3020 미드파워 LED 데이터시트 - 3.0x2.0mm - 19V 정격 - 0.6W - 쿨/뉴트럴/웜 화이트 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

3020 시리즈는 열적으로 향상된 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 패키지를 활용하는 미드파워 LED 제품군을 대표합니다. 이 설계는 광효율(루멘/와트)과 비용 효율성(루멘/달러) 사이의 최적의 균형을 제공하도록 설계되어, 다양한 일반 조명 애플리케이션에 있어 매력적인 선택지가 됩니다. 이 시리즈는 컴팩트한 3.0mm x 2.0mm 크기와 0.6W의 정격 전력 소산, 지정된 조건에서 최대 허용 전력 0.8W를 특징으로 합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 LED 시리즈의 주요 이점은 EMC 패키징과 설계 최적화에서 비롯됩니다. EMC 재료는 기존 플라스틱 대비 우수한 내열성과 장기 신뢰성을 제공하여, 더 높은 작동 온도에서도 안정적인 성능을 가능하게 합니다. 주요 특징으로는 최대 순방향 전류 40mA, 높은 색질을 위한 최소 연색지수(CRI) 80, 무연 리플로우 솔더링 공정과의 호환성이 포함됩니다. 이러한 특성은 효율성, 신뢰성 및 색질의 조합이 중요한 레트로핏 램프, 일반 실내외 조명, 간판 백라이트, 건축 또는 장식용 조명기구에 이상적입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 주요 성능 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다. 이러한 값을 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 열 관리에 매우 중요합니다.

2.1 전기광학적 특성

전기광학적 성능은 I_F= 30mA, T_a= 25°C, 상대 습도 60%의 표준 테스트 조건에서 측정됩니다. 광속 출력은 주변 온도(T_a=25°C)와 솔더 포인트 온도(T_s=85°C)라는 두 가지 중요한 온도에 대해 제공됩니다. 후자는 LED가 보드에 장착된 실제 애플리케이션에서의 성능을 더 현실적으로 나타내는 지표입니다. 예를 들어, 일반적인 쿨 화이트 빈(65R6)은 T_a=25°C에서 72루멘이지만 T_s=85°C에서는 62루멘을 제공하여, 열 설계의 중요성을 강조합니다. 데이터시트는 광속 측정에 ±7%의 허용 오차와 CRI(Ra) 측정에 ±2의 허용 오차를 명시하고 있습니다.

2.2 전기적 및 열적 파라미터

순방향 전압(V_F)은 30mA에서 19V의 전형적인 값을 가지며, 지정된 허용 오차는 ±0.3V입니다. 시야각(2Θ1/2)은 광도가 최대값의 절반으로 떨어지는 축외각으로 정의되는 넓은 120도입니다. 중요한 열적 파라미터는 접합-솔더 포인트 열저항(R_{th j-sp})으로, 전형적으로 22 °C/W로 지정됩니다. 이 값은 열이 반도체 접합에서 솔더 포인트로 얼마나 효과적으로 흐르는지를 정량화합니다. 값이 낮을수록 방열 성능이 더 좋습니다. 정전기 방전(ESD) 내압 수준은 1000V(인체 모델)로, 미드파워 LED의 표준 수준입니다.

2.3 절대 최대 정격

이 정격은 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 어떤 작동 조건에서도 이를 초과해서는 안 됩니다. 주요 한계는 다음과 같습니다: 연속 순방향 전류(I_F) 40mA, 펄스 순방향 전류(I_FP) 60mA (펄스 ≤ 100µs, 듀티 사이클 ≤ 1/10), 최대 전력 소산(P_D) 840mW, 최대 접합 온도(T_j) 125°C. 작동 및 저장 온도 범위는 -40°C ~ +105°C입니다. 솔더링 온도 프로파일은 최대 10초 동안 230°C 또는 260°C의 피크를 허용합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

생산 시 색상과 밝기의 일관성을 보장하기 위해 LED는 빈으로 분류됩니다. 이 시리즈는 2600K ~ 7000K 범위에 대한 에너지 스타 가이드라인을 기반으로 한 포괄적인 빈닝 시스템을 채택합니다.

