HPND3535CZ0112 (EU) シリーズ LED データシート - 3.5x3.5x1.6mm - 1.75-2.35V - 1070mW 放射束 - 660nm 深赤色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

HPND3535CZ0112 (EU) シリーズは、コンパクトな3535セラミックパッケージに収められた、最新の高出力表面実装LED技術を体現しています。このシリーズは、非常に高い輝度と優れた光子放出効率を実現するために最適化された先進的なレンズ設計を採用しています。主に植物工場照明市場をターゲットとしており、植物の成長と発達に影響を与える特定の光スペクトルを必要とする用途において、最も効率的で競争力のあるソリューションの一つとして位置づけられています。その中核的な利点には、優れた熱管理を可能にする堅牢なセラミック基板、信頼性を高める統合ESD保護、RoHS、REACH、ハロゲンフリー要件を含む厳格な環境および安全基準への準拠が含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

本デバイスの最大連続順電流 (IF) は、放熱パッド温度が25°Cに維持される条件下で700 mAです。パルス動作では、デューティサイクル1/10、1 kHzの条件下で1250 mAのピークパルス電流 (IPulse) が許容されます。最大接合温度 (TJ) は125°C、動作温度範囲 (TOpr) は-40°Cから+100°Cです。接合からはんだ付け点までの熱抵抗 (Rth) は8 °C/Wと規定されており、熱設計において重要です。リフロー工程中の限られた時間、最大260°Cのはんだ付け温度 (TSol) に耐えられ、パッケージの劣化を防ぐために最大2回のリフローサイクルが許容されます。

2.2 測光・放射特性

主なカラーバリエーションは深赤色で、ピーク波長 (λP) は通常660 nm、特定のビンに応じて655 nmから665 nmの範囲です。標準電流700 mAで駆動し、放熱パッド温度25°Cで測定した場合の標準放射束（光出力）は1070 mWです。植物工場照明における重要な性能指標である光合成光量子束 (PPF) は5.83 μmol/sと規定されています。電気エネルギーから光エネルギーへの変換効率を示す放射効率は71%です。指向角 (2θ1/2) は120度で、広く均一な照射に適したランバート型の広い放射パターンを提供します。

2.3 電気的特性

700 mAにおける順方向電圧 (Vf) は通常約2.15Vで、ビニング範囲は1.75V (U1ビン) から2.35V (U2ビン) です。本デバイスは堅牢な静電気放電 (ESD) 保護を備えており、最大8000 V (人体モデル) に耐えるため、産業環境での取り扱いや組立に不可欠です。

3. ビニングシステムの説明

3.1 放射パワービニング

LEDは、光出力の一貫性を確保するために放射パワービンに分類されます。このシリーズの主要なグループ分けでは、最小放射パワーが1000 mW、最大が1200 mWのビンが含まれます。これにより、設計者はアプリケーションに必要な特定の光束要件を満たす部品を選択できます。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、U1 (1.75V - 2.05V) とU2 (2.05V - 2.35V) の2つのグループにビニングされます。このビニングは、動作電流700 mAで定義されます。Vfビンを知ることは、安定した電流制御とシステム内の複数LEDにわたる予測可能な消費電力を確保するためのドライバ回路設計において極めて重要です。

3.3 波長（色）ビニング

深赤色発光は、波長ビニングによって厳密に制御されています。利用可能なビンはD5 (655 nm - 660 nm) とD6 (660 nm - 665 nm) です。この精密な制御は、特定の光子波長が開花や茎の伸長など、植物における異なる光形態形成反応を引き起こす植物工場用途において極めて重要です。

4. 性能曲線分析

4.1 分光放射特性

相対分光放射分布 (SPD) グラフは、660 nmを中心とした狭く支配的なピークを示し、スペクトルの他の部分での放射は最小限です。この単色特性は、使用されない波長にエネルギーを浪費することなく純粋な深赤色光を必要とする用途に理想的です。狭い帯域幅により、赤色領域に吸収ピークを持つ光合成を駆動するために放出される光子が非常に効率的であることが保証されます。

4.2 電流-電圧 (I-V) 特性

典型的なI-V曲線は、順方向電流と順方向電圧の関係を示しています。定格700 mAの駆動電流では、電圧は約2.15Vです。この曲線は予想される指数関数的関係を示しており、動作領域の傾きはダイオードの動的抵抗に関する情報を提供します。これは、特に定電流構成におけるドライバ設計において重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 機械的外形寸法

