白色LED RF-A3E31-W60H-B3 データシート - 3.0x3.0x0.55mm - 2.8-3.4V - 最大1.428W - 自動車グレード

1. 製品概要

RF-A3E31-W60H-B3は、過酷な自動車内外装照明用途向けに設計された高性能白色LEDです。青色LEDチップと精密に調整された蛍光体を組み合わせ、自然な白色光を実現します。パッケージサイズは3.00mm x 3.00mm x 0.55mmで、スペースに制約のある照明モジュールに適しています。350mA時の標準順方向電圧は2.8～3.4V、最大消費電力は1.428Wであり、105～160ルーメンの優れた光束を高効率で提供します。本デバイスは、自動車グレードのディスクリート半導体向けAEC-Q102ストレステストガイドラインに準拠しており、過酷な動作条件下での信頼性が保証されています。

1.1 主な特長

• EMC（エポキシモールドコンパウンド）パッケージにより、堅牢な機械的強度と優れた熱性能を実現
• 120°（半値角）の非常に広い視野角
• すべてのSMT実装およびリフローはんだ付けプロセスに対応
• テープ&リール梱包対応（4000個/リール）
• 耐湿性レベル：レベル2（JEDEC規格）
• RoHS指令準拠
• ESD耐量：8000V（HBM）
• 動作温度範囲：-40°C～+125°C
• 保管温度範囲：-40°C～+125°C
• 接合部最高温度：150°C

1.2 対象アプリケーション

本LEDは、自動車照明システム向けに特別に設計されており、以下を含む内外装用途に対応します。

• デイタイムランニングランプ（DRL）
• ターンシグナルインジケーター
• ブレーキランプ
• 室内アンビエント照明
• ナンバープレート照明
• ポジションランプ
• サイドマーカーランプ

広い動作温度範囲とAEC-Q102認定により、過酷な自動車環境でも安定した性能を発揮します。

2. 技術パラメータ解析

2.1 電気的・光学的特性（Ts=25°C、IF=350mA時）

350mA時の順方向電圧範囲2.8～3.4Vは、InGaN青色チップを使用したパワー白色LEDの標準値です。0.2Vステップの厳格な電圧ビン分けにより、複数LEDの並列接続が容易になります。105～160ルーメンの光束は高効率クラスに相当し、標準電流時の効率は100 lm/Wを超えます。広い120°視野角により、自動車の信号灯や照明用途に優れた配光を提供します。

2.2 絶対最大定格

絶対最大定格は安全動作限界を定義します。最大順方向電流420mA、ピーク電流700mAにより、ターンシグナルなどのパルス動作が可能です。8kV HBMの高いESD耐量は、取り扱いや実装時の堅牢性を確保します。熱管理は重要であり、接合部温度は150°Cを超えないようにしなければなりません。

2.3 熱抵抗の解釈

2種類の熱抵抗値が提供されます。Rth JS real（標準14°C/W、最大21°C/W）とRth JS electrical（標準9°C/W、最大13°C/W）です。電気的測定法は温度感応パラメータ（順方向電圧）を使用して接合部温度を推定し、実測法は物理的な温度測定を使用します。これらの値は、消費電力1Wあたり接合部温度がはんだ点温度より9～21°C上昇することを示しています。350mA、標準VF=3.1Vでは消費電力は約1.085Wとなり、接合部-はんだ間の温度上昇は約15°C（実測Rth使用）になります。設計者は、特に高温環境（125°C）で動作させる場合、接合部温度を150°C未満に保つために十分な放熱を確保する必要があります。

3. ビン分けシステム

3.1 順方向電圧ビン（IF=350mA）

3.2 光束ビン（IF=350mA）

3.3 色度ビン（CIE 1931）

色座標は、CIE 1931色度図に基づいて7つのVMグループ（VM1～VM7）にビン分けされます。各ビンは4つの四辺形の角点（x,y）で定義されます。例：VM1：(0.3150,0.2995)、(0.3115,0.3212)、(0.3268,0.3371)、(0.3282,0.3162)。これらのビンは約5000～6000Kの冷白色温度に対応し、自動車用白色光規格に適しています。ビン分けにより、生産数量全体で色の一貫性が確保されます。

