ELUC3535NUB UVC LED データシート - 3.5x3.5x1.3mm - 5.0-7.5V - 0.13W - 270-285nm - 英語技術文書

1. 製品概要

ELUC3535NUBシリーズは、紫外線C波（UVC）用途に特化して設計された、高信頼性のセラミックベースLEDソリューションです。本製品は、殺菌効果が最も重要とされる過酷な環境においても一貫した性能を発揮するように設計されています。その中核構造はセラミック基板を採用しており、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。これはUVC用途においてLEDの寿命と出力安定性を維持するための重要な要素です。

この部品の主なターゲット市場は、消毒・滅菌分野です。これには、浄水システム、空気清浄装置、表面消毒機器、医療器具の滅菌などのアプリケーションが含まれます。製品の設計は、これらの用途に不可欠な要素を優先しています：殺菌範囲における光出力、長寿命化のための堅牢な構造、そして標準的な表面実装技術（SMT）組立プロセスとの互換性です。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

本デバイスの最大直流順方向電流（I_F）定格は100 mAです。ただし、注文情報で規定される典型的動作条件は20 mAです。この定格引き下げは、長期信頼性を確保し、半導体接合の加速劣化を防止するために極めて重要です。最大接合温度（T_J) は100°Cであり、接合部から周囲への熱抵抗（R_th) は65 °C/Wです。この熱抵抗値はヒートシンク設計の重要なパラメータであり、接合部温度を超えると致命的な故障や放射束出力の大幅な低下を引き起こす可能性があります。

本デバイスは2 kV（人体モデル）までのESD保護を備えており、これはほとんどの製造環境での取り扱いにおける標準的な保護レベルです。動作温度範囲は-30°Cから+85°C、保存温度範囲は-40°Cから+100°Cであり、多様な世界的な気候や保管条件への適合性を確保しています。

2.2 測光特性および電気的特性

主な測光出力は、光束（lm）ではなく放射束（mW）で測定されます。これは非可視のUVエミッタであるためです。公称20 mA駆動電流における代表的な放射束は2 mWであり、記載されたオーダーコードに対して保証される最小値は1 mW、最大値は2.5 mWです。ピーク波長は270 nmから285 nmの範囲にあり、これは微生物のDNA/RNAを損傷させる殺菌作用に最も効果的な帯域内です。

電気的特性として、順方向電圧（V_F）は20 mAにおいて5.0 Vから7.5 Vの範囲です。この比較的高い順方向電圧は、深紫外線LEDの特徴です。典型的な指向角は120°であり、これは強度がピーク値の半分となる角度（2θ_1/2）として定義されます。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、用途に応じた一貫性を確保するため、詳細なビニングシステムに基づいて分類されています。このシステムは、放射束、ピーク波長、順方向電圧という3つの主要パラメータを対象としています。

3.1 放射束ビン

放射束は、Q0A (1.0-1.5 mW)、Q0B (1.5-2.0 mW)、Q0C (2.0-2.5 mW) の3つのカテゴリーにビン分けされます。これにより、設計者はシステムに必要な光出力に基づいてLEDを選択でき、全体の最小/最大仕様よりも厳しい公差で選定することが可能です。

3.2 ピーク波長ビン

ピーク波長はUVC効果に極めて重要です。区分はU27A（270-275 nm）、U27B（275-280 nm）、U28（280-285 nm）です。病原体によってUVCスペクトル内の感度ピークが異なるため、この区分化によりシステム設計を最適化できます。

3.3 順方向電圧区分

順方向電圧は5.0Vから7.5Vまで0.5V刻みで区分されます（例：5.0-5.5Vは5055、5.5-6.0Vは5560など）。一貫したV_F アレイ内に配置することでドライバ設計が簡素化され、複数のLEDを並列接続した際の均一な電流分布を保証します。

4. 性能曲線分析

4.1 スペクトル

スペクトル分布曲線は、特定の波長（例：〜275nm）を中心とした狭い発光ピークを示し、UVC帯域外での発光は最小限です。このスペクトル純度は、エネルギーが殺菌範囲に集中することを保証するため有利です。

