2色AlInGaP SMD LED データシート - パッケージ寸法 - 緑色2.0V / 橙色2.0V - 75mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高輝度の2色表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の技術仕様を詳細に説明します。本デバイスは、単一パッケージ内に2つの異なるAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体チップを内蔵し、緑色と橙色の光を発光することが可能です。自動組立プロセスおよび現代のはんだ付け技術との互換性を考慮して設計されており、大量生産される電子機器の製造に適しています。

本製品の中核的な利点は、環境規制（RoHS）への適合、優れた輝度を実現する先進的なAlInGaP技術の採用、業界標準の実装・はんだ付け装置との幅広い互換性を保証する標準化されたパッケージフォーマットにあります。主なターゲット市場は、信頼性の高い2色表示が求められる、民生用電子機器、産業用インジケータ、自動車内装照明、および各種信号表示アプリケーションです。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界値以下または限界値での動作は保証されません。

• 電力損失（P_d）：周囲温度（T_a）25°Cにおいて、各色チップあたり75 mW。この値を超えると熱的過負荷のリスクがあります。
• 順方向電流：最大連続DC順方向電流（I_F）は30 mAです。80 mAのより高いピーク順方向電流は、過熱を防ぐためにパルス条件（1/10デューティ比、0.1msパルス幅）でのみ許容されます。
• 電流ディレーティング：周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、許容される最大DC順方向電流は0.4 mA/°Cの割合で直線的に減少します。これは高温環境における重要な設計上の考慮事項です。
• 逆方向電圧（V_R）：5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 温度範囲：デバイスは-55°Cから+85°Cの広い温度範囲内で動作および保管可能です。
• はんだ付け耐性：本LEDは、260°Cで5秒間のフローまたは赤外線はんだ付け、または215°Cで3分間の気相はんだ付けに耐えることができ、標準的なSMTリフロー工程に対する堅牢性を確認しています。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（T_a=25°C、I_F=20 mA）下で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 光度（I_V）：輝度の主要な尺度です。緑色チップの代表的な光度は35.0 mcd（最小18.0 mcd）であるのに対し、橙色チップは代表値90.0 mcd（最小28.0 mcd）と著しく高輝度です。光度は、人間の目の明所視応答（CIE曲線）に合わせてフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。
• 指向角（2θ_1/2）：両色とも約130度です。この広い指向角は拡散放射パターンを示しており、広範囲の角度から視認性が求められるアプリケーションに適しています。
• 波長：緑色チップの代表的主波長（λ_d）は571 nm、ピーク発光波長（λ_p）は574 nmです。橙色チップは、代表的なλ_d605 nmおよびλ_p611 nmで発光します。スペクトル半値幅（Δλ）は、緑色で約15 nm、橙色で約17 nmであり、色純度を定義します。
• 順方向電圧（V_F）：20 mA時、両色とも代表値2.0 V、最大2.4 Vです。この低電圧は一般的なロジックレベル電源と互換性があります。
• 逆方向電流（I_R）：5 V逆バイアス時、最大10 μAであり、良好な接合品質を示しています。
• 静電容量（C）：0Vバイアス、1 MHz時、代表値40 pFです。これは高周波スイッチングアプリケーションに関連します。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、生産ロット内での一貫性を確保するために、光度と主波長に基づいてビンに分類されます。設計者はビンを指定することで、製品内での均一な外観を実現できます。

3.1 光度ビニング

緑色チップの場合、ビンはM（18.0-28.0 mcd）からQ（71.0-112.0 mcd）の範囲です。橙色チップの場合、ビンはN（28.0-45.0 mcd）からR（112.0-180.0 mcd）の範囲です。各ビン内には±15%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング（緑色のみ）

緑色LEDは、主波長によってさらにビン分けされます：ビンC（567.5-570.5 nm）、ビンD（570.5-573.5 nm）、ビンE（573.5-576.5 nm）。各ビンには±1 nmの許容差があります。これにより、重要なアプリケーションでの精密な色合わせが可能になります。

