UVC LED データシート UVC3535CZ0315 - 3.5x3.5x0.99mm - 5.0-8.0V - 2.4W シリーズ - 270-285nm - 英語技術文書

1. 製品概要

UVC3535CZ0315シリーズは、過酷な紫外線（UVC）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。この製品は、殺菌効果が最も重要視される環境において、一貫した性能を発揮するように設計されています。その中核的な利点は頑丈なセラミックパッケージにあり、従来のプラスチックパッケージと比較して優れた熱管理を実現し、これが直接的に長い動作寿命と安定した出力に寄与しています。主なターゲット市場は、信頼性の高いUVC照射が不可欠な、プロフェッショナルおよびコンシューマー向け消毒デバイス、浄水システム、空気殺菌装置のメーカーを含みます。

2. 技術パラメータ詳細分析

2.1 測光および電気的特性

LEDは順電流（I_F）300mAで動作する。順電圧（V_F）の規定範囲は5.0Vから8.0Vであり、これは適切な電流制御を確保するためのドライバ設計における重要なパラメータである。放射束、すなわち総合的な光出力は、標準試験条件下において最小20mW、標準25mW、最大30mWと規定されている。ピーク波長は270nmから285nmの範囲に中心があり、これは微生物のDNA/RNAを破壊するのに最も効果的な帯域内である。

2.2 絶対最大定格及び熱特性

デバイスの長寿命化には、絶対最大定格の遵守が不可欠です。最大許容直流順方向電流は300mAです。本デバイスは2000V（人体モデル）までの静電気放電（ESD）に耐えることができ、取り扱いや実装における重要な信頼性特性です。最大接合温度（T_J）は90°Cと規定されています。接合部からはんだ付けポイントまでの熱抵抗（R_th) は20°C/Wです。この値はヒートシンク設計において重要であり、例えば、最大300mAの駆動電流時には、消費電力が最大2.4W (8.0V * 0.3A) に達し、接合部温度がはんだ付け点温度より最大48°C上昇する可能性があります。したがって、T_J を安全限界内に保つためには、はんだ付け点温度を低く維持することが極めて重要です。

動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-40°Cから+100°Cであり、多様な環境条件への適合性を示しています。

3. Binning System Explanation

製品はアプリケーションの一貫性を確保するためにビンに分類されます。これらのビンを理解することは、設計と調達において重要です。

3.1 放射束ビニング

放射束は二つのカテゴリーにビニングされます：Q4（20-25mW）とQ5（25-30mW）。設計者は、アプリケーションに必要な照射線量に基づいて適切なビンを選択する必要があります。

3.2 ピーク波長ビニング

ピーク波長は厳密に管理され、以下のようにビニングされます：U27A（270-275nm）、U27B（275-280nm）、U28（280-285nm）。殺菌効果はこの範囲内でわずかに異なる可能性があるため、最適化されたシステム性能のためにはビンの選択が重要となる場合があります。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、5.0Vから8.0Vまで0.5V刻みでビニングされる（例：5.0-5.5Vは5055、5.5-6.0Vは5560など）。これは主にドライバ効率を考慮し、アレイで使用する際に電気的特性が類似したLEDをグループ化するためである。

4. 性能曲線分析

4.1 スペクトルおよび相対放射束 vs. 電流

スペクトル曲線は、指定された波長（例：270-285nm）を中心とする狭い発光ピークを示し、サイドバンド発光が最小限であり、UVC光源としての純度を確認している。相対放射束 vs. 順方向電流曲線は、定格の300mAまでほぼ直線的であり、良好な効率と電流に応じた予測可能な出力スケーリングを示している。

4.2 順方向電流 vs. 順方向電圧 & Peak Wavelength vs. Current

I-V曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的特性を示しています。順方向電圧は電流とともに増加し、定電流ドライバ設計において考慮する必要があります。ピーク波長対電流曲線は、動作電流範囲内で最小限のシフト（通常は数ナノメートルのみ）を示し、安定したスペクトル性能を示しています。

4.3 熱的デレーティングと相対放射束対温度

相対放射束対周囲温度曲線は、LED出力の負の温度係数を示しています。放射束は、周囲温度（したがって接合温度）の上昇に伴って減少します。デレーティング曲線は、周囲温度の関数として最大許容順方向電流を図式的に定義します。T_J(max)高温環境下での動作時には、駆動電流を低減する必要があります。例えば、周囲温度85°Cでは、最大許容電流は300mAよりも大幅に低くなります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法とパッド構成

