T20シリーズ 単色LED 仕様書 - 2016パッケージ - 2.0x1.6x0.75mm - 40mA - 日本語技術文書

1. 製品概要

T20シリーズは、一般照明用途向けに設計された高性能な上面発光型単色発光ダイオード（LED）のファミリーです。本資料で詳細を説明する特定モデルは、コンパクトな2016表面実装デバイス（SMD）パッケージを採用しています。本シリーズは、自動実装プロセスに適した熱強化パッケージにおいて、信頼性の高い効率的な光出力を提供するように設計されています。

設計の基本理念は、高い光束出力と堅牢な熱管理のバランスに焦点を当てており、過酷な条件下でも安定した動作を可能にします。本パッケージは、鉛フリーリフローはんだ付けに最適化されており、現代の環境および製造基準に適合し、RoHS指令に準拠するように設計されています。

2. 主な特長と用途

2.1 製品特長

• 上面発光型白色LED：実装面に対して垂直方向に光を放射し、直接照明に最適です。
• 熱強化パッケージ設計：LEDチップからPCBへの熱経路が改善されており、接合部温度の管理と性能・寿命の維持に役立ちます。
• 高光束出力：コンパクトなサイズに対して明るい光出力を実現します。代表値は色によって異なります（例：40mA時、緑色で10 lm、赤色で5.5 lm）。
• 高電流駆動能力：順方向電流（IF）50 mA（連続）で定格化されており、規定条件下でのパルス定格（IFP）は75 mAです。
• コンパクトなパッケージサイズ：2016パッケージの寸法は約2.0mm x 1.6mmで、高密度なPCBレイアウトを可能にします。
• 広い指向角：代表的な指向角（2θ1/2）は120度で、広く均一な照射を提供します。
• 鉛フリーリフローはんだ付け対応：鉛フリーはんだを用いた標準的なSMTリフロープロセスに対応しています。
• RoHS準拠：本製品は、有害物質使用制限指令に適合するように設計・製造されています。

2.2 主な用途

本LEDシリーズは多用途であり、以下のような様々な照明シナリオで使用されます：

• 屋内照明：住宅、商業施設、工業施設などの屋内空間の照明器具への組み込み。
• リトロフィット（交換）：既存の照明器具において、古いまたは効率の低い光源の直接的な代替品として使用。
• 一般照明：幅広い製品において、主照明または補助照明として使用。
• 建築・装飾照明：特定の単色が求められるアクセント照明、サイン、美的照明デザインに使用されます。

3. 技術仕様の詳細

3.1 電気光学特性および電気的特性

特に断りのない限り、すべての測定値は接合部温度（Tj）25°C、順方向電流（IF）40mAで規定されています。設計マージンを考慮するため、公差を考慮する必要があります。

3.1.1 電気光学特性

光束出力は色によって異なります。代表値および最小値は以下の通りです：

• 赤色（RED）：代表値 5.5 lm、最小値 2.0 lm。
• 黄色（YELLOW）：代表値 5.0 lm、最小値 2.0 lm。
• 青色（BLUE）：代表値 2.3 lm、最小値 1.0 lm。
• 緑色（GREEN）：代表値 10.0 lm、最小値 8.0 lm。

光束測定の公差は±7%です。

3.1.2 電気的特性

• 順方向電圧（VF）：半導体材料によって異なります。代表値は赤色の2.1Vから緑色の3.0Vまでで、最大限界は3.4Vまでです。公差は±0.1Vです。
• 逆方向電流（IR）：すべての色において、逆方向電圧（VR）5V時で最大10 μAです。
• 指向角（2θ1/2）：すべての色において代表値120度です。これは、強度がピーク値の半分になるオフアクシス角として定義されます。
• 静電気放電（ESD）耐性：すべての色において、最小1000V（人体モデル、HBM）で定格化されており、標準的な取り扱い注意事項に対して中程度のESD堅牢性を示しています。

