3020中功率EMCパッケージLED仕様書 - 3.0x2.0mm - 電圧3.4V - 電力0.5W/0.8W - クール/ニュートラル/ウォームホワイト - 中国語技術文書

製品概要

本ドキュメントは、先進的なEMC（エポキシ樹脂モールドコンパウンド）パッケージを採用した3020シリーズ中電力LEDの技術仕様と性能特性について詳細に説明しています。本シリーズは一般照明用途向けに設計され、光束効率、コスト効率、信頼性の最適なバランスを実現しています。

1.1 製品ポジショニングと中核的優位性

3020 LEDは中電力市場をターゲットとしており、高性能と高コストパフォーマンスを厳しく要求されるアプリケーションシーンを主な対象としています。その中核的優位性は、封装技術と電気設計に由来します。

• 強化型熱性能EMCパッケージ： 従来のPPAまたはPCTプラスチックと比較して、EMC材料はより優れた熱伝導性と耐高温性を有し、それにより優れた光束維持率とより長い寿命をもたらします。
• 高光束効率とコストパフォーマンス（ルーメン/ドル）： この製品は、同種製品の中で最高のルーメン毎ワットおよびルーメン毎ドルを提供することを目的としており、コストに敏感な大量照明プロジェクトに最適です。
• 電力柔軟性： 0.5Wシリーズとして定格されていますが、堅牢なパッケージにより最大0.8Wまでの動作が可能で、様々な駆動電流要件に対する設計の柔軟性を提供します。
• 高色彩品質： 最低演色評価数（CRI）は80で、良好な色彩再現性を確保し、色彩精度が要求される一般的な屋内照明に適しています。
• 強力な駆動能力： 最大順方向電流（IF）240mAおよびパルス電流（IFP）300mAをサポートし、様々な駆動方式に対応可能です。

1.2 ターゲット市場と主要アプリケーション

3020 LEDの多機能性により、幅広い照明用途への適用が可能です。

• 交換用照明器具と電球： 従来の白熱灯、電球型蛍光灯、または旧式LEDモジュールを、電球、蛍光灯、ダウンライト内で直接交換する。
• 一般照明： 住宅用、商業用、工業用照明器具（パネルライト、グリッドライト、ハイベイライトなど）の主光源。
• バックライト照明： 屋内・屋外のサイン、ライトボックス、装飾パネル用の照明。
• 建築・装飾照明： 重点照明、間接照明、その他安定した光出力と色彩の一貫性が求められるアプリケーション。

2. 詳細技術パラメータ分析

すべてのパラメータは、標準試験条件（順方向電流（IF）= 150mA、周囲温度（Ta）= 25°C、相対湿度（RH）= 60%）で測定。

2.1 光電特性

LEDの光出力と色彩を定義する主要な性能指標。

• 光束： 150mA時、代表的な範囲は58 lmから68 lmで、関連色温度（CCT）のビンに依存する。各ビンには最低保証値も規定されている。測定公差は±7%。
• 順方向電圧（VF）： 150mA時、LED両端の代表的な電圧降下は3.4Vで、範囲は3.1V（最小）から3.4V（代表値）。公差は±0.1V。このパラメータは駆動設計と熱管理に極めて重要である。
• 視野角（2θ1/2）： 典型的な110度の広い視野角は、広く均一な光の分布を提供し、一般的な照明に最適です。
• 演色評価数（CRI/Ra）： Raの最低値は80で、測定公差は±2です。これは良好な色彩忠実度を示しています。
• 逆方向電流（IR）： 逆方向電圧（VR）5V時、最大10 μAであり、接合部の完全性が良好であることを示します。

2.2 電気的特性と絶対最大定格

これらの定格は、永久的な損傷を引き起こす可能性のある動作限界を定義しています。

• 最大順方向電流（IF_max）： 240 mA（直流）。
• 最大パルス順方向電流（IFP_max）： 特定条件下（パルス幅 ≤ 100µs、デューティ比 ≤ 1/10）で300 mA。
• 最大消費電力（PD_max）： 816 mW。これは接合部で許容される最大熱損失電力です。
• 最大逆電圧（VR_max）： 5 V。
• 接合温度（Tj_max）： 115 °C。半導体接合部の絶対最高温度。
• 動作・保管温度： -40 °C から +85 °C。
• はんだ付け温度： 230°Cまたは260°Cで10秒間持続可能、標準的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルに対応。