パッケージ寸法は3.5mm（長さ）× 3.5mm（幅）× 0.99mm（高さ）で、公差は±0.2mmです。パッド構成は明確に定義されています：パッド1はアノード（+）、パッド2はカソード（-）、パッド3は専用のサーマルパッドです。このサーマルパッドは、LEDダイからプリント基板（PCB）への効率的な熱伝達に不可欠です。PCBレイアウトには、放熱を最大化するために、グランドプレーンやヒートシンクに接続された対応する導熱パッドが必要です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

本デバイスは表面実装技術（SMT）プロセスに適しています。リフローはんだ付けは、セラミックパッケージおよび内部接合部への熱ストレスを避けるため、2回を超えて実施してはいけません。リフロープロセス中は、LED本体への機械的ストレスを避ける必要があります。はんだ付け後は、PCBを曲げてはいけません。これはセラミックパッケージやはんだ接合部のクラックを引き起こす可能性があります。標準的な無鉛リフロープロファイルが適用可能ですが、ピーク温度および液相線温度以上の時間は、セラミックパッケージの仕様に従って制御する必要があります（特定のプロファイルが提供されていない場合は、セラミック部品に関する一般的なIPC/JEDECガイドラインを参照してください）。

7. 梱包および注文情報

7.1 エミッタ テープアンドリール

LEDはエンボス加工されたキャリアテープに実装され、リールに巻き取られた状態で供給されます。標準包装数量は1リールあたり1000個です。リールおよびテープの寸法は、自動実装機のセットアップ用に提供されています。

7.2 湿気感受性とラベリング

セラミックパッケージは湿気に敏感である可能性があるため、乾燥状態を維持するために、リールは乾燥剤と共にアルミ防湿バッグに密封されています。リール上の製品ラベルには、品番（P/N）、数量（QTY）、ならびに放射束（CAT）、波長（HUE）、順方向電圧（REF）の特定ビンコードを含む重要な情報が記載されています。

7.3 製品命名規則の解読

完全な注文コード（例：UVC3535CZ0315-HUC7085020X80300-1T）は詳細な記述子です： UVC (UVCタイプ), 3535 (3.5x3.5mmパッケージ), C (セラミック材料), Z (ESD保護用ツェナーダイオード内蔵), 03 (3チップ), 15 (150°視野角), H (水平チップ), UC (UVCカラー), 7085 (270-285nm波長), 020 (20mW min. radiant flux), X80 (順方向電圧5.0-8.0V), 300 (順方向電流300mA), 1 (1K pcs packaging), T (テープ包装).

8. 適用に関する提案

8.1 代表的な適用シナリオ

主な用途はUV殺菌・消毒です。これには、据置型空気清浄機、HVACコイル処理、ポイントオブユースまたは小規模システム向け水消毒装置、民生用電子機器や医療機器向け表面殺菌装置、殺菌照明器具が含まれます。150°の広視野角は、集光ビームではなくエリアカバレッジを必要とする用途に適しています。

8.2 設計上の考慮事項

ドライバ設計: 定電流ドライバが必須です。ドライバは最大300mAを供給可能で、5.0-8.0VのV_F 範囲に対応できなければなりません。過電流や電圧スパイクはLEDの寿命を著しく低下させます。
熱管理： これは設計上最も重要な点です。厚い銅層（例：2oz）のPCBを使用し、放熱パッド下のサーマルビアを大きなグランドプレーンまたは外部ヒートシンクに接続します。はんだ付け点の温度を積極的に監視し、必要に応じてデレーティング曲線を使用して駆動電流を調整してください。
光学設計： UVC放射は人間の目や皮膚に有害です。最終製品は、直接曝露を防ぐ適切な遮蔽を備えている必要があります。ハウジング材料は、標準的なガラスや多くのプラスチックがUVCを遮断するため、UVC透過性（例：石英ガラス、特別なUVCグレードのガラス）でなければなりません。
安全規格適合： このLEDを使用する製品は、関連するレーザー製品および放射線安全基準に準拠する必要があります。

