LTPL-C034UVD375 UV LED データシート - 3.7x3.7x1.6mm - 電圧 3.7V - 電力 2W - ピーク波長 375nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

本製品は、主にUV硬化プロセスおよびその他の一般的なUVアプリケーション向けに設計された高効率紫外線（UV）発光ダイオード（LED）です。LED技術に固有の長寿命と信頼性を競争力のある輝度レベルと組み合わせることで、従来のUV光源に取って代わることを目指す固体照明ソリューションです。これにより、設計の柔軟性が向上し、UV照射を必要とするアプリケーションにおいて新たな可能性が開かれます。

1.1 主な特長と利点

本デバイスは、従来のUV光源と比較していくつかの明確な利点を提供します：

• 集積回路（IC）互換性：LEDは、標準的な電子回路で容易に駆動および制御できるように設計されています。
• 環境適合性：本製品はRoHS指令に準拠しており、鉛フリープロセスで製造されています。
• 動作効率：エネルギー効率の高さにより、総合的な運用コストの低減に貢献します。
• メンテナンスの削減：LEDの長寿命により、ランプ交換やメンテナンスに関連する頻度とコストが大幅に削減されます。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

2.1 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発生する可能性がある限界を定義します。周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• DC順方向電流（If）：500 mA（最大）
• 消費電力（Po）：2 W（最大）
• 動作温度範囲（Topr）：-40°C ～ +85°C
• 保存温度範囲（Tstg）：-55°C ～ +100°C
• 接合部温度（Tj）：110°C（最大）

重要な注意点：逆バイアス条件下での長時間動作は、部品の故障につながる可能性があります。

2.2 電気光学特性

これらは、周囲温度Ta=25°C、順方向電流（If）350mA（推奨動作点と思われる）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 順方向電圧（Vf）：代表値は3.7Vで、範囲は2.8V（最小）から4.4V（最大）です。
• 放射束（Φe）：これはUVスペクトルにおける総光出力です。代表値は470 mWで、範囲は350 mW（最小）から590 mW（最大）です。
• ピーク波長（λp）：LEDが最大のパワーを発する波長です。範囲は370 nmから380 nmで、中心は約375 nmです。
• 指向角（2θ1/2）：約130度で、広い放射パターンを示しています。
• 熱抵抗（Rthjc）：接合部からケースへの熱抵抗は、代表値で14.7 °C/Wです。このパラメータは、LEDチップから熱をどれだけ効果的に逃がせるかを示すため、熱管理設計において極めて重要です。

3. ビニングシステムの説明

性能の均一性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。ビンコードは梱包に印字されています。

3.1 順方向電圧 (Vf) ビニング

LEDは、350mA時の順方向電圧に基づいて4つの電圧ビン（V0からV3）に分類されます。例えば、ビンV1にはVfが3.2Vから3.6VのLEDが含まれます。許容差は+/- 0.1Vです。

3.2 放射束 (Φe) ビニング

光出力は、R2（350-380 mW）からR9（560-590 mW）までビニングされます。代表的なビンはR5（440-470 mW）と思われます。許容差は+/- 10%です。

3.3 ピーク波長 (Wp) ビニング

UV波長は、P3P（370-375 nm）とP3Q（375-380 nm）の2つのグループにビニングされます。許容差は+/- 3 nmです。これにより、特定のUV波長に敏感なアプリケーション向けの選択が可能になります。

4. 性能曲線分析

4.1 相対放射束 vs. 順方向電流

放射束は順方向電流とともに増加しますが、線形ではありません。設計者は、所望の光出力と電気入力電力、およびそれに伴う発熱のバランスを取る必要があります。350mAを大幅に超えて動作させると、効率と寿命が低下する可能性があります。

4.2 相対分光分布

この曲線は発光スペクトルを示し、375nm領域（UVA）でのピークとスペクトル幅を確認します。スペクトル純度や特定の光子エネルギーが重要なアプリケーションにおいて重要です。

4.3 放射パターン

極座標図は130度の指向角を示し、強度分布を表しています。これは、UV光を集光、平行化、またはターゲット領域に焦点を合わせるための光学系を設計する上で極めて重要です。

