2020 キューブライト 赤色LED データシート - SMDパッケージ - 2.2V 標準 - 140mA - 26 lm - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、主に過酷な自動車照明環境向けに設計された高輝度赤色表面実装デバイス（SMD）LED2020 Cube Lightの仕様を詳細に説明します。この部品は、コンパクトな2020フットプリント、堅牢な構造、過酷な動作条件下での信頼性に合わせた性能パラメータが特徴です。その中核的な利点には、厳格な自動車認定基準への準拠、均一な照明のための広い視野角、環境適合認証が含まれます。

主なターゲット市場は自動車産業であり、様々な車内外の信号灯機能に適しています。設計は、車両アプリケーションで一般的に遭遇する環境ストレス要因に対する長期安定性、熱性能、耐性を優先しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 測光・光学特性

LEDの主要な測光性能は、標準試験電流140mAで定義されます。標準光束出力は26ルーメン（lm）で、製造ビニングを考慮して最小23 lm、最大39 lmと規定されています。主波長は標準で614 nmであり、612 nmから627 nmの範囲で、確実に赤色スペクトルに位置します。広い120度の視野角（許容差±5°）は広い放射パターンを保証し、広範囲の照明や複数の角度からの視認性が求められるアプリケーションに有益です。

2.2 電気的特性

140mA試験条件における順方向電圧（Vf）の標準値は2.2Vで、最小1.75Vから最大2.75Vの範囲です。絶対最大連続順方向電流定格は250 mAです。サージ条件（パルス幅≤10 μs、デューティサイクル0.005）では、デバイスは最大1000 mAのサージ電流（IFM）に耐えることができます。このLEDは逆バイアス動作用に設計されていないことに注意することが極めて重要です。

2.3 熱・信頼性定格

熱管理はLEDの長寿命にとって重要です。接合部からはんだ接点までの熱抵抗は、電気的方法による結果16-18 K/Wと実測方法による結果23-26 K/Wの2つの値で規定されています。最大許容接合温度（Tj）は150°Cです。デバイスの動作温度範囲は-40°Cから+125°Cに定格されており、自動車用途に必要な極限温度と一致します。静電気放電（ESD）保護は2 kV（人体モデル）に定格されています。また、この部品は、ピーク温度260°Cで30秒間の無鉛リフローはんだ付けに適合しています。

3. ビニングシステムの説明

製造の一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。これらのビンを理解することは、設計の一貫性にとって不可欠です。

3.1 光束ビニング

LEDは、140mAでの光出力に基づいてグループ化されます。主要なビンはE9（23-27 lm）、F1（27-33 lm）、F2（33-39 lm）です。標準値の26 lmはE9ビンに含まれます。

3.2 順方向電圧ビニング

部品は順方向電圧降下に応じてもビニングされます。主要なビンには1720（1.75-2.0V）、2022（2.0-2.25V）、2225（2.25-2.5V）、2527（2.5-2.75V）が含まれます。標準の2.2Vの値は2022ビンに対応します。

3.3 主波長ビニング

色（波長）は、1215（612-615 nm）、1518（615-618 nm）から2427（624-627 nm）までのビンによって厳密に管理されます。標準の614 nmは1215ビンに含まれます。

4. 性能曲線分析

4.1 IV特性曲線と相対光束

順方向電流対順方向電圧のグラフは、特徴的な指数関数的関係を示しています。相対光束対順方向電流の曲線は、光出力が電流とともに増加するが、最終的には飽和し、推奨値を超える高電流では効率と寿命を低下させる可能性があることを示しています。

4.2 温度依存性

相対光束対接合温度のグラフは、熱設計にとって重要です。これは、光出力が接合温度の上昇とともに減少することを示しています。主波長シフト対接合温度のグラフは、温度が上昇すると色がシフトする（通常、より長い波長側に）ことを示しており、色が重要なアプリケーションでは考慮する必要があります。

4.3 スペクトル分布とデレーティング

相対スペクトル分布グラフは、狭帯域の赤色発光ピークを確認します。順方向電流デレーティング曲線は、最大接合温度を超えないようにするため、はんだパッド温度の上昇に伴って最大許容連続電流を減らすことを義務付けています。例えば、パッド温度125°Cでは、電流を250 mAまでデレートする必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

この部品は標準的な2020 SMDパッケージ（2.0mm x 2.0mmフットプリント）を使用しています。機械図面には、全高、リードフレームの詳細、レンズ形状を含む正確な寸法が規定されています。特に明記されていない限り、公差は通常±0.1mmです。適切なはんだ接合部の形成、熱伝達、リフローおよび動作中の機械的安定性を確保するために、推奨はんだパッドレイアウトが提供されています。極性は、部品本体上の特定のマーキングまたはピン配置によって示されており、実装時に遵守する必要があります。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

このLEDは、標準的な無鉛リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。詳細なリフローはんだ付けプロファイルが提供されており、重要なパラメータ（予熱スロープ、ソーク時間と温度、液相線以上時間（TAL）、ピーク温度（最大260°C、30秒間）、冷却速度）を規定しています。このプロファイルを遵守することは、熱衝撃、はんだ接合部の欠陥、またはLEDパッケージの損傷を防ぐために不可欠です。一般的な注意事項には、取り扱い中の適切なESD保護の使用、レンズへの機械的ストレスの回避、硫黄などの汚染物質がないはんだ付け環境の確保が含まれます。