パッケージは標準的な3535フットプリントに従い、長さと幅の寸法は3.5 mm x 3.5 mmです。全高は約1.6 mmです。パッケージは優れた熱伝導性を提供するセラミック基板を特徴としており、LED接合部からの熱を効率的に放散するのに役立ちます。レンズはパッケージの不可欠な部分であり、データシートでは取り扱い中にレンズに力を加えないよう明確に警告しています。これはデバイスの故障につながる可能性があります。

5.2 パッド構成と極性

部品には3つの電気的パッドがあります：パッド1はアノード (+)、パッド2はカソード (-)、中央のPパッドは放熱パッドとして指定されています。放熱パッドはアノードおよびカソードから電気的に絶縁されていることに特に注意することが極めて重要です。この絶縁により、電気的短絡を発生させることなく、冷却のためのヒートシンクやPCBの銅箔への直接的な熱接続が可能になります。組立時には損傷を防ぐために正しい極性を守る必要があります。

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ファイル

本コンポーネントは、鉛フリーはんだを使用した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。詳細なリフロープロファイルが提供されています：25°Cから150°Cまで2-3°C/秒の速度で予熱し、150°Cから200°Cの間で60-120秒間保持した後、ピーク温度（260°Cを超えない）まで上昇させます。液相線温度 (217°C) 以上の時間は60-90秒、ピーク温度の5°C以内の時間は20-40秒であるべきです。最大降温速度は3-5°C/秒です。

6.2 重要な組立上の注意点

本デバイスの湿気感受性レベル (MSL) は1です。これは、条件が≤30°C / 相対湿度85%の環境では無期限のフロアライフがあり、適切に保管されていれば使用前にベーキングが不要であることを意味します。ただし、パッケージや内部ボンドへの熱ストレスを避けるために、リフローはんだ付けは2回までに強く推奨されます。はんだ付け後は、プリント回路基板 (PCB) を曲げないでください。機械的ストレスにより、はんだ接合部やセラミックパッケージ自体が破損する可能性があります。

7. 梱包および発注情報

製品は、その主要特性をコード化した包括的な部品番号で識別されます。例として、発注コード HPND3535CZ0112-NDR55651K0X24700-4H(EU) が提供されています。このコードは、シリーズ、深赤色 (NDR)、放射パワービン、波長ビン (D5/D6)、順方向電圧ビン (U1/U2)、駆動電流 (700mA)、および適合マーキング (EU) を指定します。設計者は、アプリケーションに必要な性能ビンの正確な組み合わせを受け取るために、完全な発注コードを使用する必要があります。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 主なアプリケーションシナリオ

植物工場照明：これが主なアプリケーションです。660nmの深赤色光は、特に光化学系II反応を駆動するための光合成プロセスにおいて重要です。温室補光、垂直農場、植物成長チャンバーで使用され、成長促進、開花制御、収量増加を図ります。

装飾・エンターテインメント照明：純粋で鮮やかな赤色は、特定の色座標が要求される建築アクセント照明、舞台照明、テーマ別エンターテインメント施設に適しています。

信号・シンボル照明：高輝度で信頼性の高い赤色光源が必要な状態表示灯、非常口標識、その他のアプリケーションに使用できます。

8.2 設計上の考慮事項

熱管理：熱抵抗8 °C/W、最大接合温度125°Cであるため、効果的な放熱が最も重要です。電気的に絶縁された放熱パッドは、必要に応じて熱伝導性はあるが電気的に絶縁された材料を使用して、PCB上の十分に大きな銅面積または専用のヒートシンクに接続する必要があります。冷却が不十分だと、光出力の低下、光束維持率の加速劣化、早期故障の可能性につながります。

駆動電流：定格は700 mAですが、より低い電流で動作させることで、効率（ルーメン毎ワットまたはμmol/J）と寿命を大幅に向上させることができます。ドライバは定電流型であり、使用するLEDの順方向電圧ビンに適合させて、安定した均一な性能を確保する必要があります。

光学設計：120度の指向角は広い照射範囲を提供します。より集光したビームを必要とするアプリケーションでは、反射板やレンズなどの二次光学部品を使用することがあります。

