2020-PA0501L-AM LED データシート - SMDパッケージ - フォスファコンバーテッドアンバー - 12lm @ 50mA - 3.0V - 技術文書

1. 製品概要

2020-PA0501L-AMは、厳しい車載照明アプリケーション向けに特別に設計された表面実装型（SMD）LEDです。その中核は、性能と環境耐性に関する厳格な業界基準を満たす、信頼性の高いフォスファコンバーテッドアンバー光源です。主なターゲット市場は、一貫した色出力、過酷な条件下での長期信頼性、コンパクトな形状が重要な要件となる車載内外装照明システムです。

このLEDの主な利点には、個別光電子デバイス向けAEC-Q102規格に基づく認定が含まれ、自動車環境の厳しい熱的、機械的、環境的ストレスに耐えられることを保証します。また、RoHS、REACH、ハロゲンフリー指令への準拠も備えており、環境に配慮した部品選択が可能です。駆動電流50mAにおける代表光束12ルーメンは、様々な信号・照明機能に十分な明るさを提供します。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 測光・電気的特性

基本的な動作パラメータは、通常、接合温度（Tj）25°C、順方向電流（IF）50mAという特定の試験条件下で定義されます。代表光束（IV）は12 lmで、最小8 lm、最大17 lmです。このばらつきは、後述するビニングシステムによって管理されます。順方向電圧（VF）の代表値は3.0Vで、範囲は2.50Vから3.50Vです。設計者は、一貫した電流制御を確保するために、駆動回路を設計する際にこの電圧範囲を考慮する必要があります。

The視野角は120°と規定されており、光度がピーク値の少なくとも半分となる角度範囲を示します。この広い視野角は、高度に集光したビームではなく、広く均一な照明を必要とするアプリケーションに有益です。

2.2 熱特性および絶対最大定格

熱管理は、LEDの長寿命と性能安定性にとって極めて重要です。データシートでは、熱抵抗（Rth JS）について2つの値を提供しています：'実測'値58 K/W（代表値）と'電気的'値41 K/W（代表値）です。順方向電圧の温度係数から導出される'電気的'値は、実際のアプリケーションにおける接合温度推定に通常使用されます。熱抵抗が低いほど、LED接合部からはんだ付け点への放熱性が優れていることを示します。

絶対最大定格は、それを超えると永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。主な限界値には、最大順方向電流（IF）120 mA、最大接合温度（TJ）150°C、および動作温度範囲（Topr）-40°Cから+125°Cが含まれます。このデバイスは、ESD耐性（HBM）8 kVに定格されており、取り扱いや組立工程で重要です。最大許容消費電力（Pd）は420 mWです。

3. ビニングシステムの説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。このデバイスでは、3つの独立したビニング基準が使用されています。

3.1 光束ビン

LEDは、50mAでの測定光出力に基づいて分類されます：
• ビン E4：8 lm（最小）から10 lm（最大）
• ビン E5：10 lm（最小）から13 lm（最大）
• ビン E6：13 lm（最小）から17 lm（最大）

特定の製造ロットのビンは、発注時に確認する必要があります。

3.2 順方向電圧ビン

LEDは、試験電流における順方向電圧降下によってもビニングされます：
• ビン 2527：2.50V（最小）から2.75V（最大）
• ビン 2730：2.75V（最小）から3.00V（最大）
• ビン 3032：3.00V（最小）から3.25V（最大）
• ビン 3235：3.25V（最小）から3.50V（最大）

狭い電圧ビンからLEDを選択することで、必要な電源電圧の範囲を狭め、ドライバ設計を簡素化できます。

3.3 色ビニング構造

データシートには、フォスファコンバーテッドアンバーの目標色度座標を示す色度図（CIE 1931）が含まれています。2つの主要ビン、YAおよびYBが、特定のCIE xおよびCIE y座標境界で定義されています。このアンバー色の代表的主波長は590-595 nmの範囲です。厳密なビニング（許容差±0.005）により、組立品内の異なるLED間の色ばらつきを最小限に抑え、自動車の美的および機能照明にとって重要な要件を満たします。

4. 性能曲線分析

グラフは、様々な条件下でのLEDの動作に関する重要な知見を提供します。

4.1 分光分布と放射パターン

The相対分光分布グラフは、フォスファコンバーテッドLEDに特徴的な単一の広いピークを示し、主な発光は可視スペクトルのアンバー/黄色領域にあります。放射の代表的な図的特性は、空間的な強度分布を示し、ランバートパターンに近い120°の視野角を確認します。