2.3 熱的特性

効果的な熱管理は、性能と寿命にとって極めて重要です。

• 熱抵抗（Rθ_J-SP）： 21 °C/W（標準値）。これはLEDチップ接合部からはんだ付けポイントまでの熱抵抗です。値が低いほど、チップから基板への熱伝達が優れていることを示します。このパラメータは、はんだ付けポイント温度に対する接合部温度の上昇を計算するための鍵となります：ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• 静電気放電（ESD）耐性： 1000V（人体モデル）に耐え、優れた操作ロバスト性を有する。

3. グレーディングシステムの説明

生産における色と輝度の一貫性を確保するため、LEDは異なるビンに選別されます。本シリーズはマルチパラメータビニングシステムを採用しています。

3.1 色温度と色度のグレーディング

本製品は、暖白色から冷白色までの6つの主要なCCT区分を提供し、2600Kから7000KまでのEnergy Starの区分定義に準拠しています。

• モデルとCCT範囲：
  • T3427811C-**AA：暖白色（代表値2725K、範囲2580K-2870K）
  • T3430811C-**AA：ウォームホワイト（代表値3045K、範囲2870K-3220K）
  • T3440811C-**AA：ニュートラルホワイト（代表値3985K、範囲3710K-4260K）
  • T3450811C-**AA：ニュートラルホワイト（代表値5028K、範囲4745K-5311K）
  • T3457811C-**AA：クールホワイト（代表値5665K、範囲5310K-6020K）
  • T3465811C-**AA：クールホワイト（代表値6530K、範囲6020K-7040K）
• 色度ビニング構造（表5）： 各CCTビン（例：27M5、30M5）は、CIE 1931色度図上の楕円によって定義される。本表は、楕円の中心座標（x, y）、長半径（a）、短半径（b）、および回転角度（Φ）を規定する。色座標の測定不確かさは±0.007である。

3.2 光束（光束）のグレーディング

各色度分档内で、LEDは150mA時の光束出力に基づき更に選別される。

• 光束コード： E7、E8、E9、F1、F2などのコードは、特定のルーメン範囲を表します。例えば、27M5色度ビニングにおいて：
  • コードE7：54 lm（最小）から58 lm（最大）
  • コードE8：58 lmから62 lm
  • コードE9：62 lmから66 lm
• 利用可能な光束コードは色度ビンによって異なり、通常、より高いCCTビンはより高い光束コードを提供します（例：最大F2：70-72 lm）。

3.3 順方向電圧のグレーディング

LEDは、駆動回路の設計を簡素化し、直列接続時のストリング動作を均一化するため、順方向電圧降下に基づいても分類されます。

• 電圧コード：
  • コード1：VF = 2.8V から 3.0V
  • コード2：VF = 3.0V から 3.2V
  • コード3：VF = 3.2V から 3.4V
• VFの測定公差は±0.1Vです。

4. 性能曲線の分析

提供されたグラフは、LEDの様々な動作条件下での振る舞いに関する重要な知見を示している。

4.1 IV特性と相対光束

図3（IFと相対光束）： 駆動電流と光出力の関係を示しています。光束は電流に対してサブリニアに増加します。より高い電流（例：240mA）で駆動すると総光束は増加しますが、熱損失と電気損失の増加により、効率（ルーメン毎ワット）は一般的に低下します。設計者は、出力要件と効率および熱負荷のバランスを取る必要があります。

図4（IFとVF）： ダイオードのIV特性曲線を示しています。順方向電圧は電流の増加に伴い上昇します。この曲線は、任意の動作点における消費電力（PD = IF * VF）の計算に不可欠であり、消費電力は熱設計に直接影響します。

4.2 温度依存性

図6（Taと相対光束）： 環境/はんだ接点温度の上昇が光出力に及ぼす悪影響を示している。温度が25°Cから85°Cに上昇すると、光束は約20-30%低下する可能性がある。これは効果的なPCB熱設計とヒートシンクの必要性を強調している。

