3020 중전력 EMC 패키지 LED 사양서 - 3.0x2.0mm - 전압 3.4V - 전력 0.5W/0.8W - 냉백색/중성백색/따뜻한백색 - 중국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 첨단 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드) 패키지를 채택한 3020 시리즈 중전력 LED의 기술 사양과 성능 특성을 상세히 설명합니다. 해당 시리즈는 일반 조명 응용을 위해 설계되었으며, 광효율, 비용 효율성 및 신뢰성 사이에서 최적의 균형을 구현하였습니다.

1.1 제품 포지셔닝과 핵심 경쟁력

3020 LED는 중전력 시장에 포지셔닝되어 있으며, 주로 고성능과 높은 비용 대비 성능을 엄격히 요구하는 응용 시나리오를 대상으로 합니다. 그 핵심 경쟁력은 패키징 기술과 전기 설계에서 비롯됩니다.

• 향상된 열 성능 EMC 패키징: 기존 PPA 또는 PCT 플라스틱 대비 EMC 소재는 더 우수한 열전도성과 내고온성을 지녀, 더 나은 광유지율과 더 긴 수명을 제공합니다.
• 고광효율과 가성비(루멘/달러): 이 제품은 동급 제품 중 최고의 와트당 루멘 및 달러당 루멘 지표를 제공하는 것을 목표로 하여, 비용에 민감한 대량 조명 프로젝트에 매우 적합합니다.
• 전력 유연성: 0.5W 시리즈로 정격되었지만, 견고한 패키지 덕분에 최대 0.8W까지 동작 전력이 가능하여 다양한 구동 전류 요구 사항에 대한 설계 유연성을 제공합니다.
• 높은 색상 품질: 최소 색 재현 지수(CRI) 80으로 우수한 색상 재현도를 보장하며, 색상 정확도가 요구되는 일반 실내 조명에 적합합니다.
• 강력한 구동 능력: 최대 순방향 전류(IF) 240mA 및 펄스 전류(IFP) 300mA를 지원하여 다양한 구동 방식을 적용할 수 있습니다.

1.2 목표 시장과 핵심 응용 분야

3020 LED의 다기능성은 광범위한 조명 응용 분야에 적합하게 합니다.

• 대체형 조명기구 및 전구: 기존 백열등, 형광등 또는 구형 LED 모듈을 직접 전구, 형광등관, 다운라이트에서 교체.
• 일반 조명: 주거용, 상업용 및 산업용 조명기구(예: 패널등, 그릴등, 하이베이 조명)의 주요 광원.
• 배면 조명: 실내외 간판, 라이트박스 및 장식 패널 조명용.
• 건축 및 장식 조명: 중점 조명, 라이트 트로프 조명 및 안정적인 광 출력과 색상 일관성이 필요한 기타 응용 분야.

2. 심층 기술 파라미터 분석

모든 매개변수는 표준 테스트 조건에서 측정됨: 순방향 전류(IF) = 150mA, 주변 온도(Ta) = 25°C, 상대 습도(RH) = 60%.

2.1 광전 특성

LED의 광 출력과 색상을 정의하는 주요 성능 지표.

• 광속: 150mA에서, 관련 색온도(CCT) 빈에 따라 전형값 범위는 58 lm에서 68 lm입니다. 각 빈은 최소 보장값도 규정합니다. 측정 공차는 ±7%입니다.
• 순방향 전압(VF): 150mA에서, LED 양단의 전형적인 전압 강하는 3.4V이며, 범위는 3.1V(최소)에서 3.4V(전형)입니다. 공차는 ±0.1V입니다. 이 파라미터는 구동 설계와 열 관리에 매우 중요합니다.
• 시야각 (2θ1/2): 전형적인 110도 넓은 시야각은 넓고 균일한 빛 분포를 제공하여 일반 조명에 매우 적합합니다.
• 현색성 지수 (CRI/Ra): Ra 최소값은 80이며, 측정 공차는 ±2입니다. 이는 우수한 색상 충실도를 나타냅니다.
• 역전류(IR): 역방향 전압(VR) 5V에서 최대 10 μA로, 접합부 완전성이 양호함을 나타냅니다.