4.4 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V カーブ)

この基本的な曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。動作点（例：350mA、~3.7V）はデバイスが特性評価されるポイントです。この曲線は、適切な定電流駆動回路の設計に役立ちます。

4.5 相対放射束 vs. 接合部温度

このグラフは、上昇する接合部温度が光出力に及ぼす悪影響を示しています。温度が上昇すると、放射束は減少します。したがって、安定した高い光学性能を維持するには、効果的な放熱が不可欠です。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 外形寸法

パッケージの占有面積は約3.7mm x 3.7mmです。主要寸法には、レンズ高さとセラミック基板サイズが含まれ、他の特徴（±0.2mm）と比較してより厳しい公差（±0.1mm）を持ちます。放熱パッドはアノードおよびカソードから電気的に絶縁されており、電気的ショートを起こすことなく熱管理のためにヒートシンクに接続することができます。

5.2 推奨PCB実装パッド

プリント回路基板（PCB）用のランドパターン設計が提供されています。これには、2つの電気接点（アノードとカソード）用のパッドと、より大きな中央の放熱パッドが含まれます。適切なパッド設計は、信頼性の高いはんだ付けと、LEDパッケージからPCBへの効果的な熱伝達にとって重要です。

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

リフローはんだ付け用の詳細な温度-時間プロファイルが提供されています。主要パラメータには、パッケージ本体で測定したピーク温度260°C、240°C以上の時間が30秒を超えないことが含まれます。制御された冷却速度が推奨されます。手はんだ付けも可能ですが、300°Cで最大2秒、1回のみに限定する必要があります。

6.2 重要な組立上の注意点

• リフローはんだ付けは最大3回まで行うことができます。
• 信頼性の高い接合が得られる可能な限り低いはんだ付け温度が望ましいです。
• ディップはんだ付けは、この部品に対して推奨または保証された組立方法ではありません。
• 洗浄は、イソプロピルアルコール（IPA）などのアルコール系溶剤でのみ行ってください。指定されていない化学薬品はパッケージを損傷する可能性があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

部品は、カバーテープで密封されたエンボスキャリアテープに供給されます。テープは7インチリールに巻かれ、1リールあたり最大500個です。少量の場合は、最小100個のパックが利用可能です。梱包はEIA-481-1-B規格に準拠しています。

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

• UV硬化：製造プロセスにおける接着剤硬化、インク乾燥、樹脂重合。
• 医療・科学：蛍光分析、殺菌（波長が適切な場合）、光線療法。
• 産業：検査、偽造検出、光学センサー。

8.2 設計上の考慮事項

• 駆動方法：LEDは電流駆動デバイスです。順方向電圧が負の温度係数を持つため、安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電流源の使用を強く推奨します。
• 熱管理：代表的な放射束470mW、総電力約1.3W（350mA * 3.7V）を考慮すると、0.8W以上が熱として消費されます。熱抵抗14.7°C/Wの場合、接合部温度はケース温度より約11.8°C上昇します。信頼性のために接合部を110°C以下に保つには、適切な放熱が必須です。
• 光学系：広い130度のビームは、ターゲット上で所望の照射パターンを実現するために、二次光学系（レンズ、反射板）を必要とする場合があります。
• 安全性：UV放射、特にUVA範囲は、目や皮膚に有害である可能性があります。最終製品設計には、適切な保護筐体と安全警告が必要です。

9. 信頼性および試験

包括的な信頼性試験計画が文書化されており、以下を含みます：

• 低温、室温、高温動作寿命試験。
• 高温高湿動作寿命試験。
• 熱衝撃試験。
• はんだ付け性および耐はんだ熱性試験。

すべての試験でサンプルサイズからの故障はゼロと報告されており、堅牢な製品構造と信頼性を示しています。デバイスを故障と判断する基準は、順方向電圧が初期値から±10%以上変化するか、放射束が初期値から±30%以上変化することです。