図7（Taと順方向電圧）： 順方向電圧は温度上昇に伴い線形に低下する（典型的なInGaN LEDでは約-2mV/°C）。この特性は、接合温度の推定に利用されることがある。

図8（最大IFと周囲温度）： 重要なデレーティングカーブ。最大接合温度（115°C）を超えないようにするため、周囲温度の上昇に伴い最大許容連続順方向電流を低下させる必要がある。例えば、周囲温度85°Cでは、最大許容電流は240mAを大きく下回る。

4.3 スペクトルと色度特性

図1（スペクトル分布）： 白色LEDの典型的なスペクトルは、青色チップと蛍光体の組み合わせによって生成される。この図は、チップからの青色光のピークと、より広い波長範囲にわたる黄色蛍光体の発光を示している。正確なスペクトル形状がCCTとCRIを決定する。

図5（TaとCIE x, yのシフト）： 定電流条件下での色度座標の温度変化を示す。座標は特定の軌跡に沿って移動する。このシフトを理解することは、広い温度範囲で厳密な色安定性を必要とするアプリケーションにおいて非常に重要である。

図2（視角分布）： 110度視角に関連する近ランバート放射パターンを確認し、中心角度に伴う強度変化を示した。

5. アプリケーションガイドと設計上の考慮事項

5.1 熱管理

これは性能と寿命を確保する最も重要な要素です。

• PCB設計： 金属基板（MCPCB）またはLEDのヒートパッド下に十分な放熱ビアを備えた標準FR4ボードを使用し、熱をはんだ接点から放散させる。
• 接合部温度計算： Tjを継続的に監視・制御する。推定式：Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP) ここで、Tspははんだ接点で測定された温度。Tjは常に115°C未満に保ち、より長寿命のためにはこれを大幅に下回ることが望ましい。
• デレーティングカーブに従うこと： 最大電流と周囲温度の関係曲線（図8）を厳守すること。

5.2 電気駆動

• 定電流駆動： 常に定電流LEDドライバーを使用してください。VFの負の温度係数のため、定電圧駆動を使用すると熱暴走や故障を引き起こします。
• 電流選択： LEDは240mAまでの電流を扱えますが、通常150mA以下の試験電流で動作させることで、発光効率、寿命、熱負荷の最適なバランスが得られます。図3の曲線を使用して、必要な光束出力に対応する適切な電流を選択してください。
• 直列/並列構成： 複数のLEDを直列接続する場合は、ドライバーのコンプライアンス電圧がLEDストリングの合計VFを満たすようにしてください。並列ストリングの場合、電流の不均一を防ぐために、個別の定電流制御またはVFビンニングの慎重なマッチングを行ってください。

5.3 光学設計

• 110度の広視野角は、二次光学素子を必要とせずに広範囲な照明が必要な用途に適しています。集光ビームには、適切なレンズまたは反射器が必要となります。
• 異なる生産ロットのLEDを混在させる場合は、照明器具内の色むらを防ぐために、色度ビニングを考慮してください。

5.4 溶接と操作

• リフローはんだ付け： ピーク温度230°Cまたは260°C、持続時間10秒以内の標準的な鉛フリーリフロー・プロファイルと互換性があります。推奨される昇温、恒温、冷却速度のプロファイルに従い、パッケージ応力を回避してください。
• ESD予防措置： 定格は1000V HBMですが、操作および組立工程では標準的なESD予防措置（接地ワークステーション、リストストラップ）を遵守する必要があります。
• 保管： 規定の温度範囲（-40°Cから+85°C）内で、乾燥した制御環境下に保管すること。

6. 技術比較と差別化

データシートには特定の競合部品との直接的な並列比較は記載されていないが、この3020 EMCパッケージの主要な差別化優位点は以下のように推測される：

• EMCとプラスチックパッケージ（PPA/PCT）の比較： 標準的なプラスチックと比較して、EMCパッケージは高温および紫外線照射下において、より優れた熱特性と黄変/褐変耐性を有します。これは、より良好な光束維持率（L70/L90寿命）と経時的な色安定性につながります。
• 電力密度： 3020パッケージサイズ内で0.8Wまで確実に動作し、多くの従来型中電力LEDよりも高い電力密度を提供することで、所定の光束出力に必要なLED数を削減できる可能性があります。
• 包括的なビニング： 多パラメータ・ビニング（色度、光束、電圧）は、メーカーが最終製品において高水準の色と輝度の均一性を実現するための手段を提供し、これは高品質照明器具の重要な要件です。

