Application Brief WICOP2 New Generation of WICOP 序論 このapplication noteはWICOP2シリーズについて推奨さ れる実装及び取扱い手順について記述します。 このapplication noteにて述べられている通り、適切な実 装及び処理は、WICOP2シリーズの高出力と長時間の出 力維持を目的とします。 範囲 このapplicationノートにある実装及び取扱いガイドライ ンは下記に明示の部品番号名称を持つ製品に適用されま す。 Z8 YXX-WY-CN Where : XX Designates packaging size ( 19 for 1.81x1.81mm size, 15 for 1.41x1.41mm size) Y White Color (0 for Cool, N for Neutural, W for Warm) N Designates CRI (7 for CRI min.70, 8 for CRI min.80) WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Table of Contents Index • Introduction 1 • Scope 1 • Component 3 • Printed Circuit Board Design Guideline 6 • Thermal Measurement Guideline 8 • Assembly Process Guideline 9 • Array Design Guideline 13 • WICOP2 Characteristic Graph 15 • Company Information 19 WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 2 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 1. 要素 1.1 説明 Anode 0,3 0,56 Cathode 0,56 WICOP2 familyは、Chip scale packaging (CSP)に基づくものです。 これは超 小型、ハイパワー、表面実装白色LEDs です。それぞれのWICOP2は、高光度 InGaN LEDチップで構成されており、ESDダイオードは内部にありません。 WICOP2の上層部分は周囲の環境からチップを保護するために、シリコンの 薄い層からなっており、WICOP2の底部は陽極と陰極の2つの同じ大きさの 半田パッドからなっています。(Figures 1). 1,41 BOTTOM VIEW SIDE VIEW Cathode BOTTOM VIEW SIDE VIEW Figure 1. Relevant Mechanical features (in mm) for WICOP2 Z8Y19, Z8Y15. WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 3 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Z8Y19の理論的な optical centerは側面から0.905mmです。 Z8Y15の理論的な optical centerは側面から0.705mmです。 (see Figure 2). 0.905mm 0.705mm Z8Y15 Z8Y19 Figure 2. Optical Centers of the WICOP 2 Series 1.3 取扱い予防 WICOP2の間違った取扱いは LED CHIPに損傷を与え、全般的な性能と信頼性 に影響を及ぼすことになります。取扱いに当ってLED CHIPの損傷を最小化す るために、WICOP2は持ち運びの時、自動化されたSMT使用機械、または、 or Vacuum tweezerを使用しなくてはなりません。 WICOP2が実装されたボードの仕上げ作業の時、表面を指や金属のピンセッ ト等で触れないこと (see Figure 3a)。 Plastic tweezerで LEDを扱ってください （ see Figure 3ｂ）。 WICOP2のLEDsが実装されてるボードを扱う時は表面を指とか他のマテリア ルで触れるのは避けてください。 WICOP2のLED上部を圧力をかけてはいけ ないです。タッチにプリント回路基板を扱う時、複数の基板が重なってい る場合、観察するために基板を裏返しにしないで下さい。(see Figure 3ｃ). 組み立てられたPCBを一緒に重ねないで下さい。なぜなら、LEDの材料は弱 く、LEDが実装された2つのPCB間の接触は、LEDsの突発的な故障を誘発させ ることがあるからです。 WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 4 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Figure 3 (a). Incorrect handling of WICOP 2 LEDs Figure 3 (b). correct handling of WICOP 2 LEDs with plastic tweezers Figure 3 (ｃ). Incorrect handling of WICOP 2 LEDs 1.4 清掃 WICOP2は埃や異物を避けて下さい。ひどい埃や異物はLEDの性能低下をも たらします。WICOP2表面の清掃が要求される時には、6”距離からの圧縮ガ ス散布、あるいは20psi 空気銃で(ノズルで)埃と異物の除去が可能です。 1.5 電気的絶縁 WICOP2はLED底面に0.3mm間隔の2つの電気パッドを有しています。 WICOP2の電気的な衝撃及び損傷を防止するため、それぞれのデザインは、 安全及び隔離距離の適切な標準を遵守する必要があります。 1.6 機械的ファイル WICOP2の機械図面(2Dと3D)は要請により提供可能です。 WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 5 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 2. プリント回路基板のデザインガイドライン 理想的な作動のために、 WICOP2はLEDとHeatsinkの間で熱抵抗が最小か するように金属コアPCB(MCPCB)の上に半田付けできるようデザインされ ています。 又、LEDの故障を防ぐためにAnodeとCathodeの間のPSRをOpenするのが 推奨されます。 No PSR Figure 4. Recommended open PSR between Anode and Cathode. 2.1 WICOP 2 Solder Footprint 適切な作動のために、WICOP2の陽極と陰極はPCBに対応するパッド上に 半田付けする必要があります。パッドのサイズと半田stencilの相応しいサイ ズは図5に出ています。 0,56 ST 0,3 0,56 Anode 0,3 0,56 Cathode 0,56 WICOP2の電気パッドはLEDとPCB上の熱パッドとしての役割をします。 WICOP2がLEDからPCBへの熱消散を改善するため、可能であればLEDの 中心から約4mm角の電極周囲に銅領域を拡張することが最適です。 1,41 1,41 Figure 5 (a). Recommended PCB Footprint for. Y19 All dimensions in mm. WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 6 www.seoulsemicon.com Application Note 0,98 0,34 0,98 0,34 WICOP 2 - High-power LED 0,91 0,91 0,31 0,31 0,3 Cathode Figure 5 (b). Recommended PCB Footprint for. Y15 All dimensions in mm. 2.2 Silk Color WICOP2の性能はsilk screenPCBの色によって影響があります. 