LED 仕様書 - 3020シリーズ 0.2W 白色LED - サイズ 3.0x2.0mm - 電圧 3.2V - 電力 0.2W - 日本語技術文書

1. 製品概要

3020シリーズは、一般照明用途向けに設計されたコンパクトで高性能な表面実装型(SMD) LEDです。このシングルチップ白色LEDは、効率性、信頼性、コスト効率のバランスに優れ、幅広い屋内・屋外照明ソリューションに適しています。主な利点は、標準的な3020フットプリント、安定した光束出力、および規定動作範囲内での堅牢な熱性能です。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格 (Ts=25°C)

以下のパラメータは、LEDの動作限界を定義します。これらの値を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 順方向電流 (IF):90 mA (連続)
• 順方向パルス電流 (IFP):120 mA (パルス幅 ≤ 10ms, デューティサイクル ≤ 1/10)
• 消費電力 (PD):297 mW
• 動作温度 (Topr):-40°C ～ +80°C
• 保管温度 (Tstg):-40°C ～ +80°C
• 接合温度 (Tj):125°C
• はんだ付け温度 (Tsld):リフローはんだ付け、230°Cまたは260°Cで最大10秒。

2.2 電気・光学特性 (Ts=25°C)

これらは、標準試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 順方向電圧 (VF):3.2 V (代表値), 3.4 V (最大値) at IF=60mA
• 逆方向電圧 (VR):5 V
• 逆方向電流 (IR):10 µA (最大値)
• 指向角 (2θ1/2):110° (代表値)

3. ビニングシステムの説明

本製品は、エンドアプリケーションにおける色と性能の一貫性を確保するために、包括的なビニングシステムを採用しています。

3.1 光束ビニング

指定された色（演色性85、色温度>5000Kのクールホワイト）について、光束は順方向電流60mAで測定されます。ビンは以下のように定義されます：

• コード C8:16 lm (最小) ～ 17 lm (最大)
• コード C9:17 lm (最小) ～ 18 lm (最大)
• コード D1:18 lm (最小) ～ 19 lm (最大)
• コード D2:19 lm (最小) ～ 20 lm (最大)

光束測定の許容誤差は±7%です。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、電流制御のための回路設計を支援するためにビニングされています。

• コード B:2.8 V (最小) ～ 2.9 V (最大)
• コード C:2.9 V (最小) ～ 3.0 V (最大)
• コード D:3.0 V (最小) ～ 3.1 V (最大)
• コード E:3.1 V (最小) ～ 3.2 V (最大)
• コード F:3.2 V (最小) ～ 3.3 V (最大)
• コード G:3.3 V (最小) ～ 3.4 V (最大)

電圧測定の許容誤差は±0.08Vです。

3.3 色度ビニング

LEDの色は、CIE 1931色度図上の特定の領域内で定義されます。クールホワイトタイプ（色温度>5000K、最大20000K）の場合、色度座標は定義された多角形領域（データシートに記載されているWa、Wb、Wc、Wd、We、Wf、Wg1、Wh1など）によって境界が定められています。これにより、発光する白色光が許容される色範囲内に収まることが保証されます。色度座標の許容偏差は±0.005です。

平均演色評価数 (CRI) の許容誤差は±2です。

4. 性能曲線分析

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

I-V曲線は半導体ダイオードの特性です。このLEDでは、順方向電圧は電流とともに非線形に増加します。代表的な動作電流60mAでは、順方向電圧は約3.2Vです。設計者は、LEDを確実に駆動するために、電圧源ではなく電流制限回路を使用する必要があります。

4.2 順方向電流 vs. 相対光束

光束出力は順方向電流とともに増加しますが、最終的には飽和し、熱効果により非常に高い電流では減少する可能性があります。曲線は、推奨される60mA以下で動作させることが、最適な効率と長寿命を提供することを示しています。

4.3 接合温度 vs. 相対分光パワー

接合温度(Tj)が上昇すると、分光パワー分布が変化する可能性があります。白色LEDの場合、これは相関色温度(CCT)の変化や光束の潜在的な減少として現れることがよくあります。適切な熱管理により低い接合温度を維持することは、色の安定性と光出力の維持にとって極めて重要です。

4.4 相対分光パワー分布

白色LED（通常は蛍光体変換型）の分光曲線は、一次ダイからの青色領域での広いピークと、蛍光体からのより広い黄色/赤色の発光を示します。正確な形状はCCT（例：2600-3700K、3700-5000K、5000-10000K）によって異なり、クールなCCTほど青色成分が多く、ウォームなCCTほど黄色/赤色成分が多くなります。

