2色SMD LED データシート - AlInGaPチップ - 緑色 & 赤色 - 30mA - 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）LEDの技術仕様を詳細に説明します。本デバイスは、1つのパッケージ内に2つの独立した半導体チップを内蔵しています：1つは緑色光を、もう1つは赤色光を発光します。先進的なAluminium Indium Gallium Phosphide（AlInGaP）チップ技術を採用したこのLEDは、コンパクトな単一コンポーネントのフットプリントから2つの異なる色の表示を必要とするアプリケーション向けに設計されています。その主な利点は、高い発光強度、自動組立プロセスとの互換性、および環境規格への準拠です。

LEDは業界標準の8mmテープにパッケージングされ、7インチリールに供給されるため、大量生産の自動ピックアンドプレース製造ラインに適しています。赤外線や気相リフローを含む各種はんだ付けプロセスと互換性があり、グリーン製品として分類され、関連する環境指令を満たしています。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、周囲温度（Ta）25°Cの条件下で定義されます。緑色チップと赤色チップは同一の最大定格を共有し、対称的な性能と設計上の安全マージンを確保しています。

• 電力損失：チップあたり75 mW。このパラメータは、連続動作時にLEDが安全に熱として放散できる最大電力を定義します。
• ピーク順電流：80 mA、パルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で許容されます。この定格は、マルチプレクシングや短時間の高強度信号表示アプリケーションにとって重要です。
• DC順電流：30 mA。これは、信頼性の高い長期動作のための推奨最大連続順電流です。
• 電流ディレーティング：25°Cから0.4 mA/°Cの線形ディレーティング。25°Cを超える摂氏1度ごとに、最大許容連続電流を0.4 mA減少させ、熱的過負荷を防止する必要があります。
• 逆電圧：5 V。逆方向でこの電圧を超えると、LEDチップに即時的かつ不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。
• 温度範囲：動作および保管温度範囲は-55°Cから+85°Cであり、産業用および広範な環境アプリケーションへの適合性を示しています。
• はんだ付け耐性：デバイスは、260°Cで5秒間のウェーブまたは赤外線はんだ付け、および215°Cで3分間の気相はんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

Ta=25°C、標準試験電流（IF）2 mAで測定されたこれらのパラメータは、LEDの中核的性能を定義します。

• 光度（Iv）：両色とも最小1.8 mcd、標準2.5 mcd。これは、CIE比視感度（人間の目）応答曲線にフィルタリングされたセンサーで測定された光出力の知覚される明るさです。
• 指向角（2θ1/2）：標準130度。この広い指向角は、広い視野角から可視性が必要な状態表示器に適した、拡散型の非集光発光パターンを示しています。
• ピーク波長（λP）：緑色：570 nm（標準）。赤色：636 nm（標準）。これは、スペクトルパワー出力が最大となる波長です。
• 主波長（λd）：緑色：569 nm（標準）。赤色：633 nm（標準）。これは、CIE色度図から導き出された、LEDの知覚される色を最もよく表す単一波長です。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：緑色：15 nm（標準）。赤色：20 nm（標準）。これはスペクトル純度を定義します。狭い帯域幅は、より飽和した純粋な色を示します。
• 温度依存性：緑色：1.8V（標準）、2.2V（最大）。赤色：1.7V（標準）、2.2V（最大）。指定電流を流したときのLED両端の電圧降下です。回路設計と電源選択にとって重要です。
• 逆電流（IR）：VR=5V時、最大10 μA。オフ状態における接合部のリークの尺度です。
• 静電容量（C）：VF=0V、f=1MHz時、標準40 pF。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は性能ビンに分類され、生産ロット内の一貫性を確保します。設計者は、正確なアプリケーション要件を満たすためにビンを指定できます。

3.1 光度ビニング

緑色チップと赤色チップは同じ強度ビンコードを使用します。各ビン内の許容差は+/-15%です。

• ビンコード G：1.80 mcd（最小）から 2.80 mcd（最大） @ 2mA。
• ビンコード H：2.80 mcd（最小）から 4.50 mcd（最大） @ 2mA。
• ビンコード J：4.50 mcd（最小）から 7.10 mcd（最大） @ 2mA。

