3535セラミックLED取り扱いガイド - サイズ3.5x3.5mm - 電圧・電力仕様別 - 技術文書

1. 製品概要

3535セラミックLEDシリーズは、厳しい照明用途向けに設計された高性能表面実装デバイス（SMD）パッケージです。3.5mm x 3.5mmの実装面積とセラミック基板を特徴とし、従来のプラスチックパッケージと比較して優れた熱管理、機械的安定性、信頼性を提供します。セラミック構造は優れた放熱性を実現し、特に高出力または高密度アレイ構成において、LEDの性能と長寿命を維持するために極めて重要です。これらのLEDは、自動車照明、一般照明、バックライト、特殊照明など、一貫した色出力と長期信頼性が最重要視される幅広い用途に適しています。

2. 取り扱い及び手作業時の注意事項

LED、特に感光性の高い光学レンズへの物理的損傷を防ぐため、適切な取り扱いが不可欠です。

2.1 手作業ガイドライン

生産工程での手作業は最小限に抑えるべきです。やむを得ず手作業を行う場合は、必ずピンセット（ゴムチップ付きが望ましい）を使用してLEDを持ち上げてください。ピンセットはLEDパッケージのセラミック本体を把持しなければなりません。シリコーン製レンズに触れたり、押したり、機械的な力を加えたりすることは厳禁です。レンズへの接触は汚染、傷、変形を引き起こし、光学性能、光束出力、色均一性を著しく低下させます。圧力を加えると内部の剥離やクラックが発生し、即座に故障に至る可能性があります。

3. 湿気感受性及びベーキング手順

3535セラミックLEDパッケージは、IPC/JEDEC J-STD-020C規格に基づき湿気感受性部品に分類されます。吸収された湿気は高温リフローはんだ付け工程中に気化し、内部圧力の上昇と潜在的な致命的な故障（例：ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。

3.1 保管条件

乾燥剤入りの元の密封防湿バッグ（MBB）で受け取ったLEDは、温度30°C未満、相対湿度（RH）85%未満で保管してください。MBBを開封した際は、内部の湿度指示カードを直ちに確認する必要があります。指示カードが安全な暴露レベルを超えていないことを示し、かつ部品が規定のフロアライフ内に使用される場合は、ベーキングは不要な場合があります。

3.2 ベーキングが必要な条件

以下の基準を満たすLEDにはベーキングが必須です：1）元の密封包装から取り出されている。2）周囲環境（乾燥保管庫外）に12時間以上さらされている。3）湿度指示カードが許容暴露限界を超えていることを示している。

3.3 ベーキング方法

推奨されるベーキング手順は以下の通りです：LEDを（可能であれば元のリールに載せたまま）循環空気式オーブンで60°C（±5°C）、24時間ベーキングします。リールやLED内部材料を損傷しないよう、温度は60°Cを超えてはなりません。ベーキング後、LEDは1時間以内にリフローはんだ付けを行うか、直ちにRH20%未満の乾燥保管環境に移す必要があります。

4. 保管ガイドライン

LEDの品質とはんだ付け性を維持するため、正しい保管が極めて重要です。

4.1 未開封包装

密封された防湿バッグは、温度5°C～30°C、RH85%未満で保管してください。

4.2 開封済み包装

開封後は、部品を温度5°C～30°C、RH60%未満で保管してください。最適な保護のため、開封済みのリールやトレイは、新しい乾燥剤を入れた密閉容器または窒素パージされた乾燥庫に保管します。バッグ開封後の推奨フロアライフは、これらの条件下で12時間です。

5. 静電気放電（ESD）対策

LEDは半導体デバイスであり、静電気放電（ESD）による損傷を受けやすい特性があります。特に白色、青色、緑色、紫色のLEDは、より広いバンドギャップ材料を使用しているため、より敏感です。