2.2 전기적 특성 및 절대 최대 정격

이 정격들은 영구적인 손상을 초래할 수 있는 동작 한계를 정의합니다.

• 최대 순방향 전류(IF_max): 240 mA(DC).
• 최대 펄스 순방향 전류(IFP_max): 특정 조건(펄스 폭 ≤ 100µs, 듀티 사이클 ≤ 1/10)에서 300 mA.
• 최대 소비 전력(PD_max): 816 mW. 이것은 접합부에서 허용되는 최대 열 손실 전력입니다.
• 최대 역전압(VR_max): 5 V.
• 접합 온도(Tj_max): 115 °C. 반도체 접합의 절대 최고 온도.
• 동작 및 보관 온도: -40 °C ~ +85 °C.
• 솔더링 온도: 230°C 또는 260°C에서 10초 동안 지속적으로 견딜 수 있으며, 표준 무연 리플로우 솔더링 프로파일과 호환됩니다.

2.3 열적 특성

효과적인 열 관리는 성능과 수명에 매우 중요합니다.

• 열저항(Rθ_J-SP): 21 °C/W(전형값). 이는 LED 접합부에서 솔더 접점까지의 열저항입니다. 값이 낮을수록 칩에서 회로 기판으로의 열 전달이 우수함을 나타냅니다. 이 매개변수는 솔더 접점 온도 대비 접합부 온도 상승을 계산하는 핵심입니다: ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• 정전기 방전(ESD) 저항 능력: 1000V(HBM)를 견디며 우수한 조작 견고성을 가집니다.

3. 등급 분류 시스템 설명

생산 과정에서 색상과 밝기의 일관성을 보장하기 위해 LED는 서로 다른 빈으로 분류됩니다. 본 시리즈는 다중 매개변수 빈 시스템을 채택합니다.

3.1 색온도와 색도 분류

본 제품은 따뜻한 백색에서 차가운 백색까지 에너지 스타(Energy Star)의 2600K-7000K 분류 정의를 따르는 6가지 주요 CCT 등급을 제공합니다.

• 모델과 CCT 범위:
  • T3427811C-**AA: 웜 화이트 (전형값 2725K, 범위 2580K-2870K)
  • T3430811C-**AA: 웜 화이트 (대표값 3045K, 범위 2870K-3220K)
  • T3440811C-**AA: 뉴트럴 화이트 (대표값 3985K, 범위 3710K-4260K)
  • T3450811C-**AA: 중성백색 (전형값 5028K, 범위 4745K-5311K)
  • T3457811C-**AA: 냉백색 (전형값 5665K, 범위 5310K-6020K)
  • T3465811C-**AA: 냉백색 (전형값 6530K, 범위 6020K-7040K)
• 색도 분급 구조 (표5): 각 CCT 분급(예: 27M5, 30M5)은 CIE 1931 색도도 상의 하나의 타원으로 정의됩니다. 이 표는 타원의 중심 좌표(x, y), 장반경(a), 단반경(b) 및 회전각(Φ)을 지정합니다. 색좌표의 측정 불확도는 ±0.007입니다.

3.2 광속 분류

각 색도 등급 내에서 LED는 150mA에서의 광 출력에 따라 추가로 선별됩니다.

• 광속(光通量) 코드: E7, E8, E9, F1, F2 등의 코드는 특정 루멘 범위를 나타냅니다. 예를 들어, 27M5 색도 분류(binning)에서:
  • 코드 E7: 54 lm(최소) ~ 58 lm(최대)
  • 코드 E8: 58 lm ~ 62 lm
  • 코드 E9: 62 lm ~ 66 lm
• 사용 가능한 광속 코드는 색도 분급에 따라 다르며, 일반적으로 더 높은 CCT 분급은 더 높은 광속 코드를 제공합니다(예: 최대 F2: 70-72 lm).

3.3 순방향 전압 등급

LED는 또한 순방향 전압 강하에 따라 그룹화되어, 구동 설계를 단순화하고 직렬 연결 시 램프 스트링의 동작을 일관되게 보장합니다.