3.2 絶対最大定格

これらの限界を超えるストレスは、永久損傷を引き起こす可能性があります。信頼性のため、動作条件はこれらの定格を十分に下回るように設計する必要があります。

• 順方向電流（IF）：50 mA（連続DC）。
• パルス順方向電流（IFP）：75 mA（パルス幅 ≤100μs、デューティサイクル ≤1/10）。
• 逆方向電圧（VR）：5 V。
• 電力損失（PD）：赤色/黄色：130 mW；青色/緑色：170 mW。
• 動作温度（Topr）：-40°C ～ +105°C。
• 保存温度（Tstg）：-40°C ～ +85°C。
• 接合部温度（Tj）：110°C（絶対最大）。
• はんだ付け温度（Tsld）：ピーク温度230°Cまたは260°C（最大10秒）のリフロープロファイル。

注記：これらのパラメータを超えると、LEDの特性が規定値から変化する可能性があります。

4. ビニングシステムの説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。

4.1 光束ビニング

IF=40mA、Tj=25°Cにおいて、光束はAAからAGまでのコードに分類され、定義された最小および最大ルーメン範囲が設定されています。例えば、コードAFは10～14 lmをカバーします。これにより、設計者は自身の明るさ要件に合致するLEDを選択できます。

4.2 波長ビニング

主波長は色純度を制御するためにビニングされます。各色に対して以下の範囲が規定されています：

• 赤色：620-625 nm、625-630 nm、630-635 nm。
• 黄色：585-590 nm、590-595 nm、595-600 nm。
• 青色：455-460 nm、460-465 nm、465-470 nm。
• 緑色：520-525 nm、525-530 nm、530-535 nm。

波長測定の公差は±1nmです。

4.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧も、電流制御のための回路設計を支援するためにビニングされます。低電圧色（赤色/黄色：1.8-2.6V、ステップごと）と高電圧色（青色/緑色：2.6-3.4V、ステップごと）に対して異なるコード範囲が提供されています。公差は±0.1Vです。

4.4 型番体系

型番の構造（例：T20**011F-*****）は、特定の属性をエンコードしており、正確な識別と発注を可能にします。主要な要素には、タイプコード（2016パッケージの場合は20）、CCT/カラーコード、演色性指数（白色用）、直列/並列チップ数、性能基準を定義するカラーコード（例：ERP基準のF、ANSI基準のM）などが含まれます。

5. 性能曲線の分析

データシートでは、性能を表す2つの重要なグラフが参照されています。

5.1 分光スペクトル

図1. 分光スペクトル：このグラフは通常、Tj=25°Cにおける各LED色（赤、黄、青、緑）の相対放射パワー対波長を示します。これは、視覚的にスペクトル純度とピーク波長を定義し、知覚される色に直接関連します。狭いスペクトルは高い色飽和度を示し、これは単色LEDに典型的です。

5.2 指向性分布

図2. 指向性分布：この極座標プロットは、LEDの空間放射パターンを図示しています。広い120度の指向角を持つ上面発光型LEDの場合、曲線は広くランバート分布に似た分布を示し、強度は0度（LED面に対して垂直）で最も高く、端に向かって滑らかに減少します。このパターンは、光学系の設計や照射均一性の理解に極めて重要です。

6. 機械的・パッケージ情報

6.1 パッケージ寸法

2016 SMDパッケージの公称寸法は、長さ2.0mm、幅1.6mm、高さ0.75mmです。底面図には、はんだパッドレイアウトと極性マーキングが示されています。アノードとカソードのパッドは明確に識別されており、カソードは通常、パッケージ上のマーキングまたは面取りされたコーナーで示されます。特に指定がない限り、寸法公差は±0.1mmです。

6.2 極性識別

正しい極性は必須です。パッケージには、カソード端子を識別するための視覚的マーカー（例：ドット、線、切り欠きコーナー）が含まれています。はんだパッドパターンは非対称であり、実装時の誤配置を防止します。

7. はんだ付けおよび実装ガイドライン

7.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーはんだ付けプロセス向けに詳細なリフロープロファイルが提供されています。主要なパラメータは以下の通りです：

• 予熱：150°Cから200°Cまで60-120秒で上昇。
• 上昇速度：ピーク温度まで最大3°C/秒。
• 液相線温度以上での時間（T_L=217°C）：60-150秒。
• パッケージ本体のピーク温度（T_P）：最大260°C。
• T_P:の±5°C以内の時間：最大30秒。
• 下降速度：最大6°C/秒。
• 総サイクル時間：25°Cからピークまで最大8分。