7. よくある質問（技術仕様に基づく）

質問：このLEDを最大電流240mAで連続駆動できますか？
回答：可能ですが、接合部温度（Tj）を115°C以下に保てる場合に限ります。これは、優れた熱管理（接合部から環境への熱抵抗が非常に低いこと）が必要です。ほとんどの実際の設計では、最適な光束効率と信頼性を得るために、低い電流（例：150mA）での動作をお勧めします。

質問：典型的な動作点における実際の消費電力はどれくらいですか？
答：IF=150mA、VF=3.4V（代表値）における電力入力は P = 0.15A * 3.4V = 0.51W（510mW）です。この値と最大消費電力定格（816mW）との差が熱設計マージンとなります。

問：分档コード「T3450811C-**AA，50M5，F1，2」はどのように解釈しますか？
答：これは、ニュートラルホワイト色（代表値5028K、分档50M5）、光束がF1範囲（150mA時66-70 lm）、順方向電圧がコード2（3.0V-3.2V）のLEDを指定します。型番中の「**」は特定の光束/電圧コードを表している可能性があります。

問：なぜ光出力は温度上昇に伴って低下するのですか？
答：主な理由は二つあります：1) 半導体チップの内部量子効率が高温で低下すること。2) 蛍光体層の変換効率の低下と、熱による消光（熱消光）の可能性です。効果的な冷却はこの低下を軽減できます。

問：ヒートシンクは必要ですか？
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. 動作原理の概要

3020 LEDは、半導体物理学に基づく固体光源です。コアコンポーネントは、窒化インジウムガリウム（InGaN）材料で作られたチップです。ダイオードの閾値電圧を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔がチップの活性領域内で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。この白色LEDでは、チップは主に青色光を放射します。蛍光体層（通常はセリウム添加のYAG（イットリウム・アルミニウム・ガーネット））がチップ上に堆積されています。青色光の一部は蛍光体に吸収され、黄色光として再放射されます。残りの青色光と変換された黄色光が組み合わさることで、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、および特定の蛍光体組成が、放射される白色光の相関色温度（CCT）と演色性（CRI）を決定します。EMCパッケージの役割は、精密な半導体チップと蛍光体を保護し、機械的安定性を提供し、主光学レンズを形成し、最も重要なこととして、高温の接合部からの熱伝導のための効果的な経路を提供することです。

9. 技術トレンド

3020パッケージなどに代表されるミッドパワーLED分野は継続的に発展している。本製品に関連する主要な業界トレンドは以下の通りである：

• 絶え間なく向上する発光効率： チップエピタキシー、蛍光体技術、パッケージ設計の継続的な改善により、ワット当たりのルーメン値が向上し続け、同じ光束出力でのエネルギー消費を削減しています。
• 強化された色彩品質と均一性： 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• 信頼性と寿命の向上： 熱応力、湿気、光劣化に対する耐性を高め、L90寿命を延ばすため、EMCなどの強化材料と製造プロセスに注力。
• 小型化と高電力密度： トレンドは、より小さなパッケージにより多くの光出力を集積すること（例：3528から3030、さらに2835へ、または同じサイズでより高いワット数を処理）であり、これはより小型でスタイリッシュな照明器具への需要に起因する。
• スマート＆調光可能照明： これは標準的な白色LEDであるが、より広範な市場はCCTを動的に調整可能なLED（調光可能白色）や制御電子部品を統合したLEDへと移行している。ただし、これらの機能は通常、単一チップパッケージレベルではなく、モジュールまたはシステムレベルで実現される。

3020 EMC LEDシリーズは、この進化する状況において、確固たる技術基盤により一般照明のコアニーズを満たす、成熟した、コスト効率が高く信頼性の高い「主力製品」として位置づけられている。