• 전압 코드:
  • 코드1: VF = 2.8V ~ 3.0V
  • 코드2: VF = 3.0V ~ 3.2V
  • 코드3: VF = 3.2V ~ 3.4V
• VF의 측정 공차는 ±0.1V입니다.

4. 성능 곡선 분석

제공된 차트는 LED가 다양한 작동 조건에서 보이는 동작에 대한 핵심적인 통찰력을 제공합니다.

4.1 IV 특성과 상대 광속

그림3 (IF와 상대 광속): 구동 전류와 광 출력 간의 관계를 나타냅니다. 광속은 전류에 따라 아선형적으로 증가합니다. 더 높은 전류(예: 240mA)에서 구동하면 총 광량은 더 많아지지만, 열 손실과 전기적 손실이 증가하여 광효율(루멘/와트)은 일반적으로 감소합니다. 설계자는 출력 요구사항과 광효율 및 열 부하 사이에서 균형을 맞춰야 합니다.

그림 4 (IF 대 VF): 다이오드의 IV 곡선을 설명합니다. 순방향 전압은 전류 증가에 따라 상승합니다. 이 곡선은 모든 동작점에서 소비 전력(PD = IF * VF)을 계산하는 데 필수적이며, 이 소비 전력은 열 설계에 직접적인 영향을 미칩니다.

4.2 온도 의존성

그림 6 (Ta 대 상대 광속): 환경/솔더 접합부 온도 상승이 광 출력에 미치는 부정적인 영향을 보여줍니다. 온도가 25°C에서 85°C로 상승할 때, 광속은 약 20-30% 감소할 수 있습니다. 이는 효과적인 PCB 열 설계와 방열판의 필요성을 강조합니다.

그림 7 (Ta와 순방향 전압): 순방향 전압이 온도 상승에 따라 선형적으로 감소함을 보여준다(일반적인 InGaN LED의 경우 약 -2mV/°C). 이 특성은 때때로 접합 온도 추정에 활용될 수 있다.

그림 8 (최대 IF와 주변 온도): 중요한 디레이팅 곡선. 최대 접합 온도(115°C)를 초과하지 않도록 주변 온도 상승에 따라 최대 허용 연속 순방향 전류를 감소시켜야 합니다. 예를 들어, 주변 온도가 85°C일 때 최대 허용 전류는 240mA보다 훨씬 낮습니다.

4.3 스펙트럼 및 색도 거동

그림1 (스펙트럼 분포): 백색 LED의 대표적인 스펙트럼으로, 블루 칩과 형광체의 조합으로 구성됩니다. 이 그림은 칩에서 나오는 블루광 피크와 더 넓은 황색 형광체 발광을 보여줍니다. 정확한 스펙트럼 형태는 CCT와 CRI를 결정합니다.

그림 5 (Ta 대 CIE x, y 편차): 일정 전류 하에서 색도 좌표가 온도에 따라 어떻게 변화하는지를 나타냅니다. 좌표는 특정 궤적을 따라 이동합니다. 이러한 편차를 이해하는 것은 온도 범위 내에서 엄격한 색상 안정성을 유지해야 하는 응용 분야에 매우 중요합니다.

그림 2 (시야각 분포): 110도 시야각과 관련된 근-램버시안(near-Lambertian) 방출 모드를 확인하였으며, 중심 각도에 따른 강도 변화를 보여줍니다.

5. 응용 가이드라인 및 설계 고려사항

5.1 열 관리

성능과 수명을 보장하는 가장 중요한 요소입니다.

• PCB 설계: 금속 기판(MCPCB)을 사용하거나 LED 열 패드 아래에 충분한 방열 비아홀이 있는 표준 FR4 보드를 사용하여 열을 솔더 조인트에서 전도시킵니다.
• 접합부 온도 계산: Tj를 지속적으로 모니터링하고 제어합니다. 추정 가능: Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP), 여기서 Tsp는 솔더 조인트에서 측정된 온도입니다. 항상 Tj를 115°C 미만으로 유지하고, 더 긴 수명을 위해 이 값보다 훨씬 낮게 유지하는 것이 좋습니다.
• 디레이팅 곡선을 따릅니다: 최대 전류와 환경 온도 곡선(그림 8)을 엄격히 준수합니다.

