セラミック3535 LED T19シリーズ データシート - 3.5x3.5x1.6mm - 電圧1.8-3.6V - 最大3.6W - 日本語技術文書

1. 製品概要

T19シリーズは、要求の厳しい照明用途向けに設計された高性能セラミックベースのLEDパッケージです。3535フォームファクタ（3.5mm x 3.5mm）は、効率的な熱マネジメントと高い光束出力を実現する堅牢なプラットフォームを提供します。本シリーズは高電流条件下での信頼性の高い動作を実現するよう設計されており、長寿命と安定した性能が求められるプロフェッショナルおよび産業用照明ソリューションに適しています。

2. 主な特長と用途

2.1 主要特長

• 高光束・高効率：単位電力あたりの優れた光出力を実現し、エネルギー効率を向上させます。
• 高電流動作：高い順方向電流の駆動に特化して設計されており、より明るい照明をサポートします。
• 低熱抵抗：セラミック基板とパッケージ設計により、LEDチップ接合部からの優れた放熱を実現します。これは性能と寿命を維持するために極めて重要です。
• 鉛フリーリフローはんだ付け対応：現代の環境に優しい組立プロセスに適しています。

2.2 主な用途

• 屋外照明および建築照明器具。
• 植物工場用照明システム。
• ステージおよびエンターテインメント照明。
• 自動車用信号灯および尾灯。

3. 型番体系

型番は以下の構造に従います：T □□ □□ □ □ □ □ - □ □□ □□ □。主要な要素は以下の通りです：

• タイプコード (X1)：'19'は、これがセラミック3535パッケージであることを示します。
• 色温度/カラーコード (X2)：BL（青）、GR（緑）、YE（黄）、RE（赤）、PA（PCアンバー）、CW（RGB）、FW（RGBW）などのコード。
• 直並列チップ数 (X4, X5)：内部構成を示します（1-Z）。
• カラーコード (X7)：ANSI（M）、ERP（F）、または高温対応品（R、T）などの性能規格を指定します。

この体系により、LEDの電気的、光学的、熱的特性を正確に識別することができます。

4. 絶対最大定格および電気・光学特性

4.1 絶対最大定格 (Ta=25°C)

これらは、永久的な損傷を防ぐために、一時的であっても超えてはならないストレス限界値です。

• 順方向電流 (IF)：赤：700 mA；緑/青：1000 mA。
• パルス順方向電流 (IFP)：赤：800 mA；緑/青：1500 mA（パルス幅 ≤100μs、デューティ比 ≤10%）。
• 消費電力 (PD)：赤：1820 mW；緑/青：3600 mW。
• 逆方向電圧 (VR)：5 V。
• 動作/保管温度：-40°C ～ +105°C。
• 接合部温度 (Tj)：赤：105°C；緑/青：125°C。
• はんだ付け温度：リフロー工程中のピーク温度は230°Cまたは260°Cで、最大10秒間。

4.2 電気・光学特性 (Ta=25°C)

標準試験条件（IF=350mA）における代表的な性能。

• 順方向電圧 (VF)：赤：1.8-2.6 V；緑/青：2.8-3.6 V。（許容差：±0.1V）
• 主波長 (λD)：赤：615-630 nm；緑：520-535 nm；青：450-460 nm。（許容差：±2.0nm）
• 逆方向電流 (IR)：VR=5V時、最大10 μA。
• 指向角 (2θ1/2)：代表値120度。
• 熱抵抗 (Rth j-sp)：接合部からはんだ付け点まで：代表値5 °C/W。
• 静電気耐圧 (ESD)：2000 V耐性（人体モデル）。
• 光束：色とビンによって異なります（第5章参照）。（許容差：±7%）

5. ビニング構造

色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。

5.1 主波長ビン (IF=350mA)

• 赤：R6 (615-620nm)、R1 (620-625nm)、R2 (625-630nm)。
• 緑：GF (520-525nm)、GG (525-530nm)、G8 (530-535nm)。
• 青：B2 (450-455nm)、B3 (455-460nm)。

5.2 光束ビン (IF=350mA)

• 赤：AP (51-58 lm) ～ AT (80-88 lm)。
• 緑：AZ (112-120 lm) ～ BD (150-160 lm)。
• 青：AH (18-22 lm) ～ AL (30-37 lm)。

5.3 順方向電圧ビン (IF=350mA)

C3 (1.8-2.0V) から L3 (3.4-3.6V) までのコードがあり、特定のドライバ要件に応じた選択が可能です。

6. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下での性能を示すいくつかの重要なグラフ（図1-10として参照）が含まれており、設計に不可欠です。