10. 技術比較および製品位置付け

このUV LEDは、水銀灯などの従来のUV光源に対するエネルギー効率の高い代替品として位置付けられています。主な差別化要因は以下の通りです：

• 瞬時点灯/消灯：ウォームアップ/クールダウンを必要とするランプとは異なり、LEDは瞬時に全出力を達成します。
• 長寿命：LEDの寿命は通常、アークランプをはるかに超えます。
• コンパクトサイズと設計の自由度：小型フォームファクタにより、より小さなデバイスへの統合が可能になり、より高い強度またはより広い面積をカバーするためのアレイ構成が可能になります。
• 狭帯域スペクトル：約375nm付近の比較的狭い発光ピークは、その波長に調整されたプロセスに対してより効率的であり、広帯域光源と比較してエネルギーの無駄を減らします。

11. よくあるご質問 (技術パラメータに基づく)

11.1 推奨動作電流は何ですか？

データシートはデバイスを350mAで特性評価しており、これが推奨される代表的な動作電流である可能性が高いです（絶対最大値500mAを下回っています）。この電流で動作させることで、寿命試験で検証された最適な性能と信頼性が確保されます。

11.2 アプリケーションに適したビンをどのように選択すればよいですか？

システムの要件に基づいて選択してください： -Vf ビン：ドライバ設計と電源電圧に影響します。より厳密なビンは、並列アレイにおけるより均一な電流分担を保証します。 -Φe ビン：光出力を決定します。より高い強度が必要な場合は、より高いビン（例：R6、R7）を選択してください。 -Wp ビン：特定のスペクトル感度を持つプロセスにとって重要です。必要に応じてP3PまたはP3Qを選択してください。

11.3 なぜ熱管理が非常に重要なのでしょうか？

高い接合部温度は、光出力を直接減少させ（性能曲線に示されている通り）、LEDの劣化を加速させ、寿命を短縮します。熱抵抗値（14.7°C/W）はこの課題を定量化しています。接合部から周囲環境へのより低い熱抵抗経路が不可欠です。

12. 実践的な設計および使用事例

事例：UV硬化スポットランプの設計

1. 仕様：接着剤硬化のために、直径10mmのスポットに375nmのUV光を400mW以上照射することを目標とします。
2. LED選択：光学損失後の十分なパワーを確保するために、R5（440-470mW）またはそれ以上の放射束ビンのLEDを選択します。
3. 駆動回路：350mAに設定された定電流ドライバを設計し、適切な電圧マージン（例：約3.7VのLEDに対して5V電源）を確保します。
4. 熱設計：LEDを金属基板PCB（MCPCB）または専用のヒートシンクに実装します。例えば、周囲温度40°Cで接合部温度を85°C以下に保つために必要なヒートシンクの熱抵抗を計算します。
5. 光学系：LEDの前に平行化または集光レンズを使用して、広い130度のビームを所望の小さなスポットに集中させます。
6. 統合：アセンブリを機械的に頑丈で熱伝導性の高い筐体に収め、UV光への曝露を防ぐための安全インターロックを設けます。

13. 原理紹介

このデバイスは半導体光源です。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、光子の形でエネルギーを放出します。特定の半導体材料（通常、窒化アルミニウムガリウム - AlGaNを含む）は、エネルギーバンドギャップが紫外線スペクトル（約375nmまたは3.31 eV）の光子エネルギーに対応するように設計されています。生成された光はパッケージレンズを通して取り出されます。

14. 開発動向

UV LEDの分野は活発に進化しています。動向には以下が含まれます：

• 効率向上：特に殺菌用途の短波長UVCバンドにおけるUV LEDのワールプラグ効率（電気-光電力変換効率）を改善するための継続的な研究が行われています。
• 高出力密度：より高い駆動電流を扱い、より多くの熱を放散できるチップとパッケージの開発により、単一エミッターからの放射束が増大しています。
• 信頼性の向上：材料とパッケージング技術の進歩により、動作寿命と安定性が継続的に延長されています。
• コスト削減：製造量の増加とプロセスの成熟に伴い、UV出力1ミリワットあたりのコストは低下すると予想され、従来技術に対するUV LEDの採用がさらに加速されます。