1000mAでの値です。実際のアプリケーションでは、はんだパッド温度がはるかに高くなる可能性があり、実効光束が減少します。実際のTsを測定または推定し、相対光束 vs. 接合部温度グラフを参照して期待される出力を見つけてください。また、ドライバが正しい電流を供給していることを確認してください。

8.2 最大輝度を得るために1500mAで駆動できますか？

はんだパッド温度（Ts）が25°C以下であることを保証できる場合にのみ、1500mAで駆動できますが、これは密閉された器具では事実上不可能です。デレーティング曲線を使用する必要があります。より現実的なTs=80°Cでは、最大許容電流は大幅に低くなります（曲線補間に基づく約1150-1200mA）。

8.3 2種類の熱抵抗値はどのように解釈すればよいですか？

熱計算にはRthJS_real（代表値 2.3 K/W）を使用してください。この値は実際の動作電力（1000mA）下で測定され、材料特性の温度依存性の変化を考慮しています。RthJS_elは微小信号で測定され、最良の低電力シナリオを表しており、実際の使用状況を代表するものではありません。

8.4 ヒートシンクは常に必要ですか？

この電力レベル（1000mAで約10Wの電気入力）では、車載環境ではヒートシンクがほぼ常に必要です。主要な熱経路は、はんだパッドを通じてPCBに入ります。PCB自体がヒートシンクの一部として設計される必要があり、多くの場合、金属基板または取り付けられたアルミニウムヒートシンクが必要です。