EHP-C04 高出力白色LED データシート - パッケージ 2.04x1.64x0.75mm - 電圧 2.95-4.15V - 電力 7.5W (パルス) - 技術文書

1. 製品概要

EHP-C04/NT01H-P01/TRは、高い光束出力を必要とする要求の厳しい用途向けに設計された、コンパクトで高効率な白色発光ダイオード（LED）です。この表面実装デバイス（SMD）は、InGaNチップ技術を利用して白色光を生成します。その主な設計目標は、最小限の占有面積内で高い光学性能を提供することであり、スペースに制約のある電子アセンブリに適しています。

このLEDの主な利点は、駆動電流500mAにおける85ルーメンの高い標準光束であり、これにより約47ルーメン/ワットの光学効率が得られます。最大8 kV定格の内蔵静電気放電（ESD）保護機能を備えており、取り扱いや組立時の堅牢性を高めています。デバイスは湿気感受性レベル（MSL）1に分類されており、これは条件≤30°C/85% RHでのフロアライフが無制限であることを示し、保管と物流を簡素化します。さらに、RoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠し、鉛フリー（Pbフリー）部品として製造されています。

このLEDのターゲット市場は広く、民生用電子機器、プロフェッショナル照明、自動車用途を含みます。その主要仕様は、高輝度、信頼性、コンパクトサイズが重要なパラメータとなる用途における理想的なソリューションとして位置づけています。

2. 技術パラメータ詳細

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応力限界を定義します。これらの定格は、はんだパッド温度（T_{はんだパッド}）25°Cで規定されており、いかなる動作条件下でも超えてはなりません。

• 直流順方向電流（I_F）：350 mA。これはLEDが連続的に扱える最大順方向電流です。
• ピークパルス電流（I_パルス）：1500 mA。この高電流は、特定のパルス条件下でのみ許容されます：最大パルス幅400ms、最大デューティサイクル10%（例：400ms ON、3600ms OFF）。この定格はフラッシュ/ストロボ用途において極めて重要です。
• ESD耐性（人体モデル）：8000 V。これはLEDの静電気放電に対する堅牢性を規定します。
• 逆電圧（V_R）：データシートは、このLEDシリーズが逆バイアス動作用に設計されていないことを明示しています。逆電圧の印加は推奨されません。
• 接合温度（T_J）：125 °C。半導体接合部の最大許容温度です。
• 動作・保管温度：デバイスは-40°Cから+85°Cで動作し、-40°Cから+110°Cで保管できます。
• 電力損失（パルスモード）：7.5 W。これはパルス動作中にパッケージが放散できる最大電力であり、熱管理に依存します。
• はんだ付け温度：260 °C、最大2回のリフローサイクルが許容されます。
• 視野角（2θ_1/2）：130度（±5°）。これは光度がピーク値（中心）の半分になる全角度です。

重要な設計上の注意点：LEDを最大定格で連続動作させると、永久損傷やパラメータ劣化を引き起こす可能性があります。複数の最大定格パラメータを同時に適用することはできません。最大限界付近での長時間動作は、潜在的な信頼性問題につながる可能性があります。信頼性試験（1000時間）は、IV劣化が30%未満であることを保証します。

2.2 電気光学特性

これらの特性は、標準条件（T_{はんだパッド}=25°C、パルス幅50ms）で測定され、デバイスの性能を表します。

• 光束（Ф_v）：最小70 lm、標準85 lm。I_F=500mA、許容差±10%で測定。
• 順方向電圧（V_F）：最小2.95 V、最大4.15 V（I_F=500mA時）。測定許容差は±0.1V。順方向電圧はビニングされており、セクション3で詳述します。
• 相関色温度（CCT）：I_F=500mA時、4500 Kから7000 Kの範囲。これはクールホワイトからデイライトホワイトの色温度をカバーします。

