UVC3535CZ0115 LED データシート - 3.5x3.5x1.0mm セラミックパッケージ - 5.0-8.0V 順電圧 - 0.13W 出力 - 270-285nm 波長 - 日本語技術文書

1. 製品概要

UVC3535CZ0115シリーズは、紫外線C波（UVC）用途に特化して設計された、高信頼性のセラミックベースLEDソリューションです。殺菌効果が最優先される過酷な環境においても、安定した性能を発揮するように設計されています。そのコア構造はセラミック基板を採用しており、従来のプラスチックパッケージと比較して優れた熱マネジメントを実現。これにより、寿命の延長と安定した光出力が可能となります。本シリーズは、コンパクトでありながら高出力なUVC光源を必要とするアプリケーション向けに位置付けられており、わずか3.5mm x 3.5mmのフットプリントと堅牢な電気的・光学的特性を兼ね備えています。

1.1 主要な特徴と利点

本LEDシリーズの特徴は、プロフェッショナルグレードのUVシステムへの適合性に直接寄与します。主な特性は高出力のUVC出力であり、効果的な殺菌作用を可能にします。セラミックパッケージ材は重要な利点であり、優れた放熱性により接合部温度を安全限界内に維持し、早期の光束減衰を防ぎます。最大2KV（HBM）の内蔵ESD保護は、取り扱いや組立時に発生しやすい静電気放電からデバイスを保護します。150°の広い視野角は、広範囲かつ均一な照射カバレッジを保証します。さらに、RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格への準拠により、厳しい環境規制を持つ世界市場にも適合します。

1.2 主な用途

UVC3535CZ0115シリーズの主な用途は、UV殺菌・消毒です。これには、浄水システム、空気清浄装置、医療・民生用の表面消毒機器、小型工具や個人用品の殺菌チャンバーなどが含まれますが、これらに限定されません。270-285nmの波長範囲は、微生物のDNAやRNAを損傷することで不活化するのに特に効果的です。

2. 技術仕様と客観的解釈

このセクションでは、データシートに規定された主要な技術パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、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。これらは通常動作の条件ではありません。

• 最大DC順電流 (I_F):100 mA。これはLEDが瞬間的に耐えられる絶対最大電流です。連続動作はこの値を大幅に下回る（通常は推奨値の20mA）必要があります。
• 最大ESD耐性 (V_B):2000 V (人体モデル)。これは、製造時の部品取り扱いにおいて重要な、静電気放電に対する優れた内蔵保護レベルを示しています。
• 最大接合温度 (T_J):100 °C。半導体チップ自体の温度はこの限界を超えてはなりません。T_Jmaxを超えると寿命が劇的に短縮され、即座に故障する可能性があります。
• 熱抵抗 (R_th):20 °C/W。このパラメータは、チップ（接合部）からはんだパッドまたはケースへ熱がどれだけ効率的に移動するかを定量化します。値が低いほど優れています。20°C/Wの場合、消費電力1ワットごとに、接合温度はパッド温度より20°C上昇します。
• 動作・保管温度:-40°C ～ +85°C (動作)、-40°C ～ +100°C (保管)。これらの範囲により、デバイスは様々な環境条件下で動作・保管が可能です。

2.2 測光・電気的特性

型番表は、標準試験条件下での主要な性能指標を示しています。

• 放射束:最小1mW、標準2mW、最大2.5mW。これはUVCスペクトルにおける総光出力（ミリワット単位）です。視覚的な明るさではなく、殺菌効果を測るための重要なパラメータです。
• ピーク波長:270-285 nm。これはLEDが最も多くの光出力を発する波長です。殺菌効果は約265nmでピークに達するため、この範囲は非常に効果的です。
• 順電圧 (V_F):I_F=20mA時で5.0-8.0V。これはLEDとしては比較的高く、UVC半導体技術の特徴です。設計者は駆動回路がこの電圧範囲を供給できることを確認する必要があります。
• 順電流 (I_F):20mA。これは、規定の放射束と寿命を得るための推奨駆動電流です。

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は性能に基づいてビン（区分）に分類されます。UVC3535CZ0115では、3つの独立したビニング基準が使用されています。

3.1 放射束ビニング

LEDは、最小放射束出力に基づいて、Q0A (1-1.5mW)、Q0B (1.5-2mW)、Q0C (2-2.5mW) のビンに分類されます。これにより、設計者は必要最小限の光出力を満たすビンを選択でき、コスト最適化の可能性があります。

3.2 ピーク波長ビニング

波長は、U27A (270-275nm)、U27B (275-280nm)、U28 (280-285nm) の3つの範囲にビニングされます。最大殺菌効率のために特定の波長に敏感なアプリケーションでは、適切なビンを指定することが重要です。