4. 性能曲線分析

4.1 順方向電圧 vs 順方向電流（I-V曲線）

図1-7は典型的な指数関数的I-V特性を示しています。2.8Vでは電流は最小ですが、3.4Vでは約420mAに達します。この曲線は、わずかな電圧変動が大きな電流変化を引き起こすことを示しており、熱暴走を避けるために電流調整（ドライバICまたは抵抗）の必要性を強調しています。

4.2 相対光束 vs 順方向電流

図1-8は、光束が350mAまではほぼ直線的に増加し、その後徐々に飽和することを示しています。350mAでの相対光束は約100％、100mAでは約35％です。この線形関係により、PWMまたはアナログ電流制御による調光が容易になります。

4.3 接合部温度 vs 相対光束

図1-9は負の温度係数を示しています。接合部温度125°Cでは相対光束が約85％に低下します（25°Cの100％から）。この約15％の損失は熱設計で考慮する必要があります。高温環境では、電流をディレーティングする必要がある場合があります。

4.4 はんだ温度 vs 順方向電流ディレーティング

図1-10は、はんだ点温度の関数として許容される最大順方向電流を示しています。25°Cでは420mAが許容されますが、125°Cでは接合部温度を150°C未満に保つために約250mAのみが許容されます。このディレーティング曲線は安全な動作に不可欠です。

4.5 電圧シフト vs 接合部温度

図1-11は、順方向電圧が温度とともに約-2mV/°Cの割合で減少することを示しています。150°Cでは、VFは25°Cの値から約0.25V低下します。この負の温度係数は並列アレイでの電流バランスに役立ちますが、精密回路では補償が必要です。

4.6 放射パターン

図1-12は、半値強度が±60°にあるランバート型の放射パターンを示しており、120°の視野角を確認できます。この広い配光は、広い視認性を必要とする自動車信号灯に最適です。

4.7 温度および電流による色度シフト

図1-13および1-14は、温度および電流によるCIE座標（ΔCx、ΔCy）のわずかなシフトを示しています。-40°Cから150°Cの範囲で、ΔCxは約-0.02、ΔCyは約+0.01シフトします。0～400mAの電流では、シフトは±0.01以内です。これらのシフトは小さく、許容可能な色の一貫性を維持できます。

4.8 スペクトル分布

図1-15は、約450nmの青色ピークと500～700nmの広い蛍光体発光を示す典型的な白色LEDスペクトルを示しています。青色ピーク強度は蛍光体ピークの約0.4倍です。このスペクトルは高い演色評価数を実現し、色識別が重要な自動車室内照明に適しています。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDパッケージのサイズは、3.00mm（長さ）×3.00mm（幅）×0.55mm（高さ）です。公差は特に記載のない限り±0.2mmです。底面図には、2つのアノードパッド（2.60mm×0.65mmおよび0.50mm×0.65mm）と2つのカソードパッド（1.55mm×0.65mmおよび0.30mm×0.65mm）が示されています。放熱用のサーマルパッド（2.30mm×2.40mm）も備わっています。極性マークはコーナーの切り欠きで示されています。

5.2 推奨はんだ付けパターン

図1-5は推奨されるPCBフットプリントを示しています。アノード/カソード用の2つの大きな長方形パッド（幅0.65mm）と中央の大きなサーマルパッド（2.30mm×2.40mm）です。適切なはんだステンシル設計により、熱的および電気的接続に十分なはんだ量が確保されます。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフロープロファイル

