3020シリーズ 単一チップ 0.2W 白色LED データシート - 外形寸法 3.0x2.0mm - 順電圧 3.2V - 消費電力 0.2W - 日本語技術文書

1. 製品概要

3020シリーズは、信頼性が高くエネルギー効率の良い白色光源を必要とする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。この単一チップ0.2W白色LEDは、発光効率、熱性能、コスト効率のバランスに優れており、幅広い商業用および産業用照明製品に適しています。

その中核的な利点は、3.0mm x 2.0mmというコンパクトな占有面積、110度の広い視野角、標準的なリフローはんだ付けプロセスに適した堅牢な構造です。ターゲット市場は、バックライトユニット、装飾照明、インジケータランプ、および様々な民生電子機器やサインへの統合を含みます。

2. 技術パラメータと仕様

2.1 絶対最大定格（T_s=25°C）

以下のパラメータは、LEDに永久的な損傷が発生する可能性のある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 順方向電流（I_F）：80 mA（連続）
• 順方向パルス電流（I_FP）：120 mA（パルス幅 ≤10ms、デューティ比 ≤1/10）
• 消費電力（P_D）：280 mW
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +80°C
• 保存温度（T_stg）：-40°C ～ +80°C
• 接合温度（T_j）：125°C
• はんだ付け温度（T_sld）：230°C または 260°C、10秒間（リフロー）

2.2 電気光学特性（T_s=25°C、I_F=60mA）

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（V_F）：代表値 3.2V、最大値 3.5V
• 逆方向電圧（V_R）：5V
• 逆方向電流（I_R）：最大 10 µA
• 視野角（2θ_1/2）：110°

3. ビニングシステムの説明

製品は、アプリケーション内での色と明るさの一貫性を確保するためにビンに分類されます。注文コードがこれらのビンを定義します。

3.1 型番規則

品番の構造は次の通りです：T [形状コード] [チップ数] [レンズコード] [内部コード] - [光束コード] [相関色温度コード]。例えば、T3400SLAは、3020形状（34）、単一小電力チップ（S）、レンズなし（00）、内部コードAに対応し、最終サフィックスで定義される特定の光束と相関色温度のビンを持ちます。

3.2 相関色温度（CCT）ビニング

LEDは、色の均一性を保証するために、CIE図上の特定の色度楕円にビニングされます。標準的な注文ビンは以下の通りです：

• 2725K ±145K（ビン 27M5）
• 3045K ±175K（ビン 30M5）
• 3985K ±275K（ビン 40M5）
• 5028K ±283K（ビン 50M5）
• 5665K ±355K（ビン 57M7）
• 6530K ±510K（ビン 65M7）

各ビンは、楕円の中心点（x, y）、長軸/短軸半径、および回転角によって定義され、厳密な色制御のための5ステップまたは7ステップのマクアダム楕円規格に準拠しています。

3.3 光束ビニング

光束は、60mA時の最小値によってビニングされます。表は、ウォームホワイト（2700-3700K）、ニュートラルホワイト（3700-5000K）、クールホワイト（5000-7000K）それぞれについて、標準（CRI≥70）と高演色（CRI≥80）バージョンの最小および代表的光束範囲を定義します。コードはD1（例：最小18-19 lm）からD8（例：最小25-26 lm）まであります。

3.4 順方向電圧ビニング

複数LED設計における電流マッチングを支援するため、V_Fは0.1Vステップでビニングされます。ビンは以下の通りです：B（2.8-2.9V）、C（2.9-3.0V）、D（3.0-3.1V）、E（3.1-3.2V）、F（3.2-3.3V）、G（3.3-3.4V）、H（3.5-3.6V）。

3.5 測定許容差

• 光束：±7%
• 順方向電圧：±0.08V
• 平均演色評価数（CRI）：±2
• 色度座標：±0.005

4. 性能曲線分析

4.1 電流-電圧（I-V）特性曲線

グラフは順方向電圧と順方向電流の関係を示しています。この曲線はGaNベースLEDに典型的なもので、ターンオン電圧（約2.7V）以降で指数関数的に上昇します。推奨の60mAで動作させることで、最適な効率と長寿命が確保され、効率が低下し発熱が大幅に増加する高電流領域を回避できます。

4.2 相対光束 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力が駆動電流に依存することを示しています。光束は電流とともに増加しますが、高電流では効率低下（ドループ）と接合温度の上昇により、線形性から外れます。60mAの動作点は、出力と効率のバランスを考慮して選択されています。絶対最大定格（80mA連続）を超えて駆動すると、寿命と信頼性が大幅に低下します。

4.3 分光パワー分布（SPD）

相対分光エネルギー曲線は、異なるCCT範囲（2600-3700K、3700-5000K、5000-10000K）の放射スペクトルを示しています。クールホワイトLEDはチップからの青色ピークが強く、蛍光体変換された黄/赤色光が少ないのに対し、ウォームホワイトLEDはより顕著な広い蛍光体放射を示し、より高い赤色スペクトル成分と低い相関色温度をもたらします。