5.1 ESD損傷メカニズム

ESDは主に2種類の損傷を引き起こします：1）潜在損傷：部分的な放電により局所的な発熱が生じ、LEDの内部構造が劣化します。これによりリーク電流の増加、光束出力の低下、色ずれ（白色LED）、寿命の短縮が発生しますが、LEDは一応動作する場合があります。2）致命的故障：強い放電により半導体接合部が完全に破壊され、即座に永久的な故障（LEDの死滅）が発生します。

5.2 ESD対策措置

LEDを取り扱うすべてのエリア（生産、試験、包装を含む）で、包括的なESD対策プログラムを実施しなければなりません。主な対策は以下の通りです：接地された導電性床材を備えた静電気保護区域（EPA）の確立。接地された防静電作業台の使用と、すべての生産設備の適切な接地の確保。全従業員への防静電衣、リストストラップ、および/またはヒールストラップの着用義務付け。非導電性材料上の静電荷を中和するためのイオナイザーの使用。接地されたはんだごての使用。トレイ、チューブ、包装材への導電性または帯電防止材料の採用。

6. アプリケーション回路設計

安定した動作とLEDの長寿命のため、適切な電気設計が極めて重要です。

6.1 駆動方法

定電圧（CV）ドライバーよりも定電流（CC）ドライバーの使用を強く推奨します。LEDは電流駆動デバイスであり、その順方向電圧（Vf）は負の温度係数を持ち、個体差があります。CCドライバーはVfの変動に関わらずLEDに安定した電流を流し、一貫した輝度を提供し、熱暴走を防止します。

6.2 電流制限抵抗

複数のLEDストリングをCCドライバーに並列接続する場合、またはCV電源を使用する場合は、各LEDストリングに直列に電流制限抵抗を配置する必要があります。この抵抗はストリング間のわずかなVfの差を補償し、電流の均等分担を確保して、1つのストリングが過剰な電流を引くのを防ぎます。抵抗値は、ドライバー電圧、ストリングの総Vf、および希望の動作電流に基づいて計算されます（R = (電源電圧 - Vf_ストリング) / I_LED）。

6.3 極性と接続順序

LEDはダイオードであり、正しい極性（アノードを正極、カソードを負極に）で接続する必要があります。最終組み立て時には、まずLEDアレイとドライバー出力の極性を確認してください。最初にドライバーの出力をLEDアレイに接続します。その後で初めて、ドライバーの入力を商用電源またはDC電源に接続してください。この順序により、電圧トランジェントや誤接続によるLEDの損傷を防ぎます。

7. リフローはんだ付け特性

3535セラミックパッケージは、標準的な表面実装技術（SMT）リフロー工程との互換性を考慮して設計されています。

7.1 鉛フリーはんだプロファイル

鉛フリーはんだ（例：SAC305）の推奨リフロープロファイルは重要です。プロファイルは通常以下の構成です：予熱：フラックスを活性化するための徐々の温度上昇（1-3°C/秒）。ソーク/保持：150-200°C間のプラトーを60-120秒間維持し、基板と部品の熱均一化とフラックスによるはんだパッドの完全な洗浄を可能にします。リフロー：ピーク温度への急速な上昇。はんだ接合部のピーク温度は245-250°Cに達する必要があります。液相線温度以上（SAC305では通常217°C）の時間（TAL）は45-75秒間維持する必要があります。冷却：適切なはんだ接合部形成と熱応力最小化のため、最大-6°C/秒の制御された冷却速度。

7.2 有鉛（SnPb）はんだプロファイル

すず鉛はんだの場合、ピーク温度は低くなります。はんだ接合部のピーク温度は215-230°Cとし、液相線温度以上（183°C）の時間を60-90秒間維持する必要があります。予熱、ソーク、冷却速度に対する同じ注意深い制御が適用されます。

7.3 重要な考慮事項

推奨最大ピーク温度やTALを超えないでください。これを超えるとLEDの内部チップ、ワイヤーボンディング、蛍光体を損傷する可能性があります。使用するPCBの厚さ、部品密度、はんだペーストに合わせて、リフローオーブンが適切に較正され、プロファイル設定されていることを確認してください。

