LTPL-C034UVD385 UV LED データシート - 3.8V 600mW 385nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTPL-C034UVD385は、プロフェッショナルなUV硬化用途およびその他の一般的なUVプロセス向けに設計された高出力紫外線（UV）発光ダイオード（LED）です。これは、LED技術に固有のエネルギー効率の良さ、長い動作寿命、信頼性と、水銀灯などの従来のUV光源に置き換えるのに適した高い放射出力を組み合わせた、固体照明ソリューションを提供します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このUV LEDシリーズは、従来のUV技術に対して大きな利点を提供するように設計されています。主な特徴には、完全なRoHS準拠と鉛フリーであることが含まれ、環境および規制適合性を確保しています。固体素子の性質により、頻繁なバルブ交換の必要性がなく、エネルギー消費を削減することで、運用コストとメンテナンスコストを低減します。また、このデバイスはI.C.互換であり、現代の電子制御システムへの統合を容易にします。主なターゲット市場には、インク、コーティング、接着剤用の産業用UV硬化システム、および安定した385nm UV-A光源を必要とする科学、医療、消毒装置が含まれます。

2. 技術パラメータ詳細分析

このセクションでは、LTPL-C034UVD385 UV LEDに規定された主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

このデバイスは、最大連続順方向電流（If）500 mA、最大消費電力（Po）2ワットの定格を持ちます。動作温度範囲（Topr）は-40°Cから+85°C、より広い保管温度範囲（Tstg）は-55°Cから+100°Cと規定されています。最大許容接合温度（Tj）は110°Cです。信頼性を確保し、永久損傷を防ぐためには、これらの限界内で動作させることが極めて重要です。データシートでは、逆バイアス条件下での長時間動作に対して明示的に警告しています。

2.2 電気光学特性

周囲温度25°C、順方向電流350mAの標準試験条件下で測定された主要パラメータが定義されています。順方向電圧（Vf）の代表値は3.8Vで、範囲は2.8V（最小）から4.4V（最大）です。放射束（Φe）は、UVスペクトルにおける総光出力であり、代表値は600ミリワット（mW）、範囲は460mW（最小）から700mW（最大）です。ピーク波長（Wp）は385nm領域を中心とし、ビン範囲は380nmから390nmです。指向角（2θ1/2）は代表値で130度であり、放射パターンを定義します。接合部からケースへの熱抵抗（Rthjc）は代表値で13.2 °C/Wであり、熱管理設計における重要なパラメータです。

2.3 熱特性分析

13.2 °C/Wという熱抵抗値は、半導体接合部とパッケージケース間で消費される電力1ワットあたりの温度上昇を示しています。例えば、代表的な動作点である350mA、3.8V（入力電力1.33W、光学出力約600mWと仮定すると熱量は約730mW）では、接合部とケース間の温度差は約9.6°Cになります。特に高温環境下や連続動作時には、接合温度を最大110°C以下に保つために、効果的な放熱対策が不可欠です。

3. ビニングシステムの説明

LTPL-C034UVD385は、主要な性能のばらつきに基づいてユニットを分類するビニングシステムを採用しており、設計者が特定のアプリケーション要件に合致するLEDを選択できるようにしています。

3.1 順方向電圧（Vf）ビニング

LEDは4つの電圧ビン（V0からV3）に分類されます。V0ビンは最も低い順方向電圧（2.8V - 3.2V）を持ち、V3ビンは最も高い順方向電圧（4.0V - 4.4V）を持ちます。ビン内の許容差は+/- 0.1Vです。これにより、複数のLEDを直列駆動する際に、同じVfビンからのLEDはより均一な電圧降下を持つため、電流マッチングが向上します。

3.2 放射束（Φe）ビニング

光出力は、R1からR6までの6つのビンに分類されます。R1は最低出力範囲（460mW - 500mW）を表し、R6は最高出力範囲（660mW - 700mW）を表します。許容差は+/- 10%です。このビニングは、露光量が重要なパラメータである硬化プロセスなど、一貫したUV強度を必要とするアプリケーションにとって重要です。

3.3 ピーク波長（Wp）ビニング

UV波長は、P3R（380nm - 385nm）とP3S（385nm - 390nm）の2つのカテゴリにビニングされ、許容差は+/- 3nmです。特定のピーク波長は、樹脂やコーティング中の特定の光開始剤が最適な活性化スペクトルを持つアプリケーションにおいて重要となる場合があります。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの挙動についてより深い洞察を提供するいくつかの特性曲線が含まれています。

4.1 相対放射束 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力（放射束）が順方向電流とともに増加するが、特に高電流域では熱効果の増加により効率が低下する可能性があるため、完全に線形ではないことを示しています。これは、設計者が出力電力と効率、寿命のバランスを取る動作電流を選択するのに役立ちます。

4.2 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

I-V曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。これは、正しい駆動回路を設計するために不可欠です。この曲線は温度によってシフトします。所定の電流に対して、接合温度が上昇すると順方向電圧は低下します。