2.3 熱特性

効果的な熱管理は、LEDの性能と寿命にとって最も重要です。接合温度は125°C未満に保たなければなりません。データシートは、異なる駆動電流下での信頼性試験に関する具体的なガイダンスを提供し、適切な熱基板の必要性を強調しています：

• 1500 mAパルス試験では、良好な熱管理を備えた1.0 x 1.0 cm²の金属基板プリント回路板（MCPCB）が必要です。
• 1000 mA試験では、同じサイズで良好な熱管理を備えたFR4基板が使用されます。
• 順方向電流のディレーティング曲線が提供されており、はんだパッド温度の上昇に伴って最大許容連続電流がどのように減少するかを示しています。この曲線は、トーチ（連続）モードでT_J(MAX)= 125°Cを維持することに基づいています。

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は主要パラメータに基づいてビンに分類されます。EHP-C04は多パラメータビニングシステムを採用しています。

3.1 順方向電圧（V_F）ビニング

LEDは、500mA時の順方向電圧に基づいて4つのビンにグループ分けされます：

• ビン 2932： V_F= 2.95V から 3.25V
• ビン 3235： V_F= 3.25V から 3.55V
• ビン 3538： V_F= 3.55V から 3.85V
• ビン 3841： V_F= 3.85V から 4.15V

これにより、設計者は一貫したドライバ設計とシステム性能のために、類似した電気特性を持つLEDを選択できます。

3.2 光束（Ф_v）ビニング

LEDは、500mA時の最小光束に基づいてビニングされます：

• F7：70 lm から 80 lm
• F8：80 lm から 90 lm
• F9：90 lm から 100 lm
• J1：100 lm から 120 lm
• J2：120 lm から 140 lm
• J3：140 lm から 160 lm

標準値85 lmはF8ビンに含まれます。このビニングにより、複数LEDアプリケーションでの輝度均一性が確保されます。

3.3 色座標（白色）ビニング

白色光の色度は、CIE 1931（x, y）色度図上で定義されます。LEDは3つの主要な色ビンにグループ分けされ、それぞれがCCT範囲に関連付けられています：

• 色ビン (1) - 4550K：4500Kから5000Kをカバー。特定のコーナー座標を持つ（x,y）チャート上の四角形で定義されます。
• 色ビン (2) - 5057K：5000Kから5700Kをカバー。独自のコーナー座標セットで定義されます。
• 色ビン (3) - 5770K：5700Kから7000Kをカバー。3番目のコーナー座標セットで定義されます。

色座標測定の許容差は±0.01です。すべてのビンは、I_F=500mA、50msパルス動作下で定義されます。この精密なビニングは、一貫した白色点と演色性を必要とする用途において重要です。

4. 性能曲線分析

4.1 順方向電圧 vs. 順方向電流（IV曲線）

提供された曲線は、順方向電圧（V_F）と順方向電流（I_F）の関係を示しています。LEDに期待されるように、V_FはI_Fとともに増加しますが、線形ではありません。曲線は非常に低い電流で約2.8Vから始まり、1500mAで約5.0Vまで上昇します。この曲線は、電力損失（V_F* I_F）と必要なドライバ電圧のヘッドルームを決定するため、電流ドライバ回路の設計に不可欠です。

4.2 光束 vs. 順方向電流

この曲線は、駆動電流の関数としての相対的な光出力を示しています。光出力は電流とともにサブリニアに増加します。より高い電流で駆動するとより多くの光が得られますが、同時に大幅に多くの熱が発生し、効率が低下し、寿命に影響を与える可能性があります。曲線は、より高い電流（例：1000mA以上）で出力が飽和し始めることを示しており、収穫逓減とデバイスへのストレスの増加を示しています。

4.3 相関色温度（CCT） vs. 順方向電流

CCTは駆動電流に依存性を示します。このLEDの場合、CCTは通常、電流とともにわずかに増加し、低電流時の約5600Kから1500mA時の約6000K近くに移動します。このシフトは、異なる輝度レベルで一貫した色温度が要求される用途において重要です。