4.2 電気的・熱的依存性

The順方向電流 vs. 順方向電圧（I-Vカーブ）は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。相対光束 vs. 順方向電流曲線はサブリニアです；電流を増加させると、光出力の増加は逓減し、より多くの熱が発生します。

The相対光束 vs. 接合温度グラフは極めて重要です：接合温度が上昇すると光出力は減少します。明るさを維持するには効果的な放熱が必要です。相対順方向電圧 vs. 接合温度曲線は負の係数（約-2 mV/°C）を持ち、温度センシングに使用できます。

The順方向電流ディレーティング曲線は、はんだパッド温度に基づく最大許容連続電流を規定します。例えば、最大動作はんだパッド温度125°Cでは、順方向電流を120 mAに減らす必要があります。許容パルス処理能力グラフは、様々なデューティサイクルで短いパルス幅に対してLEDが処理できるピーク電流（IFM）を定義し、PWM調光やストロボアプリケーションに有用です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 機械寸法

このLEDは標準的な2020パッケージフットプリントを使用しており、これは通常、約2.0mm x 2.0mmの寸法を指します。データシートの正確な機械図面には、全長、幅、高さ、および放熱パッドと電気接点のサイズ/位置を含むすべての重要な寸法が提供されています。特に指定がない限り、公差は一般的に±0.1mmです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

PCBレイアウト用のランドパターン設計が提供されています。これには、アノード、カソード、および中央の放熱パッド用のはんだパッドの寸法が含まれます。この推奨レイアウトに従うことは、信頼性の高いはんだ接合の達成、PCBへの適切な熱伝導、リフロー中のトゥームストーニングの防止に不可欠です。放熱パッドは熱放散に極めて重要であり、PCB上の銅箔領域に適切に接続する必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

この部品は、最大はんだ付け温度260°C、30秒に耐えるように定格されています。標準的な鉛フリーリフロープロファイルが適用可能です。過度の熱衝撃を避けるための注意が必要です。湿気感受性レベル（MSL）はレベル2に定格されており、はんだ付け前に最大1年間工場環境に曝露してもベーキングが不要であることを意味します。これを超えた場合は、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、IPC/JEDEC規格に従ったベーキングが必要です。

6.2 使用上の注意

• 極性：このデバイスは逆動作用に設計されていません。逆電圧を印加すると即座に損傷する可能性があります。
• ESD対策：8kV HBMに定格されていますが、組立中は標準的なESD取り扱い手順に従う必要があります。
• 電流制御：LEDは電流駆動デバイスです。熱暴走を防ぐために、定電圧源ではなく定電流ドライバで動作させる必要があります。
• 汚染：このデバイスは硫黄試験クラスA1に定格されており、硫黄を含む雰囲気に対する良好な耐性を示しますが、他の汚染物質への曝露は最小限に抑える必要があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 型番の解読

型番2020-PA0501L-AMは以下のように構成されています：
• 2020：製品ファミリー名（パッケージサイズ）。
• PA：フォスファコンバーテッドアンバーの色コード。
• 50：試験電流（ミリアンペア単位、50 mA）。
• 1：リードフレームタイプ（1 = 金メッキ）。
• L：輝度レベル（L = 低、このシリーズの他のビンに対して相対的）。
• AM：車載アプリケーショングレードを指定。

7.2 梱包仕様

LEDは自動実装用にテープ&リールで供給されます。梱包情報セクションには、リール寸法、テープ幅、ポケット間隔、およびテープ上の部品の向きが詳細に記載されています。このデータは、ピックアンドプレースマシンのプログラミングに不可欠です。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

主なアプリケーションは車載照明です。具体的な用途には以下が含まれます：
• 外装：方向指示器、サイドマーカーランプ、昼間走行灯（DRL、アンバー色）、センター高位ストップランプ（CHMSL）。
• 内装：ダッシュボードバックライト、スイッチ照明、アンビエント照明、警告灯および表示灯。

