ELUA3535NU3 UVA LED データシート - 3.75x3.75x3.2mm - 3.6-4.8V - 4W シリーズ - 英語技術文書

1. 製品概要

ELUA3535NU3製品シリーズは、紫外線A（UVA）用途に特化して設計された、高信頼性セラミックベースのLEDソリューションです。この4Wシリーズは、殺菌または触媒特性を利用した紫外線照射が行われる過酷な環境において、一貫した性能を発揮するように設計されています。

1.1 中核的優位性とターゲット市場

The primary advantages of this LED series stem from its robust construction and electrical design. The use of an Aluminum Nitride (AlN) ceramic substrate provides excellent thermal conductivity, which is critical for managing the heat generated by high-power operation and ensuring long-term reliability. The device incorporates built-in Electrostatic Discharge (ESD) protection rated up to 2KV (HBM), enhancing its durability during handling and assembly. Furthermore, the product is fully compliant with major environmental and safety regulations including RoHS, Pb-free, EU REACH, and halogen-free standards (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), making it suitable for global markets with strict compliance requirements.

ターゲットアプリケーションは、主にUVA光を活用する産業および商業分野です。主要な市場には、空気および水の浄化のためのUV殺菌システム、揮発性有機化合物（VOCs）を分解するUV光触媒システム、および特殊なUVセンサー照明が含まれます。製品の信頼性と出力は、持続的なUV放射を必要とするシステムに適したコンポーネントとなっています。

2. 技術パラメータ詳細分析

このセクションでは、データシートに記載されている主要な技術パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 Absolute Maximum Ratings

Absolute Maximum Ratingsは、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界値を定義します。385nm、395nm、405nmの各バリアントにおいて、最大連続順方向電流（I_F) は1250mAです。365nmバリアントの最大定格電流が700mAと大幅に低い点に注意することが極めて重要です。この違いは、通常、より短い波長に使用される半導体材料とエピタキシャル構造の違いによるものであり、電流耐量が低いか、熱感度が高い可能性があります。これらの限界値付近で継続的に動作させると、LEDの寿命と信頼性が大幅に低下します。最大接合温度（T_J) は105°Cと定格されています。接合部から放熱パッドまでの熱抵抗（R_θth) は4°C/Wと規定されています。このパラメータは熱設計において極めて重要です。例えば、定格電流全開時におけるパッドから接合部までの温度上昇を計算できます。接合温度を安全範囲内に保つためには、適切な放熱対策が不可欠です。

2.2 測光特性および電気的特性

提供されたオーダーコードは、特定の性能ビンの詳細を示しています。放射束（ワットまたはミリワットで表される総合的な光出力）は波長によって異なります。365nm LED（動作電流700mA）の場合、最小放射束は900mW、標準値は1300mW、最大値は1600mWです。385nm、395nm、405nm LED（動作電流1000mA）の場合、最小値は1350mW、標準値は1475mW、最大値は1850mWです。順方向電圧（V_F）は、シリーズ全モデルにおいて、それぞれの動作電流時に3.6Vから4.8Vの範囲で規定されています。この範囲は、ドライバ回路設計時に十分な電圧を供給しつつ、電力損失を管理できるよう考慮する必要があります。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、放射束、ピーク波長、順方向電圧の3つの主要パラメータに基づいてビン分類されます。これにより、お客様は特性が厳密にグループ化されたLEDを選択でき、システム性能の一貫性を確保できます。

3.1 放射束ビニング

異なる波長グループに対して、2つの別々のビニングテーブルが使用されます。365nm LEDの場合、ビンコードU1からU4は、900-1000mWから1400-1600mWまでの放射束を分類します。385nmから405nmのLEDについては、ビンコードU51（1350-1600mW）とU52（1600-1850mW）が使用されます。設計者は、選択したビンの最小値が自身の光学システムの必要最小照度を満たすことを確認しなければなりません。