4.4 相対分光分布

分光パワー分布グラフは、InGaNチップからの青色領域（約450-460 nm）での広い発光ピークと、より広い黄色蛍光体の発光ピークの組み合わせを示しています。組み合わされたスペクトルが白色光を生成します。正確な形状とピークはLEDの平均演色評価数（Ra）を決定しますが、このデータシートでは特定のRa値は提供されていません。

4.5 放射パターン

X軸とY軸の両方について極座標放射パターンが提供されています。パターンはほぼランバート（余弦分布）であり、広く均一な照明のために設計された一次レンズを備えたLEDに典型的です。130度の視野角はこのパターンによって確認され、強度が±65度で中心値の50%に低下します。

4.6 順方向電流ディレーティング曲線

これは熱設計にとって重要なグラフです。最大許容連続順方向電流とはんだパッド温度の関係をプロットしています。パッド温度が上昇すると、最大安全電流は直線的に減少します。例えば、はんだパッド温度75°Cでは、最大連続電流は約300mAにディレーティングされます。この曲線を使用して、実際の熱条件下でLEDが安全な接合温度限界内で動作することを確認する必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

EHP-C04は表面実装パッケージに収められています。上面図と側面図からの主要寸法は以下の通りです：

• パッケージ全体サイズ：約2.04 mm（長さ）x 1.64 mm（幅）x 0.75 mm（高さ）。
• チップ位置：発光チップはパッケージ内の中央に位置しています。
• アノードおよびカソードパッド：パッケージは電気接続用に2つのはんだパッドを備えています。アノードとカソードは図面で明確にマークされています。動作には正しい極性が不可欠です。
• 光学中心：主光軸が発生する点。光学システムのアライメントに重要です。
• 公差：特に指定がない限り、寸法公差は±0.1 mmです。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

このLEDは、ピーク温度260°Cのリフローはんだ付けプロセスに対応しています。最大2回のリフローサイクルが許容されます。湿気感受性レベル（MSL）はクラス1であり、これはリフローはんだ付け中にポップコーン現象（パッケージ割れ）を引き起こす有害なレベルの湿気を吸収することなく、工場フロア条件（≤30°C/85% RH）に無制限に曝露できることを意味し、使用前のベーキングは不要で、物流を簡素化します。他の理由でベーキングが必要と判断される場合は、標準JEDECソーク条件（85°C/85% RHで168時間）が適用されます。組立中は、敏感な半導体構造のため、標準的なESD予防策を講じる必要があります。

7. 包装および発注情報

デバイスは、自動組立に適した防湿包装で供給され、通常はキャリアテープとリールに巻かれています。リール上の製品ラベルには、顧客品番（CPN）、メーカー品番（P/N - EHP-C04/NT01H-P01/TR）、およびトレーサビリティのためのロット番号のフィールドが含まれます。特定のキャリアテープ寸法は、データシートの以前の改訂版で定義されたものとして参照されています。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 携帯電話カメラフラッシュ / ストロボ：高いパルス電流能力（1500mA）と高い光束により、モバイルデバイスやデジタルカメラのカメラフラッシュ用途に理想的です。
• トーチライト：ハンドヘルド懐中電灯やデジタルビデオカメラなどのデバイス内のトーチ用途に適しています。
• 一般照明：コンパクトで明るい点光源が必要な屋内照明器具、装飾照明、エンターテインメント照明に使用できます。
• バックライト：TFT-LCDバックライトユニット、特に小型パネルや大型パネル用のアレイとして適用可能です。
• 自動車照明：内装（ダッシュボード、ドームライト）および外装（補助照明、シグネチャーライト）の自動車用途の両方に適しており、関連する自動車規格を満たすことが条件です。
• 信号灯およびマーカー灯：その輝度と広い視野角により、非常口サイン、ステップライト、その他の方向指示マーカーに理想的です。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：これは最も重要な設計要素です。適切なPCB（高電流/パルス動作にはMCPCBを推奨）を使用し、はんだパッド温度を可能な限り低く保つために十分な放熱を確保してください。ディレーティング曲線を参照してください。
• 電流駆動：定電圧源ではなく、定電流LEDドライバを使用してください。ドライバは順方向電圧ビン範囲（2.95V-4.15V）を扱い、所望の電流（連続またはパルス）を供給するように設計する必要があります。
• 光学：130度の視野角は広いビームを提供します。集光ビームの場合は、二次光学部品（レンズ、リフレクター）が必要になります。光学中心位置はアライメントに使用する必要があります。
• ESD保護：LEDには内蔵ESD保護機能がありますが、敏感なラインに追加のボードレベルESD保護を実装することは良い習慣です。