黒による光学吸 収のため効率損失が起こる。 Figure 6の通りWICOP2の周りにどんなMarkingも しないとか黄色ですることを推奨します. X O Figure 6. WICOP 2 Silk color Recommendations 2.3 PCB Artwork WICOP2のPCB designは完成品の性能に関係いがあります。 Figure 6は同一のCircuitで違うartwork designsを表してあります. Red patternはcopper tracesを示してあり、 Wide copper tracesはanodeと cathode padsの熱経路を堅固にします。 X O Figure 7. PCB layout recommendations WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 7 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 2.4 PSR (Photo Solder Resist) 発光パターンにより、PCB反射度のため発光効率の変更があります。 radiation pattern of the LED, the reflectivity of the PCB (PSR) は光学効率に影響を 及ばすことになります. PSRの反射度は８０％以上になることを推奨します. SSCはP/N : RPW-8000-xx (Tamura)のPSRを推奨します。 2.5 最小間隔 ソウル半導体はWICOP2実装の時、製品間の間隔を最小0.2mmで推奨してい ます。あまりに近接して複数のWICOP2を配置することは、LEDで生成され た熱を放出するPCBに望ましくない影響を及ぼすことがあります。また、各 LEDの光出力は、隣接するLEDの光干渉(吸収)により下がることがあります。 これについての詳細な内容は、セクション5のWICOP2配置ガイドラインを ご覧下さい。 3. 熱測定ガイドライン このセクションは、一般作動中、実際のアプリケーションの接合温度が データシートに指定された最大許容温度を超過しない事を確認するため、 WICOP2のthe junction temperatureを決定する方法に対する一般的なガイド ラインを提供します。 接合及びWICOP2の熱パッド間の一般的な熱抵抗RƟjsはデータシートに説明 されています。WICOP２の場合、電極パッドは熱パッドとして作動します。 この情報を使用し、TJは次の式によって決定することができます。: Tj = TS + RƟjs • Pelectrical この公式で、PelectricalはWICOP2の中に入る電力で、Tsパッドは2つの WICOP2の電極を全てPCBの銅パッドに繋げたものと仮定し、 WICOP2の電 極中一つの最低温度です。 典型的なアプリケーションで、直接の熱パッド温度(TSパッド)の測定が難し いことがあります。 したがって、WICOP2の接合温度を測定する最も実用的 な方法は、熱伝対(TC)をWICOP2に近いPCBに繋げたパッドの温度TSを測定 するものです。正確な測定を保証するために、熱伝対がWICOP2の電流パッ ドが半田付けされたPCB銅と直接接している必要があります。すなわち、 solder mask(斑点)、或いは他のマスク層はPCBの上に熱伝対を付着する前に、 先ず除く必要があります。 WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 8 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Figure 8. Recommended Ts configuration 次のガイドラインは、アプリケーションに粗密に配列されたWICOP2arrayに おける最大駆動温度の僅差値を出すために、適切なTs位置を決定する上で役 立ちます。: a. PCBの銅配置で対称性がなければ、PCBの中の熱伝道が遅れる電気パッド (陽極または陰極)の横に Ts点を配置するのが良いでしょう。これは一般的に 最も少ない量の銅が使われる電極です。 b. 異なる駆動電流が各WICOP2に適用される場合、電力消費が最も大きい LEDの横の温度を測定するのが良いでしょう。 WICOP2 junctionとTs point間の熱抵抗RƟjs値 3K/Wは、1.5mmの厚さの Al-MCPCB((2oz 銅 or 80~100μm 厚さの5W/m·K 誘電体層)ボード適用実 験を通して決定されています。 多くの数で密接にWICOP2を実装したLEDは、追加の熱モデリングが必要に なることがあります。 4. 配置プロセスガイドライン 4.1 Stencil デザイン WICOP2のための適切なステンシルデザインはPCB空間デザインに含まれ ています。(see Figure 5). 適切なステンシルの厚さは80~100μm。微細な ステンシルパターンとSolderの抵抗発生は、300um離れた電極間をブリッ ジさせ、連結を妨げます。 4.2 Pick-and-Place 自動のpick and place equipmentはWICOP2のための最上の取扱いと位置の正 確さを提供します。Figure 5は pick and placeの噴射口のデザインを表し ています。 この什器実装実験に基づき、ソウル半導体は顧客が次のような一般的な什 器実装ガイドラインに基づくことを推薦します。: WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 9 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 1. 噴射口の端はLedチップ領域の上の平らな表面上に位置すること。 2. 噴射口の端は清潔で、一切異物がないこと。 3. 設置及び初期の製品生産中に実装した製品の損傷がないかを確認するた めに、顕微鏡でWICOP2の上部の表面を検査するのが良いでしょう。 Items Outer diameter X Y15 1.2~1.6 mm Y19 1.6~1.75 mm Inner diameter Y 0.5~0.65 mm 0.95~1.05 Materials Rubber or Ceramic Figure 9. Pick and place nozzle design and dimensions 4.3 Solder Paste ソウル半導体は半田接着物造成物で、SnAgCu (錫 /銀 /銅) 無洗浄半田 接 着物を使用することを推奨します。 4.4 Stencil Printing 推奨するステンシルの厚さは 0.08~0.10mmです。良質のステンシルプリ ントのためのいくつかの重要な要素があります。 1. ステンシル開放壁は破片、埃やギザギザした部分がなく、滑らかである こと。 2. ステンシル壁はステンシル板にかけて同一の厚さであること。 3. ステンシル板とPCB間の位置抵抗力は、半田接着物が空間しかプリント されないように、小さくなくてはならない。 WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 10 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Items Squeeze conditions Stencil mask Remark Pressure 2.5-5.0Kgf/㎠ Distance 2-4mm Velocity 20-100mm/sec Thickness 0.08~0.10mm Vacuum 0.5±0.05mpa Solder paste area X, Y Tolerance 60~70% ±150 um Table 1. Stencil mask and soldering information. 4.5 Reflow Process 標準 SMT reflow profileは reflow WICOP2に使用することができます。Reflow 状態の例は Figure 10 and Table 2の通りです。 Figure 10. Solder reflow profile. WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 11 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Table 2. 推奨するreflow conditions Profile Feature Pb-Free Assembly Average ramp-up rate (Tsmax to Tp) 3° C/second max. Preheat - Temperature Min (Tsmin) - Temperature Max (Tsmax) - Time (Tsmin to Tsmax) (ts) 150 °C 180 °C 80-120 seconds Time maintained above: - Temperature (TL) - Time (tL) 217~220°C 80-100 seconds Peak Temperature (Tp) 250~255℃ Time within 5°C of actual Peak Temperature (tp)2 20-40 seconds Ramp-down Rate 6 °C/second max. Time 25°C to Peak Temperature 8 minutes max. Atmosphere Nitrogen (O2<1000ppm) Table parameters established based on SMIC: M705-GRN360-K2-V (solder paste) Caution (1) Re-soldering should not be done after the LEDs have been soldered. If re-soldering is unavoidable, LED`s characteristics should be carefully checked before and after such repair. (2) Do not put stress on the LEDs during heating. (3) After reflow, do not warp the circuit board. (4) After reflow, do not clean PCB by water or solvent. (5) We recommend on/off(@0.1~1mA) Recommendation (1) We recommend TOV/IR Test 1.8v~2.1v at 1uA (per LED) WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 12 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 5. WICOP2 配置ガイドライン ソウル半導体は WICOP2 間の間隔を最小 0.2mmで推奨します。 互いに複数の WICOP2を非常に近接して配置すると、LEDから熱を放出す るPCBの能力に悪影響を及ぼすことがあります。 5.1 Efficacy dependency on die spacing WICOP2 arrayの性能は製品実装間隔によって異なります。隣接した LED により、光吸収、効率損失があります。データはDie間の間隔が1mm 以上 の時に効能変化が含まれることを示しています。(Figure 11). このテストケースで、WICOP2の配置は2W/Pkgで作動しました。 使用さ れるプリント回路基板は、1.5mmの厚さのAL-MCPCBと2oz 銅の 1.5mmX1.5mmサイズのボードです。 Figure 11. Simulation and device configurations Figure 12. Simulation and Device test results. WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 13 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 隣接したの光吸収に基づいたシミュレーション結果と 実際の測定はFigure 8 に表示されます。LEDの光損失は、ただ、熱効果のためだけではありません。 測定は2W作動とパルス条件で、25 ° Cで撮影し、シミュレーション及び測 定装置の結果は小さな差を示しましたが、効能変化の傾向と類似しています。 この測定差は、LEDの流動や組立工程での小さな差に起因することがありま す。 5.2 Die spacing で TJ の存性 互いに異なるWICOP2 LEDを非常に近接して配置することは、一方でLED から熱を放出するPCBの能力に悪影響を及ぼすことがあります。密接に包 装された多数のWICOP2 LEDボードの構成は、接合温度を決定するために 熱モデリングを必要とすることがあります。Figures 13 and 14 は各種LED 間隔の熱シミュレーション結果です。 Figure 13. Thermal simulation configurations. Figure 14. Thermal simulation results depend on WICOP 2s’ distance. WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 14 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 6. WICOP2 Characteristics Graph (Z8Y19) Junction Temperature vs. Relative Luminous Output, IF = 700mA 120 Relative luminous flux [%] 100 80 60 40 X Y 25 111.8 50 106.0 70 102.3 85 100 100 96.4 125 91.1 145 87.1 X Y 25 0.14 50 0.06 70 0.02 20 0 25 50 75 100 125 o Junction Temperature [ C] Junction Temperature vs. Relative Forward Voltage, IF = 700mA 0.25 0.20 0.15 VF 0.10 85 0 0.05 100 -0.03 0.00 125 -0.06 145 -0.09 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 25 50 75 100 125 o Junction Temperature [ C] WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 15 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Forward Current vs. Forward Voltage, TJ = 85℃ 