5. 機械的仕様・梱包情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的な3020フットプリントに従います：長さ約3.0mm、幅約2.0mm。PCBレイアウトの参考として、公差付きの詳細な寸法図（.X寸法は±0.10mm、.XX寸法は±0.05mm）がデータシートに記載されています。

5.2 パッドパターンとステンシル設計

信頼性の高いはんだ接合を形成するために、推奨されるはんだパッドレイアウトとステンシル開口寸法が規定されています。これらのガイドラインに従うことは、適切な位置合わせ、熱伝達、機械的安定性にとって重要です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 湿気感受性とベーキング

この3020 LEDは、IPC/JEDEC J-STD-020Cに従って湿気感受性に分類されます。元の防湿バッグが開封され、部品が周囲の湿度にさらされた場合、ポップコーン損傷を防ぐために、リフローはんだ付け前にベーキングする必要があります。

• ベーキング条件:60°Cで24時間。
• ベーキング後:1時間以内にはんだ付けするか、乾燥環境（相対湿度<20%）で保管してください。
• 60°Cを超える温度ではベーキングしないでください。

6.2 保管条件

• 未開封バッグ:温度5-30°C、湿度<85%。
• 開封済みバッグ:12時間以内に使用してください。温度5-30°C、湿度<60%で保管し、乾燥剤入りの密閉容器または窒素キャビネットでの保管が望ましいです。
• 12時間以上さらされた場合は、使用前にベーキング（60°C/24h）が必要です。

6.3 リフローはんだ付けプロファイル

2つの標準リフロープロファイルが提供されています：

• 鉛フリーはんだ:ピーク温度230°Cまたは260°C、液相線以上時間(TAL)を制御。
• 鉛含有はんだ:対応する低温プロファイル。

LEDパッケージおよび内部ダイへの熱ストレスを最小限に抑えるために、推奨される立ち上げ、ソーク、リフロー、冷却速度に従うことが極めて重要です。

7. 静電気放電 (ESD) 保護

LEDはESD損傷を受けやすい半導体デバイスであり、特に白色、緑色、青色、紫色のタイプは注意が必要です。

• 潜在的な損傷:ESDは即時故障（LEDの不点灯）や、輝度低下、色ずれ、寿命短縮につながる潜在的な損傷を引き起こす可能性があります。
• 保護対策:
  • 接地された静電気防止作業台および床を使用してください。
  • 作業者は静電気防止リストストラップ、手袋、作業服を着用する必要があります。
  • イオナイザーを使用し、はんだ付け装置が適切に接地されていることを確認してください。
  • 静電気防止包装材を使用してください。

8. アプリケーション・設計上の考慮事項

8.1 回路設計

• 駆動方法:常に定電流ドライバを使用してください。電圧源への直接接続は避けてください。
• 電流制限:定電流ドライバを使用する場合でも、追加の電流安定化と保護のために、各LEDストリングに直列抵抗を設けることを強く推奨します。
• 極性:組立時に正しいアノード/カソードの向きを確認してください。
• 電源投入順序:テスト時は、ドライバ出力をLEDに接続してから、ドライバ入力に電源を投入し、電圧スパイクを避けてください。

8.2 取り扱い上の注意

不適切な取り扱いは、物理的および光学的損傷を引き起こす可能性があります：

• 指での接触を避ける:シリコーン樹脂レンズを素手で扱わないでください。油や圧力が表面を汚染したり、ワイヤーボンディングやダイを損傷したりする可能性があります。
• ピンセットでの挟み込みを避ける:ピンセットでシリコーン樹脂本体を挟まないでください。ダイを押しつぶしたり、ボンディングを破損したりする可能性があります。
• 適切なノズルを使用:ピックアンドプレースには、適切なサイズの真空ノズルを使用し、柔らかいシリコーン樹脂に押し込まないようにしてください。
• 落下を避ける:リードの変形を防止します。
• 組立後:組立済みのPCBを直接重ねて積み上げないでください。レンズを傷つけたり、部品に圧力を加えたりする可能性があります。

9. 製品命名規則

型番は特定のコード体系に従います：T □□ □□ □ □ □ – □□□ □□

主要なコード定義は以下の通りです：

• パッケージコード (例: 34):3020フットプリント。
• チップ数コード (例: S):シングル小電力チップは'S'。
• 色コード (例: W):クールホワイト（>5000K）は'W'。その他のコード：L（ウォームホワイト）、C（ニュートラルホワイト）、R（赤）など。
• 光学コード (例: 00):一次レンズなしは'00'。
• 光束ビンコード (例: D1):光束出力範囲を指定。
• 順方向電圧ビンコード (例: D):Vf範囲を指定。