9. 技術比較と差別化

データシート内で他のモデルとの直接的な並列比較は提供されていませんが、EHP-C04の主要な差別化機能はその仕様から推測できます：

• コンパクトサイズでの高光束：長さ2.1mm未満のパッケージから85 lmの標準光束を提供することは、小型化デバイスにとって大きな利点です。
• 高いパルス電流能力：1500mAのパルス定格（デューティサイクル10%）は、そのサイズに対して非常に高く、特にカメラフラッシュ用途をターゲットとしています。
• 堅牢なESD定格：8kV HBM ESD保護は、ESD定格が低い、または規定されていないLEDと比較して、組立歩留まりと現場信頼性を高める強力な機能です。
• MSLレベル1：これは、ベーキングを必要とするより高いMSL定格のコンポーネントと比較して、在庫管理と組立プロセスを簡素化します。
• 包括的なビニング：3パラメータビニング（光束、V_F、色）により、非常に厳密なシステム性能マッチングが可能であり、均一な輝度と色を実現する複数LEDアレイにおいて重要です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このLEDを1000mAで連続駆動できますか？
A1: 直流順方向電流の絶対最大定格は350mAです。1000mAでの連続動作はこの定格を超え、急速な故障を引き起こす可能性が高いです。1000mAおよび1500mAのレベルは、最大パルス幅400ms、最大デューティサイクル10%という厳格な条件下でのパルス動作専用であり、優れた熱管理（MCPCB）が必要です。

Q2: F8とJ1の光束ビンの違いは何ですか？
A2: F8ビンは、500mA時に80から90 lmの最小光束を保証します。J1ビンは、より高い最小光束、100から120 lmを保証します。より高いビンを選択すると、より大きな最小光出力が確保されますが、コストが高くなる可能性があります。

Q3: 色ビニングチャートはどのように解釈すればよいですか？
A3: データシート5ページのチャートはCIE 1931色度図です。各番号付きビン（1、2、3）は、この図上の四角形の領域を表します。LEDはテストされ、測定された（x,y）色座標がこれらの定義された領域のいずれかに収まらなければなりません。ビン1は暖かい白色（約4550K）、ビン2は中性白色（約5057K）、ビン3は冷たい白色（約5770K）に対応します。

Q4: なぜ熱管理がそれほど強調されているのですか？
A4: LEDの効率は温度が上昇すると低下します（効率ドループ）。さらに重要なことに、過度の接合温度（125°C以上）は、蛍光体の熱消光や半導体欠陥などの劣化メカニズムを加速し、寿命を大幅に短縮します。適切な放熱は性能と信頼性を維持します。

Q5: 湿気感受性レベル1は生産にとって何を意味しますか？
A5: MSL 1は、コンポーネントがリフローはんだ付け中にポップコーン現象（パッケージ割れ）を引き起こす有害なレベルの湿気を吸収することなく、工場フロア条件（≤30°C/85% RH）に無制限に曝露できることを意味します。使用前のベーキングは不要で、物流を簡素化します。

