2820-SR3501H-AM スーパーレッドLED データシート - サイズ 2.8x2.0mm - 電圧 2.45V - 電力 0.86W - 日本語技術文書

1. 製品概要

2820-SR3501H-AMシリーズは、厳しい自動車照明アプリケーション向けに特別に設計された高輝度表面実装型スーパーレッドLEDです。この部品は、自動車グレードの厳格な信頼性および性能基準を満たすように設計された製品ファミリーの一部です。その主な機能は、車両内の各種信号・照明機能に対して、信頼性が高く効率的で強力な赤色光源を提供することです。

このLEDの中核的な利点は、AEC-Q102規格に準拠した自動車環境向けの堅牢性と、標準駆動電流における45ルーメン（標準値）という高い光束出力です。本デバイスは120度の広い視野角を特徴とし、広角での光分布が求められるアプリケーションに適しています。RoHS、REACH、ハロゲンフリー指令に準拠しており、現代の環境・安全規制を反映しています。

ターゲット市場は自動車照明に限定され、車内環境照明、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、その他明確な赤色と高い信頼性が最も重要となる信号機能などが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 測光・光学特性

測光性能は、350 mAで駆動した場合の標準光束（Φ_v）45ルーメンを中心としています。この測定値の許容差は±8%で、熱パッド温度が25°Cに安定した状態で測定されます。主波長（λ_d）は標準632 nmで、そのスーパーレッドの色度点を定義し、指定範囲は627 nmから639 nm、測定許容差は±1 nmです。空間的光分布は、120度の広い視野角（2φ）で特徴付けられ、許容差は±5度です。この広いビームは、様々な角度からの良好な視認性が必要なアプリケーションに理想的です。

2.2 電気的特性

順方向電圧（V_F）は重要な電気的パラメータであり、350 mA時で標準2.45 V、範囲は2.00 Vから2.75 V、測定許容差は±0.05 Vです。デバイスは連続順方向電流（I_F）最大500 mAで定格されており、サージ条件（パルス幅≤10 μs、デューティサイクル0.005）での絶対最大値は1500 mAです。重要な点として、このLEDは逆方向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。

2.3 熱的特性

熱管理はLEDの性能と寿命にとって極めて重要です。接合部-はんだ付け点間熱抵抗（R_thJS）は、2つの方法で規定されています：実測による標準値12.8 K/W（最大16.2 K/W）と、電気的測定による標準値10 K/W（最大13 K/W）です。最大許容接合温度（T_J）は150°Cです。デバイスは周囲温度-40°Cから+125°Cの範囲で動作・保管可能です。特に高電流で動作する場合、接合温度を安全限界内に維持するためには適切な放熱が不可欠です。

2.4 信頼性・環境定格

本LEDは、いくつかの重要な信頼性基準を満たしています。ESD耐性は2 kV（人体モデル、HBM）で、これは自動車部品の標準です。自動車アプリケーションにおける個別光半導体の世界的標準であるAEC-Q102 Revision Aに準拠しています。さらに、硫黄試験基準クラスA1を満たしており、腐食性硫黄環境に対する耐性を示しています。本コンポーネントはRoHS、REACHに準拠し、ハロゲンフリー（Br<900 ppm、Cl<900 ppm、Br+Cl<1500 ppm）です。湿気感受性レベル（MSL）は2です。

3. ビニングシステムの説明

製造時の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。2820-SR3501H-AMは3つの独立したビニング基準を使用します。

3.1 光束ビニング

LEDは、350 mA時の光出力に基づいてグループ分けされます。このシリーズの標準ビンはF3で、光束範囲は39 lm（最小）から45 lm（最大）です。その他の利用可能なビンにはF4（45-52 lm）やF5（52-60 lm）があります。これにより、設計者はアプリケーションに適した輝度レベルを選択できます。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、回路設計と電源マッチングを支援するためにビニングされます。ビンには2022（2.00-2.25 V）、2225（2.25-2.50 V）、2527（2.50-2.75 V）が含まれます。V_Fビンを知ることで、消費電力と熱負荷をより正確に予測できます。

