LEDコンポーネント ライフサイクル文書 - 改訂版3 - 発行日 2014-12-11 - 日本語技術仕様書

1. 製品概要

本書は、改訂版3として識別されるLEDコンポーネントの特定の改訂版に関するものです。ライフサイクル段階は改訂版と指定されており、製品の更新版であることを示しています。この改訂版の発行日は、2014年12月11日 19:03:32と記録されています。有効期限は永久とマークされており、より新しい改訂版に置き換えられない限り、本書および関連する製品データは無期限に有効であることを示唆しています。このコンポーネントは、信頼性の高い発光を必要とする様々な電子アセンブリへの統合を目的として設計されています。

このコンポーネントの中核的な利点は、文書化され安定した改訂履歴にあり、設計および製造プロセスに対するトレーサビリティと一貫性を提供します。産業用照明、自動車内装照明、サイン、民生電子機器など、長期的なコンポーネントの供給可能性と仕様の安定性が重要な市場やアプリケーションを対象としています。

2. 技術パラメータの詳細解釈

提供された抜粋は管理データに焦点を当てていますが、LEDの包括的な技術文書には通常、設計エンジニアにとって不可欠な以下のパラメータカテゴリが含まれます。

2.1 測光・色特性

主要な測光パラメータは、光出力と品質を定義します。ルーメン（lm）で測定される光束は、発せられる光の総合的な知覚パワーを示します。ケルビン（K）で測定される相関色温度（CCT）は、白色光の色の見え方を記述し、暖白色（2700K-3000K）から昼白色（5000K-6500K）の範囲に及びます。色度座標（CIE 1931図上のx, y）は色点を正確に定義します。演色評価数（CRI）は、自然光源と比較して光源が物体の色を忠実に再現する能力を測定し、値が高いほど（100に近いほど）優れています。主波長またはピーク波長は、単色LEDの色を定義します。

2.2 電気的特性

電気的仕様は回路設計にとって極めて重要です。順方向電圧（Vf）は、指定された順方向電流（If）で動作する際のLED両端の電圧降下です。一般的な白色および青色LEDでは、通常2.8Vから3.6Vの範囲です。順方向電流（If）は推奨動作電流であり、パワーLEDでは20mA、60mA、150mA、またはそれ以上が一般的です。逆電圧（Vr）、順方向電流、および電力損失の最大定格を超えないようにし、永久損傷を防ぐ必要があります。静電気放電（ESD）耐性定格（例：Class 1C, 2kV HBM）は、静電気に対するコンポーネントの堅牢性を示します。

2.3 熱特性

LEDの性能と寿命は温度に大きく影響されます。接合温度（Tj）は、半導体チップ自体の温度です。接合からはんだ付け点までの熱抵抗（Rth_j-sp）または接合から周囲環境までの熱抵抗（Rth_j-a）は、チップから熱がどれだけ効果的に伝導されるかを定量化します。熱抵抗値は低いことが望ましいです。最大許容接合温度（Tj_max）は重要な限界値です。この温度を超えて動作すると、光束出力と動作寿命が劇的に減少します。

3. ビニングシステムの説明

LEDの製造ではばらつきが生じます。ビニングは、特性が類似したLEDをグループ化し、最終製品の一貫性を確保します。

3.1 波長/色温度ビニング

LEDは、その色度座標またはCCTに基づいてビンに分類されます。CIE図上の典型的なビン構造は、小さな四角形または楕円で定義される場合があります。厳密なビン（より小さな領域）は、より優れた色の均一性を提供しますが、歩留まりが低く、コストが高くなる可能性があります。

3.2 光束ビニング

LEDは、標準試験電流（例：If=20mA, T_sp=25°C）における光出力によって分類されます。ビンは、最小および/または最大光束値（例：7-8 lm, 8-9 lm）によって定義されます。これにより、設計者は特定の輝度要件を満たすコンポーネントを選択できます。

3.3 順方向電圧ビニング

LEDは、指定された試験電流における順方向電圧降下によって分類されます。一般的なビンは、Vf @ 20mA: 3.0-3.2V, 3.2-3.4Vなどです。一貫したVfビンは、安定した駆動回路の設計や、アレイ内での電力分配の管理に役立ちます。