3.1 상관 색온도(CCT) 및 색도 빈닝

제품 선택표는 웜 화이트(2725K, 3045K)부터 쿨 화이트(6530K)까지 6개의 주요 CCT 그룹을 나열합니다. 각 CCT 그룹에는 해당 색상 빈 코드(예: 27R5, 65R6)가 있습니다. 표 5와 그림 9는 CIE 1931 다이어그램 상의 색도 빈 구조를 상세히 설명합니다. 각 빈은 25°C와 85°C 모두에서 특정 중심 좌표(x, y), 장축/단축 반경(a, b) 및 각도(Φ)를 가진 타원형 영역으로 정의됩니다. 색좌표 측정 불확도는 ±0.007입니다.

3.2 광속 빈닝

각 색도 빈 내에서 LED는 30mA에서의 광속 출력에 따라 추가로 분류됩니다. 표 6은 플럭스 등급을 정의합니다. 예를 들어, 65R6 색상 빈 내에서 LED는 플럭스 코드 F1(66-70 lm 최소), F2(70-74 lm 최소), F3(74-78 lm 최소)로 이용 가능하며, 모두 T_a=25°C에서 측정된 값입니다. 이 2차원 빈닝(색상 + 광속)을 통해 설계자는 색점과 밝기 모두에 대한 정확한 애플리케이션 요구사항을 충족하는 LED를 선택할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 조건에서 LED의 거동을 보여주는 여러 그래프가 포함되어 있으며, 이는 예측 모델링과 견고한 설계에 필수적입니다.

4.1 IV 특성 및 상대 광속

그림 4는 순방향 전압(V_F)과 순방향 전류(I_F) 사이의 관계를 보여줍니다. 곡선은 작동 범위에서 비교적 선형적이며, V_F는 전류와 함께 증가합니다. 그림 3은 상대 광속을 I_F에 대해 도시합니다. 광속은 전류에 대해 비선형적으로 증가합니다. 권장 30mA 이상으로 LED를 구동하면 광 출력의 증가율이 감소하는 반면, 상당히 더 많은 열이 발생하여 효율과 수명을 잠재적으로 감소시킬 수 있습니다.

4.2 온도 의존성

그림 6과 7은 열 분석에 매우 중요합니다. 그림 6은 솔더 포인트 온도(T_s)가 증가함에 따라 상대 광속이 선형적으로 감소하는 것을 보여줍니다. 125°C에서 출력은 25°C에서의 값의 약 20%입니다. 그림 7은 V_F도 온도가 증가함에 따라 감소하는 것을 보여주며, 이는 반도체 다이오드의 전형적인 특성입니다. 그림 5는 색도 좌표(CIE x, y)가 온도에 따라 이동하는 것을 보여주며, 이는 색상이 중요한 애플리케이션에 중요합니다.

3.3 스펙트럼 분포 및 시야각

그림 1은 파장에 걸친 상대 강도를 보여주는 전형적인 스펙트럼 파워 분포 곡선을 제공합니다. 이 곡선의 모양이 CCT와 CRI를 결정합니다. 그림 2는 공간 방사 패턴(시야각 분포)을 묘사하며, 지정된 120도 시야각을 가진 람베르시안과 유사한 방출 프로파일을 확인시켜 줍니다.

4.4 주변 온도 디레이팅

그림 8은 주변 온도(T_a)와 시스템의 열저항(R_j-a)에 기반한 최대 허용 순방향 전류에 대한 디레이팅 곡선입니다. 예를 들어, 시스템 R_j-a가 45°C/W인 경우, 접합 온도가 125°C 한계를 초과하지 않도록 하기 위해 최대 전류는 T_a=89°C에서 40mA에서 T_a=105°C에서 약 22mA로 감소되어야 합니다. 이 그래프는 고온 환경에서 안전한 작동 전류를 결정하는 데 필수적입니다.

