XI3030P SMD ミッドパワーLED データシート - 3.0x3.0mm - 最大2.9V - 65mA - 白色 - 技術文書

1. 製品概要

XI3030Pは、PLCC-2（プラスチック・リーデッド・チップ・キャリア）パッケージを採用した表面実装型（SMD）ミッドパワーLEDです。トップビュー型の白色LEDとして設計されており、高い光束効率、優れた演色性、コンパクトな形状を兼ね備えています。主な設計目標は、幅広い照明用途におけるエネルギー効率と信頼性の高い性能です。

1.1 中核的利点

このLEDパッケージの主な利点は以下の通りです：

• 高光束効率：65mA、5000K CCTにおける典型的な効率は225 lm/Wであり、低消費電力に貢献します。
• 高演色評価数（CRI）：最小CRI 80（Ra）を保証し、最大90までのオプションがあり、正確で快適な色再現を実現します。
• 広視野角：典型的な視野角（2θ1/2）は120度で、均一で広範囲な照射を提供します。
• コンパクトな形状：3.0mm x 3.0mmという小さな占有面積により、柔軟で高密度なPCBレイアウト設計が可能です。
• 環境規格適合：本製品は鉛フリーであり、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格（Br<900ppm、Cl<900ppm、Br+Cl<1500ppm）に準拠しています。

1.2 ターゲット市場と用途

このLEDは、性能、効率、コストのバランスが求められる様々な照明用途に最適なソリューションです。主な用途分野は以下の通りです：

• 一般照明：住宅、商業、産業用の環境照明器具に適しています。
• 装飾・エンターテインメント照明：優れた色品質から、アクセント照明、建築照明、舞台照明に使用されます。
• インジケータ・イルミネーション：バックライト、サイン、状態表示灯に適用可能です。
• スイッチライト：イルミネーション付きスイッチや制御パネルへの組み込みが可能です。

2. 詳細技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定された主要な技術パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 電気光学特性

主要な性能指標は、標準試験条件（はんだ付け点温度 = 25°C、順電流 IF = 65mA）で定義されています。

• 光束（Φ）：最小光束は製品バリアントによって異なり、相関色温度（CCT）に応じて37 lmから39 lmの範囲です。許容差は±11%が適用されます。
• 順方向電圧（VF）：最大順方向電圧は2.9Vと規定され、典型的な許容差は±0.1Vです。低いVFはシステム効率の向上に寄与します。
• 演色評価数（CRI/Ra）：標準シリーズの最小Raは80で、許容差は±2と狭く、生産ロット間での一貫した色品質を保証します。
• 視野角（2θ1/2）：典型的な値は120度であり、広視野角と見なされ、拡散光分布を必要とする用途に適しています。
• 効率：典型的な光束効率は225 lm/Wで、65mA、5000K CCTで測定されます。これはエネルギー効率の重要な評価指標です。
• 逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）5Vにおける最大逆方向電流は50 µAであり、ダイオードのリーク特性を示します。

2.2 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性がある限界を定義します。動作は常にこれらの限界内に維持する必要があります。

• 順方向電流（IF）：180 mA（連続）。
• ピーク順方向電流（IFP）：300 mA、パルス条件（デューティサイクル1/10、パルス幅10ms）でのみ許容されます。
• 電力損失（Pd）：580 mW。
• 動作・保管温度：-40°C ～ +85°C（動作）、-40°C ～ +100°C（保管）。
• 熱抵抗（RθJ-S）：接合部からはんだ付け点までの熱抵抗は21 °C/Wです。このパラメータは熱設計において極めて重要です。
• 接合部温度（Tj）：最大許容接合部温度は115°Cです。
• はんだ付け温度：リフローはんだ付け：最大260°C、10秒間。手はんだ付け：最大350°C、3秒間。

重要注意事項：本デバイスは静電気放電（ESD）に敏感です。組立および取り扱い時には適切なESD対策を講じる必要があります。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、電気的および光学的な一貫性を確保するための包括的なビニングシステムを採用しています。製品番号はビンコードを説明しています。

