UVC LED LTPL-G35UV275UZ データシート - 3.5mm x 3.5mm パッケージ - 順電圧 5.0-7.5V - 放射束 72mW - ピーク波長 275nm - 技術文書

1. 製品概要

LTPL-G35UV275UZは、殺菌および医療用途向けに設計された高出力UVC発光ダイオードです。従来のUV光源に代わるソリッドステート照明ソリューションとして、優れたエネルギー効率、長い動作寿命、および高い信頼性を提供します。本デバイスは、殺菌目的に極めて有効なピーク波長275ナノメートル付近の紫外線C波（UVC）を放射します。

このLEDの主な利点は、集積回路との互換性、RoHS環境基準への準拠、および鉛フリー構造です。動作面では、従来の水銀ベースのUVランプと比較して、運用コストの低減とメンテナンス要件の削減が期待され、システム設計者により大きな統合自由度を提供します。

1.1 主要機能とターゲット市場

本コンポーネントの主な用途は、医療、研究所、一般消費財分野における水浄化システム、空気殺菌装置、表面殺菌機器など、消毒を必要とするデバイスです。その設計は、コンパクトな形状とUV照射量の精密な制御を可能にし、効果的な殺菌プロトコルにおける重要な要素となっています。

2. 技術仕様と詳細解説

2.1 絶対最大定格

これらの限界を超えてデバイスを動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。絶対最大定格は、周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 消費電力（P_O）：3.8 W。これはパッケージが熱として放散できる最大総電力です。
• 直流順電流（I_F）：500 mA。印加可能な最大連続順電流です。
• 動作温度範囲（T_opr）：-40°C ～ +80°C。通常動作時の周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲（T_stg）：-40°C ～ +100°C。非動作時の保存温度範囲です。
• 接合温度（T_j）：115°C。半導体接合部の最大許容温度です。

重要事項：逆バイアス条件下での長時間動作は、部品の故障を引き起こす可能性があります。適切な回路保護が不可欠です。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータはTa=25°Cで測定され、典型的な動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 順電圧（V_F）：駆動電流（I_F）350mA時、典型的に6.0V、範囲は5.0V（最小）から7.5V（最大）です。測定許容差は±0.1Vです。この比較的高い順電圧はUVC LEDの特徴です。
• 放射束（Φ_e）：総光出力です。I_F=350mA時、典型的な値は72.0 mW、最小値は56.0 mWです。最大定格電流500mA時、典型的な放射束は102.0 mWに増加します。測定許容差は±10%です。
• ピーク波長（W_P）：I_F=350mA時、270 nmから280 nmの範囲で、典型的な目標値は275nmです。許容差は±3nmです。この波長は、微生物のDNA/RNAを破壊するのに最も効果的な帯域内にあります。
• 熱抵抗（R_{th j-s}）：接合部からはんだ付け点までの典型的な値は12.3 K/Wです。この値は熱設計において極めて重要であり、特定のアルミニウムMCPCBを基準として測定されています。
• 指向角（2θ_1/2）：典型的に120度で、広い放射パターンを提供します。
• 静電気放電（ESD）耐性：JESD22-A114-B規格に基づき、最低2000Vに耐えます。これは取り扱いの堅牢性が高いことを示しています。

2.3 熱特性と熱管理

効果的な放熱は、UVC LEDの性能と寿命にとって最も重要です。熱抵抗12.3 K/Wは、消費電力1ワットごとに、接合温度がはんだ付け点温度より12.3°C上昇することを意味します。特に500mA駆動時には、接合温度を最大115°C以下に維持するために、高品質な金属基板PCB（MCPCB）またはその他の効果的な熱経路が必須です。デレーティング曲線（図7）は、周囲温度の上昇に伴って最大許容順電流がどのように減少するかを視覚的に示しています。

3. ビンコードシステムの説明

LEDは性能の一貫性を確保するために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 順電圧（V_F）ビニング