9. 技術比較と差別化

HPND3535CZ0112 (EU) シリーズは、いくつかの主要な特徴により、高出力LED市場で差別化を図っています。プラスチックではなくセラミックパッケージを使用することで、特に植物工場で一般的な高駆動条件下において、優れた熱性能と長期信頼性を提供します。71%という高い放射効率は、熱として浪費されるエネルギーが少ないことを意味し、よりコンパクトな器具設計を可能にします。標準700mA駆動電流での高いPPF (5.83 μmol/s) と660nm付近の精密な波長ターゲティングの組み合わせにより、光合成効率に特に最適化されており、専用の植物育成照明アプリケーションにおいて、広帯域スペクトルや効率の低い赤色LEDをしばしば凌駕します。

10. よくあるご質問 (FAQ)

Q: 放射束 (mW) と光合成光量子束 (PPF) の違いは何ですか？

A: 放射束は、ワット単位で放出される総光出力を測定します。PPFは、1秒あたりに放出される光合成有効光子（400-700 nm範囲）の数を、マイクロモル毎秒 (μmol/s) で測定します。PPFは植物成長に関連する指標であり、放射束は総光出力を表します。

Q: このLEDを定電圧源で駆動できますか？

A: いいえ。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（ビニングで示される通り）。定電圧源を使用すると、熱暴走を引き起こしLEDを破壊する可能性があります。常に定電流ドライバを使用してください。

Q: なぜ放熱パッドは電気的に絶縁されているのですか？

A: 電気的絶縁により、このパッドをアノードとカソード間の電気的短絡を発生させることなく、最大限の放熱のためにPCBの大きな銅面にはんだ付けすることが可能になります。これにより熱設計が簡素化され、冷却効率が向上します。

Q: 660nmの波長は、他の赤色と比べて植物にどのような利点がありますか？

A: クロロフィルの吸収は、スペクトルの赤色および青色領域でピークを示します。660nmの波長は、クロロフィルaおよびbの主要な吸収ピークに近く、光合成の光反応を駆動するのに非常に効率的であり、開花などのフィトクロム媒介プロセスに影響を与えます。

11. 実用的なアプリケーション事例

シナリオ: 垂直農場における葉物野菜用補光モジュールの設計

照明エンジニアが、レタスを栽培する垂直農場の階層間に取り付ける薄型LEDバーを設計しています。目標は、限られた空間で成長率を最大化するために、強力でエネルギー効率の高い光を提供することです。

設計上の選択：エンジニアは、高いPPF出力と660nm波長（葉物の成長促進に理想的）のためにHPND3535CZ0112 (EU) シリーズを選択します。光強度を最大化するために、より高い放射パワービン (S3, 1100-1200mW) のコンポーネントを選択します。これらのLEDを高密度に配置し、700mAの駆動電流からの熱負荷を効果的に管理するためにアルミコアPCB (MCPCB) 上に実装します。広い120度のビーム角により、追加の光学部品を必要とせずに植物キャノピー全体に均一な光分布を確保し、モジュールをスリムに保ちます。ドライバは、必要な電流を供給でき、農場の電源システムの入力電圧範囲を受け入れることができる定電流型として選択されます。その結果、光合成に最も必要とされる場所に光子を効率的に供給する、コンパクトで高出力のライトバーが実現します。

12. 技術原理の紹介

発光ダイオード (LED) は、電流が流れると光を放出する半導体デバイスです。この現象はエレクトロルミネセンスと呼ばれ、デバイス内で電子が正孔と再結合する際に、光子の形でエネルギーを放出することで発生します。光の色（その波長）は、使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。HPND3535CZ0112のような深赤色LEDでは、リン化アルミニウムガリウムインジウム (AlGaInP) などの材料が通常、660nmの発光を実現するために使用されます。セラミックパッケージは、保護ケースとしてだけでなく、微細な半導体チップ（接合部）から外部環境へ熱を伝導する重要な熱経路としても機能し、性能と信頼性を維持します。

13. 技術トレンドと開発動向

植物工場照明分野は、LED技術の著しい進歩を牽引しています。トレンドは、さらに高い光子効率 (μmol/J) に向かって進んでおり、植物成長単位あたりの電力コストを削減しています。また、単純な深赤色や青色を超えた特定のスペクトル出力を持つLEDの開発にも焦点が当てられており、植物形態や開花に影響を与える遠赤色 (730nm)、害虫・病気防除のための紫外線波長などが含まれます。改善されたパッケージ設計により熱抵抗が低下し続けており、単一エミッタからのより高い駆動電流とより大きな光出力が可能になっています。さらに、複数の単色チップ（例：赤、青、遠赤）を単一パッケージに統合してカスタムスペクトルを作成する分野も活発に開発されており、照明設計者に異なる作物や成長段階に対する光レシピの前例のない制御を提供しています。