HPL3535CZ12シリーズ SMD高輝度LEDデータシート - 3.5x3.5mmセラミックパッケージ - 順電圧2.5-3.3V - 駆動電流350mA-1200mA - 白色LED

1. 製品概要

HPL3535CZ12シリーズは、厳しい照明用途向けに設計された表面実装型高輝度LEDデバイスです。高い光束出力とコンパクトなセラミックパッケージを組み合わせており、最新の固体照明設計における汎用性の高いコンポーネントです。主な特徴は、電気的に絶縁された熱放散パッドを備えている点であり、PCB設計における柔軟性を高め、熱管理と電気的レイアウトを簡素化します。本シリーズは、一般、商業、および特殊照明における厳しい要件を満たすことができる堅牢なソリューションとして位置付けられています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、信頼性と熱性能を向上させる小型セラミックSMDフォームファクタ、および350mAで204ルーメンという高い標準光束を含みます。RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規格に準拠しており、環境および規制適合性を確保しています。ターゲット市場は多岐にわたり、装飾・エンターテインメント照明, 信号・標識照明、および農業照明が含まれます。その性能特性は、信頼性の高いパッケージで一貫した明るく効率的な光出力を必要とする用途に適しています。

2. 詳細な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ている主要な電気的、光学的、および熱的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 絶対最大定格

本デバイスの最大連続順電流（I_F）は2000 mAと定格されており、これは熱放散パッドが25°Cに維持されている場合に適用されます。これは、性能低下や故障を防ぐために、実際のアプリケーションにおける効果的な放熱の重要性を強調しています。ピークパルス電流定格は、1/10デューティサイクル、1 kHzで2400 mAです。最大接合温度（T_J）は150°Cであり、これは半導体ダイの最終的な限界値です。動作温度範囲は-40°Cから+105°Cまで指定されており、過酷な環境への適合性を示しています。LED自体の低い熱抵抗（R_th）は3°C/Wと規定されており、放熱には優れていますが、これは接合部からパッドまでの抵抗であることに注意してください。システム全体の熱抵抗はこれよりも高くなります。デバイスは最大260°Cの半田付け温度に耐え、最大2回のリフローサイクルに耐えると定格されており、この種のコンポーネントでは標準的な定格です。

2.2 測光特性

データシートには、相関色温度（CCT）3000K、4000K、5000K、5700K、6500K（いずれも演色評価数（CRI）70）における詳細な光束データが記載されています。350mA、接合温度25°Cにおける標準光束は、194 lm（3000K）から204 lm（5000K、5700K、6500K）の範囲です。重要な点として、データには接合温度85°Cおよびより高い駆動電流（700mA、1000mA、1200mA）での性能も含まれています。例えば、5000Kタイプの標準光束は、204 lm（350mA、25°C）から184 lm（350mA、85°C）に低下し、温度が光出力に与える負の影響を示しています。1200mA、85°Cでは標準出力は536 lmですが、効率（ルーメン毎ワット）は低い電流時と比較して低下します。すべての放射測定パワーの測定値には、±10%の許容差が明記されています。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、照明設計における一貫性を確保するために、複数のパラメータに従って分類されています。

3.1 光束ビニング

白色LEDは、20ルーメン刻みの光束ビンにグループ分けされます。利用可能なビンは以下の通りです：170L20（170-190 lm）、190L20（190-210 lm）、210L20（210-230 lm）、230L20（230-250 lm）。これらのビンは、標準試験条件である350mAで定義されています。

3.2 順電圧ビニング

順電圧（V_F）は、350mAで測定し、約0.2V刻みでビニングされます。ビンはU1（2.5-2.7V）、U2（2.7-2.9V）、U3（2.9-3.1V）、U4（3.1-3.2V）、U5（3.2-3.3V）です。低いV_Fビンを選択することで、同じ電流に対してわずかに消費電力が低減し、発熱も少なくなります。