3.1 製品番号の解読

例：XI3030P/KKX-5M403929U6/2T

• XI3030P：パッケージシリーズおよびサイズ（3.0mm x 3.0mm）。
• KKX-5M：内部シリーズコード。
• 最初の'XX'（40）：相関色温度（CCT）を表します。'40' = 4000K。
• 2番目の'XX'（39）：最小光束ビンコードを表します。'39' = 39 lm（最小）。
• 3番目の'XX'（29）：最大順方向電圧ビンコードを表します。'29'はVF最大2.9Vに対応します。
• U6：順方向電流インデックス、動作電流が65mAであることを示します。
• 2T：追加の製品バリアントコード。

3.2 演色評価数（CRI）ビニング

データシートには、単一文字記号と最小CRI値を対応付けた表が記載されています：

• M: CRI 60, N: 65, L: 70, Q: 75, K: 80, P: 85, H: 90。

標準量産リストには、CRI 80（記号K）のバリアントが含まれています。

3.3 光束ビニング

光束はCCTに応じてビニングされます。例：

• 3000K：ビンコード 37L2（37-39 lm）、39L2（39-41 lm）、41L2（41-43 lm）。
• 4000K/5000K/5700K：ビンコード 39L2（39-41 lm）、41L2（41-43 lm）、43L2（43-45 lm）。
• 6500K：ビンコード 38L2（38-40 lm）、40L2（40-42 lm）、42L2（42-44 lm）。

すべてのビンには、公称光束値に対して±11%の許容差があります。

3.4 順方向電圧ビニング

順方向電圧はコード'2629'の下でグループ化され、3つのサブビンがあります：

• 26A: 2.6V - 2.7V
• 27A: 2.7V - 2.8V
• 28A: 2.8V - 2.9V（最大）

ビン限界値には±0.1Vの許容差が適用されます。

3.5 色度ビニング（マクアダム楕円）

LEDの色点（色度座標）は、CIE 1931図上で定義された楕円内に制御され、色の一貫性を確保します。

• マクアダム3ステップ：より厳密な色制御。3ステップ楕円内のLEDは、標準条件下では人間の目で色の違いをほとんど識別できません。
• マクアダム5ステップ：標準的な色制御。わずかな色のばらつきが許容されるほとんどの一般照明用途に適しています。

データシートには、3000K、4000K、5000K、5700K、6500KのCCTについて、3ステップおよび5ステップビンの中心座標（Cx, Cy）と楕円パラメータ（a, b, theta）が記載されています。色度座標の許容差は±0.01です。

4. 性能曲線分析

代表的な曲線は、様々な動作条件下でのLEDの挙動についての洞察を提供します。

4.1 順方向電圧 vs. 接合部温度（図1）

順方向電圧（VF）は負の温度係数を持ちます。接合部温度（Tj）が25°Cから115°Cに上昇すると、VFは直線的に約0.2V減少します。この特性は、定電流ドライバの設計と温度補償の考慮において重要です。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流（図2）

光束出力は電流に対してサブリニアです。出力は電流とともに増加しますが、効率（lm/W）は、熱と効率ドループの増加により、高電流では一般的に低下します。推奨の65mAで動作させることで、最適な効率と長寿命が確保されます。

4.3 相対光束 vs. 接合部温度（図3）

光束出力は接合部温度の上昇とともに減少します。曲線は、Tjが100°Cの場合、相対光束は25°C時の値の約85%であることを示しています。効果的な熱管理（低いRθJ-A）は、光出力と寿命を維持するために重要です。

4.4 順方向電流 vs. 順方向電圧（IV曲線）（図4）

このグラフは、ダイオードの電流と電圧の典型的な指数関係を示しています。適切な駆動方法（LEDには定電流が必須）を選択する上で不可欠です。

4.5 最大駆動電流 vs. はんだ付け点温度（図5）

このデレーティング曲線は、はんだ付け点の温度が上昇するにつれて、最大許容順方向電流が減少することを示しています。これは、あらゆる環境条件下でLEDが安全動作領域（SOA）内で動作することを保証するための重要な設計ルールです。