3.3 主波長ビニング

色（主波長）はビニングを通じて厳密に管理されます。グループは2730（627-630 nm）、3033（630-633 nm）、3336（633-636 nm）、3639（636-639 nm）として定義されます。これにより、アレイ内の個々のLED間の色ずれを最小限に抑え、美的および信号用途において極めて重要です。

4. 性能曲線分析

4.1 IV特性と相対光束

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。350 mA時、標準V_Fは2.45Vです。相対光束対順方向電流の曲線は、光出力が低電流時にはサブリニアであり、電流が増加するにつれてよりリニアになり、最大定格電流付近でプラトーに近づくことを示しています。これは、最適な効率を得るために、LEDを推奨電流付近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

性能グラフは温度の影響を明確に示しています。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V_Fが減少することを意味します（赤色LEDでは標準-2 mV/°C）。これは接合温度モニタリングに利用できます。相対光束対接合温度の曲線は、温度が上昇すると光出力が大幅に減少することを示しており、これはサーマルドループとして知られる現象です。相対波長対接合温度の曲線は、主波長が温度とともにわずかにシフトすることを示しており（AlInGaP赤色LEDでは標準0.03-0.05 nm/°C）、この材料系では一般的に最小限です。

4.3 順方向電流デレーティングとパルス耐性

順方向電流デレーティング曲線は、熱設計において極めて重要です。これは、はんだパッド温度（T_S）の関数としての最大許容連続順方向電流を示しています。最大動作T_S125°Cでは、最大I_Fは500 mAです。150°Cの接合部限界を超えないようにするため、より高いパッド温度では電流を減らす必要があります。許容パルス耐性グラフは、パルス動作に関するガイダンスを提供し、はんだ付け点が25°Cの状態で、所定のパルス幅（t_FP）とデューティサイクル（D）に対して許容されるピークパルス電流（I_p）を示しています。

4.4 分光分布

相対分光分布グラフは、このスーパーレッドLEDの単色性を確認しています。発光は632 nmを中心とした狭い帯域に集中しており、青色や緑色領域での発光は事実上ありません。これにより、高飽和度の赤色が得られ、色純度が規制される自動車信号機能に理想的です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

LEDは2820表面実装デバイス（SMD）パッケージを使用しています。名称はおおよその寸法を示しています：長さ2.8 mm、幅2.0 mm。正確な機械図面には、全高、レンズ形状、リードフレーム配置などの詳細寸法が記載されています。特に指定がない限り、公差は通常±0.1 mmです。パッケージは自動実装機との互換性を考慮して設計されています。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

PCB設計用に専用のランドパターン（フットプリント）が提供されています。このパターンは、リフローはんだ付け時の信頼性の高いはんだ接合部の形成と、LEDの熱パッドからPCBへの効果的な熱伝達のために最適化されています。この推奨レイアウトに従うことは、機械的安定性、電気的性能、そして最も重要な熱管理にとって不可欠です。パッド設計には、放熱器として機能する露出した熱ビアまたは銅箔が含まれます。

5.3 極性識別

データシートの機械図面には、アノード端子とカソード端子が示されています。通常、パッケージにはカソードを識別するための切り欠き、ドット、面取りされた角などのマーキングがあります。逆接続は動作を妨げ、デバイスを損傷する可能性が高いため、実装時には正しい極性を守らなければなりません。

6. はんだ付け・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

LEDを損傷することなく確実に取り付けるために、詳細なリフローはんだ付けプロファイルが提供されています。プロファイルは、プリヒートスロープ、ソーク時間と温度、液相線以上時間（TAL）、ピーク温度、冷却速度などの主要パラメータを規定しています。絶対最大はんだ付け温度は260°C、30秒です。熱衝撃、デラミネーション、はんだ接合部欠陥を避けるため、このプロファイルに従うことが重要です。