本LEDは鉛フリーリフローはんだ付けに対応しています。主なパラメータ：昇温速度≤3°C/s（Tsmax～TP）、予熱150°C～200°Cで60～120秒、217°C（TL）以上の時間最大60秒、ピーク温度260°Cでピークの5°C以内の時間≤30秒（tp≤10秒）。冷却速度≤6°C/s。25°Cからピークまでの総時間≤8分。

6.2 注意事項

• リフローサイクルは2回を超えないでください。サイクル間の時間が24時間を超える場合、LEDが吸湿する可能性があるため、ベーキングが必要です。
• 加熱中はシリコーン表面に機械的ストレスを加えないでください。
• 反ったPCBは使用しないでください。はんだ付け後は基板を曲げないでください。
• リフロー後は急冷しないでください。
• 修理には両頭はんだごてを使用し、LEDに損傷がないことを確認してください。
• シリコーン封止材は柔らかいため、適切なピックアンドプレースノズル力を使用してください。

6.3 保管条件

7. 梱包および注文情報

7.1 梱包数量

標準梱包：リールあたり4,000個。

7.2 キャリアテープ寸法

エンボスキャリアテープ：幅8.00±0.1mm、ポケットピッチ4.00±0.1mm、厚さ0.20±0.05mm。ポケット寸法：A0=3.30±0.1mm、B0=3.50±0.1mm、K0=0.90±0.1mm。カバーテープ幅5.30±0.1mm。リール寸法：180±1mm（フランジ径）、60±1mm（ハブ径）、13.0±0.5mm（ハブ穴）。

7.3 ラベル情報

ラベルには以下が含まれます：品番（PART NO.）、仕様番号（SPEC NO.）、ロット番号（LOT NO.）、ビンコード（BIN CODE）、光束（Φ）、色度ビン（XY）、順方向電圧（VF）、波長コード（WLD）、数量（QTY）、日付（DATE）。

8. アプリケーション設計推奨事項

8.1 熱管理

最大電力1.428W、熱抵抗14°C/Wを考慮すると、適切な放熱が必須です。サーマルパッドに接続された大きな銅領域をPCB上に設けてください。自動車用途では、ハウジングに熱を拡散するためにメタルコアPCB（MCPCB）を検討してください。最悪の周囲温度（125°C）下でも接合部温度を150°C未満に保つ必要があります。

8.2 電気設計

常に電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。急峻なI-V曲線のため、0.1Vの増加で電流が15～20%増加し、過剰ストレスのリスクがあります。各LEDに直列に抵抗を配置するか、サーマルフォールドバック付きの専用LEDドライバを使用してください。パルス動作（例：ターンシグナル）の場合、ピーク電流が700mAを超えず、デューティ比が10%以下であることを確認してください。

8.3 光学設計

120°の視野角により広範囲をカバーできます。コリメートビーム（例：前方照明）には、リフレクターやTIRレンズなどの二次光学系が必要です。コンパクトな3x3mmパッケージは、3030または3535 LED用に設計された標準光学系と互換性があります。

8.4 環境配慮

自動車用途では、LEDは振動、湿気、温度サイクルに耐える必要があります。AEC-Q102認定により信頼性は保証されていますが、システムレベルでの試験（例：熱衝撃、塩水噴霧）を推奨します。硫黄含有化合物（>100ppm）およびハロゲン（Br+Cl）への暴露を避けてください。<1500ppm）銀メッキリードの腐食や蛍光体の劣化を防ぐため。

9. 技術比較：EMCパッケージ vs 従来のPLCC

EMC（エポキシモールドコンパウンド）パッケージは、従来のPLCC（プラスチックリードチップキャリア）パッケージに比べて以下の利点があります。

• 高い信頼性：EMCはリードフレームとの密着性に優れ、剥離リスクを低減します。
• 優れた熱抵抗：モールドが薄いため熱インピーダンスが低くなります。
• 高い温度耐性：ピークリフロー260°Cでもクラックが発生しません。
• 光学性能の向上：モールド材料での光吸収が少なくなります。
• 自動車用途に適合：湿気や汚染物質に対するパッシベーション性能が向上します。