4.2 Relative Radiant Flux vs. Forward Current

この曲線はサブリニアな関係を示しています。出力は電流と共に増加しますが、接合温度の上昇やその他の非理想的な効果により、高電流では効率（mW/mA）が低下します。これは、熱管理と推奨条件内での動作の重要性を強調しています。

4.3 順方向電流対順方向電圧

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。20mAにおける指定のV_F 範囲が明確に示されています。電圧の小さな変化が電流の大きな変化につながるため、この曲線は定電流ドライバの設計に不可欠です。

4.4 相対放射束 vs. 周囲温度

この曲線は、LED出力の負の温度係数を示しています。周囲温度（ひいては接合部温度）が上昇すると、放射束は減少します。システム設計では、動作温度範囲全体で一貫した殺菌性能を確保するため、この熱ドループを考慮に入れる必要があります。

4.5 デレーティング曲線

デレーティングカーブは、信頼性の高い動作にとって最も重要なグラフです。これは、周囲温度の関数として最大許容順方向電流を定義します。最大接合温度を超えないようにするためには、周囲温度が上昇するにつれて駆動電流を減らさなければなりません。例えば、周囲温度85°Cでは、最大許容電流は絶対最大定格100mAよりも大幅に低くなります。

5. 機械的・パッケージング情報

5.1 機械的外形寸法

本パッケージは3.5 mm x 3.5 mmのコンパクトな占有面積で、高さは1.3 mmです。外形図には、アノード（パッド2）、カソード（パッド1）、および中央の放熱パッド（パッド3）の位置が規定されています。放熱パッドは効果的な放熱に不可欠であり、PCB上の熱伝導性パッドに確実にはんだ付けする必要があります。このPCBパッドは、内部のグランドプレーンまたは外部のヒートシンクに接続されるべきです。

5.2 エミッタ テープ＆リール パッケージング

LEDはエンボス加工されたキャリアテープに供給され、1000個入りのリールに巻かれています。テープ寸法とリール仕様（例：リール直径180mm）は、自動実装機との互換性を確保するために提供されています。部品はさらに、湿気を防ぐための乾燥剤を含む防湿アルミ袋内に包装されており、保存中の吸湿を防止します。これはセラミックパッケージにおいてリフローはんだ付け時の「ポップコーン現象」を回避するために重要です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

ELUC3535NUBは標準的なSMTリフローはんだ付けプロセスに適しています。主な推奨事項は以下の通りです：部品の熱的限界と互換性のある無鉛リフロープロファイルを使用すること、加熱および冷却中のLEDへの機械的ストレスを避けること、リフローサイクル数を最大2回に制限すること。はんだ付け後は、PCBを曲げないでください。これははんだ接合部とセラミックボディに機械的ストレスを誘発し、クラックや故障の原因となる可能性があります。

7. アプリケーションの提案と設計上の考慮事項

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 静的空間空気消毒 HVACシステムや空気清浄機で使用され、UVC光が空気が通過するチャンバーを照射する方式。
• 表面消毒 携帯電話、工具、またはカウンタートップの殺菌を行うデバイスに組み込まれています。
• 水の殺菌： 使用時点浄水器に採用されており、水はUVC透過性の石英スリーブに収められたLEDのそばを流れます。

7.2 クリティカルな設計上の考慮事項

• 熱管理： これは最も重要な単一の要因です。放熱パッドの下に、大面積の銅面または外部ヒートシンクに接続されたサーマルビアを備えたPCBを使用してください。接合部温度を監視します。
• 駆動電流: 長寿命のため、推奨値20mA以下で動作させてください。定電圧源ではなく、定電流ドライバを使用してください。
• 光学材料: 出力窓は石英ガラスです。二次光学系や保護カバーは、必ずUVC透過性材料（例：溶融石英、特定の特殊プラスチック）で作られていることを確認してください。標準的なガラスやほとんどのプラスチックはUVC放射を吸収します。
• 安全性： UVC放射は目と皮膚に有害です。筐体は作動中に紫外線が一切漏れないようにしなければなりません。使用中に筐体を開けられる場合は、インターロックスイッチを装備してください。