7.2 重要な注意事項

1. リフロー回数制限：LEDにリフローはんだ付けを2回以上行わないことを推奨します。最初のはんだ付け後、24時間以上経過してから2回目のリフローを行うと、LEDが損傷する可能性があります。
2. はんだ付け後の修理：リフローはんだ付けを行った後のLEDに対して、修理（例：はんだごての使用）を行わないでください。局所的な熱が損傷を引き起こす可能性があります。
3. 電力損失：アプリケーションの熱設計において、電力損失が絶対最大定格を超えないように注意する必要があります。これは接合部温度と寿命に直接影響します。

8. 梱包および発注情報

8.1 テープ＆リール梱包

自動ピック＆プレース実装のために、LEDはエンボス加工されたキャリアテープとリールに供給されます。

• テープ寸法：フィーダー装置との互換性を確保するために規定されています。
• リール容量：リールあたり最大5000個。
• 累積公差：10ピッチにわたる累積公差は±0.2mmです。

8.2 外装

リールは、出荷および保管のためにさらに箱に梱包されます。

• 箱容量：標準構成は箱あたり10リールで、箱あたり30リールまたは60リールのオプションもあります。
• ラベリング：箱と内袋には、型番、製造日コード、ロット番号、数量、製品パラメータなどの重要な情報がラベル付けされています。防湿バッグには乾燥剤が含まれており、部品を保護します。

9. アプリケーション設計上の考慮点

9.1 LEDの駆動方法

LEDは電流駆動デバイスです。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源の使用を強く推奨します。ドライバーは、絶対最大定格内に収まりながら、所望の動作電流（例：公称仕様の40mA）を供給するように設計する必要があります。順方向電圧ビニング情報は、ドライバーの必要な電圧コンプライアンスを計算するのに役立ちます。

9.2 熱管理

熱強化パッケージであるにもかかわらず、性能と寿命にとって効果的な放熱は極めて重要です。PCBレイアウトでは、LEDのはんだパッドに接続された十分な銅面積（サーマルパッド）を使用して、接合部から熱を逃がす必要があります。最大定格電流付近または最大定格電流で動作すると、より多くの熱が発生するため、接合部温度（Tj）を最大限界110°Cを十分に下回るように保つために、より積極的な熱設計が必要です。

9.3 光学系への組み込み

広い120度の指向角により、これらのLEDは二次光学系なしで広く拡散した照射を必要とするアプリケーションに適しています。集光ビームの場合は、一次光学系（レンズ）またはリフレクターが必要になります。2016パッケージの小さな光源サイズは、光学制御に有利です。

10. 技術比較と差別化

単色SMD LEDの分野において、T20/2016シリーズは以下の特定の利点で位置づけられています：

• より小型のパッケージ（例：0603、0402）との比較：より大きなサイズにより、はるかに高い光出力と優れた熱性能を提供し、単なる表示機能ではなく、より高出力の一般照明タスクに適しています。
• より大型のパッケージ（例：5050、7070）との比較：空間制約のある設計に対してよりコンパクトなフットプリントを提供しながら、依然として十分な光束を提供し、サイズと性能のバランスを取ります。
• 熱強化：熱強化パッケージ設計が明示的に言及されていることは、多くの標準LEDパッケージとの重要な差別化要因であり、連続動作下でのより優れた信頼性を意味します。
• 包括的なビニング：光束、波長、電圧に関する詳細なビニングは、設計者に高整合性アプリケーションに必要なツールを提供します。これは、すべてのLEDシリーズでこれほど厳密に定義されていない場合があります。

11. よくあるご質問 (FAQ)

11.1 光束のTyp値とMin値の違いは何ですか？

Typ（代表値）は、試験条件下での生産における平均的または最も一般的な出力を表します。Min（最小値）は保証された下限値です。仕様を満たすLEDは、このレベル以上で動作します。設計者は、最悪ケースシナリオの計算にMin値を使用して、アプリケーションが最小輝度要件を満たすようにする必要があります。

11.2 最大定格の50mAで連続駆動しても問題ありませんか？

絶対最大定格は50mAですが、このレベルでの連続動作は最大の熱を発生させ、例外的な熱管理が行われない限り、接合部温度をその限界に近づける可能性があります。最適な寿命と安定した性能のためには、試験電流の40mA以下で動作するか、50mAでの熱性能を慎重にモデル化することをお勧めします。