5. 애플리케이션 가이드라인 및 설계 고려사항

5.1 전형적인 애플리케이션 시나리오

효율성, 비용 및 신뢰성의 균형으로 인해, 이 LED 시리즈는 다음에 매우 적합합니다:
- 레트로핏 램프:백열등, 할로겐 또는 CFL 전구를 대체하는 전구, 튜브, 다운라이트.
- 일반 조명:주거용, 상업용 및 산업용 조명기구의 주 광원.
- 간판 백라이트:실내외 간판에 균일한 조명 제공.
- 건축 조명:색질이 중요한 파사드 조명, 코브 조명 및 기타 장식용 애플리케이션.

5.2 중요한 설계 고려사항

열 관리:이는 성능과 수명에 있어 가장 중요한 단일 요소입니다. 22°C/W의 낮은 R_{th j-sp}은 PCB와 방열판이 주변 환경으로의 낮은 열 경로를 제공할 때만 효과적입니다. 금속 코어 PCB(MCPCB) 또는 적절한 열 비아가 있는 보드 사용을 강력히 권장합니다. 구동 전류를 설정할 때는 항상 디레이팅 곡선(그림 8)을 참조하십시오.
전류 구동:안정적인 광 출력과 색상을 위해서는 정전류 드라이버가 필수입니다. 권장 작동 전류는 30mA이지만, 열 조건이 매우 우수한 경우 최대 40mA까지 구동할 수 있습니다. 40mA를 초과하면 즉각적인 손상의 위험이 있습니다.
광학:120도의 시야각은 많은 일반 조명 애플리케이션에 적합합니다. 더 집중된 빔을 위해서는 2차 광학(렌즈)가 필요합니다.
ESD 보호:1000V HBM 정격이지만, 조립 및 취급 중에는 표준 ESD 취급 주의사항을 준수해야 합니다.

6. 비교 분석 및 기술 차별화

미드파워 LED 세그먼트 내에서, 이 3020 EMC 시리즈의 주요 차별화 요소는 다음과 같습니다:
1. 고온 능력:EMC 패키지는 표준 PPA 또는 PCT 플라스틱(황변 및 열화 가능)에 비해 더 높은 솔더 포인트 온도(T_s=85°C 데이터 제공)에서 지속적인 작동을 가능하게 합니다.
2. 전력 밀도:3.0x2.0mm 패키지에서 최대 0.8W의 능력을 제공하여, 많은 전통적인 3528 또는 2835 미드파워 LED보다 높은 전력 밀도를 제공하므로, 주어진 루멘 출력에 필요한 LED 수를 줄일 수 있습니다.
3. 전압 특성:30mA에서 전형적인 19V 순방향 전압은 주목할 만합니다. 설계자는 더 일반적인 3V 또는 6V 미드파워 LED에 비해 이 더 높은 전압 범위에 맞게 LED 드라이버를 구성해야 합니다.
4. 포괄적인 빈닝:에너지 스타 빈닝 준수 및 색상과 광속 빈 모두 제공은 고품질 조명 제품에 대한 예측 가능성과 일관성을 제공합니다.

7. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 왜 T_s=85°C에서의 광속이 T_a=25°C보다 낮습니까?
A: T_a는 LED 주변의 공기 온도입니다. T_s는 솔더 포인트의 온도로, 작동 중 실제 접합 온도에 훨씬 가깝습니다. 온도가 상승하면 반도체 효율이 떨어져 광 출력이 감소합니다. T_s=85°C 데이터는 설계를 위한 더 현실적인 성능 지표입니다.

Q: 이 LED를 40mA로 연속 구동할 수 있습니까?
A: 절대 최대 정격은 40mA이지만, 이는 응력 한계입니다. 권장 작동 조건은 30mA입니다. 40mA에서 작동하는 것은 열 관리가 매우 우수하고(매우 낮은 시스템 R_j-a) 주변 온도가 낮은 경우에만 가능하며, 그림 8의 디레이팅 곡선에 따라야 합니다. 그렇게 하면 효율이 감소하고 장기 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.