3.3 順電圧ビニング

電圧は、5.0Vから8.0Vまで0.5V刻みでビニングされます（例：5.0-5.5Vは5055、7.5-8.0Vは7580）。これは定電流ドライバの設計において重要であり、V_Fの範囲を知ることで、ドライバに必要なコンプライアンス電圧を特定し、効率や部品選定に影響を与えます。

4. 性能曲線の分析

代表的な特性曲線は、様々な条件下でのLEDの動作に関する洞察を提供します。

4.1 スペクトルと光出力

スペクトル曲線は、270-285nm範囲にピークを持ち、代表的な半値全幅（FWHM）は約10-15nmで、これはUVC LEDの標準です。相対放射束対順電流曲線はサブリニアです。出力は電流とともに増加しますが完全には比例せず、推奨電流以上で駆動すると収穫逓減と過剰な発熱を招きます。

4.2 電気的・熱的挙動

順電流対順電圧（I-V）曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示します。順電圧は電流とともに増加します。ピーク波長は電流の増加によるシフトが最小限であり、良好なスペクトル安定性を示しています。デレーティング曲線は重要です。これは、接合温度が100°Cを超えないようにするために、周囲温度の上昇に伴って最大許容順電流を減らさなければならないことを示しています。例えば、周囲温度85°Cでは、最大電流は25°C時よりも大幅に低くなります。

4.3 熱性能

相対放射束対周囲温度曲線は、熱が出力に及ぼす悪影響を示しています。温度が上昇すると、放射束は減少します。この熱消光効果は、最適な性能を維持するための効果的なPCB熱設計と放熱の重要性を強調しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 機械的外形寸法

LEDのコンパクトなフットプリントは3.5mm x 3.5mm、高さは1.0mm（公差±0.2mm）です。技術図面には、正確なパッド配置と寸法が規定されています。パッド1はアノード（+）、パッド2はカソード（-）、パッド3は専用の熱放散パッドです。熱放散パッドは、セラミックボディからPCBへ熱を伝達するために不可欠です。PCB上の推奨ランドパターンは、適切なはんだ付けと熱伝導を確保するために、このパッド構成に密接に一致させる必要があります。

5.2 放射パターン

極座標図は、150°の視野角（2θ_1/2）を持つ典型的なランバーシアンに近い放射パターンを示しています。強度は0°（発光面に対して垂直）で最も高く、端に向かって減少します。この広い角度は、集光ビームではなくエリアカバレッジを必要とするアプリケーションに有益です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロセス

UVC3535CZ0115は、標準的な表面実装技術（SMT）プロセス用に設計されています。データシートでは、セラミックパッケージと内部ボンドへの過度の熱ストレスを避けるため、リフローはんだ付けは2回までとすることが推奨されています。ピーク温度が通常260°C以下の標準的な鉛フリーリフロープロファイルが適用可能ですが、具体的なプロファイルは確認する必要があります。加熱中のLEDへのストレス（例：ボードのたわみによる）は避ける必要があります。はんだ付け後は、はんだ接合部への機械的ストレスを防ぐため、PCBの曲げは最小限に抑えるべきです。

6.2 保管と取り扱い

部品は湿気の吸収（リフロー時のポップコーン現象の原因となる）を防ぐため、乾燥剤入りの防湿バリアバッグに梱包されています。密封バッグを開封したら、部品は指定された時間内（通常、工場条件下で168時間）に使用するか、リフロー前に標準的なIPC/JEDECガイドラインに従ってベーキングする必要があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール梱包

LEDは、エンボス加工されたキャリアテープに載せられ、7インチまたは13インチのリールに巻かれて供給されます。標準梱包数量はリールあたり1000個です。テープ寸法（ポケットサイズ、ピッチ）は、標準的なSMT実装機と互換性があるように規定されています。

7.2 製品命名規則（型番）

完全な型番（例：UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T）は、すべての主要仕様をコード化した構造化された文字列です：

UVC: 製品タイプ。

3535: パッケージサイズ。

C: セラミック材質。

Z: ESD保護用ツェナーダイオード内蔵。

01: 1個のLEDチップ。

15: 150°視野角。

H: 水平チップ構造。

UC: UVC色。

7085: 波長ビンコード（270-285nm）。

001: 放射束ビンコード（最小1mW）。

X80: 順電圧ビンコード（5.0-8.0V）。

020: 順電流（20mA）。

1: 梱包数量コード（1K個）。

T: テープ梱包。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

8.1 ドライバ回路設計

このLEDを駆動するには、定電流ドライバが必須です。高い順電圧（5-8V）と低い電流（20mA）を考慮し、ドライバは慎重に選択する必要があります。リニア定電流レギュレータまたはスイッチングLEDドライバを使用できますが、出力コンプライアンス電圧が選択したビンの最大V_Fを超えることを確認してください。PCB上の熱マネジメントは必須です。十分な銅厚と面積を持つPCBを使用し、熱放散パッドを複数の熱ビアを介して大きなグランドプレーンに接続し、システム全体の気流や放熱を考慮してください。