10. 代表的なアプリケーション例

コンパクトなサイズ、良好な効率、信頼性の高い性能により、3020 0.2W白色LEDは以下の用途に適しています：

• バックライト:LCDディスプレイ、インジケータパネル、サインボード。
• 装飾照明:ライトストリップ、輪郭照明、アクセント照明。
• 一般照明:複数のLEDをアレイ状に使用する電球、ダウンライト、パネルライトへの組み込み。
• 民生電子機器:ステータスインジケータ、キーボードバックライト。

11. 技術比較・差別化

3528などの従来のパッケージと比較して、3020はよりコンパクトなフットプリントを提供し、より高密度のPCBレイアウトを可能にし、異なる内部構造により熱管理が向上する可能性があります。0.2Wの定格電力は、非常に低電力のインジケータLEDと高電力の照明用LEDの中間に位置し、多くのアプリケーションにおいて光出力と消費電力の間の良好な妥協点を提供します。光束、電圧、色度の詳細なビニングシステムは、設計者に一貫した最終製品品質に必要な予測可能性を提供します。

12. よくある質問 (FAQ)

12.1 はんだ付け前にベーキングが必要な理由は？

LEDパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフロー工程中に、この湿気が急速に蒸気に変わり、内部圧力が発生してパッケージの剥離やダイのクラックを引き起こし、故障に至る可能性があります。ベーキングはこの吸収された湿気を除去します。

12.2 3.3V電源でこのLEDを直接駆動できますか？

できません。順方向電圧はビンや温度によって異なります。3.3V電源は、低Vfビンでは過剰な電流を引き起こし、過熱や故障につながる可能性があります。常に定電流ドライバ、または直列の電流制限抵抗を備えた電圧源を使用してください。

12.3 異なるビンコードの目的は何ですか？

ビニングは一貫性を確保します。同じ光束および色度ビンからLEDを選択することで、照明製品は均一な輝度と色になります。特定の電圧ビンから選択することで、電流制御回路の設計を簡素化できます。

12.4 熱管理はどの程度重要ですか？

非常に重要です。最大接合温度(125°C)を超えると、LEDの寿命が大幅に短縮され、色ずれを引き起こします。PCBはヒートシンクとして機能するように設計され、適切な冷却なしに絶対最大電流でLEDを動作させるべきではありません。

13. 設計事例

シナリオ:建築アクセント照明用の直線型LEDライトストリップの設計。

• 選定:3020 LEDは、コンパクトなサイズによりメートルあたり多くのLEDを配置して滑らかな光線を実現でき、0.2Wの定格電力によりストリップ全体の消費電力を管理しやすいため選定されました。
• ビニング:ストリップ全体で一貫した輝度と色を確保するために、単一の光束ビン（例：D1）および色度ビンからのLEDが指定されました。
• 回路:LEDは直並列ストリングで配置されます。定電流ドライバが使用され、データシートの推奨回路（図2）に従い、各並列ストリングに小さな直列抵抗が追加の電流バランスと保護のために設けられています。
• 熱対策:ストリップはアルミニウムPCBを使用してLEDからの熱を効果的に放散し、連続動作中に接合温度を最大定格を十分に下回るレベルに保ちます。
• 組立:受託製造業者は、高い初回歩留まりを達成するために、取り扱い、保管、リフローガイドラインを厳密に遵守します。

14. 動作原理

白色LEDは通常、黄色の蛍光体でコーティングされた青色発光半導体ダイ（通常InGaNベース）で構成されています。電流がダイを流れると、青色光を発します。この青色光の一部は蛍光体に吸収され、広帯域の黄色光として再放出されます。残りの青色光と変換された黄色光の混合は、人間の目には白色光として知覚されます。青色と黄色の正確な比率が、白色光の相関色温度(CCT)を決定します。

15. 技術トレンド

3020のようなSMD LEDの一般的なトレンドは、より高い発光効率（ワットあたりのルーメン数の向上）、改善された平均演色評価数(CRI)、ロット間のより良い色の一貫性に向かっています。また、様々な動作条件下での信頼性と寿命の向上も継続的に開発されています。さらに、パッケージング技術は進化を続けており、より小さなフットプリントからより高い電力密度とより良い熱性能を実現できるようになっています。注意深いビニング、湿気感受性の取り扱い、ESD保護の原則は、あらゆる世代のLED技術における品質と信頼性の基本であり続けています。