2020 SMD スーパーレッドLED データシート - 2.0x2.0x0.7mm - 2.3V - 0.322W - 日本語技術文書

1. 製品概要

2020-SR140DM-AMは、厳しい要求を満たす自動車照明用途に特化して設計された高性能表面実装型スーパーレッドLEDです。この部品は2020製品ファミリーに属し、2.0mm x 2.0mmのフットプリントを意味します。その中核的な利点は、信頼性の高い光束出力、120度の広い視野角、そしてAEC-Q102を含む厳格な自動車グレード認定を満たす堅牢な構造の組み合わせにあります。主なターゲット市場は、色の一貫性、長期信頼性、小型サイズが重要な自動車の外装および内装照明システムです。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 測光・電気的特性

LEDの主要性能は、標準試験電流140mAで定義されています。この条件下での代表的な光束は18ルーメン(lm)で、製造ばらつきを考慮して最小13 lm、最大27 lmの範囲です。主波長は代表値で628 nmであり、スーパーレッドスペクトルに確実に位置し、ビニング範囲は627 nmから639 nmです。140mAにおける順方向電圧(Vf)は代表値で2.3V、範囲は1.75Vから2.75Vです。このパラメータは、電力損失がVf * Ifで計算されるため、ドライバ設計と熱管理において極めて重要です。代表的な条件では、これは約0.322W (2.3V * 0.14A)に相当します。

2.2 絶対最大定格と熱特性

デバイスの長寿命を確保するため、動作条件は絶対最大定格を決して超えてはなりません。最大連続順方向電流は250 mAであり、デバイスは非常に短いパルス(≤10 μs)に対して最大1000 mAのサージ電流を扱うことができます。最大接合温度(Tj)は150°Cであり、動作温度範囲は-40°Cから+125°Cと規定されており、過酷な自動車環境に適しています。熱管理は極めて重要です。接合部からはんだ付けポイントまでの熱抵抗(Rth JS)は、代表値で23 K/W（実測値）または16 K/W（電気的測定値）であり、半導体ダイからPCBへ熱がどれだけ効率的に伝達されるかを示しています。

3. ビニングシステムの説明

製造における色と輝度の一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。

3.1 光束ビニング

LEDは3つの光束ビンに分類されます：E6 (13-17 lm)、F7 (17-20 lm)、F8 (20-23 lm)。品番のMは中程度の輝度レベルを示し、通常はF7ビンに対応します。

3.2 順方向電圧ビニング

4つの電圧ビンが定義されています：1720 (1.75-2.0V)、2022 (2.0-2.25V)、2225 (2.25-2.5V)、2527 (2.5-2.75V)。これにより、設計者はマルチLEDアレイにおける電流マッチングのために、より厳密なVf公差を持つLEDを選択することができます。

3.3 主波長ビニング

色は波長ビンを通じて制御されます：2730 (627-630 nm)、3033 (630-633 nm)、3336 (633-636 nm)、3639 (636-639 nm)。代表値の628 nmは2730ビンに含まれます。

4. 性能曲線分析

4.1 IV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、光出力が電流に対して準線形的に増加することを示しており、最適な効率と寿命のために推奨される140mAで駆動することの重要性を強調しています。

4.2 温度依存性

相対光束対接合温度のグラフは、温度が上昇すると光出力が減少することを示しており、これはLEDの典型的な挙動です。相対順方向電圧対接合温度の曲線は負の傾きを持ち、温度が上昇するとVfが減少することを意味し、これは温度センシングに利用できます。相対波長シフトグラフは、温度の上昇に伴い主波長がわずかに増加する（赤方偏移）ことを示しています。

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、赤色領域（~628 nm）における狭くピークを持つ発光を確認しています。順方向電流デレーティング曲線は設計上極めて重要です：はんだパッド温度(Ts)が上昇するにつれて、最大許容連続電流を減らさなければならないことを示しています。例えば、最大Tsである125°Cでは、最大Ifは250 mAです。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 物理寸法

このLEDは標準的な2020 (2.0mm x 2.0mm) SMDフットプリントを持ちます。全体のパッケージ高さは約0.7mmです。詳細な機械図面には、レンズサイズやリードフレーム配置を含むすべての重要な寸法が規定されており、一般的な公差は±0.1mmです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付けと最適な熱性能を確保するために、ランドパターン設計が提供されています。この設計には、PCBへの効率的な熱伝達のための中央の熱放散パッドが含まれています。トゥームストーニングを防止し、適切な位置合わせを確保するために、このレイアウトに従うことが推奨されます。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

このLEDは標準的な赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応しています。IPC/JEDEC J-STD-020プロファイルに従い、最大はんだ付け温度は260°Cで、持続時間は30秒を超えてはなりません。湿気感受性レベル(MSL) 2に分類されており、使用前に周囲空気に1年以上さらされた場合はデバイスをベーキングする必要があります。デバイスは2kV人体モデル(HBM)定格であるため、適切なESD（静電気放電）取り扱い手順に従わなければなりません。

7. 梱包および注文情報

品番は特定の構造に従います：2020 - SR - 140 - D - M - AM.

