3020 ミッドパワーLED データシート - 外形寸法 3.0x2.0mm - 順電圧 6.6V - 消費電力 0.5W - クール/ニュートラル/ウォームホワイト - 日本語技術文書

製品概要

3020シリーズは、一般照明用途向けに設計されたミッドパワーLEDソリューションであり、発光効率、コストパフォーマンス、信頼性の最適なバランスを提供します。熱強化型エポキシモールドコンパウンド（EMC）パッケージに収められたこのLEDは、コンパクトな3.0mm x 2.0mmのフットプリントで一貫した性能を発揮するように設計されています。本シリーズは、ワットあたりおよびドルあたりの高いルーメン効率を特徴とし、コストに敏感でありながら性能志向の照明設計において魅力的な選択肢となっています。

この製品のコアポジショニングは、屋内・屋外用途を含む、リフォームおよび新築の一般照明市場です。その主な利点は、従来のプラスチックと比較して優れた熱管理を提供するEMCパッケージ材料に由来しており、より高い駆動電流と改善された長寿命を可能にします。LEDの定格電力は0.5Wですが、適切な熱条件下では最大0.8Wまで駆動可能であり、設計の柔軟性を提供します。

ターゲット市場は、幅広い照明セグメントを含みます：リフォームプロジェクトにおける従来の白熱灯や蛍光灯の直接置き換え、住宅および商業用一般照明の主光源、看板のバックライト、色品質と信頼性が最も重要となる建築照明や装飾照明などです。

詳細技術パラメータ分析

測光・色特性

電気光学性能は、周囲温度25°C、相対湿度60%、駆動電流80mAの標準試験条件下で規定されています。製品ファミリーは、ウォームホワイト（2725K）からクールホワイト（7040K）まで広がる相関色温度（CCT）オプションを提供し、製品選択表に詳細が記載されています。すべてのバリエーションは、最小演色評価数（CRIまたはRa）80を維持し、一般照明のための良好な色再現性を保証します。典型的な光束値は、CCTビンに応じて、80mAで54ルーメンから66ルーメンの範囲です。記載された測定許容差に注意することが重要です：光束は±7%、CRIは±2です。CCTはCIE 1931色度図から導出されます。

電気・熱特性パラメータ

主要な電気パラメータは、LEDの動作範囲を定義します。典型的な順電圧（VF）は80mAで6.6V、許容差は±0.1Vです。絶対最大順電流は120mAで、パルス電流（IFP）定格はパルス幅≤100µs、デューティサイクル≤1/10の条件下で200mAです。最大消費電力（PD）は816mWと規定されています。逆電圧（VR）耐量は5Vです。

熱性能は信頼性にとって重要です。接合部からはんだ付け点までの熱抵抗（RθJ-SP）は、典型的に21°C/Wです。このパラメータは、動作接合温度を基板温度に直接関連付けます。最大許容接合温度（Tj）は115°Cです。デバイスは110度の広い指向角（2θ1/2）を特徴とし、広く均一な光分布を提供します。静電気放電（ESD）保護は、人体モデル（HBM）に準拠し、最大1000Vまで対応しています。

絶対最大定格

デバイスの信頼性のため、絶対最大定格の遵守は必須です。これらの制限を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。定格は以下の通りです：順電流（IF）：120mA；パルス順電流（IFP）：200mA；消費電力（PD）：816mW；逆電圧（VR）：5V；動作温度（Topr）：-40°C ～ +85°C；保管温度（Tstg）：-40°C ～ +85°C；接合温度（Tj）：115°C；はんだ付け温度（Tsld）：230°C または 260°C、10秒間（リフロープロファイルによる）。

ビニングシステムの説明

色温度（CCT）ビニング

LEDは、照明器具内の一貫性を確保するために、精密な色ビンに分類されます。色座標のビニング構造は、CIE 1931色度図上の楕円システムに従います。各ビン（例：27M5、30M5）は、中心点（x、y座標）、長半径（a）、短半径（b）、および回転角（Φ）によって定義されます。このシステムは、2600Kから7000Kの範囲におけるEnergy Starプログラムの要件に準拠しています。色座標の測定不確かさは±0.007です。この厳密なビニングにより、アレイ内の個々のLED間の目に見える色の違いを最小限に抑えます。

光束ビニング

輝度の均一性を管理するため、LEDは80mAでの光束出力に応じてもビニングされます。光束はコード（E7、E8、E9、F1）に分類され、それぞれが特定のルーメン範囲（例：E8：58-62 lm、E9：62-66 lm、F1：66-70 lm）を表します。特定のLEDに適用される光束ビンは、その色ビンによって異なります。この2次元ビニング（色と光束）により、設計者はアプリケーションの色度と輝度の両方の要件に合致するLEDを選択できます。

順電圧ビニング

順電圧は、ドライバ設計と並列ストリングにおける電流マッチングを支援するために、3つのビンに分類されます。ビンは以下の通りです：コードC（5.5V - 6.0V）、コードD（6.0V - 6.5V）、コードE（6.5V - 7.0V）。測定条件は80mA、許容差±0.1Vです。同じ電圧ビンからLEDを選択することで、マルチLEDシステムにおけるより均一な電流分布と熱性能を確保するのに役立ちます。