3.3 白色（CCT）ビン構造

白色光出力は、ウォームホワイト（2580K-3710K）、ニュートラルホワイト（3710K-4745K）、クールホワイト（4745K-7050K）のグループに細かく分類されています。クールホワイトグループ内では、5000K、5700K、6500KのCCTに対して特定のビンが定義されており、それぞれに4つのサブビン（例：50K-1、50K-2、50K-3、50K-4）があります。各サブビンは、CIE 1931色度図上の四角形の領域によって定義され、4組の（x, y）座標ペアで指定されます。この精密なビニングにより、デザイナーは非常に厳密な色の一貫性を持つLEDを選択することができ、均一な外観が不可欠な用途において極めて重要です。色度座標の測定許容差は±0.01です。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋にはグラフィカルな性能曲線は含まれていませんが、表形式のデータから主要な関係性の重要な分析が可能です。

4.1 電流対光束（L-I特性）

データ表は、駆動電流と光出力の間に非線形の関係があることを明確に示しています。5000K LED（85°C）の場合、電流を350mAから1200mA（3.43倍増加）に増加させると、光束は約204 lmから約536 lm（約2.63倍増加）に増加します。このサブリニアなスケーリングは、より高い電流での効率低下を示しており、主に接合温度の上昇とLED半導体に固有の効率低下（ドループ）によるものです。

4.2 温度対光束（T-I特性）

温度の負の影響は顕著に明らかです。同じ5000K LED、350mAにおいて、接合温度を25°Cから85°Cに上昇させると、標準光束は204 lmから184 lmに低下し、約10%の減少となります。この熱的デレーティングは、最終製品の熱設計において考慮されなければならず、製品の寿命および動作条件にわたって一貫した光出力を確保する必要があります。

5. 機械的およびパッケージング情報

本デバイスはセラミックSMDパッケージを採用しています。シリーズ名HPL3535CZ12は、パッケージサイズが約3.5mm x 3.5mmであることを示唆しています。セラミックパッケージは、特に高出力動作および熱サイクル下において、プラスチックパッケージと比較して優れた熱伝導性と長期信頼性を提供します。概要で述べたように、電気的に絶縁された熱放散パッドの存在は重要な特徴です。

6. 半田付けおよび組立ガイドライン

本デバイスの湿気感受性レベル（MSL）は、JEDEC規格に基づきレベル3です。これは、パッケージされたLEDが、30°C/85% RH以下の環境条件下で168時間（7日）以上暴露された場合、半田付け前にベーキング（乾燥）が必要であることを意味します。ベーキング（ソーク）要件は、85°C/85% RHで168時間です。これらの条件を遵守することは、リフロー半田付け工程中のポップコーン現象や内部損傷を防ぐために極めて重要です。許容される最大半田付け温度は260°Cであり、コンポーネントは最大2回のリフローサイクルに耐えると定格されており、これは鉛フリー半田付けプロセスでは典型的です。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 装飾・エンターテインメント照明：高輝度と利用可能な色温度により、建築アクセント照明、舞台照明、ムード照明に最適です。
• 信号・標識照明：信頼性と一貫した色が最も重要である非常口標識、交通信号、インジケータランプに適しています。
• 農業照明：園芸照明システムに使用可能で、特に高CCTタイプ（5000K-6500K）は、栄養成長のための青色スペクトルを補完することができます。

7.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：3°C/Wという低い熱抵抗は、熱が熱放散パッドからPCBへ、そして環境へ効率的に伝達される場合にのみ有効です。金属基板PCB（MCPCB）または専用のヒートシンクの使用を強く推奨します。特に700mA以上で動作させる場合には必須です。
• 電流駆動：安定した動作のためには、定電流LEDドライバを使用してください。LEDは最大2000mAまで扱えますが、最適な効率と寿命のためには、詳細表に従って1200mA以下で動作させることをお勧めします。
• 光学設計：標準的な指向角は120°です。スポット照明や指向性照明用途で所望のビームパターンを実現するには、二次光学部品（レンズ、リフレクター）が必要になる場合があります。
• ビニング選択：色の一貫性を必要とする用途（例：パネル照明）では、厳密なCCTおよび光束ビンを指定してください。コストをより優先する用途では、より広いビンでも許容される場合があります。