4. 性能曲線分析

4.1 電流-電圧（I-V）特性曲線

I-V曲線は非線形です。しきい値電圧以下では、ほとんど電流が流れません。Vfに達すると、電圧のわずかな増加で電流が急速に増加します。これが、熱暴走を防ぐために、LEDが通常定電圧源ではなく定電流源によって駆動される理由です。この曲線は温度とともにシフトします。接合温度が上昇するとVfは減少します。

4.2 温度特性

光束は、接合温度が上昇するにつれて減少します。この関係は、相対光束対接合温度のグラフで示されることが多いです。順方向電圧（Vf）も負の温度係数を持ちます。これらの曲線を理解することは、輝度と色の安定性を維持するための熱管理設計にとって極めて重要です。

4.3 分光パワー分布

このグラフは、各波長で発せられる光の相対強度を示します。白色LED（通常は青色チップ＋蛍光体）の場合、チップからの青色のピークと、蛍光体からのより広い黄色/赤色の発光を示します。SPDはCCTとCRIを決定します。SPDは駆動電流と温度によってわずかにシフトする可能性があります。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形図

詳細な機械図面は、すべての重要な寸法（長さ、幅、高さ、レンズ形状とサイズ、リード/パッド間隔）を提供します。公差が指定されています。一般的な表面実装デバイス（SMD）パッケージには、2835、3528、5050などがあり、数字は多くの場合、長さと幅を1/10ミリメートル単位で表しています（例：2835は2.8mm x 3.5mm）。

5.2 パッドレイアウト設計

PCB設計のための推奨フットプリント（ランドパターン）が提供され、パッドサイズ、形状、間隔が含まれます。これにより、リフロー中に適切なはんだ接合が形成されます。ヒートシンクを容易にするための、サーミルパッド設計（存在する場合）が詳細に説明されます。

5.3 極性識別

明確なマーキングにより、アノード（+）とカソード（-）が示されます。これは、切り欠き、点、緑色のマーキング、または異なるリード長さ/形状である場合があります。正しい極性は回路動作にとって不可欠です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

推奨リフロー温度プロファイルが提供され、予熱、ソーク、リフロー、冷却ゾーンが含まれます。主要なパラメータは、ピーク温度（通常最大245-260°C）、液相線以上時間（TAL）、および昇温速度です。これらの制限を超えると、LEDのプラスチックパッケージ、内部ワイヤーボンディング、または蛍光体が損傷する可能性があります。

6.2 注意事項

取り扱い中はESD対策を遵守してください。レンズに機械的ストレスをかけないでください。シリコーン製レンズやプラスチックボディを侵す可能性のある溶剤で清掃しないでください。PCBが清潔であり、フラックス残留物が適合していることを確認してください。

6.3 保管条件

LEDは、推奨される温度および湿度レベル（多くの場合<30°C/85%RH）の乾燥した暗所に保管する必要があります。通常、乾燥剤と湿度指示カードを入れた湿気敏感デバイス（MSD）バッグで出荷されます。高湿度にさらされた場合、ポップコーン現象を防ぐために、リフロー前にベーキングが必要になる場合があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

コンポーネントは、自動実装用にテープおよびリールで供給されます。リール寸法、テープ幅、ポケットサイズ、およびコンポーネントの向きは標準化されています（例：EIA-481）。リールあたりの数量が指定されます（例：2000個/リール、4000個/リール）。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、品番、数量、ロット番号、デートコード、および光束、色、Vfのビンコードなどの情報が含まれます。

7.3 型番命名規則

品番は主要な属性をコード化しています。典型的な構造は次のとおりです：シリーズコード - パッケージサイズ - 色/光束ビン - 電圧ビン - 色温度 - 特殊オプション。これにより、コンポーネントの特性を正確に識別できます。

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

その仕様（一般的なSMD LED）に基づくと、このコンポーネントは、ディスプレイのバックライトユニット（BLU）、一般的なインジケータランプ、装飾照明、自動車内装照明（ダッシュボード、スイッチ）、およびサインに適しています。