4.6 放射パターン（図6）

極座標図は、典型的な120°の視野角を持つ、ランバート型に近い広い放射パターンを確認しています。強度は広い中心領域でかなり均一です。

4.7 スペクトル分布

スペクトルパワー分布グラフ（本文では詳細に記載されていませんが参照されています）は、広い青色励起LEDのピークと、より広い波長範囲の蛍光体変換黄色発光ピークを示し、白色蛍光体変換LEDの特徴を示します。正確な形状がCCTとCRIを決定します。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けパラメータ

本LEDは、標準的な赤外線または対流リフロー工程に対応しています。重要なパラメータはピークはんだ付け温度であり、260°Cを10秒以上超えてはなりません。標準的な鉛フリーリフロープロファイル（例：JEDEC J-STD-020）の使用が推奨されます。プラスチックパッケージおよび内部ダイボンドへの熱ダメージを避けるため、精密な制御が必要です。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を最大350°Cに制御し、各はんだパッドとの接触時間は過熱を防ぐために3秒以下に制限する必要があります。

5.3 保管条件

LEDは、元の防湿バッグ（湿気敏感デバイスとして分類されている場合）に入れ、温度-40°C～+100°C、低湿度の環境で保管する必要があります。該当する場合は、湿気敏感デバイス（MSD）取り扱いに関する標準的なIPC/JEDECガイドラインに従ってください。

6. アプリケーション設計上の考慮事項

6.1 ドライバ選定

定電流ドライバが必須です。推奨動作電流は65mAです。ドライバは、必要な直列電圧（LEDのVFの合計）に基づいて選定し、過電流、過電圧、開路/短絡保護などの適切な保護機能を含める必要があります。一部の高精度アプリケーションでは、ドライバのフィードバックループ設計において、負のVF温度係数を考慮する必要があります。

6.2 熱管理

接合部からはんだ付け点までの熱抵抗（RθJ-S）が21°C/Wであるため、特に最大定格付近または最大定格で動作する場合、効果的な放熱が必要です。PCBには、LEDの放熱パッド（フットプリントに存在する場合）に接続された十分な熱ビアと銅面積を設け、熱を放散させる必要があります。最大接合部温度115°Cを超えてはなりません。公式 Tj = Ts + (RθJ-S * Pd) を使用してください。ここで、Tsははんだ付け点温度、Pdは電力損失（VF * IF）です。

6.3 光学設計

120°という広い視野角により、このLEDは二次光学系なしで拡散した均一な照射を必要とする用途に適しています。集光ビームの場合は、LEDの放射パターンと物理サイズを考慮して、適切な一次光学系（レンズまたはリフレクタ）を設計する必要があります。

7. 技術比較と差別化

データシートには他製品との直接的な比較は記載されていませんが、XI3030Pの仕様に基づく主な差別化要因は以下の通りです：

• 効率とCRIのバランス：CRI 80で典型的な効率225 lm/Wを実現し、良好なバランスを提供します。一方、競合製品の中には、より低いCRIでより高い効率を提供するもの、またはその逆のものもあります。
• 包括的なビニング：光束、電圧、色度（3ステップ/5ステップマクアダム楕円）に関する詳細なビニングにより、より緩やかなビニングの製品と比較して、システム設計の精度向上とマルチLED器具におけるより良い色の一貫性が可能になります。
• 堅牢な最大定格：比較的高い最大接合部温度（115°C）と電力損失（580mW）により、熱的に厳しい環境においても広い安全マージンと設計の柔軟性が提供されます。
• 環境規格適合：現代の環境規格（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への完全準拠は基本的な要件ですが、明確に特徴として記載されています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: より高い出力を得るために、このLEDを150mAで駆動できますか？

A: できません。絶対最大連続順方向電流は180mAですが、推奨動作条件は65mAです。150mAで動作させると、接合部温度が大幅に上昇し、効率が低下し、光束維持率の低下が加速し、保証が無効になる可能性があります。常に推奨電流で設計してください。

Q2: 3ステップと5ステップのマクアダム楕円ビンの違いは何ですか？

A: 3ステップ楕円はより厳密な色制御を表し、ほとんどの観察者にとって色の違いがほとんど識別できないレベルです。5ステップ楕円はわずかに大きな色のばらつきを許容し、並べて比較すると気付く可能性がありますが、多くの用途では許容されます。選択は最終製品の色均一性要件に依存します。