3.2 主波長ビニング（緑色のみ）

緑色チップのみ、色の一貫性を制御するために指定された波長ビンがあります。各ビンの許容差は+/- 1nmです。

• ビンコード C：567.5 nm から 570.5 nm。
• ビンコード D：570.5 nm から 573.5 nm。
• ビンコード E：573.5 nm から 576.5 nm。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線（例：図1、図6）が参照されていますが、その典型的な特性は、技術と指定パラメータに基づいて記述できます。

順電流対順電圧（I-V曲線）：AlInGaP LEDは特徴的な指数関数的I-V関係を示します。約1.8Vの標準VF値は、他のいくつかの半導体材料と比較して比較的低い動作電圧を示しています。曲線は、しきい値電圧で急峻なターンオンを示し、その後、電圧が電流とほぼ直線的に増加する領域が続きます。

光度対順電流（L-I曲線）：光出力は、推奨動作範囲（最大30mA DC）では一般に電流に対して線形です。ただし、より高い電流では、熱効果や半導体内の他の非線形性により効率が低下する可能性があります。

Temperature Dependence:LEDの光度は、一般に接合温度の上昇とともに減少します。指定された電流ディレーティング係数（0.4 mA/°C）は、この熱的挙動の直接的な結果であり、信頼性を維持するために実施されます。順電圧も負の温度係数を持ち、温度が上昇するとわずかに減少することを意味します。

スペクトル分布：標準ピーク570 nm、狭い15 nm帯域幅の緑色チップは、飽和した緑色光を生成します。ピーク636 nm、20 nm帯域幅の赤色チップは、標準的な赤色を生成します。これらの波長は、人間の目の高感度領域内に十分に収まっています。

5. 機械的・パッケージング情報

5.1 デバイス寸法とピン割り当て

LEDはEIA標準SMDパッケージフットプリントに準拠しています。レンズはウォータークリアです。2チップの内部ピン割り当ては以下の通りです：

• 緑色チップ：ピン1と3に接続。
• 赤色チップ：ピン2と4に接続。

この構成により、2つのLEDを完全に独立して駆動できます。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 推奨はんだパッドレイアウト

適切なはんだ接合部の形成、機械的安定性、およびリフロー工程中の熱緩和を確保するために、推奨ランドパターン（はんだパッド寸法）が提供されています。このレイアウトに従うことは、信頼性の高い表面実装接続を実現し、トゥームストーニングや位置ずれを防止するために重要です。

5.3 テープおよびリールパッケージング

デバイスは、8mm幅のエンボス加工キャリアテープで供給されます。主要なパッケージング仕様は以下の通りです：

• リールサイズ：直径7インチ。
• リールあたり数量：3000個。
• 最小発注数量（MOQ）：残数については500個。
• カバーテープ：空のコンポーネントポケットはトップカバーテープで密封されます。
• 欠品：パッケージング標準により、連続する最大2個のLED欠品が許容されます。
• 標準：パッケージングはANSI/EIA 481-1-A-1994仕様に準拠しています。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 推奨リフロープロファイル

2つの推奨赤外線（IR）リフローはんだ付けプロファイルが提供されています：1つは標準（スズ-鉛）はんだプロセス用、もう1つは鉛フリー（Pbフリー）はんだプロセス用です。鉛フリープロファイルは、特にSn-Ag-Cu（SAC）合金はんだペースト使用向けに設計されています。両プロファイルは、LEDパッケージに過度の熱ストレスを与えることなく適切なはんだ接合部を形成するために、予熱温度と時間、ピーク温度、液相線以上の時間などの重要なパラメータを定義します。

6.2 一般はんだ付け条件

• リフローはんだ付け：予熱：120-150°C、最大120秒。ピーク温度：最大240°C。液相線以上の時間：最大10秒。
• ウェーブはんだ付け：予熱：最大100°C、最大60秒。はんだウェーブ：最大260°C、最大10秒。
• 手はんだ付け（はんだごて）：温度：最大300°C。はんだ付け時間：接合部あたり最大3秒（1回のみ）。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された化学薬品のみを使用してください。指定外の化学薬品はLEDパッケージ材料を損傷する可能性があります。LEDを常温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することを推奨します。