4.4 接合温度 vs. 相対分光エネルギー

このグラフは、接合温度（T_j）がLEDのスペクトルに及ぼす影響を示しています。T_jが上昇すると、全体的な分光出力は通常減少し（効率低下）、ピーク波長がわずかにシフトする可能性があります。製品寿命を通じて一貫した色点と光出力を維持するためには、効果的な熱管理が不可欠です。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形寸法

LEDパッケージの寸法は、長さ3.0mm x 幅2.0mmです。外形図には、レンズ高さやパッド位置を含むすべての重要な寸法が規定されています。許容差は、.X寸法に対して±0.10mm、.XX寸法に対して±0.05mmと定義されています。

5.2 パッドレイアウトとステンシル設計

推奨PCBランドパターン（パッドレイアウト）とはんだペーストステンシル設計のための別々の図面が提供されています。ランドパターンは、適切なはんだ接合部の形成と機械的安定性を確保します。ステンシル設計は、塗布されるはんだペーストの量を制御し、ブリッジやはんだ不足なしに信頼性の高いはんだ接合部を実現するために重要です。これらのガイドラインに従うことは、高歩留まりの実装に不可欠です。

5.3 極性識別

カソードは通常、LEDパッケージ上にマーキングされています。パッドレイアウト図にも、アノードとカソードの接続が示されています。逆バイアスを防止するため、実装時には正しい極性を守る必要があります。逆電圧定格（5V）を超える電圧で逆バイアスをかけると、LEDが損傷する可能性があります。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

6.1 湿気感受性とベーキング

3020 LEDパッケージは湿気感受性があります（IPC/JEDEC J-STD-020Cに基づくMSL分類）。防湿バリアバッグを開封後に環境湿度にさらされると、リフローはんだ付け時に急速な水蒸気膨張によりポップコーンクラックや剥離が発生する可能性があります。

• 保管：未開封のバッグは30°C/85% RH以下で保管してください。開封後は、5-30°Cで湿度を可能な限り低く（推奨<20% RH）保管してください。
• フロアライフ：バッグ開封からリフローまでの時間は管理する必要があります。開封時にバッグ内の湿度指示カードを直ちに確認してください。
• ベーキング条件：LEDが仕様を超える湿度にさらされた場合は、リフロー前にベーキングする必要があります。推奨ベーキング：元のリール上で60°C、24時間。60°Cを超えないでください。ベーキング後1時間以内に使用するか、乾燥キャビネット（<20% RH）に保管してください。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

LEDは、ピークリフロー温度230°Cまたは260°Cを最大10秒間耐えることができます。標準的な鉛フリー（SAC305）リフロープロファイルが適用可能です。熱衝撃を最小限に抑えるため、温度上昇率が制御されていることを確認してください。エポキシレンズ、蛍光体、ワイヤーボンディングを損傷しないよう、提供された最大はんだ付け温度定格を超えないようにしてください。

7. 包装と注文情報

LEDは通常、自動実装機用のテープ＆リールで供給されます。具体的なリールサイズと梱包数量はサプライヤーに確認してください。注文は、形状、チップ数、レンズ、CCT、光束など、すべてのビニングパラメータを指定する完全な型番を使用して行われます。標準提供外のカスタムビン組み合わせは、要望に応じて入手可能な場合があります。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：LCD、サイン、ディスプレイ用のエッジライト式またはダイレクトライト式パネル。
• 装飾照明：アクセント照明、輪郭照明、ムード照明。
• 一般照明：アレイとして電球、チューブ、パネルに組み込まれたもの。
• インジケータランプ：家電製品や電子機器の状態表示灯。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：安定した一貫した光出力のため、定電圧源ではなく定電流ドライバを使用してください。推奨動作電流は60mAです。
• 熱管理：低電力とはいえ、光束、色安定性、長寿命を維持するためには効果的な放熱が不可欠です。LEDの放熱パッド（該当する場合）またはカソードパッドに接続された十分な熱ビアと銅面積がPCBにあることを確認してください。
• 光学設計：110度の視野角は、広く拡散した照明を提供します。集光ビームが必要な場合は、二次光学部品（レンズ、リフレクター）が必要です。
• 電気的レイアウト：電圧降下を最小限に抑えるため、駆動トレースは短く広くしてください。アレイでは、可能であればLEDを直列に接続して同一の電流を確保するか、個々の電流制限抵抗を備えた並列ストリングを使用し、より良い電流バランスのために同じV_FビンからLEDを選択してください。