8. Technical Comparison and Differentiation

ELUC3535NUBの主な差別化要因は、セラミックパッケージ（AIN - 窒化アルミニウム）と石英ガラスレンズです。セラミックパッケージはプラスチック（例：PPA、PCT）よりも熱伝導率が大幅に優れており、同じ駆動電流での動作接合温度を低く抑え、これが直接的に長寿命化とより安定した出力に繋がります。石英ガラスレンズは、シリコーンやエポキシレンズと比較して、優れたUV透過率と暗化（ソラリゼーション）耐性を提供します。シリコーンやエポキシレンズは、長時間のUVC照射下で劣化する可能性があります。

9. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを100mAで駆動して、より高い出力を得ることはできますか？
A: いいえ。100mAの定格は絶対最大定格であり、動作条件ではありません。典型的な20mAの駆動電流を超えると、接合温度が急激に上昇し、出力の急速な劣化やデバイスの故障を引き起こす可能性があります。常にデレーティング曲線に従ってください。

Q: なぜ順方向電圧がこれほど高く、かつ変動幅が大きいのですか（5.0-7.5V）？
A> The high bandgap energy required to emit UVC photons results in a higher forward voltage. The variation is inherent to semiconductor manufacturing processes, which is why the binning system is provided. Design your driver circuit to accommodate the full voltage range of your selected bin.

Q: 「最小放射束」1mWはどのように解釈すればよいですか？
A> This is the guaranteed lower limit for the specific order code. The typical value is 2mW, and most devices will perform near this. The binning system (Q0A/B/C) allows you to purchase parts with a tighter, guaranteed minimum within that overall range.

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: コンパクトなUSB給電式表面除菌ワンドの設計。
設計ステップ:
1. 電力バジェット: USBポートは5V、最大約500mAを供給。LED V_F (5-7.5V)は電源電圧よりも高いため、昇圧型定電流ドライバが必要です。
2. 熱設計： ワンド筐体は小型です。高熱伝導率の金属基板PCB（MCPCB）を選択してください。LEDの熱パッドをMCPCBに直接はんだ付けします。MCPCBの金属ベースが主要な放熱体およびワンド本体の一部となります。
3. 光学設計： 浅い反射板を使用して120°ビームを対象面に向けます。反射板の材質はUVCに耐性のあるもの（例：保護コーティングを施したアルミニウム）を確保してください。
4. 安全性： シャッターは、ワンドが表面に押し付けられた時のみ開き、UVC漏れを遮断する設計とする。作動毎の照射時間を制限するタイマー回路を組み込む。
5. 部品選定： 複数のLEDを使用する場合、ドライバ設計を簡素化するために単一の順方向電圧ビン（例：5055）からLEDを選択してください。所望の線量と照射時間に基づいて適切な放射束ビンを選択します。

11. 動作原理

UVC LEDは、エレクトロルミネセンスにより紫外線スペクトル（UVCでは特に200-280nm）で光子を放出する半導体デバイスです。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ます。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ます。これらの光子の波長は、活性領域で使用される半導体材料（通常はアルミニウムガリウム窒素 - AlGaN）のバンドギャップエネルギーによって決まります。狭いバンドギャップはより長い波長（可視光/赤外線）をもたらし、UVC発光に必要な非常に広いバンドギャップはAlGaN層中の高いアルミニウム含有量によって実現されます。

12. 技術トレンド

UVC LED市場は、水銀不使用、瞬時点灯、コンパクトかつ堅牢な除菌ソリューションへの需要によって牽引されています。主なトレンドは以下の通りです：
ウォールプラグ効率（WPE）の向上： 研究は、より多くの電気入力をUVC光出力に変換し、消費電力と発熱を低減するために、内部量子効率（IQE）と光取出効率（LEE）の向上に焦点を当てています。
より高い出力パワー： マルチチップパッケージの開発と改良されたエピタキシャルプロセスにより、デバイスあたりの放射束は着実に増加しており、より大量の処理や露光時間の短縮を可能にしています。
より長い寿命： パッケージ材料（本製品で使用されているセラミックや石英など）、ダイアタッチ技術、および半導体の信頼性向上により、UVC LEDの動作寿命（L70/B50）が延長され、連続運転アプリケーションでの実用性が高まっています。
コスト削減： 製造量の増加とプロセスの成熟に伴い、UVC出力1ミリワットあたりのコストが低下しており、ニッチ市場を超えて実用可能なアプリケーションの範囲が広がっています。