LEDデータシート 2820-C03501H-AMシリーズ - 外形寸法 2.8x2.0mm - 電圧 3.25V - 電力 1.14W - 白色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

2820-C03501H-AMシリーズは、主に厳しい環境下での使用が求められる自動車照明アプリケーション向けに設計された、高輝度の表面実装型（SMD）LEDです。コンパクトな2820パッケージ（実装面積2.8mm x 2.0mm）を採用し、クールな白色光を放射します。本シリーズの主な特徴は、自動車用途における個別光電子半導体のストレステスト認定規格であるAEC-Q102 Rev A標準に準拠している点です。これにより、過酷な自動車環境条件下での信頼性が保証されます。その他の認定・準拠事項として、耐硫黄性（クラスA1）、RoHS、REACH、ハロゲンフリー要件への適合が挙げられ、現代の環境配慮型設計に適しています。

1.1 中核的利点

• 車載グレードの信頼性：AEC-Q102認定により、極端な温度、湿度、機械的ストレス下での性能が保証されます。
• 高光束出力：駆動電流350 mAにおいて、典型的な光束110ルーメンを実現し、そのサイズに対して優れた明るさを提供します。
• 広い視野角：120度の視野角により、広く均一な照明が得られます。
• 堅牢な構造：8 kVのESD保護（HBM）とMSL（湿気感受性レベル）2を特徴とし、取り扱いおよび実装時の堅牢性を高めています。
• 環境規制準拠：RoHS、REACH、ハロゲンフリー指令を満たし、グリーンマニュファクチャリングを支援します。

1.2 ターゲット市場

本LEDシリーズの主な用途は自動車照明です。これには、室内照明（ドームライト、読書灯、アンビエント照明）、外部信号灯（サイドマーカーランプ、小型パッケージで高輝度が求められるリアコンビネーションランプ）、および車両内で信頼性の高い明るい白色光源を必要とするその他の照明機能が含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 測光・電気的特性

主要な動作パラメータは、典型的な順方向電流（I_F）350 mA、放熱パッド温度25°Cで定義されています。

• 光束（I_V）：100 lm（最小）、110 lm（典型）、130 lm（最大）。測定許容差は±8%です。
• 順方向電圧（V_F）：350 mA時で3.00 V（最小）、3.25 V（典型）、3.75 V（最大）。測定許容差は±0.05Vです。
• 視野角（φ）：120度（典型）。
• 色度座標（CIE）：x = 0.3227（典型）、y = 0.3351（典型）。xおよびyの許容差は±0.005で、クールホワイト領域に位置します。
• 順方向電流（I_F）：動作範囲は50 mAから500 mAです。

2.2 熱特性

効果的な熱マネジメントは、LEDの性能と寿命にとって極めて重要です。

• 熱抵抗（R_{th JS}）：2つの値が提供されています：実熱抵抗（接合部からはんだ付け点まで）が20 K/W（典型）から22 K/W（最大）、電気的熱抵抗が16 K/W（最大）です。実熱抵抗は、熱設計において接合温度を計算するための主要パラメータです。
• 接合温度（T_J）：許容される最大接合温度は150°Cです。

3. 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のある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 消費電力（P_d）：1750 mW
• 順方向電流（I_F）：500 mA（連続）、1000 mA（サージ、t<=10 μs、デューティサイクル0.5%）
• 逆方向電圧（V_R）：逆方向動作用には設計されていません。
• 動作・保管温度：-40°C から +125°C
• ESD耐性（HBM）：8 kV
• リフローはんだ付け温度：ピーク260°C、最大30秒。

4. ビニングシステムの説明

LEDは、主要な性能パラメータに基づいてビンに分類され、量産における一貫性が確保されます。

4.1 光束ビン

ビンは、試験条件（I_F=350mA、放熱パッド温度25°C）における光束の最小値と最大値で定義されます。

• J1：100 lm から 110 lm
• J2：110 lm から 120 lm
• J3：120 lm から 130 lm

4.2 順方向電圧ビン

ビンは、試験電流における順方向電圧の範囲で定義されます。

• 3032：3.00 V から 3.25 V
• 3235：3.25 V から 3.50 V
• 3537：3.50 V から 3.75 V

4.3 色（色度）ビン

データシートには、クールホワイト用の定義されたビン（例：56M、58M、61M、63M）を含む詳細な色度図が提供されています。各ビンは、CIE 1931色度図上の四角形の領域であり、4組の（x, y）座標で定義されます。これにより、非常に厳密な色の一貫性を持つLEDを選択することが可能となり、複数のLED間での色合わせが求められることが多い自動車照明において極めて重要です。

5. 性能曲線分析

グラフは、異なる動作条件下でのLEDの挙動に関する重要な知見を提供します。

5.1 分光分布

相対分光分布グラフは、青色波長領域（約450-460nm付近）にピークを持ち、広範な蛍光体変換による黄色発光を示しており、結果としてクールホワイト光となります。深赤色または赤外線領域での有意な出力がないことは、白色蛍光体変換LEDの典型的な特徴です。