6.1 スペクトル特性および指向性特性

• スペクトル分布 (図1)：スペクトルパワー分布を示し、色に敏感な用途で重要です。
• 指向角 (図7)：代表的な120°のランバート配光パターンを確認します。

6.2 電流・電圧・温度依存性

• 相対光度 vs. 順方向電流 (図3)：光出力が電流にどのように比例するかを示し、調光や駆動電流の選択に重要です。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流 (図4)：このIV特性曲線は、ドライバ回路の熱的・電気的設計に不可欠です。
• 波長 vs. 周囲温度 (図2)：温度による色ずれを示し、熱設計に関連します。
• 相対光束 vs. 周囲温度 (図5)：温度上昇に伴う光出力の低下を示し、効果的な冷却の必要性を強調しています。
• 相対順方向電圧 vs. 周囲温度 (図6)：順方向電圧（Vf）の負の温度係数を示します。
• 最大順方向電流 vs. 周囲温度 (図8, 9, 10)：これらは赤、緑、青LEDの重要なデレーティング曲線です。これらは、接合部温度限界を超えないように、任意の周囲温度における最大安全動作電流を定義します。

7. 機械的・パッケージ情報

7.1 パッケージ寸法

セラミック3535パッケージの本体サイズは3.5mm x 3.5mmで、代表的な高さは約1.6mmです。寸法図により、PCBフットプリント計画のための正確な寸法が提供されます。特に指定がない限り、公差は通常±0.2mmです。

7.2 極性識別

重要：極性はチップタイプによって異なります。

• 緑および青LED：パッド1がアノード（+）、パッド2がカソード（-）。
• 赤LED：パッド2がアノード（+）、パッド1がカソード（-）。

極性を誤って接続すると、LEDは点灯しません。

7.3 推奨はんだパッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付けとPCBへの最適な熱伝達を確保するため、ランドパターン設計が提供されています。この推奨レイアウトに従うことで、はんだ付け不良を最小限に抑え、放熱効率を最大化できます。

8. はんだ付け・実装ガイドライン

8.1 リフローはんだ付けプロファイル

本LEDは、標準的な鉛フリーリフロープロセスに対応しています。プロファイルの主要パラメータは以下の通りです：

• パッケージ本体ピーク温度 (Tp)：最大260°C。
• 液相線温度以上時間 (TL=217°C)：60～150秒。
• ピーク温度±5°C以内時間 (Tp)：最大30秒。
• 昇温速度 (TL から Tp)：最大3°C/秒。
• 降温速度 (Tp から TL)：最大6°C/秒。
• 総サイクル時間 (25°C から ピーク)：最大8分。

このプロファイルに従うことで、熱衝撃を防止し、はんだ接合部の完全性を確保します。

9. 梱包および取り扱い

9.1 テープ＆リール仕様

LEDは、自動実装機用のエンボスキャリアテープに供給されます。

• 1リールあたり数量：最大1000個。
• 累積公差：10ピッチあたり±0.25mm。

リールには、型番、製造データコード、数量が表示されています。

9.2 保管および取り扱い

LEDは、制御された環境（推奨：<30°C / 60% RH）で、元の防湿梱包のまま保管してください。取り扱い時は標準的なESD対策を講じてください。湿気に敏感な梱包を開封した後は、フロアライフガイドラインに従うか、それを超えた場合は標準的なIPC/JEDEC手順に従ってリフロー前にベーキングを行ってください。

10. アプリケーションノートおよび設計上の考慮点

10.1 熱設計

これは、長期信頼性と性能にとって最も重要な単一の要素です。熱抵抗が低い（代表値5°C/W）にもかかわらず、特に高電流時には、適切に設計されたヒートシンクが必須です。

• LEDパッドの下に、大きな銅面に接続された熱ビアを持つ多層PCBを使用してください。
• 高出力用途では、アルミ基板（MCPCB）またはアクティブ冷却ソリューションを検討してください。
• 常に最大順方向電流 vs. 周囲温度のデレーティング曲線（図8-10）を参照し、アプリケーションの最悪ケース温度に対する安全な動作電流を選択してください。

10.2 電気的駆動

• 安定した光出力と長寿命のため、定電圧源ではなく定電流源でLEDを駆動してください。
• ドライバのコンプライアンス電圧を設計する際は、順方向電圧ビンとその許容差を考慮してください。
• ドライバ回路にソフトスタートまたは突入電流制限を実装することを検討してください。
• パルス動作（IFP）の場合、指定されたパルス幅（≤100μs）とデューティ比（≤10%）の制限を厳守してください。

10.3 光学設計

• 120°の指向角は、一般的な照明に適しています。より狭いビームが必要な場合は、二次光学部品（レンズ）が必要です。
• 設計段階で適切な波長と光束のビンを選択し、複数LEDを使用する器具全体での色の一貫性と明るさの均一性を確保してください。