6.4 保管および取り扱い

• 保管環境：30°Cおよび相対湿度70%を超えないようにしてください。
• 湿気感受性：元の防湿包装から取り出したLEDは、1週間以内にリフローはんだ付けする必要があります。元の袋の外で長期間保管する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素デシケーターに保管する必要があります。
• ベーキング：袋の外で1週間以上保管された部品は、組立前に約60°Cで少なくとも24時間ベーキングし、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止する必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

この2色LEDは、単一点からのマルチステータス表示を必要とするアプリケーションに最適です。例：

• 状態表示器：電源（緑=オン、赤=オフ/エラー）、ネットワークアクティビティ、バッテリー充電状態（赤=充電中、緑=満充電）。
• 民生用電子機器：家電製品、オーディオ/ビデオ機器、コンピュータ周辺機器の表示器。
• 産業用制御パネル：機械状態表示（緑=運転中、赤=停止/故障）。
• 自動車室内照明：2機能ダッシュボードまたはコンソール表示器。

7.2 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。均一な輝度を確保するため、特に複数のLEDを並列に使用する場合、強く推奨します各LEDに直列電流制限抵抗を使用すること（回路モデルA）。電圧源から複数のLEDを直接並列駆動すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLED間の順電圧（VF）特性のわずかな変動が、電流分担、ひいては輝度に大きな差を引き起こすためです。

直列抵抗（R_s）の値は、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V_Fは所望の電流I_F.

におけるLEDの順電圧です。

7.3 静電気放電（ESD）保護

• LEDは静電気放電に敏感であり、半導体接合部を劣化または破壊する可能性があります。取り扱いおよび組立中には以下の予防措置を講じる必要があります：
• 作業者は接地リストストラップまたは帯電防止手袋を着用してください。
• すべてのワークステーション、工具、および設備は適切に接地してください。
• 作業面には導電性または帯電防止マットを使用してください。

LEDはESD保護包装で保管および輸送してください。

8. 技術比較・差別化この製品の主要な差別化機能は、単一SMDパッケージでの2色機能および.

AlInGaPチップ技術の使用

• です。単色LEDと比較して、このデバイスはPCBスペースを節約し、部品点数を削減し、2色を必要とするアプリケーションの組立を簡素化します。他の2色技術（例：蛍光体を有する単一チップ）と比較して、2つの独立したAlInGaPチップの使用には以下の利点があります：色飽和度：
• AlInGaPは、蛍光体変換を必要とせずに高度に飽和した純粋な緑色と赤色を提供し、より高い色純度をもたらします。効率：
• AlInGaPは高い外部量子効率で知られており、特に赤色および琥珀色領域で、デバイスの高輝度に貢献します。独立制御：

2つのチップは電気的に絶縁されており、色、輝度、点滅パターンを完全に独立して制御できます。

9. よくある質問（FAQ）

Q1: 緑色と赤色のLEDをそれぞれ最大DC電流（30mA）で同時に駆動できますか？

A1: はい、ただし総電力損失を考慮する必要があります。30mAで、標準VFが1.8V（緑）、1.7V（赤）の場合、総電力は約（0.03A * 1.8V）+（0.03A * 1.7V）= 0.105Wまたは105 mWとなります。これは個々のチップ定格75 mWを超えています。したがって、全電流での同時動作には、接合温度が安全限界内に収まるように、周囲温度とPCBレイアウトに基づく熱管理またはディレーティングが必要になる場合があります。

Q2: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A2: ピーク波長（λP）は、LEDが最も多くの光パワーを発光する物理的波長です。主波長（λd）は、知覚される色を単一波長として表すCIE色度図に基づく計算値です。AlInGaP LEDのような単色光源では、これらは非常に近いことが多いですが、アプリケーションにおける色指定に関してはλdがより関連性の高いパラメータです。

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: 所望の強度ビン（例：最高輝度の場合はJ）および緑色チップの場合は主波長ビン（例：特定の緑色調の場合はD）を指定できます。これにより、一貫した性能のLEDを受け取ることができます。指定しない場合、生産ロットから混合で受け取る可能性があります。