8.2 安全性と寿命に関する考慮事項

UVC放射線は目や皮膚に有害です。エンドプロダクトの設計には、インターロックスイッチ、シールド、警告ラベルなどの安全機能を組み込み、ユーザーが被曝しないようにする必要があります。UVC LEDの寿命は、通常、放射束が初期値の一定の割合（例：70%または50%）に低下するまでの時間として定義されます。推奨電流以下で駆動し、優れた熱設計により低い接合温度を維持することが、動作寿命を最大化する主要な要因です。

9. 技術比較と差別化

UVC3535CZ0115は、そのセラミックパッケージによって差別化されています。これは、可視光LEDで一般的に使用されるプラスチックSMDパッケージと比較して、優れた熱性能と信頼性を提供します。ESD保護用の内蔵ツェナーダイオードは堅牢性を追加します。150°の視野角は、より集光されたビームを持つ競合UVC LEDよりも広くなっています。詳細な3次元ビニング（光束、波長、電圧）により、設計者は最終製品の性能パラメータを精密に制御できます。

10. よくある質問（FAQ）

Q: このLEDの代表的な寿命は？

A: 寿命は駆動電流と動作温度に大きく依存します。推奨の20mAで動作し、接合温度を低く保つ（例：85°C以下）場合、L70（初期光束の70%）で10,000時間以上の寿命が期待できます。デレーティング曲線と熱管理ガイドラインを参照してください。

Q: 定電圧源でこのLEDを駆動できますか？

A: いいえ。LEDは電流駆動デバイスです。定電圧源は電流を制御しないため、熱暴走と急速な故障を引き起こします。常に適切な定電流ドライバを使用してください。

Q: アプリケーションに適したビンはどのように選択しますか？

A: 必要最小光出力に基づいて放射束ビン（Q0A/B/C）を選択してください。特定のサブ範囲に最適化されたアプリケーションの場合は、波長ビン（U27A/B, U28）を選択します。電圧ビン（5055...7580）はドライバ設計にとって重要です。選択したビン内の最悪ケース（最高）電圧に対して設計することができます。

Q: レンズは必要ですか？

A: エリアカバレッジが必要なほとんどの殺菌用途では、内蔵の150°パターンで十分です。集光ビーム用途では、外部の石英またはUVC透過専用レンズを使用することがあります。標準的なアクリルやポリカーボネートのレンズはUVC光を遮断します。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：携帯型水殺菌器の設計

設計者は、バッテリー駆動のUV水筒を開発しています。コンパクトなサイズと出力からUVC3535CZ0115を選択します。少量の水に対して十分な線量を確保するため、Q0C光束ビン（2-2.5mW）を選択します。熱放散パッドに接続された大きな銅箔を持つPCBを設計します。3.7Vリチウムイオン電池から20mAを供給し、出力電圧能力が8Vを超える昇圧コンバータ型定電流ドライバを選択します。LEDは水流路内の石英スリーブ内に配置されます。安全インターロックにより、ボトルが密閉されているときのみLEDが動作します。

12. 原理の紹介

UVC LEDは、半導体材料、特に窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）合金におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。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で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。これらの光子の波長は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。約270nmのUVC発光には、AlGaN層中の高いアルミニウム含有量が必要です。セラミックパッケージは、堅牢で熱伝導性が高く気密性のある筐体として機能し、敏感な半導体チップを環境要因から保護し、効率的に熱を除去します。

13. 開発動向

UVC LED市場は、化学薬品を使用しない殺菌に対する世界的な需要によって牽引されています。主要な動向には、ワールドプラグ効率（電気入力に対する光出力）の向上があり、これによりエネルギー消費と発熱が削減されます。光出力1ミリワットあたりのコストを下げるための開発が継続されています。デバイスの寿命と信頼性の向上にも研究が焦点を当てています。さらに、より短い波長（例：222nm Far-UVC）でのLEDの開発は活発な研究分野であり、人がいる空間でのより安全な殺菌の可能性を約束しています。ドライバオンボードモジュールなどのシステムレベルでの統合も、エンドプロダクト設計を簡素化するために一般的になりつつあります。