5.2 전기 구동

• 정류 구동: 항상 정류 LED 드라이버를 사용하십시오. VF의 음의 온도 계수로 인해 정압 구동을 사용하면 열 폭주 및 고장이 발생합니다.
• 전류 선택: LED는 최대 240mA의 전류를 처리할 수 있지만, 일반적으로 150mA 이하의 테스트 전류에서 작동할 때 광효율, 수명 및 열 부하의 최적 균형을 제공합니다. 그림 3의 곡선을 사용하여 원하는 광 출력에 해당하는 적절한 전류를 선택하십시오.
• 직렬/병렬 구성: 여러 LED를 직렬로 연결할 때는 드라이버의 순응 전압이 LED 스트링의 총 VF를 충족시킬 수 있도록 하십시오. 병렬 스트링의 경우, 전류 불균형을 방지하기 위해 별도의 전류 제한을 사용하거나 VF 분급을 신중하게 매칭하십시오.

5.3 광학 설계

• 110도의 넓은 시야각은 2차 광학 부품 없이 광범위한 조명이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 집속 빔의 경우 적절한 렌즈나 반사판이 필요합니다.
• 서로 다른 생산 로트의 LED를 혼합할 때는 색도 분급을 고려하여 조명기기 내 색상 균일성을 유지하십시오.

5.4 용접 및 조작

• 리플로우 솔더링: 피크 온도 230°C 또는 260°C, 지속 시간 10초 이하의 표준 무연 리플로우 프로파일과 호환됩니다. 패키지 응력을 피하기 위해 권장되는 곡선의 가열, 유지 및 냉각 속도를 따르십시오.
• ESD 예방 조치: 1000V HBM으로 정격되었지만, 조작 및 조립 과정에서는 표준 ESD 예방 조치(접지된 작업대, 손목 스트랩)를 준수해야 합니다.
• 저장: 규정된 온도 범위(-40°C ~ +85°C) 내에서 건조하고 통제된 환경에 보관하십시오.

6. 기술 대비 및 차별화

사양서에는 특정 경쟁사 부품과의 직접적인 병렬 비교는 제공되지 않았지만, 이 3020 EMC 패키지의 핵심 차별화 우위를 다음과 같이 추론할 수 있습니다:

• EMC와 플라스틱 패키징(PPA/PCT) 비교: 표준 플라스틱 대비 EMC 패키지는 고온 및 자외선 조사 조건에서 더 우수한 열적 성능과 황변/갈변 저항성을 가집니다. 이는 더 나은 광유지율(L70/L90 수명)과 시간 경과에 따른 색상 안정성으로 이어집니다.
• 전력 밀도: 3020 패키지 크기 내에서 0.8W까지 안정적으로 작동할 수 있어, 많은 기존 중전력 LED보다 높은 전력 밀도를 제공하며, 주어진 광속 출력에 필요한 LED 수를 줄일 수 있습니다.
• 포괄적인 빈(Bin) 분류: 다중 매개변수(색도, 광속, 전압) 빈 분류는 제조업체에게 최종 제품에서 높은 색상 및 밝기 일관성을 달성할 수 있는 도구를 제공하며, 이는 고품질 조명기구의 핵심 요구사항입니다.

7. 자주 묻는 질문 (기술 사양 기반)

질문: 이 LED를 최대 전류 240mA로 지속 구동할 수 있나요?
답변: 가능합니다. 단, 접합 온도(Tj)가 115°C 이하로 유지될 수 있어야 합니다. 이를 위해서는 우수한 열 관리(접합부에서 환경으로의 매우 낮은 열저항)가 필요합니다. 대부분의 실제 설계에서는 최적의 광효율과 신뢰성을 위해 더 낮은 전류(예: 150mA)에서 동작하는 것을 권장합니다.