ただし、EMCパッケージは一般的にPLCCよりも高価です。RF-A3E31はEMCを採用しており、長期的な信頼性が重要な自動車用途に最適です。

10. よくある質問（FAQ）

Q1: ヒートシンクなしで350mA連続駆動できますか？

350mAでは消費電力は約1.1Wです。ヒートシンクがない場合、室温でも接合部温度が150°Cを超え、急速な劣化を引き起こす可能性があります。連続運転にはヒートシンクまたはMCPCBが必要です。

Q2: 代表的な色温度は？

色度ビン（VM1～VM7）は約5000～6500Kの冷白色に対応します。正確なCCTはビンによって異なります。

Q3: 5Vロジックと互換性がありますか？

順方向電圧は2.8～3.4Vです。5Vで駆動する場合、電流制限抵抗が必要です。例えば、VF=3V、IF=350mAの場合、R=(5-3)/0.35=5.7Ω（標準5.6Ω使用）。抵抗の定格電力（0.7W）を確認してください。

Q4: 何個のLEDを直列に接続できますか？

12V電源の自動車システムでは、通常3～4個のLEDを直列接続できます（12V - ドライバードロップ）。VF=3.2Vの場合、3個直列で約9.6Vとなり、ドライバーのヘッドルームが確保されます。

Q5: ESD保護は必要ですか？

8kV HBMに定格されていますが、自動車用途では過渡電圧に対する堅牢性を確保するために、基板上に追加のESD保護（例：TVSダイオード）を推奨します。

11. アプリケーション事例：デイタイムランニングランプ（DRL）

典型的なDRLモジュールは、定電流ドライバで駆動される複数の白色LEDを使用します。RF-A3E31-W60H-B3は、広い視野角と高光束により、6～8個のLEDを直線状に配置したアレイに使用できます。各LEDは350mAで動作し、合計約800～1200ルーメンを生成します。LEDはMCPCBに実装され、アルミハウジングへの熱インターフェースが設けられます。シンプルなバックまたはリニアドライバ（例：TPS92518）が電流を調整します。広い視野角により、DRLの配光に関するECE R87規制に準拠します。AEC-Q102認定により、-40°C～85°Cの周囲温度範囲で信頼性が保証されます。

12. 動作原理

白色LEDは、蛍光体変換の原理で動作します。青色InGaN/GaN LEDチップは約450nmの青色光を放射します。この青色光は黄色発光蛍光体（通常YAG:Ce）を通過し、蛍光体が青色光の一部を吸収して広い黄緑色スペクトル（500～700nm）で再放射します。透過した青色光と蛍光体変換された黄色光の組み合わせにより白色光が生成されます。正確なスペクトル分布は相関色温度（CCT）と演色評価数（CRI）を決定します。蛍光体はシリコーンと混合され、製造時にチップ上に塗布されます。温度変化はLEDチップの効率と蛍光体の量子効率の両方に影響を与え、性能曲線に示されるようにわずかな色シフトを引き起こします。

13. 自動車用LED照明の開発動向

自動車用LED市場は、高効率化、小型化、統合化へと進んでいます。主な動向：

• マイクロLEDアレイ画素レベル制御のアダプティブドライビングビーム（ADB）ヘッドランプ向け。
• 高輝度LEDレーザー並みの輝度200 lm/mm²以上。
• スマートLEDモジュールドライバーと通信（LIN、CAN）を統合。
• 熱抵抗の低減新基板材料（AlN、SiCなど）の採用。
• 信頼性の向上先進的な封止材（シリコーン、ハイブリッド）による。
• 人間中心の照明室内快適性のための可変CCT。

RF-A3E31は、EMCパッケージとAEC-Q102認証により、現在の自動車外部照明世代に適しています。今後の開発では、さらに小型のフットプリント（例：2016、1616）や、マトリックスヘッドランプ向けのより高い光束が必要になる可能性があります。