8. 実装済み基板の洗浄

リフロー後の洗浄は、腐食性があったり、経時的に電気的リークを引き起こす可能性のあるフラックス残留物を除去するために必要になる場合があります。

8.1 洗浄剤の適合性

使用する洗浄剤がLEDのシリコーン製レンズおよびパッケージ材料と化学的に適合していることを確認することが不可欠です。強力な溶剤はレンズを膨張させ、ひび割れさせ、曇らせる可能性があります。推奨される洗浄剤は、通常、電子機器用に設計されたマイルドなアルコール系または水系溶液です。常にLEDメーカーの仕様書を参照し、本格的な洗浄前にサンプル基板でテストを行ってください。

8.2 洗浄プロセス

超音波洗浄などの穏やかな洗浄方法を使用する場合は注意が必要です。過度な出力や周波数はLEDを損傷する可能性があります。推奨される方法には、スプレー洗浄や穏やかな攪拌を伴う浸漬洗浄があります。洗浄後は湿気の閉じ込めを防ぐため、基板を完全に乾燥させてください。

9. 実装済み半製品の保管及び取り扱い

LEDがはんだ付けされたPCB（半製品）も、慎重な取り扱いが必要です。

LEDレンズに圧力がかかるような方法で基板を直接重ねて積み重ねないでください。スペーサーや専用の保管ラックを使用してください。実装済み基板は、清潔で乾燥したESD安全な環境で保管してください。長期保管する場合は、特に基板が2回目のリフロー工程（両面実装用）を受ける場合、乾燥剤入りの防湿バッグの使用を検討してください。部品を汚染したりストレスを与えたりしないよう、基板は端を持って取り扱ってください。

10. 熱管理技術

効果的な放熱は、LEDの性能と信頼性において最も重要な単一の要素です。セラミックパッケージは良好な熱伝導性を提供しますが、熱はパッケージから効率的に放散されなければなりません。

10.1 熱管理のためのPCB設計

PCBは主要な放熱板として機能します。金属基板PCB（MCPCB）または、LED実装面積下に多数の熱ビアを設けた標準FR4基板を使用してください。LEDの熱パッドは、PCB上の対応する銅パッドにはんだ付けする必要があります。このパッドは可能な限り大きくし、複数の熱ビアを通じて内部のグランドプレーンまたは外部の放熱板に接続してください。熱伝導を改善するため、ビアははんだで埋めるかキャップしてください。

10.2 システムレベルの熱設計

LED接合部から周囲空気までの総合熱抵抗（Rth_j-a）を計算してください。これには、接合部-ケース間（Rth_j-c、データシートに記載）、ケース-基板間（はんだ界面）、基板-放熱板間、放熱板-周囲空気間の熱抵抗が含まれます。最悪の動作条件下でも、最大許容接合部温度（Tj_max、通常125-150°C）を超えてはなりません。計算式：Tj = Ta + (消費電力 * Rth_j-a)。消費電力はおよそ（Vf * If）から放射される光出力を差し引いた値です。適切な設計によりTjをTj_maxより十分低く保つことで、光束出力と寿命を最大化します。

11. その他の重要な考慮事項

11.1 光学的考慮事項

光路を清潔に保ってください。レンズや二次光学部品上の汚染は光束出力を低下させます。視野角と空間放射パターンは一次レンズの設計で固定されています。二次光学部品はそれに応じて選択する必要があります。

11.2 電気的試験

インサーキットテスト（ICT）や機能試験を行う際は、試験プローブがLEDレンズに接触したり傷つけたりしないように注意してください。試験電圧と電流は、電気的過負荷（EOS）を避けるため、LEDの絶対最大定格内でなければなりません。

11.3 長期信頼性

すべての取り扱い、はんだ付け、熱に関するガイドラインを遵守することは、光束維持率（L70/L90寿命）や色安定性を含むLEDの長期信頼性に直接影響します。これらの手順に従わないと、早期劣化や現場での故障につながる可能性があります。