LEDは、350mA時の順電圧に基づいて5つのビン（V0からV4）に分類されます：

V0: 5.0V – 5.5V

V1: 5.5V – 6.0V

V2: 6.0V – 6.5V

V3: 6.5V – 7.0V

V4: 7.0V – 7.5V

許容差：各ビン±0.1V。

3.2 放射束（Φ_e）ビニング

LEDは、350mA時の放射束出力に基づいて4つのビン（X1からX4）に分類されます：

X1: 56 mW – 66 mW

X2: 66 mW – 76 mW

X3: 76 mW – 86 mW

X4: 86 mW 以上

許容差：各ビン±10%。

3.3 ピーク波長（W_P）ビニング

すべてのデバイスは単一の波長ビンに分類されます：

W1: 270 nm – 280 nm

許容差：±3nm。

4. 性能曲線分析

データシートには、設計エンジニア向けのいくつかの重要なグラフが提供されています。

4.1 相対分光分布（図1）

この曲線は、UVスペクトル全体にわたる発光強度を示しています。275nmを中心とした狭い発光帯域を確認でき、殺菌範囲外の発光は最小限であり、効率的で標的を絞った殺菌作用を保証します。

4.2 放射パターン（図2）

120度の指向角を特徴とする放射強度の空間分布を示します。これは、対象面上で均一な照射を実現するための光学設計に役立ちます。

4.3 相対放射束 vs. 順電流（図3）

光出力は駆動電流とともに増加しますが、最終的には飽和することを示しています。この曲線は、出力電力と効率、デバイス寿命のバランスを取るための最適な駆動電流を決定するために不可欠です。

4.4 順電圧 vs. 順電流（図4）

ダイオードのIV特性を示します。電圧は電流に対して対数的に増加します。このデータは定電流駆動回路の設計に必要です。

4.5 温度依存性（図5 & 6）

図5（相対放射束 vs. 接合温度）：UVC LEDの負の温度係数を実証しています。接合温度が上昇すると、光出力は著しく減少します。これは安定した出力を維持するための熱管理の重要性を強調しています。

図6（順電圧 vs. 接合温度）：順電圧は接合温度の上昇に伴って直線的に減少することを示しています。この特性は、間接的な温度モニタリングに利用できる場合があります。

4.6 順電流デレーティング曲線（図7）

信頼性にとっておそらく最も重要なグラフです。周囲温度の関数としての最大許容順電流を定義します。過熱を防止し長寿命を確保するためには、LEDをより高温の環境で使用する場合、動作電流を低減する必要があります。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形寸法

本デバイスは、表面実装型パッケージで、寸法は約3.5mm x 3.5mmです。特に指定がない限り、すべての寸法公差は±0.2mmです。データシートには、カソードマーキングの位置を含む、上面、側面、底面を示す詳細な機械図面が含まれています。

5.2 推奨PCBパッド設計

信頼性の高いはんだ付けと、LEDの放熱パッドからPCBへの最適な熱伝達を確保するために、詳細なランドパターン図が提供されています。これらの推奨パッド寸法（公差±0.1mm）に従うことは、機械的安定性と熱性能にとって極めて重要です。

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

鉛フリーリフロープロファイルが推奨されます：

- ピーク温度（T_P）：最大260°C（推奨245°C）。

- 液相線温度以上（T_L=217°C）の時間：60-150秒。

- ピーク温度±5°C以内（t_P）の時間：10-30秒。

- 最大昇温速度：3°C/秒。

- 最大降温速度：6°C/秒。

- 25°Cからピーク温度までの総時間：最大8分。

重要事項：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。急冷プロセスは推奨されません。すべての温度測定はパッケージ上面を指します。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合、はんだごて先端温度は300°Cを超えてはならず、接点時間ははんだ接点ごとに最大2秒に制限する必要があります。この操作は1回のみ行ってください。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、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。指定外の化学洗浄剤は、LEDパッケージ材料や光学特性を損傷する可能性があります。