5.2 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

このグラフは、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。350 mAでは、順方向電圧は典型的な3.25V付近に集中しています。設計者は、ドライバ設計や消費電力計算のためにこの曲線を使用します。

5.3 相対光束 vs. 順方向電流

光束出力は、電流の増加に伴って準線形的に増加します。より高い電流で駆動するとより多くの光が得られますが、同時により多くの熱が発生し、効率と寿命を低下させる可能性があります。このグラフは、最適な動作点を選択するのに役立ちます。

5.4 温度依存性

• 相対光束 vs. 接合温度：接合温度（T_J）が上昇すると、光束出力は減少します。このグラフはその減少量を定量化しており、一貫した明るさを維持するための熱設計において重要です。
• 相対順方向電圧 vs. 接合温度：順方向電圧は負の温度係数を持ち、温度が上昇すると減少します。これは、一部のアプリケーションで間接的な温度監視に利用することができます。
• 色度シフト vs. 接合温度 & 電流：これらのグラフは、駆動電流と接合温度の変化に伴って白色点（CIE x, y座標）がどのようにシフトするかを示しています。シフトは比較的小さいものの、色が重要なアプリケーションでは考慮する必要があります。

5.5 順方向電流デレーティング曲線

これは、信頼性の高い動作のための重要なグラフです。はんだパッド温度（T_S）の関数として、許容される最大連続順方向電流を示しています。T_Sが上昇すると、接合温度が150°Cを超えないようにするため、許容される最大電流を低減しなければなりません。例えば、最大動作T_Sである125°Cでは、最大連続電流は500 mAです。

5.6 許容パルス耐量

このグラフは、パルス動作時のサージ電流耐量を定義します。異なるデューティサイクル（D）に対して、パルス幅（t_F）の関数として許容されるピークパルス電流（I_p）を示しています。これにより、短時間であれば500 mAのDC最大値を超える電流を使用することが可能となり、ストロボや点滅灯などのアプリケーションに有用です。

6. 機械的・パッケージング情報

6.1 機械的寸法

データシートには、2820 SMDパッケージの詳細な寸法図が含まれています。主要寸法には、本体サイズ2.8mm（長さ）x 2.0mm（幅）が含まれます。図面には、カソードマークの位置、レンズ形状、パッド位置が指定されています。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.1mmです。

6.2 推奨はんだパッドレイアウト

別の図面で、PCB設計のための推奨フットプリントが提供されています。これには、電気パッドと中央の放熱パッドのサイズと間隔が含まれます。このレイアウトに従うことは、適切なはんだ付け、熱性能、機械的安定性にとって不可欠です。放熱パッドは、LED接合部からPCBへの熱放散にとって極めて重要です。

7. はんだ付けおよび実装ガイドライン

7.1 リフローはんだ付けプロファイル

本LEDは、最大ピークリフロー温度260°C、30秒まで対応しています。プリヒート、ソーク、リフロー、冷却の各段階を含む典型的なリフロープロファイルに従い、指定された温度制限を超えないようにする必要があります。湿気感受性レベル（MSL）は2であり、工場出荷時の封を開けてから1年以内に使用しなければならず、フロアライフを超えて大気環境にさらされた場合はベーキングが必要になる可能性があることを意味します。

7.2 使用上の注意

• ESD対策：8 kV HBMに定格されていますが、取り扱いおよび実装時には標準的なESD対策を講じる必要があります。
• 洗浄：LEDレンズやパッケージ材料を損傷しない適切な洗浄溶剤を使用してください。
• 機械的ストレス：LEDレンズに直接的な力や振動を加えないでください。
• 電流制御：安定した動作を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧源ではなく定電流源でLEDを駆動してください。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 自動車室内照明：オーバーヘッドコンソールライト、マップ読書灯、足元照明、アンビエント照明ストリップ。
• 自動車室外照明：デイタイムランニングライト（DRL）、サイドマーカーランプ、ハイマウントストップランプ（CHMSL）、小型パッケージで高輝度が必要なナンバープレートライト。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱マネジメント：これは最も重要な側面です。熱抵抗（R_{th JS}= 20 K/W）とデレーティング曲線を使用して、適切な熱経路を設計してください。これには、十分な銅面積を持つPCBの使用（放熱パッド下の熱ビアの使用を強く推奨）、および高電力または高周囲温度アプリケーションのためのアルミニウム基板（MCPCB）の使用が含まれます。
• ドライバ選択：車両の電気システム（通常12Vまたは24V）から安定した350 mA（または他の所望の電流）を供給できる車載グレードのLEDドライバを選択してください。ドライバには、自動車環境で一般的な過電圧、逆極性、ロードダンプ過渡現象に対する保護機能を含める必要があります。
• 光学設計：120°の視野角は拡散照明に適しています。集光ビームの場合は、二次光学系（レンズまたはリフレクター）が必要になります。本LEDの小さな光源サイズは、光学制御に有利です。
• 色の一貫性：複数のLEDを使用するアプリケーションでは、必要なカラービン（例：61M）を指定して、アセンブリ全体で均一な白色を確保してください。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 典型的な消費電力はどれくらいですか？