9. 技術比較と差別化

従来の低出力UVC LEDや水銀灯と比較して、UVC3535CZ0315シリーズは、固体素子、瞬時点灯、水銀フリーのソリューションを提供します。セラミックパッケージは、より高い電力密度と高温動作下での優れた長期信頼性を可能にし、プラスチック製3535 LEDとの重要な差別化要因となっています。ESD保護用の2KVまでのツェナーダイオードを内蔵しており、競合製品では必ずしも見られない堅牢性を追加し、サプライチェーンの取り扱いと組立を簡素化します。

10. よくあるご質問 (FAQ)

Q: このLEDの代表的な寿命はどのくらいですか？
A: LEDの寿命は、通常、放射束が初期値の70％（L70）に低下するまでの動作時間と定義されます。UVC LEDの場合、これは駆動電流と接合温度に大きく依存します。推奨条件以下で動作させ、優れた熱管理を行うことで、数千時間の寿命が得られます。

Q: このLEDは定電圧源で駆動できますか？
A: いいえ。LEDは電流駆動デバイスです。Vfの負の温度係数のため、定電圧源では熱暴走を引き起こし、急速に故障します。_F常に定電流ドライバー、または電流を能動的に制御する回路を使用してください。

Q: ラベル上のビンコードはどのように解釈すればよいですか？
A: このラベルは、そのリール上のLEDの特定のビンを示しています。例えば、CAT:Q5, HUE:U27B, REF:6570 は、LEDが25-30mW（Q5）の放射束ビン、275-280nm（U27B）のピーク波長ビン、および6.5-7.0V（6570）の順方向電圧ビンを持つことを意味します。

11. 実践的な設計ケーススタディ

コンパクトな水消毒モジュールの設計を検討する。目標は、流通式チャンバー内での大腸菌を3-log（99.9%）減少させることである。必要なUVC線量は、水の流量、水の紫外線透過率、病原体の感受性に基づいて計算される。この線量に基づき、LEDの数とその駆動電流が決定される。例えば、Q5ビン（各25mW min）のLEDを4個使用し、250mAで駆動（信頼性のために若干のデレーティングを適用）することで、必要な照度が得られる可能性がある。内部に2oz銅面を放熱スプレッダーとして専用化した4層PCBが使用される。LEDは水が流れる石英スリーブの周囲に配置される。1Aを供給する定電流ドライバー（250mA x 4個のLEDを並列接続、バランス用に各LEDに独立した電流制限抵抗を設置）が選択され、入力電圧は最高のVfとドライバーのオーバーヘッドの合計に対応する。_F PCB上のLED近くに設置された温度センサーがマイクロコントローラーにフィードバックを提供し、高温が検出された場合には駆動電流を低下させ、長期信頼性を確保する。

12. 原理の紹介

UVC光、特に260-280nm範囲の光は、微生物の核酸（DNAおよびRNA）に吸収される。この吸収によりDNA内にチミン二量体が形成され、微生物の複製や必須タンパク質の合成能力を阻害し、実質的に不活化（殺菌）する。このLEDは、半導体材料（通常はアルミニウムガリウム窒素 - AlGaN）におけるエレクトロルミネセンスを通じてこのUVC放射を発生させる。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で再結合し、光子の形でエネルギーを放出する。特定の波長は、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。

13. 開発動向

UVC LED市場は、水銀不使用、コンパクト、即時殺菌ソリューションに対する世界的な需要によって牽引されています。主な動向は以下の通りです： 壁プラグ効率（WPE）の向上： 継続的な研究により、電気-光電力変換時の損失を低減し、同じ光出力に対して消費電力と発熱を抑えることを目指しています。 高出力化： チップ設計とパッケージング技術の継続的な改善により、単一ダイのLEDの放射束を高め、システムあたりに必要なLEDの数を削減することが可能です。 長寿命化： 材料とパッケージングの進歩により、特に高温動作下でのデバイスの信頼性と寿命が着実に向上しています。 コスト削減： 製造量が増加しプロセスが成熟するにつれ、UVC出力のミリワット当たりコストは低下しており、より多くの民生用途での技術実用化を可能にしている。 波長安定性の向上： 研究は、温度や寿命に伴う波長シフトを最小化し、より予測可能な殺菌性能を実現することに焦点を当てている。