3.2 ピーク波長ビニング

ピーク波長は10nm範囲でビニングされます：U36（360-370nm）、U38（380-390nm）、U39（390-400nm）、U40（400-410nm）。選択はアプリケーションの分光感度に依存します。例えば、光触媒活性化には最適な波長範囲が存在することが多いです。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は三つのグループにビニングされます：3640 (3.6-4.0V)、4044 (4.0-4.4V)、4448 (4.4-4.8V)。これはドライバ効率と熱管理にとって重要です。低い電圧ビンに属するLEDは、発熱として消費される電力が少なくなります（P = V_F * I_F同じ電流値において、より簡素または小型のヒートシンクの使用が可能となる。

4. 性能曲線分析

代表的な特性曲線は、様々な動作条件下でのLEDの振る舞いを理解する手がかりとなり、堅牢なシステム設計に不可欠である。

4.1 スペクトル及び相対放射束対電流特性

スペクトルグラフは、4つの主要バリアントの波長にわたる正規化発光強度を示している。各バリアントは明確なピークを持ち、UV LEDに典型的な比較的狭いスペクトル帯域幅を有する。相対放射束対順方向電流曲線は、準線形の関係を示している。出力は電流に比例して増加せず、特に高電流時には、接合温度の上昇やその他の半導体物理学的効果による効率低下（efficiency droop）のためである。これは、出力を維持するための熱マネジメントの重要性を強調している。

4.2 熱特性

相対放射束対周囲温度およびピーク波長対周囲温度の曲線は重要である。周囲（またはパッド）温度が上昇すると、放射束は大幅に減少する。これはLEDに共通する特性である。例えば、120°Cでは、相対放射束は25°C時の値の約40〜50%に過ぎない。同時に、ピーク波長は温度上昇に伴い長波長側へシフト（赤方偏移）し、その割合はグラフ上で確認できる。この熱による波長シフトは、波長に敏感な用途では考慮する必要がある。順方向電圧対温度の曲線は負の温度係数を示しており、つまりV_F は温度上昇とともに減少し、定電流ドライバの動作に影響を与える可能性がある。

5. 機械的仕様およびパッケージング情報

5.1 寸法と公差

このLEDは3.75mm x 3.75mmのコンパクトな占有面積を持ち、全高は3.2mmです。寸法図には、放熱パッドやアノード/カソードパッドを含む全ての重要な長さが規定されています。平面寸法の一般公差は±0.1mm、厚さ公差は±0.15mmです。これらの公差は、PCBレイアウト、ソルダーペーストステンシル設計、およびピックアンドプレースマシンによる適切な実装を確保する上で重要です。

5.2 パッド構成と極性

底面図からパッドレイアウトが明確に確認できる。中央の大きな長方形パッドは、放熱のためにPCBへ熱を伝達する上で不可欠なサーモパッド（カソード）である。片側には2つの小さな電気パッドが配置されており、それぞれアノードとカソード用である。極性は図中に示されている。カソードは通常、サーモパッドおよび小さなパッドのいずれかに接続される。組立時の正しい極性の識別は、デバイスの故障を防ぐために必須である。

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セス

このLEDは標準的なSurface-Mount Technology (SMT)プロセスに適しています。データシートには、主要パラメータとしてプリヒートゾーン、ピーク温度への急激な温度上昇、制御された冷却段階を含むリフロープロファイル図が記載されています。推奨されるピーク温度は260°C (+0°C/-5°C)で、最大10秒間です。パッケージや内部接合部に過度の熱ストレスを与えないため、リフローはんだ付けは2回を超えて実施してはならないと明記されています。加熱中のLED本体への機械的ストレス（例：PCBの反りによる）は避ける必要があり、はんだ付け後のPCBの曲げは、はんだ接合部やセラミックパッケージ自体を破損する可能性があるため禁止されています。

7. パッケージングおよび注文情報

7.1 モデル命名規則の解読

完全な注文コード（例：ELUA3535NU3-P6070U23648700-V41G）は詳細な記述子です：

• EL: メーカー接頭辞。
• UA: UVA製品タイプ。
• 3535: 3.75mm x 3.75mm パッケージサイズ。
• N: パッケージ材料は窒化アルミニウム (AlN)。
• U: コーティングは金 (Au)。
• 3視野角は30°です。
• PXXXX: ピーク波長コード（例：360-370nmの場合は6070）。
• YY: 最小放射束束コード。
• 3648 / 700 / 1K0: 順方向電圧範囲 (3.6-4.8V) および順方向電流 (700mA または 1000mA)。
• V41G: チップタイプ（垂直）、サイズ（43ミル）、数量（1）、プロセス（石英ガラス）。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