8. 技術比較と差別化

標準的なミッドパワーLEDと比較して、HPL3535CZ12シリーズはパッケージあたりの光束が大幅に高く、所定の光出力に必要なコンポーネント数を削減します。セラミック構造は、プラスチックパッケージの高出力LEDとの重要な差別化要因であり、熱ストレスに対する耐性が優れ、高動作温度での寿命が長くなる可能性があります。電気的に絶縁された熱放散パッドはもう一つの競争優位性であり、非絶縁パッケージでしばしば必要とされるヒートシンクの電気的絶縁の必要性を排除することで、PCB設計を簡素化します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDの実際の消費電力はどれくらいですか？
A: 電力（W）＝ 順電流（A）x 順電圧（V）。例えば、1000mA（1A）で典型的なV_Fが3.0V（U3ビン）の場合、電力は約3.0Wです。

Q: 接合温度が上昇すると、なぜ光束が減少するのですか？
A: これはLED半導体の基本的な特性です。温度が高くなると、チップ内の非放射再結合率が増加し、内部量子効率が低下するため、所定の電流に対する光出力が減少します。

Q: 1000ルーメンの光源を作るには、このLEDが何個必要ですか？
A: 350mA、85°Cでは、5000K LED 1個で約184 lmを出力します。したがって、光学損失を考慮しない場合、1000 lmを達成するには約6個のLED（1000/184 ≈ 5.43）が必要です。より高い電流（例：700mA）で駆動すれば、必要なLED数は少なくなりますが、より厳格な熱管理が必要になります。

Q: 湿気感受性レベル3は、私の生産プロセスにとって何を意味しますか？
A: これは、部品が吸湿に敏感であることを意味します。工場出荷時の密封袋を開封した場合、30°C/85% RH以下で保管すれば、半田付けを完了するまでに168時間（7日）の猶予があります。この時間を超えた場合、部品は安全にリフロー半田付けを行う前に、湿気を除去するために85°C/85% RHで168時間ベーキングする必要があります。

10. 実践的な設計と使用事例

事例：ハイベイ工業用照明器具の設計
設計者が倉庫用の10,000ルーメンのハイベイ照明を作成する必要があるとします。システムレベルで150 lm/Wの効率を目標とすると、約67ワットのLED電力が必要です。700mA、85°Cで駆動する5000Kタイプ（標準光束341 lm）を選択した場合、約30個のLED（10000/341）が必要になります。LED全体の順電圧は約90V（30個 * 各約3V）となり、直並列または高電圧定電流ドライバートポロジーが示唆されます。重要な課題は熱管理です：30個のLEDが約90W（LEDあたり3Wと仮定）を放散するため、期待される光出力を達成し長期信頼性を確保するために、接合温度を可能な限り85°Cに近づけて維持するには、大型のフィン付きアルミヒートシンクと金属基板PCBが不可欠です。

11. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネッセンスによって光を放出する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。白色LEDに使用される（通常は窒化インジウムガリウム、InGaNに基づく）直接遷移型半導体では、この再結合エネルギーの一部が光子（光）として放出されます。白色光は、一般的に、青色発光LEDチップに蛍光体層を塗布して生成されます。蛍光体は青色光の一部を吸収し、より広いスペクトルの黄色光として再放出します。残りの青色光と蛍光体変換された黄色光の組み合わせが、人間の目には白色に見えます。相関色温度（CCT）は、蛍光体の組成を変更することで調整されます。

12. 技術トレンド

固体照明産業は、より高い効率（ルーメン毎ワット）、改善された色品質（より高いCRIと赤色再現のためのより良いR9値）、およびより高い信頼性に向けて進化し続けています。高出力LEDでは、熱抵抗とパッケージサイズをさらに低減するチップスケールパッケージ（CSP）やフリップチップ設計へのトレンドがあります。HPL3535CZ12のようなセラミックパッケージLEDでは、より高い効率とビーム角全体でのより良い色の一貫性のための蛍光体の最適化、およびチップとパッケージからの光取り出し効率の向上に焦点を当てた継続的な開発が行われています。さらに、エンド製品の設計を簡素化するために、モジュールレベルでのドライバーエレクトロニクスと光学部品の統合が進んでいます。