• 2020: 製品ファミリー (2.0mm x 2.0mm)。
• SR: 色 (スーパーレッド)。
• 140: 試験電流 (mA単位)。
• D: リードフレームタイプ (白色反射材付き金メッキ)。
• M: 輝度レベル (中程度)。
• AM: 自動車用途を指定。

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

このLEDは、自動車照明のために明示的に設計されています。これには以下が含まれます：

• 外装照明：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（ストップ/テール機能）、サイドマーカーランプ。
• 内装照明：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。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧源ではなく定電流ドライバを使用してください。推奨動作点は140mAです。
• 熱管理：PCBは効果的に熱を放散するように設計されなければなりません。提供された熱抵抗値(Rth JS)を使用して、基板の熱性能と周囲条件に基づいて予想される接合温度上昇を計算してください。Tjを150°Cより十分に低く保ってください。
• 光学：120°の視野角は広範囲の照明に適しています。集光ビームのためには、二次光学部品（レンズ）が必要になる場合があります。
• 耐硫黄性：本デバイスは硫黄試験クラスA1を満たしており、大気中に硫黄汚染がある環境に適しています。

9. 技術比較と差別化

標準的な赤色LEDと比較して、スーパーレッドバリアントはより高い発光効率（ワット当たりのルーメン数が多い）と、より飽和した深い赤色（主波長約628nm、標準赤色は620-625nmまたはアンバーレッド）を提供します。AEC-Q102認定、拡張温度範囲(-40°C〜+125°C)、および耐硫黄性は、商業グレードアプリケーションではなく自動車用途での使用を正当化する重要な差別化要因です。金メッキリードフレーム（タイプD）の使用は、反射率と長期信頼性を向上させます。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: このLEDを250mAで連続駆動できますか？

A: デレーティング曲線に従い、はんだパッド温度(Ts)が25°C以下に維持される場合のみ可能です。より高い周囲温度を持つほとんどの実用的な自動車アプリケーションでは、250mAでの連続動作は熱限界を超える可能性が高いです。推奨動作電流は140mAです。

Q: 実測熱抵抗と電気的熱抵抗の違いは何ですか？

A: 電気的熱抵抗(Rth JS el)は、LED自身のVf温度係数をセンサーとして使用して測定されます。実測熱抵抗(Rth JS real)は外部センサーで測定されます。電気的方法はLEDではより一般的です。データシートは両方を提供しています。ほとんどの熱計算では、実測値(23 K/W)を使用する方がより保守的です。

Q: 注文のための光束ビニングをどのように解釈すればよいですか？

A: 品番は中程度(M)の輝度レベルを指定しています。重要なアプリケーションで正確な輝度マッチングが必要な場合は、標準のMグレードが範囲をカバーしているため、特定の光束ビン(E6, F7, F8)をサプライヤーに指定する必要があるかもしれません。

11. 設計および使用事例

シナリオ: CHMSL（センター・ハイマウント・ストップ・ランプ）の設計

設計者はCHMSLアレイに15個のLEDを必要としています。その輝度、色、自動車グレードのために2020-SR140DM-AMを選択します。140mAにおける代表的なVf 2.3Vを使用すると、15個のLEDの直列ストリングの合計電圧降下は34.5Vとなり、車両の12Vシステムからの昇圧コンバータが必要になります。あるいは、電流共有抵抗を持つ単一の定電流ドライバで駆動される並列ストリングを使用し、均一な輝度を確保するために同じVfビン（例：2022）からLEDを慎重に選択するかもしれません。PCBレイアウトには、熱放散のために熱放散パッドに接続された大きな銅箔を持つ推奨はんだパッドが組み込まれています。熱シミュレーションは、Rth JS 23 K/Wとリアウィンドウ内の予想最大周囲温度（例：85°C）を使用して実行され、長寿命のために接合温度が110°C以下に留まることを確認します。

12. 動作原理

これは半導体発光ダイオード(LED)です。バンドギャップ電圧（約2.3V）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（赤色発光のためには通常AlInGaP材料ベース）で再結合します。この再結合プロセスにより、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。半導体層の特定の組成が、放出される光の波長（色）を決定します。エポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力を成形して120度の視野角を実現します。

13. 技術トレンド

自動車LED市場は、より高い効率（ワット当たりのルーメン数が多い）に向けて進化を続けており、低消費電力と低熱負荷を可能にしています。また、より洗練されたライトデザインのための小型化（2020フットプリントより小さい）や、適応型照明のための複数のチップ（例：RGB）を単一パッケージに統合する傾向もあります。さらに、LiDARが豊富な環境でのレーザー光などの新しいストレッサーに対する強化された信頼性基準とテストがますます重要になっています。複雑な適応型走行ビーム(ADB)ヘッドライトにおけるLED制御のための標準化されたデジタルインターフェース（例：SPI, I2C）への移行も別の重要なトレンドですが、この特定の部品はアナログの電流駆動デバイスとして残っています。