4.3 相対放射束 vs. 接合温度

これは熱管理において最も重要な曲線の一つです。接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように低下するかを示しています。一貫した高出力を達成し、LEDの動作寿命を最大化するためには、低い接合温度を維持することが最も重要です。

4.4 相対分光分布

このグラフは、UVスペクトル全体にわたって放出される光の強度を描いています。これは、LEDの出力が385nmを中心とした狭帯域であること、およびLED技術に典型的な半値全幅（FWHM）特性を持つことを確認しています。これは、従来の水銀灯の広いスペクトルとは対照的です。

4.5 放射特性

この極座標図は、光の空間分布（指向角）を視覚化しています。代表的な130度の指向角は、ランバート型に近い広い放射パターンを示しており、領域を均一に照射するのに有用です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 外形寸法

LEDパッケージには、データシートの図面に記載された特定の機械的寸法があります。重要な公差が記載されています。ほとんどの寸法の公差は±0.2mmですが、レンズ高さとセラミック基板の長さ/幅はより厳しい公差±0.1mmです。パッケージ底面の熱パッドは、アノードおよびカソードの電気パッドから電気的に絶縁（中性）されていることが記載されており、熱ビア用のPCBレイアウトを簡素化します。

5.2 推奨PCB実装パッド

PCB設計用のランドパターン（フットプリント）が提供されています。これには、アノード、カソード、熱パッド接続のサイズと間隔が含まれます。この推奨レイアウトに従うことは、適切なはんだ接合の形成、電気的接続、そして最も重要なこととして、熱パッドからPCBの銅面および下層のヒートシンクへの効率的な熱伝達を確保するために不可欠です。

5.3 極性識別

データシートの図面には、アノードとカソードのパッドが明確に示されています。逆バイアス印加によるデバイスの損傷を防ぐため、組立時には正しい極性を守らなければなりません。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

詳細なリフローはんだ付けプロファイルが提供されており、予熱、ソーク、リフロー最高温度（リフロー試験条件に従い10秒間260°Cを超えない）、冷却速度などの重要なパラメータが規定されています。注記では、すべての温度はパッケージ本体表面を指すことを強調しています。急冷プロセスは推奨されません。LEDへの熱ストレスを最小限に抑えるためには、信頼性の高い接合を達成できる可能な限り低いはんだ付け温度が常に望ましいです。

6.2 手はんだ付け指示

手はんだ付けが必要な場合、推奨される最大条件は300°Cで最大2秒間であり、これはLEDごとに1回のみ実行すべきです。はんだ付け操作（リフローまたは手はんだ）の総回数は3回を超えてはなりません。

6.3 洗浄および取り扱い上の注意

洗浄には、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤のみを使用してください。指定されていない化学洗浄剤はLEDパッケージを損傷する可能性があります。静電気放電（ESD）およびレンズへの機械的損傷を避けるため、デバイスは慎重に取り扱わなければなりません。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープおよびリール梱包

LEDは、自動ピックアンドプレース組立用に、エンボス加工されたキャリアテープとリールに供給されます。データシートには、テープポケットと標準7インチリールの詳細寸法が提供されています。主な仕様には、空のポケットはカバーテープで密封されていること、リールあたり最大500個、EIA-481-1-B規格に従いテープ上で連続して最大2個の部品欠品が許容されることなどが含まれます。

7.2 ビンコードマーキング

ビン分類コード（Vf、Φe、Wp用）は各梱包袋に印字されており、トレーサビリティと特定の性能グレードの選択を可能にします。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

主な用途は、産業プロセスにおけるUV硬化であり、印刷装置でのインク硬化、各種基材上のコーティング硬化、電子機器組立における接着剤硬化などが含まれます。その他の潜在的な用途には、蛍光分析、偽造検出、特定のUV-A波長を必要とする医療治療装置などがあります。その固体素子の性質は、ポータブル機器や瞬時点灯機器に適しています。

8.2 設計上の考慮事項と駆動要件

LEDは電流駆動デバイスです。均一な強度と安定した動作を確保するためには、特に複数のLEDを駆動する場合、定電圧源ではなく定電流ドライバが必須です。ドライバは、LEDの順方向電圧範囲に対応しながら、必要な電流（例：350mA）を供給するように設計されなければなりません。直列接続の場合、ドライバ電圧は直列接続されたすべてのLEDの最大Vfの合計よりも高くなければなりません。個別の電流バランスなしでのLEDの並列接続は一般的に推奨されません。熱管理は機械設計において最も重要な側面です。接合温度を安全な限界内に保ち、出力安定性と長寿命を確保するためには、高品質の熱界面材料と適切なヒートシンクが必要です。