11. 技術比較と優位性

セラミック3535パッケージは、高出力シナリオにおいて、従来のプラスチックSMD LED（2835や5050など）と比較して明確な優位性を提供します：

• 優れた熱性能：セラミック材料はプラスチックよりもはるかに高い熱伝導率を持ち、同じ電力レベルでより低い接合部温度を実現します。これは、より長い寿命と高い維持光束（L70/L90）に直接つながります。
• 高出力対応：優れた放熱性により、より高い駆動電流（最大1000mA/1500mAパルス）を維持できます。
• 信頼性の向上：セラミックは熱サイクルストレスや湿度に対する耐性が高く、屋外照明などの過酷な環境に理想的です。
• 安定した色度：優れた熱安定性により、時間の経過や動作条件による色ずれが最小限に抑えられます。

12. よくある質問 (FAQ)

Q: セラミックパッケージの主な利点は何ですか？

A: 主な利点は、優れた熱マネジメントです。これにより、プラスチックパッケージと比較して、より高い駆動電流、より優れた信頼性、時間経過による性能劣化の軽減が可能になります。

Q: なぜ赤LEDと緑/青LEDで極性と最大電流が異なるのですか？

A: これは、使用される半導体材料（例：赤はAlInGaP、緑/青はInGaN）が異なり、電気的特性と効率が異なるためです。

Q: 設計に適した順方向電流はどのように選べばよいですか？

A: 代表的な試験電流（350mA）から始めてください。より高い輝度が必要な場合は電流を増やしますが、必ずシステムの推定最大周囲温度と熱抵抗に基づいてデレーティング曲線（図8-10）を参照し、Tjを超えないことを確認してください。連続電流の絶対最大定格を超えないでください。

Q: 型番のカラーコード（例：M、F、R）は何を意味しますか？

A: これは、LEDがビニングされている性能規格または温度定格を指します。例えば、'M'は標準ANSIビン用、'R'および'T'はより高い接合部温度（それぞれ85°Cおよび105°C ANSI規格）での動作に対応したビンを示します。

13. 設計・使用事例

シナリオ：高出力屋外投光器の設計

1. 要件：高光束出力、屋外使用に堅牢、長寿命（>50,000時間 L70）。
2. LED選定：熱的堅牢性からセラミック3535パッケージを選択。高効率を実現するため、光束ビンBD（150-160 lm @350mA）の緑LEDを選択。
3. 熱設計：3mm厚ベースのアルミMCPCBを使用。周囲温度40°CでLED接合部温度が110°C以下に保たれるよう熱シミュレーションを実施。
4. 電気設計：ドライバを定電流700mAに設定。図9を参照すると、周囲温度40°Cでの最大許容電流は700mAを大幅に上回り、安全マージンを確保。ドライバの出力電圧範囲はVfビン（例：H3: 2.8-3.0V）に対応。
5. 光学設計：投光照明に必要なビーム角を実現するため、二次光学部品（レンズ）を追加。
6. 結果：セラミックLEDパッケージによる効果的な熱マネジメントにより、寿命を通じて輝度と色を維持する、信頼性の高い高出力器具を実現。

14. 動作原理

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネッセンスによって光を放射する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、使用される半導体材料（例：赤/オレンジはAlInGaP、青/緑はInGaN）のバンドギャップエネルギーによって決まります。セラミックパッケージは、主に機械的支持体、電気的相互接続、そして最も重要なこととして、半導体チップ（ダイ）からプリント回路基板やヒートシンクへ熱を伝導する高効率の熱経路として機能します。

15. 技術トレンド

LED業界は、より高い効率（ワットあたりのルーメン）、より高い電力密度、そして改善された信頼性に向けて進化を続けています。3535のようなセラミックパッケージは、熱的課題を解決することでこれらの進歩を可能にする、このトレンドの一部です。将来の開発には以下が含まれる可能性があります：

• 効率の向上：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、光出力の理論的限界が押し上げられています。
• 先進パッケージング：カラーチューニング可能な器具向けに複数のカラーチップ（RGB、RGBW）を単一のセラミックパッケージ内に統合、またはさらなる熱性能向上のためのチップスケールパッケージング（CSP）。
• スマート統合：インテリジェント照明システム向けに、制御ICやセンサーをLEDパッケージに直接組み込む。
• 特殊スペクトル：人間中心照明（HCL）や植物工場照明（例：遠赤色、紫外線）向けのスペクトルのさらなる最適化。

基本的な推進力は、拡大する用途範囲に対して、より制御性が高く、効率的で耐久性のある光源を提供することです。