4. 性能曲線分析

データシート内で特定のグラフが参照されていますが（図1、図6）、このようなデバイスの代表的な曲線は以下の関係を示します：

• I-V曲線：順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示します。曲線は代表的なV_F2.0V付近に明確な膝を持ちます。
• 光度 vs. 順方向電流：通常の動作範囲（定格DC電流まで）では、光度は電流にほぼ比例して増加します。
• 光度 vs. 周囲温度：内部量子効率の低下により、温度が上昇すると光度は一般的に減少します。0.4 mA/°Cのディレーティング係数は、この効果を電気的に補償するために使用されます。
• スペクトル分布：相対放射パワー対波長のプロットで、指定された半値幅を持つλ_p（緑色は574nm、橙色は611nm）に単一のピークを示します。

5. 機械的・包装情報

5.1 パッケージ寸法と極性

デバイスはEIA標準のSMDパッケージ外形に準拠しています。ピン割り当ては明確に定義されています：ピン1と3は緑色チップ用、ピン2と4は橙色チップ用です。レンズはウォータークリアです。特に指定がない限り、すべての寸法公差は±0.10 mmです。

5.2 推奨はんだパッド設計

信頼性の高いはんだ接合の形成、適切な位置合わせ、およびリフロー工程中および後の十分な機械的強度を確保するために、ランドパターンの推奨が提供されています。このパターンに従うことは、製造歩留まりにとって極めて重要です。

6. はんだ付け・組立ガイド

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

赤外線（IR）リフローを使用した標準（SnPb）および鉛フリー（SnAgCu）はんだプロセスの両方について、詳細な推奨プロファイルが提供されています。主要なパラメータには、予熱ゾーン、液相線温度以上の時間、ピーク温度（最大240°C推奨）、冷却速度が含まれます。これらのプロファイルは、熱衝撃を防止し、LEDパッケージを損傷することなく信頼性の高いはんだ接続を確保するために不可欠です。

6.2 保管と取り扱い

• 保管：LEDは、30°C以下、相対湿度70%以下の条件で保管する必要があります。防湿包装から取り出した部品は、1週間以内にリフローするか、それ以上保管する場合は使用前にベーキングを行う必要があります。
• 洗浄：必要に応じて、洗浄は室温で1分未満、エチルアルコールやイソプロピルアルコールなどの指定溶剤でのみ行うべきです。指定外の化学薬品はエポキシレンズを損傷する可能性があります。
• ESD対策：デバイスは静電気放電に敏感です。取り扱い手順には、接地されたリストストラップや帯電防止マットの使用、すべての装置が適切に接地されていることを確認することが含まれます。

7. 包装・発注情報

LEDは、業界標準の8mmテープに巻かれた7インチ径リールで供給されます。各リールには3000個が含まれます。テープ＆リール仕様はANSI/EIA 481-1-A-1994に準拠しています。主要な包装上の注意点には、空のポケットはシールされていること、残数の最小発注数量は500個であること、リールあたり連続して最大2個の部品欠品が許容されることが含まれます。

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

この2色LEDは、2つの異なる状態（例：電源オン/スタンバイ、動作中/アラーム）を色で表示する必要がある、ステータスインジケータ、ボタンやアイコンのバックライト、自動車のダッシュボード照明、民生用家電の表示、産業用制御パネルの信号表示などに最適です。

8.2 回路設計上の考慮事項

駆動方法：LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列に駆動する際に均一な輝度を確保するためには、強く推奨します、各LEDに直列に個別の電流制限抵抗を使用することです（回路モデルA）。個別の抵抗なしでLEDを並列に駆動すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLED間の順方向電圧（V_F）特性のわずかなばらつきが、大きな電流の不均衡と輝度の不均一を引き起こす可能性があるためです。

直列抵抗値（R_s）はオームの法則を使用して計算できます：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。ここで、I_Fは所望の動作電流（例：20 mA）です。

9. 技術比較・差別化

このLEDの主要な差別化要因は、単一のコンパクトなSMDパッケージ内での2色発光機能と、AlInGaP技術の採用です。従来の標準GaPなどの技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ入力電流に対してより高い輝度を実現します。2つのチップを統合することで、2つの別々の単色LEDを使用する場合と比較して、基板スペースを節約し、組立を簡素化します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 緑色と橙色の両方のチップを、それぞれの最大DC電流（30mA）で同時に駆動できますか？

