LED 3030 ミッドパワーLED データシート - 3.0x3.0mm - 2.0-2.4V - 0.35W - 赤色/黄色 - 技術文書

1. 製品概要

3030シリーズは、高効率かつコスト効率に優れた照明アプリケーション向けに設計されたミッドパワーLEDソリューションです。本製品ファミリーはEMC（エポキシモールドコンパウンド）パッケージング技術を採用しており、優れた熱性能と信頼性に貢献しています。主な設計目標は、競争力のあるルーメン単価（lm/$）を維持しながら、高い光束出力と効率（lm/W）を実現することにあり、幅広い自動車および一般照明用途に適しています。

1.1 特徴と利点

• 高い光束出力と効率：優れた光束を提供するように設計されており、より明るく、よりエネルギー効率の高い照明ソリューションを実現します。
• 高電流動作向け設計：高い駆動電流下でも安定した性能を発揮でき、設計の柔軟性を提供します。
• 低い熱抵抗：EMCパッケージと効率的な熱経路（Rth j-spは14 °C/Wまで低減）により、効果的な放熱が確保されます。これはLEDの長寿命化と色安定性の維持に極めて重要です。
• Pbフリーリフローはんだ付け対応：標準的な鉛フリーはんだリフロープロセスに対応しており、自動組立ラインへの容易な統合を可能にします。

1.2 主な用途

このLEDシリーズは、そのカラーオプションと性能プロファイルから、特に自動車の信号灯および各種インジケータ用途に適しています。

• ターンランプ
• センター・ハイマウント・ストップランプ（CHMSL）
• ストップランプ
• 信号灯
• リアランプ

2. 詳細な技術パラメータ分析

特に断りのない限り、すべてのパラメータは順方向電流（IF）= 150 mA、周囲温度（Ta）= 25°C、相対湿度（RH）= 60%の試験条件で規定されています。設計マージンには測定公差を考慮する必要があります。

2.1 電気光学特性

コア性能指標は、標準動作条件下での光出力と基本的な電気的挙動を定義します。

• 代表的光束：赤色および黄色バリアントともに150 mAで19 lm。保証最小値は17 lmです。光束表は参考値であり、実際の測定値には±7%の公差があることに注意してください。
• 主波長（WD）：赤色：620-630 nm；黄色：585-595 nm。これはLEDの知覚される色を定義します。
• 指向角（2θ1/2）：代表値120°。エリア照明や信号表示に適した広いビームパターンを示します。

2.2 電気的および熱的パラメータ

これらのパラメータは、ドライバ設計と熱管理に極めて重要です。

• 順方向電圧（VF）：赤色：代表値2.0V、最大2.4V；黄色：代表値2.2V、最大2.4V（150 mA時）。公差は±0.08Vです。
• 逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）= 5V時、最大10 µA。
• 熱抵抗、接合部-はんだ付け点間（Rth j-sp）：赤色：14 °C/W；黄色：16 °C/W。この低い値は接合部温度の管理において鍵となります。
• 静電気放電（ESD）耐性：8000V（人体モデル）に耐え、良好な取り扱い堅牢性を示します。

2.3 絶対最大定格

これらの限界を超えると、デバイスに永久的な損傷を与える可能性があります。動作は常にこれらの範囲内に留める必要があります。

• 順方向電流（IF）：赤色：350 mA（DC）；黄色：240 mA（DC）。
• パルス順方向電流（IFP）：赤色：400 mA；黄色：300 mA。条件：パルス幅 ≤ 100 µs、デューティサイクル ≤ 1/10。
• 消費電力（PD）：赤色：840 mW；黄色：624 mW。
• 逆方向電圧（VR）：5 V。
• 動作温度（Topr）：-40°C ～ +105°C。
• 保存温度（Tstg）：-40°C ～ +105°C。
• 接合部温度（Tj）：125°C（最大）。
• はんだ付け温度（Tsld）：260°Cで10秒間（または230°C）。

重要注意：指定されたパラメータ範囲を超えて動作すると、LED特性が劣化する可能性があります。消費電力が絶対最大定格を超えないように注意する必要があります。

3. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのLEDの挙動に関する洞察を提供し、堅牢なシステム設計に不可欠です。

3.1 相対分光分布

分光プロット（図1）は、これらのLEDの狭帯域発光特性を示しています。赤色LEDは620-630 nm範囲でピークを持ち、黄色LEDは585-595 nm範囲でピークを持ちます。この情報は色に敏感なアプリケーションにおいて極めて重要です。

3.2 順方向電流特性

光束 vs. 電流（図2）：相対光束は順方向電流とともに増加しますが、最終的には飽和します。推奨電流以下で動作させることで、最適な効率と寿命が確保されます。

順方向電圧 vs. 電流（図3）：V-I曲線は典型的なダイオードの挙動を示します。電圧は電流に対して対数的に増加します。この曲線は定電流ドライバの設計に必要です。

3.3 温度依存特性

光束 vs. 周囲温度（図4）：光束出力は周囲温度の上昇とともに減少します。このデレーティングは、一貫した光出力を維持するための熱設計において考慮されなければなりません。