9. 信頼性と試験

データシートは、製品の堅牢性を示す包括的な信頼性試験計画を概説しています。試験には、低温、室温、高温動作寿命試験（LTOL、RTOL、HTOL）、湿潤高温動作寿命試験（WHTOL）、サーマルショック（TMSK）、耐はんだ熱性（リフロー）、およびはんだ付け性が含まれます。すべての試験で、指定条件下での10個のサンプルにおいて0個の不良が確認されました。試験後のデバイスを不良と判定する基準は、順方向電圧（Vf）が初期代表値の±10%を超えて変化した場合、または放射束（Φe）が初期代表値の±30%を超えて変化した場合です。

10. 技術比較と差別化

水銀アーク灯などの従来のUV光源と比較して、このUV LEDは明確な利点を提供します。即時点灯/消灯機能、ウォームアップ時間不要、より長い寿命（通常数万時間）、より高いエネルギー効率、有害な水銀を含まないこと、新しいフォームファクタを可能にするコンパクトサイズなどです。他のUV LEDと比較して、385nm波長、高い代表放射束（600mW）、広い130度の指向角、効率的な冷却のための絶縁熱パッドを備えた堅牢なパッケージという特定の組み合わせが、主要な差別化要因を形成しています。詳細なビニングシステムにより、ビニングされていない、または緩やかにビニングされた代替品と比較して、システム設計におけるより高い精度も可能にしています。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: どの駆動電流を使用すべきですか？

A: このデバイスは350mAで特性評価されており、出力と効率の良いバランスを提供する代表的な動作点です。絶対最大定格の500mAまで駆動することは可能ですが、これにより接合温度が上昇し、寿命が短縮される可能性があります。堅牢な熱管理が不可欠です。

Q: 放射束の値をどのように解釈すればよいですか？

A: 放射束（Φe）は、すべての波長にわたって測定された、ワット（またはミリワット）単位の総光出力です。このUV LEDの場合、可視光ではなく有用なUVパワーを表します。これは、硬化アプリケーションにおける露光量（エネルギー = 電力 × 時間）を計算するための重要な指標です。

Q: なぜ熱管理がそれほど重要ですか？

A: 相対放射束 vs. 接合温度曲線に示されているように、出力電力は温度の上昇とともに低下します。過度の温度はまた、LED内部の劣化メカニズムを加速させ、その寿命を大幅に短縮します。13.2 °C/Wの熱抵抗は、熱をどれだけ効果的に除去できるかを定義します。

Q: 定電圧電源を使用できますか？

A: いいえ。LEDの順方向電圧は温度や個々のユニット間で変化します。定電圧源は熱暴走を引き起こす可能性があり、電流の増加がより多くの熱を発生させ、Vfを低下させ、さらに多くの電流を引き起こし、LEDを破壊する可能性があります。常に定電流ドライバを使用してください。

12. 設計および使用事例研究

シナリオ: PCBソルダーマスク用卓上UV硬化ステーションの設計

設計者は、10cm x 10cmの領域に均一なUV照射が必要です。130度の指向角を持つLTPL-C034UVD385を使用して、均一な照度を達成するために必要なLEDの高さとアレイ間隔を計算できます。より高い強度のためにR5またはR6の放射束ビンから、直列配線時の一貫した電流消費のために同じVfビン（例：V1）からLEDを選択します。直列接続されたストリングに必要な総電流を供給できる定電流ドライバを選択します。アルミニウムPCBは、推奨パッドレイアウトで設計され、大きな銅面と、ファン付き外部ヒートシンクに接続された熱ビアが組み込まれています。データシートのリフロープロファイルはピックアンドプレースマシンにプログラムされます。組立後、このステーションは、水銀灯に関連する熱やオゾンなしで、瞬時かつ一貫した硬化を提供します。

13. 動作原理紹介

LEDは半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーは光子（光）の形で放出されます。放出される光の波長（色）は、活性領域で使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。LTPL-C034UVD385の場合、特定の半導体化合物（通常は窒化アルミニウムガリウム - AlGaNベース）は、385nm紫外線（UV-A）範囲の光子に対応するバンドギャップを持つように設計されています。パッケージには、光出力を整形し半導体ダイを保護するための一次光学系（レンズ）が含まれています。

14. 技術トレンドと展望

UV LED市場は、水銀ベースのランプの世界的な段階的廃止（水俣条約）と、より効率的でコンパクト、制御可能な光源への需要によって牽引されています。主要なトレンドには、光出力電力と電気入力電力の比であるWall-Plug Efficiency（WPE）の継続的な改善が含まれます。効率が高いということは、同じUV出力に対して廃熱が少ないことを意味します。また、単一LEDパッケージあたりの最大光出力の向上、およびより高い動作温度と電流での信頼性と寿命の改善に向けた継続的な開発も行われています。さらに、特に殺菌用途のより深いUV-Cスペクトルへの波長範囲の拡大に焦点を当てた研究が進められていますが、これには窒化アルミニウム（AlN）などの異なる材料が必要です。LED、ドライバ、センサーをスマートモジュールに統合するシステムレベル統合へのトレンドも明らかです。