Q4: ヒートシンクは必要ですか？

A4: 最大DC電流付近またはその状態での連続動作、特に高周囲温度または両色が点灯している場合には、注意深い熱設計が重要です。単一の表示器には専用のヒートシンクは必要ないかもしれませんが、LEDパッドからPCB銅（サーマルビアまたは大きな銅面を使用）への良好な熱経路を確保し、放熱を助け、性能と寿命を維持することを推奨します。

10. 設計および使用事例研究

シナリオ：携帯機器用2状態電源表示器の設計要件：

充電中（赤）と満充電/オン（緑）を表示。デバイスは5V USB電源で動作。表示器は明確に可視であるが、電力節約のため過度に明るくないこと。

1. 設計手順：電流選択：_F適切な輝度を提供する順電流（I
2. ）を選択します。2 mAでの標準光度2.5 mcdから、明確な表示器として5 mAが良い出発点となる可能性があります。
   
   抵抗計算：5 mAでの赤色LED_F（V
   
   R_{標準 = 1.7V）の場合：}R
   
   赤色= (5V - 1.7V) / 0.005A = 660 Ω。標準680 Ω抵抗を使用。5 mAでの_F緑色LED
   
   R_（V標準 = 1.8V）の場合：
3. R緑色_F= (5V - 1.8V) / 0.005A = 640 Ω。標準620 Ωまたは680 Ω抵抗を使用。_F電力チェック：
4. LEDあたりの電力：P = V* I
5. ≈ 1.7V * 0.005A = 8.5 mW（赤）および1.8V * 0.005A = 9 mW（緑）。両方とも75 mWの最大値をはるかに下回っており、両方が同時に点灯した場合でも（この使用例では点灯しませんが）問題ありません。回路実装：

赤色LED（ピン2,4）とその680Ω抵抗を、充電中にハイ出力に設定されたマイクロコントローラGPIOピンに接続します。緑色LED（ピン1,3）とその抵抗を、充電完了時またはデバイスオン時にアクティブになる別のGPIOピンに接続します。独立したピンによって暗示される共通カソード/アノード構成により、この単純な独立駆動が可能です。

PCBレイアウト：推奨はんだパッド寸法に従ってください。はんだブリッジを防止するため、パッド間にソルダーマスクがないことを確認してください。わずかな熱緩和のために、LEDの下のグランドプレーンに接続された小さな銅面を含めてください。11. 技術原理紹介

このLEDは_{Aluminium Indium Gallium Phosphide（AlInGaP）}半導体材料に基づいています。これはIII-V族化合物半導体であり、価電子帯と伝導帯の間のエネルギー差であるバンドギャップエネルギーは、Al、In、Ga、Pの比率を変化させることで精密に調整できます。この調整可能性により、エンジニアは可視スペクトルの赤、オレンジ、琥珀、緑色領域にわたる特定の波長で光を発する材料を設計できます。_{AlInGaPチップのp-n接合に順電圧が印加されると、電子はn領域からp領域に、正孔はp領域からn領域に注入されます。これらの電荷キャリアは接合部の活性領域で再結合します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、この再結合事象は光子（光粒子）の形でエネルギーを放出します。この光子の波長（色）は、材料のバンドギャップエネルギー（E}光子

= hc/λ ≈ E

バンドギャップ

• ）によって直接決定されます。2色パッケージには、それぞれ緑色光と赤色光を生成するために異なる組成のAlInGaP材料から作られた2つの独立して製造されたチップが収容されています。12. 業界動向と発展
• SMD表示LEDの市場は進化し続けています。この種のコンポーネントに関連する主要な動向は以下の通りです：小型化：
• このデバイスは標準パッケージを使用していますが、特に民生用携帯電子機器において、ますます高密度化するPCB上のスペースを節約するために、より小さなフットプリント（例：0402、0201）への絶え間ない推進があります。効率向上：
• 継続的な材料科学およびチップ設計の改善は、入力電気ワットあたりの光（ルーメン）の抽出を増やし、所定の輝度レベルでの電力消費を削減することを目指しています。信頼性と堅牢性の向上：
• パッケージ材料とダイボンド技術の改善により、デバイスがより高い温度、湿度、機械的ストレスに耐える能力が向上し、自動車および産業アプリケーションでの使用が拡大しています。統合ソリューション：