UV Sterilization Systems: 空気または水の消毒には、265-280nm範囲（UVC）がDNA損傷に対して最も効果的です。しかし、UVA LED（本シリーズなど）は、一部の高度酸化処理（AOP）や、より長波長の紫外線に感受性のある特定の病原体を標的とするシステム、または光触媒との併用システムで使用されます。システム設計では、十分な紫外線照射量（強度×時間）を確保する必要があります。
UV光触媒： 通常、TiO₂などの光触媒は紫外線によって活性化されます。385nmまたは395nmの波長が一般的に使用されます。設計では、触媒表面への均一な照射を確保し、触媒効率が温度に依存する可能性があるため、熱管理を行う必要があります。
UVセンサーライト： 蛍光励起またはマシンビジョン検査に使用されます。安定した出力と特定の波長が重要です。安定した光出力を維持するには定電流ドライバーが不可欠であり、LEDスペクトルから不要な可視光を遮断するために光学フィルターが必要な場合があります。

8.2 重要な設計上の考慮事項

熱管理： これは性能と寿命にとって最も重要な単一要素です。放熱パッドの下に十分な数のサーマルビアを備え、大きな銅面または外部ヒートシンクに接続されたPCBを使用してください。4°C/Wの熱抵抗はジャンクションからLEDの放熱パッドまでの値です。周囲環境へのシステム全体の熱抵抗は、T_J を105°Cを大きく下回る温度に保つように設計する必要があります。
電気駆動： 常に定電圧源ではなく、定電流ドライバーを使用してください。ドライバーは、必要な電流（700mAまたは1000mA）と、選択したビンの全V_F 範囲をカバーする電圧（さらに若干の余裕を含む）を供給できなければなりません。色/波長シフトを避けるため、必要に応じて減光にはアナログ電流低減ではなく、パルス幅変調（PWM）の実装を検討してください。
光学設計： 30度の視野角は比較的集中したビームを提供します。ターゲットエリアに向けて光を整形するために、レンズや反射器が使用される場合があります。標準的なガラスや多くのプラスチックはUVA放射を吸収するため、光学材料（レンズ、窓）は紫外線透過性（例：石英、特定のUVグレードプラスチック）であることを確認してください。

9. 技術的比較と差別化

データシートには他社ブランドとの直接的な並列比較は記載されていませんが、このシリーズの主要な差別化機能は推測できます。セラミックAlNパッケージの採用は、低出力LEDで一般的に使用されるプラスチックパッケージと比較して優れた熱性能を提供し、より高い駆動電流と信頼性を可能にします。2KV ESD保護の組み込みは、競合製品には必ずしも備わっていない重要な堅牢性機能です。3つのパラメータ（光束、波長、電圧）にわたる詳細なビニングは、高精度なシステム設計と量産における一貫性を可能にし、公差が緩い、またはビニングオプションが少ない製品に対する利点となる可能性があります。

10. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

Q: なぜ365nm LEDの最大電流は700mAのみで、他は1250mAなのですか？
A: これは主に、より短い365nm波長を実現するために使用される半導体材料の特性の違いによるものです。その材料システム（例：AlGaN中のアルミニウム含有量が高い）は、一般に導電性が低く欠陥密度が高いため、最大電流密度が低下し、熱抵抗が高くなります。より低い電流で動作させることで、信頼性を確保し、劣化の加速を防ぎます。

Q: このLEDは3.3V電源で駆動できますか？
A: いいえ。順方向電圧範囲は3.6Vから4.8Vです。3.3V電源ではLEDを点灯させる、あるいは意味のある光出力を得るには不十分です。少なくとも4.8V（ドライバーのドロップアウト電圧を加えた値）を供給できる駆動回路が必要です。