6.2 使用上の注意点

一般的な注意事項には以下が含まれます：レンズへの機械的ストレスの回避、光学面の汚染防止、適切なESD取り扱い手順の使用（2kV HBM定格のため）、使用前にMSL 2定格に従ってデバイスを乾燥環境で保管すること。デレーティング曲線に示されているように、LEDは50 mA以下で動作させないでください。

6.3 保管条件

コンポーネントは、乾燥剤入りの元の防湿バッグに収納し、-40°Cから+125°Cの温度範囲で、腐食性のない環境で保管する必要があります。バッグを開封した後、MSL 2定格のコンポーネントは特定の時間内（通常、<30°C/60% RHで1年）に実装するか、メーカーの指示に従って再ベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、リフロー時のポップコーン現象を防止する必要があります。

7. 梱包・発注情報

7.1 梱包仕様

LEDはテープ&リールで供給され、これは自動SMD実装の標準です。梱包情報には、リール寸法、テープ幅、ポケット間隔、コンポーネントの向きが詳細に記載されています。これにより、実装ラインの標準フィーダーシステムとの互換性が確保されます。

7.2 型番体系

型番2820-SR3501H-AMは以下のように解読されます：

• 2820：製品ファミリーおよびパッケージサイズ（2.8mm x 2.0mm）。
• SR：色（スーパーレッド）。
• 350：テスト電流（ミリアンペア単位、350 mA）。
• 1：リードフレームタイプ（1 = 金メッキ）。
• H：輝度レベル（H = 高輝度）。
• AM：自動車用途グレードを指定。

この命名規則により、コンポーネントの主要属性を正確に識別できます。

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自動車照明です。具体的な用途には以下が含まれます：

• 外部信号：リアテールランプ、ブレーキランプ、センター・ハイマウント・ストップ・ランプ（CHMSL）、ターンシグナル。
• 室内照明：ダッシュボードバックライト、スイッチ照明、環境照明、警告表示灯。

AEC-Q102準拠と耐硫黄性により、極端な温度、湿度、化学物質の暴露が懸念される過酷なボンネット下や外部の場所にも適しています。

8.2 設計上の考慮点

駆動回路：安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧源よりも定電流ドライバーを強く推奨します。ドライバーはV_Fビン範囲に対応できるように設計する必要があります。

熱管理は設計上最も重要な側面です。PCBは、LEDのはんだパッドから放熱器または基板のグランドプレーンへの適切な熱経路を提供しなければなりません。提供された熱抵抗（R_thJS）とデレーティング曲線を使用して、最悪条件下でもT_Jを150°C未満に保つために必要な熱設計を計算します。

光学設計：120度の視野角は、均一な発光外観や集光信号など、特定のアプリケーションのためにビームを形成するために、二次光学部品（レンズ、導光板）を必要とする場合があります。

9. 技術比較と差別化

標準的な民生用赤色LEDと比較して、2820-SR3501H-AMシリーズは自動車用途において明確な利点を提供します：

• 信頼性：AEC-Q102準拠には、民生用仕様をはるかに超える厳格なストレステスト（高温動作寿命、温度サイクル、耐湿性など）が含まれます。
• 拡張温度範囲：-40°Cから+125°Cでの動作は自動車環境に不可欠ですが、民生用LEDは通常+85°Cが上限です。
• 色・光束ビニング：より厳密なビニングにより、車両の照明アセンブリ内のすべてのユニット間で外観と性能の一貫性が確保されます。
• 耐硫黄性：クラスA1硫黄試験準拠により、一部の自動車環境（タイヤや特定のシールなどから発生）で見られる硫黄含有ガスによる腐食から保護します。
• トレーサビリティ：自動車グレードコンポーネントは通常、サプライチェーン全体でより厳格なトレーサビリティ要件があります。

その主な差別化要因は、自動車エコシステム向けのこの認定された堅牢性です。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: このLEDを12Vの自動車バッテリーから直接駆動できますか？