Q: 예를 들어 '65R6'과 같은 빈 코드를 어떻게 해석합니까?
A: 코드는 색도 빈을 정의합니다. 처음 두 자리(65)는 CCT(6500K 범위)와 관련이 있습니다. 문자(R)와 다음 숫자(6)는 LED의 색좌표가 위치하는 CIE 다이어그램 상의 특정 타원을 정의하여 엄격한 색상 일관성을 보장합니다.

Q: 22 °C/W 열저항의 중요성은 무엇입니까?
A: 이 값(R_{th j-sp})은 LED 접합에서 소산되는 전력 1와트마다 접합과 솔더 포인트 사이의 온도 차이가 22°C 증가함을 나타냅니다. 값이 낮을수록 좋습니다. 전체 시스템 열저항(접합-주변, R_j-a)은 여기에 PCB, 열 인터페이스 및 방열판의 저항을 더한 것입니다.

8. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 1200루멘 LED 튜브 라이트 설계.
목표:형광등 T8 튜브를 LED 등가물로 교체.
설계 과정:
1. 루멘 목표:1200루멘.
2. LED 선택:65R6-F2 빈 선택 (30mA, T_a=25°C에서 전형적 72 lm). 열 디레이팅(작동 온도에서 약 15% 손실 추정)을 고려하여 LED당 61 lm으로 가정.
3. 수량 계산:1200 lm / LED당 61 lm ≈ 20개 LED.
4. 전기 설계:20개 LED를 직렬로 연결하면 20 * 19V = 380V의 구동 전압이 필요하며, 이는 높습니다. 더 실용적인 접근 방식은 10개 LED씩 두 개의 직렬 스트링(스트링당 190V)을 병렬로 연결하고, 총 60mA(스트링당 30mA)로 설정된 정전류 드라이버로 구동하는 것입니다.
5. 열 설계:총 전력: 20개 LED * 19V * 0.03A = 11.4W. 알루미늄 PCB를 방열판으로 사용하여, 설계자는 밀폐된 튜브 환경에서 접합 온도를 125°C 미만으로 유지하기에 시스템 R_j-a가 충분히 낮은지 계산해야 하며, 디레이팅 곡선을 가이드로 사용합니다.
이 사례는 전기 구성, 열 관리 및 광도 목표 간의 상호작용을 강조합니다.

9. 기술 원리 및 트렌드

9.1 작동 원리

이 LED는 반도체 내 전계발광 원리로 작동합니다. p-n 접합에 순방향 전압이 인가되면, 전자와 정공이 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 패키지에 사용된 특정 재료(인광체)는 칩의 일차 청색광 일부를 더 긴 파장으로 변환하여, 특정 CCT와 CRI를 가진 원하는 백색광을 생성합니다. EMC 패키지는 칩과 와이어 본드를 보호하고, 일차 렌즈를 제공하며, 가장 중요한 것은 열을 방산하기 위한 열전도 경로를 제공하는 역할을 합니다.

9.2 산업 트렌드

미드파워 LED 시장은 더 높은 효율(lm/W)과 더 낮은 비용에서 향상된 신뢰성을 지속적으로 발전시키고 있습니다. 이 시리즈에서 볼 수 있는 EMC 패키지 사용은 열과 습기에 대한 우수한 저항성으로 인해 더 긴 수명과 더 높은 구동 전류를 가능하게 하여 전통적인 플라스틱을 대체하는 중요한 트렌드입니다. 또한, 고품질 조명의 수요를 충족시키기 위해 더 엄격한 색상 및 광속 빈닝을 위한 지속적인 추진이 있습니다. 이러한 구성 요소를 모듈 및 라이트 엔진으로 통합하는 것도 성장하는 트렌드로, 조명 제조업체의 설계를 단순화합니다. 이 데이터시트에 제공된 데이터는 현실적인 열 조건에서 성능을 특성화하고 명시하는 현재의 산업 표준을 반영합니다.