11.3 型番を解読して正しいLEDを発注するにはどうすればよいですか？

型番体系の表を参照する必要があります。要件に基づいて各プレースホルダー（X1からX10）を定義する必要があります：パッケージタイプ（2016の場合は20）、希望の色/波長、必要な光束ビン、電圧ビン、特定のカラーコード（例：ERP基準のF）。正確な発注のためには、完全に構築された型番をサプライヤーに連絡してください。

11.4 24時間以上経過後の2回目のリフローが禁止されている理由は何ですか？

これは、湿気感受性に関連している可能性が高いです。SMDパッケージは大気中の湿気を吸収することがあります。急速なリフロー中に、この閉じ込められた湿気が蒸発し、内部の剥離やクラック（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。デバイスが防湿バッグから取り出された後、特定の時間枠内にはんだ付けされない場合、または長時間暴露された場合、2回目のリフロー前に湿気を除去するためのベーキングプロセスが必要になることがあります。この注意事項は、特定の取り扱い手順に従わない限り、この行為を完全に避けることを推奨することでこれを簡略化しています。

12. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：装飾用RGBウォールウォッシャーライトの設計

1. 部品選定：エンジニアはT20シリーズから赤、緑、青のLEDを選択します。所望の色域を達成するために特定の波長ビン（例：赤色625-630nm、緑色525-530nm、青色465-470nm）を選択します。また、バランスの取れた明るさのために中程度の光束ビン（例：コードACまたはAD）を選択します。
2. 回路設計：各色チャンネルごとに、40mAに設定された3つの独立した定電流ドライバーを設計します。ドライバーの出力電圧コンプライアンスは、データシートからの最大VF（例：緑色/青色で3.4V）にいくらかのヘッドルームを加えて決定します。
3. PCBレイアウト：LEDは、そのサーマルパッドに接続された十分な銅面積を持つPCB上に配置されます。レイアウトは、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するために、寸法図から推奨されるはんだパッドパターンに従います。
4. 熱解析：密閉された器具を考慮して、エンジニアは接合部から周囲への期待される熱抵抗を計算します。複数のLEDが点灯している場合でも、推定Tjが長寿命のために85°Cを下回るようにします。
5. 実装：PCB実装は、指定されたリフロープロファイルに正確に従います。LEDは、バッグを開封後、推奨される時間枠内で使用され、湿気の問題を回避します。

13. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、電流が流れると光を発する半導体デバイスです。この現象はエレクトロルミネセンスと呼ばれます。T20シリーズのような単色LEDでは、半導体チップ（通常、赤色/黄色にはAlInGaP、青色/緑色にはInGaNなどの材料で作られる）がパッケージ内に収められています。チップのバンドギャップ電圧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の活性領域で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。半導体の特定の材料組成と構造が、放出される光の波長（色）を決定します。パッケージはチップを保護し、電気的接続を提供し、光出力を形成するための蛍光体（白色LED用）または透明なドーム/レンズを含みます。2016パッケージの設計は、この光を効率的に取り出し、非放射再結合と電気抵抗によって発生する熱を管理することに焦点を当てています。

14. 技術トレンド

T20シリーズのようなSMD LEDの開発は、いくつかの主要な業界トレンドに従っています：

• 効率向上（lm/W）：継続的な材料科学とチップ設計の改善により、単位消費電力あたりのより多くの光出力を意味する高い発光効率が追求されています。
• 高出力化を伴う小型化：トレンドは、より高い光出力をますます小さなパッケージに詰め込むことです。これは、2016の後継である1010やさらに小さなチップに見られます。これにより、より洗練された製品設計が可能になります。
• 信頼性と熱管理の強化：電力密度が増加するにつれて、接合部温度（LED寿命に影響を与える主要因）をより適切に管理するために、先進的なパッケージ材料（例：セラミック基板、高熱伝導性モールドコンパウンド）が採用されています。
• 標準化とビニング：業界は、設計者に予測可能な性能を提供するため、より正確で標準化されたビニングシステムに向かって進んでいます。これは、数千単位にわたる色と明るさの一貫性を必要とするアプリケーションにとって重要です。
• スマートおよび統合LED：成長しているトレンドは、制御回路（ドライバー、センサー、通信インターフェース）を直接LEDパッケージに統合し、IoTおよび接続照明システム向けのスマートLEDを作り出すことです。ただし、これは白色およびRGBパッケージでより一般的です。