SMD HP Shwo(F) 2Wシリーズ LED データシート - 3535パッケージ - ロイヤルブルー 452.5nm - 2W出力 - 日本語技術文書

1. 製品概要

Shwo(F)シリーズは、3535フットプリントを採用した高電力表面実装型LEDパッケージの最新版です。優れた輝度と光子放出効率を実現するために、特に強化されたレンズ設計で設計されています。本シリーズは、主に植物工場照明に焦点を当てた、専門的な照明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付けられています。

Shwoという名称は、中国語できらめきを意味する言葉に由来し、このLEDパッケージの明るくコンパクトで星のような品質を象徴しています。その中核的な利点には、コンパクトなセラミックSMD構造、統合されたESD保護、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー要件を含む主要な環境および安全基準への適合が含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

これらのパラメータは、LEDに永久的な損傷が発生する可能性がある動作限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 最大直流順方向電流 (I_F): 1000 mA (デューティサイクル 1/10 @ 1 kHz 時)。
• 最大ピークパルス電流 (I_パルス): 1250 mA。
• 最大ESD耐圧 (HBM): 8000 V。堅牢な取り扱い保護を提供します。
• 逆電圧 (V_R): このLEDは逆バイアス動作用に設計されていません。逆電圧を印加すると即座に故障する可能性があります。
• 熱抵抗 (R_th): チップ技術に応じて10°C/Wから12°C/Wの範囲。接合部から放熱パッドへの熱伝達の効率を示します。
• 最大接合部温度 (T_J): 125°C。この温度を超えると寿命が大幅に短縮され、致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 動作温度 (T_Opr): -40°C から +100°C。信頼性の高い動作のための周囲温度範囲を定義します。
• 最大はんだ付け温度 (T_Sol): 260°C。標準的な無鉛リフロー・プロファイルに適合します。
• 最大許容リフローサイクル数: 2サイクル。部品がリフローはんだ付けを受けられる回数を示します。

2.2 光学・電気的特性

これらは、指定された試験条件 (T_pad= 25°C, I_F= 700 mA) で測定された代表的な性能パラメータです。

• 色・波長: 主波長452.5 nmのロイヤルブルー。この波長はクロロフィルの吸収を促進するのに非常に効果的であり、植物工場用途における植物成長に極めて重要です。
• 放射束 (光出力): 代表値は1500 mW。保証最小放射束は1300 mWです。
• 光合成光子束 (PPF): 5.28 µmol/s。この指標は、1秒あたりに放出される光合成有効光子の数を定量化し、植物工場の効率に直接関連します。
• 放射効率: 57.1%。これは (放射束 / 電気入力電力) として計算され、LEDの電気光学変換性能の重要な指標です。
• 指向角: 代表値120°。広い照射エリアに適した広い放射パターンを提供します。

2.3 熱および信頼性仕様

• 湿気感受性レベル (MSL): レベル1。これは最も堅牢なレベルであり、≤30°C/85% RHでの無制限のフロアライフを示し、リフローはんだ付け前の強制ベーキングは不要です。これにより、在庫管理が簡素化されます。
• 保管条件: -40°C から +100°C。この範囲内での適切な保管は、はんだ付け性と性能を維持するために不可欠です。

3. ビニングシステムの説明

製品の命名規則は詳細なコーディングシステムに従います:ELSWF – ABCDE – FGHIJ – V1234.

• AB: 最小光束 (lm) または放射束 (mW) の性能ビンを表します。
• C: 放射パターン (例: ランバート型の場合は1) を示します。
• D: 色を表します (例: ロイヤルブルー、445-460nmの場合はL)。
• E: 消費電力を指定します (例: 2Wの場合は2)。
• H: 包装タイプを定義します (例: テープの場合はP)。
• V1234: 順方向電圧ビンと色/CCTビンをエンコードします。

例えば、型番ELSWF-S41L2-6FPNM-DB4B6は、S41放射束ビン、ランバートパターン(1)、ロイヤルブルー色(L)、2W電力(2)、テープ供給(P)、特定の順方向電圧および色ビンDB4B6を持つShwo(F) LEDにデコードされます。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋では目次にこれらの曲線がリストされていますが、具体的なグラフデータは与えられたテキストには含まれていません。通常、このようなデータシートには以下の重要な性能プロットが含まれます:

• 光出力 vs. 放熱パッド温度: この曲線は、LEDの放熱パッド温度が上昇するにつれて放射束が減少する様子を示します。出力を維持するためには効果的な熱管理が重要です。
• 相対光束/放射束 vs. 順方向電流: 駆動電流と光出力の間のサブリニアな関係を示し、高電流での効率低下を強調します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流 (I-V曲線): ドライバ設計に不可欠で、目標電流を達成するために必要な電圧を示します。
• 波長 vs. 順方向電流: 駆動電流の変化に伴う主波長のシフトを示します。
• 分光パワー分布: 放射パワーを波長に対してプロットしたグラフで、ロイヤルブルー発光の色特性を定義します。
• 電流ディレーティング曲線: 放熱パッド温度の関数として最大許容順方向電流を指定するグラフで、T_Jを超えないようにします。
• 放射パターン: 光強度の空間分布を示す極座標図 (例: ランバート型)。

5. 機械的・包装情報

5.1 機械的寸法

LEDは3535表面実装パッケージ (3.5mm x 3.5mm フットプリント) を採用しています。データシートの詳細な機械図面には、パッケージ本体、レンズ高さ、公差の正確な寸法が記載されており、これはPCBレイアウトと光学設計に不可欠です。

5.2 パッド構成と極性

フットプリント図には、アノードとカソードのパッドレイアウトが示されています。正しい極性は動作に不可欠です。放熱パッドの設計は放熱に極めて重要です。データシートには、このパッドに対する推奨はんだペースト・ステンシルパターンとカバレッジが指定されており、PCBへの最適な熱伝達を保証します。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

• リフローはんだ付け: 部品は最大ピークはんだ付け温度260°Cに対応しており、標準的な無鉛 (SnAgCu) リフロープロファイルと互換性があります。最大2回のリフローサイクルが許可されています。
• 取り扱い: 高いESD定格 (8kV) を備えていますが、取り扱いおよび組立中は標準的なESD予防措置を遵守する必要があります。
• 保管: MSLレベル1デバイスとして、標準的な工場条件 (<30°C/85% RH) では、特定のドライパッキングやベーキングは必要ありません。

7. 包装・発注情報

LEDは標準的な業界包装で提供されます:

• エミッタ・テープ包装: 部品は自動ピックアンドプレース組立用のエンボス加工キャリアテープに配置されます。
• エミッタ・リール包装: テープはリールに巻かれます。データシートには、リールあたりの数量、テープ幅、ポケット間隔、リール寸法が指定されています。
• 製品ラベリング: リールと箱には、型番、数量、日付コード、その他のトレーサビリティ情報がラベル付けされます。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 植物工場照明: 主要なアプリケーションです。452.5nmのロイヤルブルー波長は、制御環境農業 (CEA)、垂直農場、温室補光における栄養成長の促進、植物形態の制御、二次代謝産物の生産向上に最適です。
• 装飾・エンターテインメント照明: 建築照明、舞台照明、鮮やかなブルー効果が求められるテーマ環境などで使用されます。
• 信号・シンボル照明: バックライト付きインジケータ、看板、その他の高強度青色光源を必要とするアプリケーションに適しています。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理: これが最も重要な設計要素です。熱抵抗が約10-12°C/Wであるため、放熱パッドからヒートシンクへの高品質な熱経路が必須です。高電力アプリケーションでは、十分な熱ビアを備えたPCB、場合によっては金属基板 (MCPCB) または絶縁金属基板 (IMS) を使用してください。最大光出力と長寿命のためには、放熱パッド温度を可能な限り低く保つことが重要です。
• 電気的駆動: 定電流LEDドライバを使用してください。代表的な動作電流は700mAですが、設計は予想動作温度に基づくディレーティング曲線を参照する必要があります。選択したビンの順方向電圧範囲とドライバが互換性があることを確認してください。
• 光学設計: 120°のランバートパターンは広いカバレッジに適しています。特定のアプリケーションでビームを平行化または整形するために、二次光学部品 (レンズ、リフレクタ) を使用することがあります。

9. 技術比較・差別化

データシート内で他の製品との直接的な比較は提供されていませんが、Shwo(F)シリーズの主な差別化機能は以下のように推測できます:

• 高放射効率 (57.1%): 電気エネルギーから有用な光出力 (ロイヤルブルー光子) への優れた変換を示し、植物工場において同じ光出力に対してエネルギー消費を低減し、熱負荷を軽減します。
• 統合8kV ESD保護: 内蔵保護のない多くのLEDと比較して優れた堅牢性を提供し、製造時および現場使用時の故障率を低減します。
• セラミックパッケージ: 特に高電力駆動および熱サイクル下で、プラスチックパッケージと比較して優れた熱性能と長期信頼性を提供します。
• 包括的な適合性: RoHS、REACH、ハロゲンフリー基準を満たしており、厳しい環境規制を持つ世界市場での使用を容易にします。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: 放射束 (mW) と光合成光子束 (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、植物が利用できる光合成有効放射 (PAR, 400-700nm) 範囲内の1秒あたりの光子数を測定します。単色のロイヤルブルーLEDの場合、これらは直接相関しますが、植物工場の効率性についてはPPFが推奨される指標です。