9. 技術比較と差別化

3528などの旧来のパッケージと比較して、3020はよりコンパクトな占有面積を提供し、設計密度を高める可能性があります。その単一チップ0.2W設計は、一般的な0.1W LEDよりも多くの光を必要とするが、0.5Wや1W LEDの熱的課題が障壁となるアプリケーションに適したバランスを提供します。広い110度のビーム角は、狭角LEDとの重要な差別化要因であり、多くのアプリケーションで拡散板が不要になり、より均一な照明を提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 代表的な順方向電圧と最大順方向電圧の違いは何ですか？

代表的なV_F（3.2V）は、試験条件下でのほとんどのユニットの期待値です。最大V_F（3.5V）は仕様で保証される上限値です。特にLEDが直列に接続されている場合、LEDのV_Fが最大値であっても必要な電流を供給できるように、駆動回路を設計する必要があります。

10.2 このLEDを80mAで連続駆動できますか？

80mAは絶対最大連続電流定格ですが、この限界で動作すると発熱が増加し、発光効率（lm/W）が低下し、光束維持率の低下が加速し、LEDの寿命が短縮される可能性があります。最適な性能と信頼性のためには、推奨動作電流の60mAを使用してください。

10.3 なぜベーキングが必要なのですか？また、LEDがベーキングを必要とするかどうかをどのように判断しますか？

ベーキングは、高温のリフローはんだ付けプロセス中の損傷を防ぐために、プラスチックパッケージから吸収された湿気を除去します。密封された防湿バリアバッグを開封したら、直ちに内部の湿度指示カードを確認してください。カードが湿度暴露限界を超えている（例：ピンクの点が基準より濃い）ことを示している場合、またはバッグが許容フロアライフを超えて湿潤環境で開封されていた場合は、ベーキングが必要です。

10.4 光束ビンコード（例：D5）はどのように解釈すればよいですか？

光束コード（D5）は、特定のCCTおよびCRIビンにおける60mA時の最小光束値に対応します。例えば、コードD5のクールホワイト（5000-7000K）、CRI≥70のLEDは、最小光束22ルーメン、代表的最大値23ルーメンを持ちます。システム設計は、低いビンのユニットでも性能目標が達成されるように、最小値に基づいて行うべきです。

11. 実用的なアプリケーション事例

シナリオ： 直線型LEDライトバーの設計設計者は、3020 LEDを使用して24V、0.6メートルのライトバーを作成しています。特定の照度を目標に、60個のLEDが必要であると計算します。24Vから給電するために、7個のLEDを直列に接続することに決定します（7 * 3.2V_typ= 22.4V）。これにより、電流レギュレータのためのヘッドルームが残ります。7個直列のLEDを8つの並列ストリング（合計56個のLED）として構成します。均一な明るさを確保するために、すべてのLEDを同じCCTビン（例：4000Kニュートラルホワイト、ビン40M5）および狭い光束ビン（例：D5）から指定します。また、8つの並列ストリング間の電流バランスを改善するために、同じV_Fビン（例：Fビン：3.2-3.3V）も指定します。PCBは、LEDパッドの下に2オンスの銅層とアルミ基板に接続された熱ビアを備えて設計され、放熱を図ります。実装手順では、工場のフロア湿度が高い場合はリールをベーキングし、その後、推奨プロファイルを使用した制御されたリフロープロセスを行うことが義務付けられています。

12. 動作原理の紹介

白色LEDは、基本的には半導体ダイオードです。バンドギャップエネルギーを超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域（チップ）で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。この一次放射は、GaNベースチップでは通常、青色または紫外線スペクトルです。白色光を生成するために、この一次光の一部が、チップ上またはその周囲に堆積された蛍光体コーティング（一般的なのはセリウム添加ヤグアルミニウムガーネット - YAG:Ce）によって吸収されます。蛍光体は、高エネルギーの青色/紫外線光子を、より低エネルギーの黄色光の広いスペクトルにダウンコンバートします。チップからの残りの青色光と蛍光体から変換された黄色光の混合が、人間の目には白色に見えます。蛍光体の組成と厚さを調整することで、ウォームホワイトからクールホワイトまでの異なる相関色温度（CCT）を実現できます。

13. 技術トレンドと開発動向

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）、改善された演色性（赤色再現のためのより高いCRIおよびR9値）、およびより大きな色の一貫性（より厳密なビニング）に向かっています。また、よりコンパクトな照明器具の需要によって駆動され、より高い動作温度下での信頼性と寿命の向上にも焦点が当てられています。さらに、業界は、取り扱いと実装プロセスを簡素化するため、より堅牢で耐湿性のあるパッケージ材料の開発を続けています。人間中心の照明への推進は、概日リズムをサポートするための調整可能なCCTとスペクトル最適化を備えたLEDへと導いています。このデータシートは標準的な白色LEDを説明していますが、基礎となるパッケージ技術は、これらの進歩する性能特性に適応できるプラットフォームです。