A: できません。絶対最大電力損失はチップあたり75 mWです。30 mAおよび代表的なV_F2.0Vでは、チップあたりの電力は60 mWであり、これは定格内です。しかし、両方をフルパワーで同時に駆動すると、非常に小さなパッケージ内で合計120 mWの熱が発生し、これはデバイスおよびPCB全体の熱放散能力を超える可能性が高いです。熱ディレーティング曲線を参照し、両色を同時に駆動する場合はより低い駆動電流またはパルス動作を検討してください。

Q: なぜ並列接続された各LEDに個別の電流制限抵抗が必要なのですか？

A: LEDの順方向電圧（V_F）には、同じビン内であっても自然なばらつきがあります。個別の抵抗なしで並列接続すると、わずかにV_Fが低いLEDが不均衡に多くの電流を引き込み、より明るく、より高温になり、故障を引き起こし、連鎖的に残りのLEDにさらに電流が流れる可能性があります。直列抵抗は、電流が主に抵抗値と電源電圧によって設定されることを保証し、システムをはるかに安定かつ信頼性の高いものにします。

Q: ウォータークリアレンズは色の見え方にどのような影響を与えますか？

A: ウォータークリア（非拡散）レンズは、内部で光を散乱させません。これにより、軸上で直接見た場合、より焦点の合ったホットスポットのような外観になり、チップ構造がしばしば見えます。これは軸上光度を最大化しますが、光を散乱させてより広く均一な指向角と目立たないチップ構造を提供する拡散（ミルキー）レンズと比較して、視認のスイートスポットは狭くなります。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：携帯機器用の2状態インジケータを設計します。緑色は充電完了、橙色は充電中を示します。デバイスは3.3V電源ラインで動作します。

設計手順：

1. 電流選択：駆動電流を選択します。良好な視認性と長寿命のために、最大定格30 mAを十分に下回る15 mAを選択します。

2. 抵抗計算：

- 緑色用：R_{s_green}= (3.3V - 2.0V) / 0.015 A = 86.7 Ω。標準の86.6 Ω（1%）または91 Ω（5%）抵抗を使用します。

- 橙色用：R_{s_orange}= (3.3V - 2.0V) / 0.015 A = 86.7 Ω。同じ値を使用します。

3. 回路：緑色のアノード（ピン1または3）を、充電完了ロジック信号で制御されるトランジスタ/MOSFETを介して3.3Vラインに接続し、87Ω抵抗を直列に接続します。橙色のアノード（ピン2または4）も同様に、充電中信号で制御して接続します。すべてのカソードをグランドに接続します。

4. レイアウト：推奨されるはんだパッドレイアウトに従います。特に状態遷移時に両方のLEDが短時間点灯する可能性がある場合、LEDパッド周囲に十分な銅面積を確保してヒートシンクとして機能するようにPCBを設計します。

12. 技術原理の紹介

AlInGaPは、赤色、橙色、黄色、緑色スペクトルで発光する高輝度LEDの活性領域に使用されるIII-V族半導体化合物です。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を調整することで、材料のバンドギャップを精密に設計でき、これが直接発光の波長（色）を決定します。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。AlInGaPにおけるこの放射再結合の効率は非常に高く、従来技術と比較して優れた発光効率をもたらします。2色パッケージには、リードフレーム上に実装され、透明なエポキシレンズで封止された、2つのこのような独立してアドレス可能な半導体チップが収められています。

13. 業界動向と発展

光エレクトロニクス業界は、より高い効率（ワットあたりのルーメン）、改善された演色性、およびより大きな小型化を追求し続けています。AlInGaPが長波長可視スペクトルを支配する一方で、InGaN（インジウム・ガリウム・窒化物）技術は青色、緑色、白色LEDで広く普及しています。本製品に関連する動向には、鉛フリーはんだ付けプロセスの採用拡大（提供されたプロファイルに対応）、光学出力を維持または向上させたより小さなパッケージフットプリントへの需要、LEDパッケージへのより複雑な機能（アドレス可能なRGB LED用の内蔵ICなど）の統合が含まれます。自動車および産業アプリケーションにおける信頼性と標準化された試験への重点も、このような2色LEDなどの部品に対するより厳格なビニングおよび認定手順を推進しています。