8.2 設計上の考慮点

常に電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。PCBレイアウトの初期段階で熱管理を考慮してください。特に高出力LEDでは、放熱のためにサーミルビアと十分な銅面積を使用してください。色に敏感なアプリケーションでは、厳密な色ビンを指定し、カラーセンサーからのフィードバックを考慮してください。システムの輝度計算において、順方向電圧の変動と光出力の熱による減衰を考慮に入れてください。

9. 技術比較

以前の改訂版（例：改訂版2）と比較して、改訂版3は、より高い発光効率（ワットあたりのルーメン数）、より優れた色の一貫性（より厳密なビニング）、強化された信頼性データ、または更新されたパッケージなどの改善を提供する可能性があります。本書の永久という有効期限は、頻繁に更新または廃止されるデータシートを持つ急速に進化する一部のコンポーネントとは異なり、長期的なサポートを持つ成熟した安定した製品バージョンを表していることを示唆しています。

10. よくある質問

10.1 ライフサイクル段階：改訂版とはどういう意味ですか？

これは、初期リリースや廃止された製品ではなく、コンポーネントの文書と仕様が積極的に維持・更新されているバージョンであることを示しています。

10.2 有効期限：永久はどのように解釈すべきですか？

この文書には計画された有効期限はありません。仕様は無期限に有効であると見なされます。ただし、常にそれを置き換える可能性のあるより新しい改訂版の存在を確認してください。

10.3 製品内で異なるビンのLEDを混在させてもよいですか？

ビンを混在させると、単一の製品内で輝度や色に目に見える違いが生じる可能性があり、これは多くの場合望ましくありません。均一な外観のためには、同じ光束および色ビンのLEDを使用してください。非重要なインジケータの場合、混在は許容される可能性があります。

10.4 LEDが予想より暗いのはなぜですか？

一般的な原因には、指定よりも低い電流での動作、放熱不良による高い接合温度、単純な抵抗駆動回路における電流に影響を与える順方向電圧の変動、または時間の経過に伴う自然な光束減衰が含まれます。

11. 実用例

設計事例：パネルインジケータアレイ

制御パネルには、グリッド状に配置された20個の白色インジケータLEDが必要です。ビニング情報を使用して、設計者はすべてのLEDを同じ光束ビン（例：8-9 lm）および同じ3ステップマクアダム楕円色ビンから選択し、均一な輝度と色を確保します。各LEDに20mAを供給する定電流ドライバICが選択され、順方向電圧ビン（3.2-3.4V）を考慮した直並列構成で配置されます。PCBレイアウトには、各LEDの下にサーミルリリーフパッドが設けられ、熱を管理するためにサーミルビアを介してグランドプレーンに接続されています。セクション6.1のリフロープロファイルは、ピックアンドプレースマシンにプログラムされます。

12. 原理紹介

LEDは半導体ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型半導体からの電子が活性領域でp型半導体からの正孔と再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。光の波長（色）は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます（例：青色/緑色にはInGaN、赤色/琥珀色にはAlInGaP）。白色LEDは通常、青色LEDチップに黄色の蛍光体を塗布することで作成されます。青色光の一部が黄色に変換され、青色光と黄色光の混合が白色として知覚されます。異なる蛍光体の配合により、異なる白色調（CCT）が作成されます。

13. 開発動向

LED業界は、より高い効率（ワットあたりのルーメン数）に向けて進化を続けており、実験室では200 lm/Wを超える値を達成しています。高品質照明のための高CRI LED（CRI>90, R9>50）がより一般的になるなど、色品質の向上に強い焦点が当てられています。高密度アプリケーション向けに、より小さなパッケージサイズによる小型化が続いています。統合ドライバと制御回路を備えたスマートおよび接続型LEDは成長分野です。さらに、ペロブスカイトなどの新規材料を用いたLEDの研究や、次世代ディスプレイのためのマイクロLED技術の進歩は、重要な将来の方向性を表しています。様々な動作条件下での信頼性と寿命は、継続的な研究と改善の領域です。