2.2 2.0 Forward Current [A] 1.8 1.6 X Y 2.71 0.1 2.88 0.3 3.01 0.5 1.4 3.12 0.7 1.2 3.26 1.0 1.0 3.40 1.4 0.8 3.44 1.6 0.6 3.48 1.8 0.4 3.51 2.0 X Y 100 16.2 300 46.9 500 74.1 700 100 1000 136.1 1400 179.4 1600 198.9 1800 216.3 2000 233.7 0.2 0.0 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 Forward Voltage [V] Forward Current vs. Relative Luminous Flux, TJ = 85℃ 240 Relative Luminous Flux [%] 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Forward Current [mA] WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 16 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED 7. WICOP2 Characteristics Graph (Z8Y15) Junction Temperature vs. Relative Luminous Output, IF = 700mA 120 Relative luminous flux [%] 100 80 60 40 X Y 25 111.8 50 106.0 70 102.3 85 100 100 96.4 125 91.1 145 87.1 20 0 25 50 75 100 125 o Junction Temperature [ C] Junction Temperature vs. Relative Forward Voltage, IF = 700mA 0.30 X Y 0.25 25 0.26 0.20 40 0.17 80 0.01 VF 0.15 85 0 0.10 100 -0.04 0.05 125 -0.08 130 -0.09 145 -0.12 0.00 -0.05 -0.10 -0.15 25 50 75 100 125 o Junction Temperature [ C] WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 17 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Forward Current vs. Forward Voltage, TJ = 85℃ 1.4 Forward Current [A] 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 X Y 2.52 0.1 2.74 0.3 2.93 0.5 3.09 0.7 3.16 0.8 3.23 0.9 3.30 1.0 3.36 1.1 3.42 1.2 X Y 100 18.2 300 49.1 500 76.0 700 100 800 111.2 900 121.8 1000 131.9 1100 141.6 1200 151.0 0.2 0.0 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 Forward Voltage [V] Forward Current vs. Relative Luminous Flux, TJ = 85℃ 160 Relative Luminous Flux [%] 140 120 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Forward Current [mA] WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 18 www.seoulsemicon.com Application Note WICOP 2 - High-power LED Company Information Published by Seoul Semiconductor © 2013 All Rights Reserved. Company Information Seoul Semiconductor (www.SeoulSemicon.com) manufacturers and packages a wide selection of light emitting diodes (LEDs) for the automotive, general illumination/lighting, Home appliance, signage and back lighting markets. The company is the world’s fifth largest LED supplier, holding more than 10,000 patents globally, while offering a wide range of LED technology and production capacity in areas such as “nPola”, "Acrich", the world’s first commercially produced AC LED, and "Acrich MJT Multi-Junction Technology" a proprietary family of high-voltage LEDs. The company’s broad product portfolio includes a wide array of package and device choices such as Acrich and Acirch2, high-brightness LEDs, mid-power LEDs, side-view LEDs, and through-hole type LEDs as well as custom modules, displays, and sensors. Legal Disclaimer Information in this document is provided in connection with Seoul Semiconductor products. With respect to any examples or hints given herein, any typical values stated herein and/or any information regarding the application of the device, Seoul Semiconductor hereby disclaims any and all warranties and liabilities of any kind, including without limitation, warranties of non-infringement of intellectual property rights of any third party. The appearance and specifications of the product can be changed to improve the quality and/or performance without notice. WICOP Application Note © 2013 All Rights Reserved. Rev1.2, Dec 7, 2015 19 www.seoulsemicon.com