性能曲線分析

データシートには、設計分析のためのいくつかの重要なグラフが提供されています。相対分光分布図は、蛍光体変換型白色LEDに典型的な発光スペクトルを示しており、青色励起ピークと広い黄色蛍光体発光を持ちます。指向角分布図は、110度の半値角を持つランバート型に近い発光パターンを確認します。

順電流特性は重要です。IF対相対光束曲線は、光出力が電流とともに非線形的に増加し、高電流では熱とドループの増加により効率が低下する傾向があることを示しています。順電圧対順電流（IV）曲線はドライバ設計に不可欠であり、ダイオードの指数関数的なV-I関係を示しています。

温度特性は実環境での性能にとって重要です。周囲温度（Ta）対相対光束のグラフは、周囲温度（ひいては接合温度）が上昇するにつれて光出力が低下することを示しています。Ta対順電圧曲線は、VFの負の温度係数を示しています。接合温度グラフは、Taを相対光束および順電圧に対してプロットし、これらの熱依存性をさらに解明します。おそらく最も重要なのは、最大順電流対周囲温度のデレーティング曲線であり、周囲温度が上昇した場合の最大安全動作電流を規定し、Tj最大値115°Cを超えないようにします。

CIE色度図は、色ビン（27M5、30M5など）を黒体軌跡上の楕円として視覚的に表現し、色選択とビニング境界の明確な参照を提供します。

機械的仕様・梱包情報

LEDは、表面実装デバイス（SMD）パッケージを採用しており、長さ約3.0mm、幅約2.0mmの寸法です。機械図面には、パッド間隔、部品高さ、はんだパッド形状などの詳細な寸法が記載されています。すべての寸法はミリメートル単位で、未定義の許容差は±0.2mmです。図面は正確な参照のために1:1スケールで提示されています。パッケージは2つのアノード端子と2つのカソード端子を備えており、堅牢なはんだ接合部の形成とPCBへの熱伝導の改善を容易にします。極性は、ノッチや緑色のマーキングなどのカソードインジケータによって、パッケージ自体に明確に表示されています。

はんだ付け・実装ガイドライン

本コンポーネントは、鉛フリーリフローはんだ付けプロセスに適しています。最大はんだ付け温度は、使用する特定のリフロープロファイル（例：SnAgCuはんだ）に応じて、ピーク230°Cまたは260°C、持続時間10秒と規定されています。熱衝撃を最小限に抑え、パッケージのクラックや剥離を防ぐために、制御された立ち上がり速度と冷却速度を持つ推奨リフロープロファイルに従うことが不可欠です。湿気感受性レベル（MSL）は提供された内容には明示されていませんが、EMCパッケージの場合、リフロー前に部品が長時間環境条件にさらされた場合は、"ポップコーン"現象を避けるために部品をベーキングすることが一般的に推奨されます。保管は、指定された-40°Cから+85°Cの温度範囲内の乾燥した管理された環境で行う必要があります。

アプリケーション推奨事項

典型的なアプリケーションシナリオ

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

設計上の考慮点

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

技術比較と差別化

PPA（ポリフタルアミド）またはPCT（ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）パッケージの従来のミッドパワーLEDと比較して、この3020 EMCシリーズの主な差別化要因は、その優れた熱性能です。EMC材料はより高い熱伝導率を持ち、黄変や劣化なしにより高い接合温度に耐えることができます。これにより以下が可能になります：

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

設計・使用事例

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

LEDはアルミニウムMCPCBに実装されます。システム全体の電力は、およそ24 * 0.528W = ~12.7Wとなります。80mAを出力し、24個のLEDを直列に接続した場合の電圧範囲（24 * ~6.6V = ~158V）をカバーする定電流ドライバが選択されます。MCPCB設計がLEDのはんだ付け点温度を十分に低く保ち、照明器具の定格動作温度で初期光束出力の90%以上を維持できることを確認するために、熱シミュレーションが実行されます。すべてのLEDを40M5色ビンおよび単一の光束ビン（例：F1）から指定することにより、パネル全体で優れた色と輝度の均一性が達成されます。

動作原理の紹介

これは蛍光体変換型白色LEDです。基本的な動作は、順方向バイアスがかかると（エレクトロルミネッセンス）青色光を発する、典型的には窒化インジウムガリウム（InGaN）で作られた半導体チップを含みます。この青色光は、チップ上に堆積されたセリウム添加ヤグ（YAG:Ce）蛍光体層によって部分的に吸収されます。蛍光体は、青色光子の一部を広いスペクトルの黄色光にダウンコンバートします。残りの青色光と放出された黄色光の組み合わせにより、白色光として知覚されます。正確な相関色温度（CCT）は、蛍光体の組成と厚さを変えることで制御されます。EMCパッケージは、繊細な半導体ダイと蛍光体を保護し、機械的構造を提供し、最も重要なことに、接合部からはんだパッドおよびプリント基板への熱伝導の主要な経路を提供する役割を果たします。

技術トレンド

特にEMCパッケージを採用したミッドパワーLEDセグメントは、進化を続けています。この製品および広範な市場で観察される主なトレンドには以下が含まれます：

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

3020 EMC LEDは、これらのトレンドに確固として位置しており、現在の世代の一般照明ソリューションのための、熱的に堅牢で効率的かつコストパフォーマンスに優れたプラットフォームを提供します。