順方向電圧 vs. 周囲温度（図5）：順方向電圧は通常、温度の上昇とともに減少します（負の温度係数）。これは一部の温度検知回路に利用できます。

最大順方向電流 vs. 周囲温度（図6）：このデレーティング曲線は、信頼性にとっておそらく最も重要です。これは、周囲温度の関数としての最大許容連続電流を示しています（接合部-周囲間熱抵抗Rθj-aを40°C/Wと仮定）。例えば、赤色LEDの電流は、周囲温度~81°Cでの350 mAから、周囲温度105°Cでは約104 mAに低減する必要があります。この曲線を無視すると、過熱と急速な光束減衰のリスクがあります。

4. ビニングシステムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。設計者は必要なビンコードを指定する必要があります。

4.1 波長（色）ビニング

主波長は、測定公差±1 nmの特定の範囲（ビン）に分類されます。

• 赤色：ビン1：620-625 nm；ビン2：625-630 nm。
• 黄色：ビン1：585-590 nm；ビン2：590-595 nm。

4.2 光束ビニング

LEDは、150 mA時の光出力に基づいてグループ化され、測定公差は±7%です。

• コードAG：14 lm ～ 18 lm
• コードAH：18 lm ～ 22 lm
• コードAJ：22 lm ～ 26 lm

代表値19 lmはAHビンに含まれます。

4.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧もビニングされ、マルチLEDアレイにおける一貫した電流分配のためのドライバ設計を支援します。測定公差は±0.08Vです。具体的な電圧ビンコードと範囲（例：V1、V2）は、代表的な2.0V-2.4Vの範囲を分類する完全なデータシート表（表7）で定義されています。

5. アプリケーションおよび設計ガイドライン

5.1 熱管理

効果的な放熱は必須です。熱抵抗（Rth j-sp）値を使用して、はんだ付け点温度に対する接合部温度（Tj）の上昇を計算します。計算式は：ΔTj = PD * Rth j-sp。Tjが常に125°C未満、可能であればより低く保たれるようにし、最大寿命を確保してください。デレーティング曲線（図6）は、周囲温度に基づく電流制限の直接的なガイドラインを提供します。

5.2 電気的駆動

これらのLEDは、定電圧源ではなく、定電流源によって駆動されなければなりません。ドライバは、順方向電圧のビン範囲とその負の温度係数を考慮しながら、必要な電流（例：150 mA）を供給するように設計する必要があります。システムが過熱した場合に電流を低減する過熱保護の実装を検討してください。

5.3 はんだ付けと取り扱い

ピーク温度260°Cで10秒間の推奨リフロープロファイルに従ってください。パッケージへの機械的ストレスを避けてください。8000V HBM定格で規定されているように、取り扱いおよび組立中は標準的なESD対策を遵守してください。

6. 技術比較と考察

3030 EMCパッケージは、低コストだが熱的に制限のあるPLCCパッケージと、高出力だがより高価なセラミックベースのパッケージの間のバランスを提供します。その主な差別化要因は、標準プラスチックに対するEMC材料の改善された熱性能にあり、従来のミッドパワーLEDと比較して、より高い駆動電流と優れた光束維持率を可能にします。ビンを選択する際は、より厳密な色の一貫性（狭いビン）と潜在的なコスト/入手性のトレードオフを考慮してください。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

7.1 このLEDを300 mAで駆動できますか？

赤色LEDを300 mAで駆動することは、絶対最大DC定格電流350 mAを超えていますが、パルス定格は下回っています。初期にはより多くの光を生成するかもしれませんが、接合部温度を大幅に上昇させ、急速な光束減衰、色ずれ、寿命短縮を引き起こします。連続動作には推奨されません。特定の周囲温度での安全な動作電流については、常にデレーティング曲線（図6）を参照してください。

7.2 なぜ熱抵抗仕様が重要なのですか？

熱抵抗（Rth j-sp）は、熱がLEDの接合部（ホットスポット）から基板のはんだ付け点へどれだけ容易に流れるかを定量化します。低い値（14 °C/Wなど）は、熱がより効率的に除去されることを意味します。これは接合部温度を直接制御し、LEDの寿命、効率、色安定性に影響を与える主要因です。不十分な熱管理は、LEDの早期故障の最も一般的な原因です。

7.3 光束の±7%公差は、私の設計にとって何を意味しますか？

これは、AHビン（18-22 lm）のLEDであっても、システム内では16.7 lm（18 lm * 0.93）から23.5 lm（22 lm * 1.07）まで測定される可能性があることを意味します。したがって、最終製品が明るさ仕様を満たすように、光学設計はこの変動に対応する十分なマージンを持つべきです。

8. 動作原理と技術トレンド

8.1 基本的な動作原理

このLEDは半導体ダイオードです。特性しきい値を超える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内で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。半導体層の特定の材料組成が、放出される光の波長（色）を決定します。EMCパッケージは、繊細なチップを保護し、光束を形成するための一次レンズを提供し、熱を放散するための堅牢な熱経路を提供する役割を果たします。

8.2 業界トレンド

ミッドパワーLEDセグメントは、競争力のあるコストで、より高い効率（lm/W）と改善された信頼性に向けて進化し続けています。トレンドには、白色LED向けの高度な蛍光体技術の採用、より優れた耐熱性と耐湿性のためのEMCおよび他のパッケージ材料のさらなる改良、より一貫したチップレベルの性能の統合が含まれます。照明モジュールにおける小型化と高密度化への要請も、より小さなフットプリントから優れた熱特性でより多くの光を提供できるパッケージを推進しており、3030のようなパッケージがその例です。