典型的な動作点である350 mAおよび3.25Vでは、入力電力は約1.14ワットです（P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V）。

9.2 接合温度はどのように計算しますか？

接合温度（T_J）は、次の式を使用して推定できます：T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS})。ここで、T_Sは測定されたはんだパッド温度、P_dは消費電力（ワット）、R_{th JS}は実熱抵抗（20 K/W）です。信頼性の高い動作のためには、T_Jを150°C未満に保つ必要があり、寿命のためには常に低い方が良いです。

9.3 12V電源で直接駆動できますか？

No.過大な電流によりLEDは瞬時に破壊されるため、12V電源に直接接続することはできません。定電流LEDドライバまたは電流制限回路が必須です。

9.4 AEC-Q102認定は、私の設計にとって何を意味しますか？

それは、LED部品が自動車環境条件（拡張温度サイクル、バイアス印加下の高湿度、高温保管など）をシミュレートした厳格な一連のストレステストに合格したことを意味します。AEC-Q102認定部品を使用することで、システムレベルの認定プロセスが簡素化され、照明モジュールの長期信頼性に対する確信が大幅に高まります。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：乗用車の室内ドームライトを設計する。均一で明るい白色照明が要求される。

設計手順：

1. LED選択：明るさ、車載グレード、コンパクトサイズから、2820-C03501H-AMシリーズを選択。
2. 数量と配置：必要な照度（ルーメン）に基づき、必要なLEDの数を計算。例えば、500ルーメンが必要な場合、J2ビン（各110-120 lm）のLEDが5個必要になるかもしれない。これらはPCB上に直線状またはクラスター状に配置される。
3. 熱設計：PCBは2オンス銅層で設計。データシート推奨に合致する専用の放熱ランドパターンを使用し、放熱パッド下に熱ビアのアレイを配置してボトム層の広い銅面（ヒートスプレッダー）に接続。デレーティング曲線を確認：室内環境温度が85°Cに達する場合、はんだパッド温度（T_S）は95°Cと推定されるかもしれない。デレーティング曲線によれば、許容電流は依然として350 mAを上回っているため、熱的に健全な設計である。
4. 電気設計：車載認定の降圧型LEDドライバICを選択し、車両の12Vバッテリー電圧を、5個のLED直列ストリング用の定電流350 mA出力に変換。ストリングの総順方向電圧は約16.25V（5 * 3.25V）であり、12V入力からの典型的な降圧コンバータの動作範囲内である。
5. 光学設計：LEDアレイの上に拡散レンズまたはカバーを配置し、各LEDの120°視野角を活用して個々の光源を均一な面光源に融合させる。

11. 動作原理

このLEDは、蛍光体変換型白色LEDです。コアは半導体チップ（通常は窒化インジウムガリウム（InGaN）製）であり、順方向バイアスが印加されると（電流が流れると）青色光を放射します。この青色光の一部は、チップ上またはその周囲に堆積された蛍光体材料層（例：セリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、YAG:Ce）によって吸収されます。蛍光体は青色光子の一部を吸収し、黄色領域の広いスペクトルで光を再放射します。残りの青色光と変換された黄色光の組み合わせが、人間の目には白色光として知覚されます。正確な色合い（本データシートのようなクールホワイト、またはウォームホワイト）は、蛍光体層の組成と厚さによって決定されます。

12. 技術トレンド

自動車照明向けLEDの開発には、いくつかの明確なトレンドがあります：

• 発光効率（lm/W）の向上：チップ設計、蛍光体効率、パッケージ熱マネジメントの継続的な改善により、電力入力1ワットあたりの光出力が増加し、エネルギー消費と熱負荷が低減されます。
• 高電力密度化と小型化：100ルーメンを超える光束を提供する2820パッケージのような製品は、より小さなフットプリントに高性能を詰め込むトレンドを代表しており、より洗練されたコンパクトな照明デザインを可能にします。
• 信頼性と堅牢性の向上：AEC-Q102のような規格は基本的な要件となりつつあります。さらなる開発は、硫黄含有雰囲気（本データシートの耐硫黄試験クラスA1で対応）やガルバニック腐食など、特定の自動車ストレッサーに対する耐性の向上に焦点を当てています。
• スマートおよび適応型照明：これは基本的なコンポーネントLEDですが、業界は、適応型フロントライティングシステム（AFS）や動的室内照明向けに、内蔵ドライバ、コントローラ、通信インターフェース（LINやCANなど）を備えた統合モジュールへと移行しています。
• 色調調整と品質：自動車環境における美的品質と安全性を向上させるため、より高い演色評価数（CRI）値とより精密な色点制御（より狭いビン）の実現に焦点が当てられています。