11. 設計および使用事例

事例1: スマートフォンカメラフラッシュモジュール
設計者はスマートフォン用のデュアルLEDフラッシュを作成しています。高いパルス出力と小さなサイズのためにEHP-C04を選択します。1500mAパルスからの熱を管理するために、コンパクトなMCPCBサブアセンブリを設計します。両方のフラッシュが同一の輝度と色を生成するように、同じ光束ビン（例：F8）と色ビン（例：ビン2）からLEDを指定します。ドライバICは、正確にタイミングされた400msパルスを供給するように選択されます。広い130度の角度により、拡散レンズを必要とせずに良好なシーンカバレッジが確保され、スペースを節約します。

事例2: コンパクト高ルーメン懐中電灯
コンパクトなタクティカル懐中電灯では、最大出力が目標です。設計者は、最大連続定格350mAで駆動される単一のEHP-C04を使用します。熱伝導性のアルミニウムPCBが使用され、懐中電灯本体が放熱器として機能します。ドライバ回路には、温度が高くなりすぎた場合に電流を減少させる熱フィードバックが含まれています。広いビームパターンは、LEDの光学中心に合わせた放物面リフレクターを使用してコリメートされ、有用なスピルを持つ集光スポットを作り出します。

12. 技術原理の紹介

EHP-C04は蛍光体変換白色LEDです。窒化インジウムガリウム（InGaN）で作られた半導体チップに基づいており、電流が流れるとスペクトルの青色領域（通常約450-460 nm）で光を発します。この青色LEDチップは、セリウム添加ヤグ（YAG:Ce）蛍光体の層でコーティングされています。チップからの青色光の一部は蛍光体に吸収され、その後、黄色領域を中心とした広いスペクトルで光を再放射します。吸収されずに残った青色光と変換された黄色光の混合が、人間の目には白色光として知覚されます。青色光と黄色光の正確な比率は、蛍光体の組成と厚さによって制御され、白色出力の相関色温度（CCT）を決定します。この技術は、他の白色LED方法と比較して高い効率と比較的単純な製造プロセスにより、業界で支配的です。

13. 技術開発動向

高出力白色LEDの分野は、性能、品質、アプリケーション範囲の改善を目指すいくつかの主要な軌跡に沿って進化し続けています。EHP-C04は有能なデバイスを表していますが、進行中の動向には以下が含まれます：

• 効率向上（ルーメン/ワット）：研究は、青色InGaNチップの内部量子効率の改善、パッケージからの光取り出しの向上、ストークス損失を低減するためのより狭い発光スペクトルを持つ効率的な蛍光体（例：量子ドットや窒化物/オキシナイトライド蛍光体の使用）の開発に焦点を当てています。
• 色品質の向上：クールホワイトを超えて、高い平均演色評価数（Ra >90、さらには>95）と調整可能なCCTを持つLEDへの強い傾向があり、多くの場合、複数蛍光体ブレンドまたは複数LEDチップ（RGBまたはRGB+ホワイト）を使用します。
• 高出力密度と小型化：より小さく、より明るいデバイスへの追求が続いています。これには、チップスケールパッケージ（CSP）やフリップチップ設計などの先進的なパッケージング技術が含まれ、熱経路を改善し、発光面積に対するパッケージサイズを縮小します。
• 信頼性と寿命の向上：材料（エピタキシー、蛍光体、封止材）とパッケージ設計（より良い熱界面、気密封止）の改善により、定格寿命（L70/B50）は数万時間から10万時間以上に押し上げられています。
• アプリケーション特化型最適化：LEDは特定の市場向けにますます調整されています。例えば、フラッシュLEDは非常に高いパルス電流と最小限のドループのために最適化され、園芸用LEDは特定の植物成長スペクトルに調整されます。EHP-C04データシートに見られる包括的なビニングは、正確でアプリケーション対応のコンポーネントを提供するというこの動向の一部です。