7. 梱包・発注情報

部品は、自動ピックアンドプレース実装機に適した標準的なテープアンドリール梱包で供給されます。梱包情報には、リール寸法、ポケット間隔、向きが詳細に記載されています。品番は特定の構造に従います：2020 - UR - 140 - D - M - AM.
- 2020：製品ファミリー。
- UR：色（赤）。
- 140：試験電流（mA）。
- D：リードフレームタイプ（Au + 白い接着剤）。
- M：輝度レベル（中）。
- AM：自動車用途指定。

8. アプリケーション提案

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自動車照明です。これには、センター・ハイマウント・ストップ・ランプ（CHMSL）、リアコンビネーションランプ（テール/ストップランプ）、サイドマーカーランプ、室内環境照明などが含まれますが、これらに限定されません。そのAEC-Q102認定と広い温度範囲は、これらの過酷な環境に適しています。

8.2 設計上の考慮点

駆動回路：LEDの順方向電圧は負の温度係数を持つため、安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電流駆動回路を強く推奨します。
熱管理：PCBレイアウトは放熱を促進するものでなければなりません。推奨はんだパッド設計を使用し、熱パッドに接続された十分な銅面積を確保し、所望の動作電流に対してはんだパッド温度を安全限界内に保つためにシステム全体の熱経路を考慮してください。
光学設計：120°の視野角は、特定のアプリケーションでビームを整形するために二次光学系（レンズ、導光板）を必要とする場合があります。色に敏感な用途では、温度による波長シフトの可能性を評価する必要があります。

9. 技術比較・差別化

一般的な民生用グレードのLEDと比較して、この部品の主な差別化要因は、自動車グレードの認定（AEC-Q102）、拡張された動作温度範囲（-40°C〜+125°C）、および特定の信頼性試験（例：硫黄試験クラスA1）です。また、ハロゲンフリー要件にも準拠しており、これは自動車電子機器における環境および信頼性上の理由からますます重要になっています。中程度の輝度レベル（標準26 lm）と堅牢な構造の組み合わせは、究極の輝度よりも信頼性が優先されるアプリケーションにおいて、バランスの取れたソリューションを提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを絶対最大電流の250mAで連続駆動できますか？
A: 必ずしもそうではありません。250mA定格は特定の条件下での絶対最大値です。安全な連続動作電流は熱設計に依存します。測定または推定されたはんだパッド温度（Ts）に基づいて、順方向電流デレーティング曲線を使用する必要があります。例えば、Tsが100°Cの場合、最大許容連続電流は250mAよりも大幅に低くなります。

Q: 実測熱抵抗と電気的方法による熱抵抗（Rth JS）の違いは何ですか？
A: 電気的方法は、LEDの温度に敏感な電気的パラメータを使用して接合温度を推定しますが、実測方法は物理的なセンサーを使用する場合があります。実測方法の値（23-26 K/W）は、一般に熱設計計算においてより保守的で信頼性が高いと考えられています。

Q: データシートに硫黄試験が記載されています。なぜこれが重要ですか？
A: 硫黄を含む雰囲気（特定のゴム、ガスケット、または工業環境など）は、銀ベースのリードフレームを腐食させ、故障を引き起こす可能性があります。硫黄試験クラスA1の定格は、デバイスが硫黄腐食に対する耐性に関する特定の試験に合格したことを示しており、密閉された自動車アセンブリにおける長期信頼性にとって極めて重要です。

11. 実践的設計ケーススタディ

このLEDを使用してリアストップライトモジュールを設計することを考えてみましょう。10個のLEDを直列にクラスタリングする場合、約22V（10 * 2.2V 標準）で140mAを供給できる駆動回路が必要です（余裕も必要）。PCBは、各LEDの熱パッドの下に熱ビアを設け、放熱のための大きな内部グランドプレーンに接続するように設計する必要があります。デレーティング曲線を参照する必要があります：最悪の周囲環境でLED付近のPCB温度が80°Cに達する場合、LEDあたりの最大許容電流を確認し、接合温度が150°Cを下回るようにするために、140mAから減らす可能性があります。光学シミュレーションを使用してLEDを配置し、自動車ストップライトに必要な光度分布と均一性基準を満たす拡散板を設計します。

12. 動作原理の紹介

これは半導体ベースの発光ダイオードです。特性順方向電圧（Vf）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体チップの活性領域内で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。半導体の特定の材料組成（赤色発光のためにはAlInGaPベースと思われる）が、発光の主波長を決定します。SMDパッケージには、電気接続と熱伝導のためのリードフレーム、チップを保護し光出力を整形するシリコーンレンズ、光取り出し効率を向上させる白色反射キャビティが組み込まれています。

13. 技術トレンド

自動車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）、より大きな電力密度、および改善された信頼性に向かって続いています。これにより、より小型でエネルギー効率の高い照明モジュールが可能になります。また、適応型走行ビーム（ADB）や光による通信（Li-Fi）などの高度な機能にも焦点が当てられていますが、これらには通常、より複雑な部品が必要です。標準的な信号機能については、高温動作下での熱性能と寿命の継続的な改善とともに、本資料で説明されているようなコスト最適化された、高い信頼性と認定を備えた部品に重点が置かれ続けています。