Q: このLEDを1000mAで連続駆動できますか？
A: できません。1000mAの絶対最大定格は1/10デューティサイクルで規定されています。連続動作 (DC) の場合は、ディレーティング曲線を使用する必要があります。代表的な放熱パッド温度85°Cでは、接合部温度を125°C未満に保つために、最大許容連続電流は1000mAよりも大幅に低くなります。

Q: 湿気感受性レベル (MSL 1) が重要なのはなぜですか？
A: MSL 1は、部品がリフローはんだ付け中に湿気による損傷 (ポップコーン現象) を受けにくいことを意味します。使用前にドライバッグ包装やベーキングは必要なく、より高いMSLの部品 (例: MSL 2a, 3) と比較して、ロジスティクスおよび製造プロセスを簡素化します。

Q: 発注のための型番はどのように解釈すればよいですか？
A: ELSWF-S41L2-6FPNM-DB4B6のような完全な型番を指定する必要があります。これは、フラックスビン、色、電力、包装、電気的ビンなど、すべての主要特性を定義します。一般的なシリーズ名での発注では不十分です。

11. 実践的な設計と使用事例

事例: 育苗用LEDモジュールの設計
植物育成ライトメーカーが、強くコンパクトな苗の成長を促進するためのコンパクトなモジュールを設計しています。ターゲット波長のためにShwo(F)ロイヤルブルーLEDを選択します。

1. 電気設計: モジュールあたりPPF 50 µmol/sを目標とし、約10個のLEDが必要であると計算します (50 / 5.28 ≈ 9.5)。定電流ドライバから各LEDを700mAで駆動することを選択します。10個のLEDが直列に接続されたときにドライバの出力電圧範囲と一致する順方向電圧 (V_f) を持つ型番ビンを選択します。
2. 熱設計: モジュールは受動冷却されます。各LEDの放熱パッドの下に厚い銅層と熱ビアのアレイを備えたアルミニウムMCPCBを設計します。最終的な器具内での予想放熱パッド温度を75°Cとモデル化します。75°Cのディレーティング曲線を参照し、700mA動作が安全動作領域内であることを確認します。
3. 機械的・光学設計: LEDは3.5mmグリッド上に配置されます。120°のビーム角を考慮し、苗トレイ上で広く均一なカバレッジが求められるため、二次光学部品は使用しません。
4. 結果: モジュールはターゲットのブルースペクトルを効率的に提供し、過度な茎の伸長なしに健全な苗の発育を促進し、信頼性の高い熱設計が長期性能を保証します。

12. 動作原理の紹介

Shwo(F) LEDは、窒化インジウムガリウム (InGaN) 材料技術に基づく半導体光源です。アノードとカソード間に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体チップの活性領域に注入されます。それらが再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。InGaN量子井戸構造の特定の組成が、この場合は約452.5 nmのロイヤルブルーという、発光の波長を決定します。セラミックパッケージは機械的支持、電気的接続、および光出力をランバートパターンに整形する一次レンズを提供します。統合されたESD保護ダイオードは、静電気放電イベントから敏感な半導体接合部を保護します。

13. 技術トレンドと開発動向

Shwo(F)シリーズのようなLEDの開発は、業界におけるいくつかの主要なトレンドによって推進されています:

• 効率向上 (lm/W または 放射効率): 継続的な材料科学とチップ設計の改善により、壁プラグ効率がさらに高まり、同じ光出力に対してエネルギー消費と熱管理の要求が低減されます。
• 高電力密度: 3535のようなパッケージは、より小さな面積からより多くの光を提供するために、より高い電流で駆動され、よりコンパクトで強力な照明器具を可能にします。
• アプリケーション特化型最適化: 汎用の白色LEDではなく、特定のスペクトル帯域に最適化されたLEDへの強いトレンドがあります。植物工場はその代表例であり、植物の光受容体に一致する正確な波長 (例: クロロフィル吸収用のロイヤルブルー、フィトクロム反応用の遠赤色) に合わせたLEDが開発されています。
• 信頼性と堅牢性の向上: 高いESD定格、セラミックパッケージ、耐湿性設計などの機能は、プロフェッショナルグレードの部品において標準となりつつあり、過酷なアプリケーションでの長寿命を保証します。
• 統合と標準化: 標準フットプリント (例: 3535) と包装の使用は設計を簡素化し、セカンドソースの互換性を可能にします。一方、統合保護回路は付加価値と信頼性を高めます。