Q: 「Typical Radiant Flux」の値はどのように解釈すればよいですか？
A: 「Typical」値は生産ユニットの統計的平均値または中央値です。設計における保証性能を得るには、ビニングテーブルの「Minimum」値を使用する必要があります。Typical値で設計すると、システム内の一部ユニットが性能不足となる可能性があります。

Q: ヒートシンクは絶対に必要ですか？
A> For any sustained operation at the rated current, yes. Even with the low 4°C/W thermal resistance, at 1000mA and a typical V_F が4.2Vの場合、消費電力は4.2Wです。パッドからジャンクションまでの温度上昇は約4.2W * 4°C/W = 16.8°Cとなります。PCBパッド温度が85°Cに達すると、ジャンクションは~102°Cとなり、最大値105°Cに非常に近づきます。信頼性の高い動作のため、効果的な放熱対策は必須です。

11. 実用的な設計と使用事例

事例：表面硬化用マルチLED UVアレイのPCB設計
エンジニアが、接着剤用の低電力UV硬化ステーション向けに、12個の395nm LEDからなるアレイを設計している。各LEDは1000mAで駆動される予定である。 ステップ1 - PCBレイアウト: PCBは2oz銅で設計されています。LEDのフットプリントに合わせた専用のサーマルリリーフパッドを作成し、内部の大きなグランドプレーンおよび底面の銅パターン（アルミヒートシンクに熱界面材料で取り付けられる）に接続するサーマルビア（例：直径0.3mm、ピッチ1mm）のグリッドで埋められています。 ステップ2 - 電気設計: 合計12Aを供給可能な定電流LEDドライバIC（または複数の小型ドライバ）を選択する。ドライバの出力電圧能力を確認し、LED1個あたり最大4.8Vを考慮した、4直列3並列構成の12個のLEDを駆動できることを確認する。_F LED1個あたり4.8Vの最大値。 ステップ3 - 光学統合： LEDアレイを保護するため石英ガラスカバーを設置する。目標硬化面までの距離は、所望の照度に基づき、ビン分けされた最小放射束値（1350mW）と30°ビーム角を用いて照射スポットサイズと強度を推定し、計算する。

12. 原理の紹介

UVA LEDは、半導体材料におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作する。LEDチップのp-n接合に順方向電圧を印加すると、電子と正孔が活性領域に注入される。それらの再結合により、エネルギーが光子の形で放出される。発光の波長（色）は、活性領域に使用される半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定される。UVA発光（約315-400nm）には、特定の組成のIndium Gallium Nitride (InGaN)やAluminum Gallium Nitride (AlGaN)などの材料が用いられる。セラミックパッケージは、主に機械的支持体、電気絶縁体として、そして最も重要な点として、半導体接合部から熱を逃がすための高効率な熱経路として機能し、これは性能と寿命を維持するために極めて重要である。

13. 開発動向

UV LED、特にUVAおよびUVBの分野では、着実な進歩が見られます。このデータシートのような製品で観察される主なトレンドは以下の通りです： 高出力化と高効率化： 継続的な材料研究により、効率低下（droop）の低減と光取り出し効率の向上が図られており、同じまたはより小型のパッケージサイズからより高い放射束が得られるようになっています。 熱マネジメントの向上： ここで見られるようなAlNなどの先進的なセラミック基板の使用は、高電力デバイスにおいて増大する熱負荷を管理するため、より標準的になりつつある。 標準化とビニング： 市場が成熟するにつれ、より詳細で標準化されたビニングコード（図示の通り）は、LEDを予測可能で再現性のあるシステムに統合するのに役立つ。 波長拡張と制御： 研究は、より短く効率的な波長（UVBおよびUVCのより深部へ）への追求と、特定用途におけるピーク波長およびスペクトル幅のより厳密な制御の実現に向けて継続されている。 システム統合： LED、ドライバー、光学部品、時にはセンサーを含む、よりアプリケーション対応型のモジュールへの傾向があり、エンドユーザーの設計を簡素化しています。