7. 梱包と取り扱い

7.1 テープ＆リール仕様

LEDは、EIA-481-1-B規格に準拠したエンボスキャリアテープおよびリールに供給されます。

- リールサイズ：7インチ。

- リールあたりの数量：最大500個（端数ロットは最小100個）。

- テープポケットはカバーテープで密封されています。連続して欠品可能な最大コンポーネント数は2個です。テープポケットおよびリールの詳細寸法はデータシートに記載されています。

8. 信頼性と寿命

8.1 信頼性試験計画

本デバイスは、各試験1,000時間または100サイクルの包括的な信頼性試験を実施しています：

1. 室温動作寿命（RTOL）試験（350mA）。

2. 室温動作寿命（RTOL）試験（500mA）。

3. 高温保存寿命（HTSL）試験（100°C）。

4. 低温保存寿命（LTSL）試験（-40°C）。

5. 高温高湿保存（WHTSL）試験（60°C/90% RH）。

6. 温度衝撃（TS）試験（-30°C ～ +85°C）。

動作寿命試験は、LEDが指定の金属放熱板に実装された状態で実施されます。

8.2 故障判定基準

試験後に以下のいずれかの条件を満たす場合、デバイスは信頼性試験に不合格とみなされます：

- 順電圧（350mA時）が初期値から10%以上増加した場合、または

- 放射束（350mA時）が初期値の50%未満に低下した場合。

9. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

9.1 駆動方法

このLEDを動作させるには、定電流駆動回路が必須です。駆動電流は、必要な放射束出力、熱設計能力、および目標寿命に基づいて、デレーティング曲線を参考に選択する必要があります。高出力アプリケーションでは、ピーク接合温度を管理するためにパルス駆動を検討することができます。

9.2 熱設計

これはシステム設計において最も重要な側面です。提供された熱抵抗値（12.3 K/W）を使用して、必要な放熱板性能を計算してください。高熱伝導率のMCPCB（参照アルミニウムタイプなど）の使用を強く推奨します。LEDのはんだ付け点から周囲環境への熱インピーダンスを低く保つようにしてください。

9.3 光学および安全上の考慮事項

UVC放射線は、人の皮膚や目に有害です。最終製品には、ユーザーが被曝しないようにするための適切な遮蔽と安全インターロックを組み込む必要があります。光路（レンズ、窓）に使用される材料は、UVCを透過する必要があり、石英ガラスや特定グレードの石英などが該当します。標準的なガラスやプラスチックはUVC光を吸収します。

10. 技術比較とトレンド

10.1 従来型UV光源に対する利点

水銀蒸気ランプと比較して、このUVC LEDは以下の利点を提供します：

- 瞬時点灯/消灯：ウォームアップまたはクールダウン時間が不要です。

- コンパクトサイズ：機器の小型化を可能にします。

- 耐久性：物理的衝撃や振動に対してより耐性があります。

- 波長特異性：広帯域の廃熱を伴わず、標的の275nm出力を実現します。

- 環境面での利点：水銀を含みません。

10.2 動作原理と殺菌効果

275nmのUVC光は、微生物（細菌、ウイルス、カビ）のDNAおよびRNAに吸収されます。この吸収によりチミン二量体が形成され、遺伝暗号を破壊し複製を妨げることで、病原体を効果的に不活化します。効果は生物の種類によって異なり、必要な照射線量（フルエンス）はmJ/cm²で規定されます。

10.3 市場動向

UVC LED市場は、医療、水処理、空気清浄、民生電子機器などにおける水銀フリー殺菌ソリューションへの需要増加によって牽引されています。主要な開発トレンドには、壁プラグ効率（光出力/電力入力）の向上、チップあたりの高出力化、および動作寿命の延長が含まれており、これらすべてがLEDベースシステムのコスト効率を向上させています。