Q3: 必要なヒートシンクはどのように計算しますか？

A: 目標のはんだ付け点温度（Ts）を決定する必要があります。公式 Tj = Ts + (RθJ-S * Pd) を使用し、Tjを115°C未満の安全な値（例：105°C）に設定します。PdをVF * IF（例：2.9V * 0.065A = 0.1885W）として計算します。次に、Ts_max = Tj_max - (21°C/W * 0.1885W) ≈ 105°C - 4°C ≈ 101°C となります。PCBおよびシステムの熱設計は、はんだ付け点がこの計算されたTs_maxを下回ることを保証する必要があります。

Q4: 定電圧電源は適していますか？

A: 適していません。LEDは電流駆動デバイスです。定電圧源の場合、順方向電圧のわずかな変化（温度やビンばらつきによる）が電流の大きな変化を引き起こし、熱暴走や故障につながる可能性があります。常に定電流ドライバまたは電流制限回路を使用してください。

9. 設計および使用事例

シナリオ：オフィス環境照明用の直線型LED器具の設計

• 要件：中間白色光（4000K）、良好な演色性（CRI >80）、高効率、2メートルの長さにわたる均一な照射。
• 部品選定：4000K CCT、CRI 80、高効率を備えたXI3030P/KKX-5M403929U6/2Tを選定。
• 熱設計：器具は熱伝導率1-2 W/mKのアルミニウム基板（MCPCB）を使用。LEDあたりの計算電力は約0.19W。ヒートシンクとして機能する2mのアルミニウムチャネル上に100個のLEDを均等に配置し、熱シミュレーションにより、周囲温度25°C環境下で接合部温度が90°C未満に保たれることを確認。
• 電気設計：LEDは20個直列（合計VF 最大約58V）で配置。出力65mA、電圧範囲58Vをカバーする定電流ドライバを選定。過電圧保護を含む。
• 光学設計：LEDの120°広ビーム角と、計算された距離に配置された乳白色ポリカーボネート拡散板を組み合わせることで、目に見えるホットスポットなしで所望の均一な照射を実現し、オフィス照明基準を満たす。

10. 技術原理の紹介

XI3030Pは蛍光体変換白色LEDです。基本原理は、順方向バイアスをかけると青色光を発する（エレクトロルミネセンス）半導体チップ（通常は窒化インジウムガリウム（InGaN）製）を含みます。この青色光の一部は、チップ上または周囲に堆積された蛍光体層（例：YAG:Ce）によって吸収されます。蛍光体は青色光子の一部を、黄色および赤色領域の広いスペクトルにダウンコンバートします。残りの青色光と蛍光体から発せられた黄色/赤色光の混合が、人間の目には白色光として知覚されます。青色と黄色の正確な比率および蛍光体組成が、発せられる白色光の相関色温度（CCT）と演色評価数（CRI）を決定します。

11. 業界動向

XI3030Pのようなパッケージで代表されるミッドパワーLED分野は、進化を続けています。客観的な業界動向には以下が含まれます：

• 効率の向上：青色チップの内部量子効率（IQE）、蛍光体変換効率、パッケージからの光取り出し効率の継続的な改善により、効率がさらに高まっています。
• 色品質の向上：より高いCRI（90以上）および改善された色の一貫性（より狭いマクアダム楕円）への需要が高まっており、特に商業および小売照明で顕著です。
• 信頼性と寿命の向上：パッケージ材料（モールドコンパウンド、基板）および製造プロセスの進歩により、光束維持率の低下を抑制し、動作寿命（L90）を延ばすことが目指されています。
• 小型化と統合：3030は標準サイズですが、同等またはそれ以上の性能を持つより小型のパッケージ、および複数のLEDとドライバを組み合わせた統合モジュールへの傾向があります。
• スマートおよび調光可能照明：調光、色温度調節（CCT調光可能）、IoTベースの照明システムのための接続性などの機能を可能にするために、LEDと制御電子機器の統合が進んでいます。

XI3030Pは、そのバランスの取れた性能と規格適合性により、より効率的で信頼性が高く、インテリジェントな固体照明ソリューションへの広範なトレンドの中に位置付けられています。