A: できません。LEDには定電流ドライバーが必要です。12Vに直接接続すると、壊滅的な過電流が発生し、即座に故障します。電流を350 mA（または仕様内の他の希望レベル）に調整する駆動回路（リニアまたはスイッチング）が必須です。

Q: 金メッキリードフレーム（タイプ1）の目的は何ですか？

A: 金メッキは、優れた耐食性と長期間にわたる優れたはんだ付け性を提供し、過酷な自動車環境での長期信頼性にとって重要です。また、安定した低抵抗の電気的接続を確保します。

Q: 2つの異なる熱抵抗値（実測 vs. 電気的測定）をどのように解釈すればよいですか？

A: 実測値（12.8 K/W）は熱試験法を用いて直接測定されたものです。電気的測定値（10 K/W）は、温度に敏感な順方向電圧特性から導出されたものです。保守的な熱設計のためには、計算においてより高い実測値または規定の最大値（16.2 K/W）を使用することをお勧めします。

Q: 放熱器は常に必要ですか？

A: 駆動電流、周囲温度、PCB設計によって異なります。全電流500 mAおよび/または高い周囲温度では、接合温度限界内に収めるために、効果的な熱経路（PCBを介して放熱器または大きな銅面積へ）が絶対に必要です。低電流で涼しい環境では、PCB自体で十分な場合があります。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: ハイマウントブレーキランプ（CHMSL）アレイの設計。

設計者は、10個のLEDを使用してCHMSLを作成する必要があります。目標は、均一な輝度と色で、車両の12Vシステムから動作し、最大はんだ付け点温度が100°Cです。

手順:

1. 電気設計：合計約3.5A（10 x 350mA）を供給できる定電流ドライバーを選択します。ドライバー出力電圧は、直列接続されたLEDの最大V_Fの合計よりも高くなければなりません。V_F(max)=2.75VのLEDを10個直列に接続する場合、ドライバーは>27.5Vの出力が必要です。または、バラスト抵抗付きの並列ストリングまたは個別のドライバーを使用します。
2. 熱設計：デレーティング曲線を使用し、T_S=100°Cでは、最大連続I_Fは約520 mAであるため、350 mAは安全です。接合部から周囲への必要な熱インピーダンスを計算します：ΔT = T_J(max)- T_S= 150°C - 100°C = 50°C。LEDあたりの電力P_D≈ I_F* V_F= 0.35A * 2.45V = 0.8575W。必要なR_thJA≤ ΔT / P_D= 50°C / 0.8575W ≈ 58.3 K/W。R_thJSが約12.8 K/Wであるため、PCBと環境はR_thSA≤ 45.5 K/Wを提供しなければなりません。
3. 光学/機械：推奨パッドレイアウトに従ってLEDをPCB上に配置します。規制で要求されるように、10個の個別光源からの光を1つの均一な光のバーに融合するための導光板または拡散板を設計します。
4. ビニング：すべての10個のLEDが密接に一致するように、光束（例：F3またはF4）と主波長（例：3033）について厳密なビンを指定します。

12. 動作原理

2820-SR3501H-AMは、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料系に基づいています。p-n接合に材料の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に注入されます。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。AlInGaP層の特定の組成は、約632 nmを中心とする波長の光子を生成するように設計されており、人間の目には飽和した赤色として知覚されます。エポキシレンズは半導体チップを封止し、環境保護を提供し、発光を120度の視野角に形成します。

13. 技術トレンド

赤色信号機能を含む自動車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数の増加）、増大した電力密度（より小さなパッケージでより高い光出力）、および強化された信頼性に向かっています。また、診断および通信機能（例：LINまたはCANバス経由）を備えた統合スマートLEDドライバーへの移行もあります。さらに、標準化されたスケーラブルな照明モジュールへの要請が、パッケージおよび光学設計に影響を与えています。2820パッケージは成熟した信頼性の高いプラットフォームを表していますが、新しい設計では、さらなる設計の柔軟性と性能のために、チップスケールパッケージ（CSP）や統合マルチチップモジュールに焦点を当てる可能性があります。