8.2 設計上の考慮点

• 熱管理：PCBは、放熱パッドの下に内部グランドプレーンまたは専用のヒートシンクに接続された適切な熱ビアを持ち、接合温度を低く保ち、長寿命と安定した光出力を確保する必要があります。
• 光学設計：特定のアプリケーション向けに120°ビームを整形するために、レンズや導光板が必要になる場合があります。
• ドライバ選択：車載グレードのLEDドライバICを選択し、全車載電圧範囲（例：ロードダンプ保護付き9V-16V）で安定した50mA（または必要に応じた電流）を供給できるようにします。PWM調光機能が望ましい場合が多くあります。
• 直列/並列構成：複数のLEDを駆動する場合、各ユニットに同一の電流が流れる直列接続が推奨され、均一な明るさを保証します。並列接続では、順方向電圧の整合または個別の電流制限に注意が必要です。

9. 技術比較と差別化

標準的な民生グレードLEDと比較して、2020-PA0501L-AMの主な差別化要因は、そのAEC-Q102認定および拡張された動作温度範囲（-40°Cから+125°C）です。これにより、極端な温度が一般的なエンジンルームや外装アプリケーションに適しています。フォスファコンバーテッドアンバー技術は、従来の着色樹脂アンバーLEDと比較して、時間と温度に対する色安定性と一貫性が通常優れています。8kVのESD耐性と硫黄耐性は、過酷な車載環境に対する追加の堅牢性を提供します。

10. よくある質問 (FAQ)

Q1: '実測'熱抵抗と'電気的'熱抵抗の違いは何ですか？
A1: '実測'熱抵抗（Rth JS real）は物理的温度センサーを使用して測定されます。'電気的'熱抵抗（Rth JS el）は、順方向電圧の温度変化から計算され、動作回路でのその場での接合温度推定により実用的な方法です。

Q2: このLEDを3.3V電源で駆動できますか？
A2: 直接はできません。LEDは電流制御が必要です。3.3V電源からの単純な抵抗器は可能ですが非効率的であり、明るさはLEDの順方向電圧ビンによって変動します。安定した性能のためには、専用の定電流ドライバの使用を強く推奨します。

Q3: 発注時にビニングコードをどのように解釈すればよいですか？
A3: アプリケーションのばらつき許容度に基づいて、必要な光束ビン（例：E5）、順方向電圧ビン（例：2730）、および色ビン（例：YA）を指定する必要があります。メーカーは、指定された3つのビン基準すべてを満たす部品を供給します。

Q4: このLEDはPWM調光に適していますか？
A4: はい、LEDはPWM調光に理想的です。PWM波形のピーク電流が選択したパルス幅とデューティサイクルの限界を超えないようにするために、パルス処理能力グラフを参照する必要があります。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：車両用アンバーサイドマーカーランプの設計。
要件：車載EMI/EMC規格を満たし、9V-16Vで動作し、温度サイクルに耐え、一貫した色と明るさを維持すること。
実装：回路図には、入力フィルタ、車載用途に定格されたバックブーストまたはリニアLEDドライバIC（50mAを供給するように設定）が含まれます。4個の2020-PA0501L-AM LEDがドライバ出力に直列接続されます。PCBは、LEDの下のトップ層にしっかりとした放熱パッド領域を持ち、複数の熱ビアを介して熱拡散用の大きな内部グランドプレーンに接続されます。ドライバICには、車両のボディコントロールモジュールに接続されたPWM調光入力が含まれます。すべての部品はAEC-Q認定ファミリーから選択されます。

12. 動作原理

2020-PA0501L-AMは、半導体チップ（通常は窒化インジウムガリウム（InGaN）または類似材料で作製）に基づく固体光源であり、順方向バイアス時に青色光を発します。この青色光は、チップ上に直接堆積されたフォスファコーティング層（フォスファコンバーテッド部分）によって吸収されます。フォスファは、主にアンバー領域のより長い波長で光を再放射します。残存する青色光とフォスファからの広帯域アンバー発光の組み合わせにより、人間の目が知覚する最終的なアンバー色が生成されます。この方法により、色点の精密制御と高効率が可能になります。

13. 技術トレンド

車載LED照明のトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン数）、より高い電力密度、および改善された信頼性に向かっています。これは、新しいチップ技術、より優れた熱消光耐性を持つ先進フォスファ、およびより低い熱抵抗を持つ改善されたパッケージ設計の開発を推進しています。また、複数のLED、ドライバ、光学系を単一ユニットに統合した統合モジュールへの移行も進んでいます。さらに、スマートで適応型の照明システムへの需要が高まっており、高速かつ高精度でデジタル制御可能なLEDが必要とされています。基礎技術は、自動車メーカーにとってより優れた演色性、より長い寿命、およびより低いシステムコストを提供するために進化し続けています。