질문: 일반적인 동작점에서의 실제 전력 소모는 얼마인가요?
답변: IF=150mA 및 VF=3.4V(전형값)에서 전력 입력은 P = 0.15A * 3.4V = 0.51W(510mW)입니다. 이 값과 최대 전력 소모 정격(816mW) 사이의 차이는 열 설계 여유분입니다.

질문: 분류 코드 "T3450811C-**AA, 50M5, F1, 2"는 어떻게 해석해야 합니까?
답변: 이 코드는 중성백색(전형값 5028K, 분류 50M5), 광속이 F1 범위(150mA에서 66-70 lm), 순방향 전압이 코드 2(3.0V-3.2V)인 LED를 지정합니다. 모델 번호의 "**"는 특정 광속/전압 코드를 나타낼 수 있습니다.

질문: 광 출력이 온도가 상승함에 따라 감소하는 이유는 무엇인가요?
답변: 주로 두 가지 이유가 있습니다: 1) 반도체 칩의 내부 양자 효율이 높은 온도에서 감소합니다. 2) 형광체 층의 변환 효율 감소 및 가능한 열 담금 현상입니다. 효과적인 냉각은 이러한 감소를 완화할 수 있습니다.

질문: 방열판이 필요한가요?
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. 작동 원리 개요

3020 LED는 반도체 물리학에 기반한 고체 광원입니다. 핵심 부품은 질화인듐갈륨(InGaN) 소재로 만들어진 칩입니다. 다이오드 문턱전압을 초과하는 순방향 전압이 인가되면, 칩의 활성 영역에서 전자와 정공이 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 이 백색 LED에서 칩은 주로 청색광을 방출합니다. 칩 위에는 형광체(일반적으로 세륨이 도핑된 YAG) 층이 증착되어 있습니다. 일부 청색광은 형광체에 흡수되어 황색광으로 재방출됩니다. 남은 청색광과 변환된 황색광이 결합되어 백색광의 시각적 인식을 만들어냅니다. 청색광과 황색광의 정확한 비율 및 특정 형광체 구성은 방출되는 백색광의 상관색온도(CCT)와 연색성(CRI)을 결정합니다. EMC 패키지의 역할은 정밀한 반도체 칩과 형광체를 보호하고, 기계적 안정성을 제공하며, 주 광학 렌즈를 형성하고, 가장 중요한 것은 고온 접합부의 열 전도를 위한 효과적인 경로를 제공하는 것입니다.

9. 기술 동향

3020과 같은 패키지를 대표로 하는 중전력 LED 분야가 지속적으로 발전하고 있습니다. 본 제품과 관련된 주요 업계 트렌드는 다음과 같습니다:

• 지속적으로 향상되는 광효율: 칩 에피택시, 형광체 기술 및 패키징 설계의 지속적인 개선이 루멘/와트 값을 끊임없이 높여 동일한 광 출력에서 에너지 소비를 줄이고 있습니다.
• 향상된 색상 품질과 일관성: 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• 향상된 신뢰성과 수명: 열응력, 습기 및 광학적 열화에 대한 저항성을 높여 L90 수명을 연장하기 위해 EMC와 같은 강화 소재 및 제조 공정에 집중합니다.
• 소형화 및 더 높은 전력 밀도: 경향은 더 작은 패키지에 더 많은 광 출력을 통합하는 방향으로(예: 3528에서 3030, 2835로, 또는 동일 크기에서 더 높은 와트 처리), 이는 더 작고 세련된 조명기구에 대한 수요에서 비롯됩니다.
• 스마트 및 디밍 조명: 이 제품은 표준 백색 LED이지만, 더 넓은 시장은 CCT(조정 가능 백색광)를 동적으로 조절하거나 제어 전자장치를 통합할 수 있는 LED로 발전하고 있으며, 이러한 기능은 일반적으로 단일 칩 패키지 수준이 아닌 모듈 또는 시스템 수준에서 구현됩니다.

3020 EMC LED 시리즈는 이 진화하는 환경 속에서 성숙하고 비용 효율적이며 신뢰할 수 있는 "워크호스"로 자리매김하여, 견고한 기술 기반으로 일반 조명의 핵심 요구사항을 충족시킵니다.