PLCC-2 クールホワイトLED データシート - 3.1mm x 2.8mm x 1.9mm - 順電圧 3.1V - 消費電力 0.062W - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、PLCC-2（Plastic Leaded Chip Carrier）パッケージを採用した高性能表面実装LEDの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、過酷な環境下での信頼性と性能を追求して設計されており、クールホワイト色温度を特徴とします。主な設計ターゲットは車載インテリアアプリケーションであり、安定した光出力、広い視野角、堅牢な構造が求められる用途に最適です。本LEDは、車載用途における個別光電子半導体のAEC-Q102規格に適合しており、温度サイクル、耐湿性、長期動作に関する厳格な品質と信頼性要件を満たすことが保証されています。

この部品の主な利点は、コンパクトなフォームファクタ、パッケージサイズに対して優れた発光効率、そして非常に広い120度の視野角であり、光の拡散が重要なバックライトやインジケータ用途に適しています。また、RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格などの主要な環境規制に準拠しており、材料制限が厳しい現代の電子設計にも適した選択肢です。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 測光・電気的特性

主要な動作パラメータは、順電流（I_F）20mAの標準試験条件下で定義されています。代表光度は1800ミリカンデラ（mcd）で、最小指定値は900 mcd、生産ビンに応じて最大3550 mcdまでとなります。順電圧（V_F）は代表値で3.1V、範囲は2.5Vから3.75Vです。このパラメータは定電流回路の設計において極めて重要です。主波長はCIE 1931色度座標によって特徴付けられ、代表的なxおよびy値は約0.3付近であり、クールホワイトの色点を定義しています。これらの座標には±0.005の許容差が適用されます。

本デバイスは、120度の広い視野角（2φ）を特徴とします。これは、光度がピーク値の半分に低下するオフアクシス角度として定義されます。この特性は、広い領域に均一な照明を必要とするアプリケーションにおいて重要です。

2.2 絶対最大定格と熱管理

長期信頼性を確保するため、絶対最大定格を超えて動作させてはなりません。最大連続順電流は30 mA、最大消費電力は112 mWです。短時間パルス（≤10 μs、デューティサイクル0.005）では、サージ電流（I_FM）250 mAが許容されます。接合部温度（T_J）は絶対に125°Cを超えてはなりません。動作および保管温度範囲は-40°Cから+110°Cと規定されており、車載環境への適合性が確認されています。

熱管理はLEDの性能と寿命にとって重要です。データシートでは2つの熱抵抗値が規定されています：接合部から半田付け点までの実測熱抵抗（R_{th JS real}）は最大130 K/Wであり、電気的方法による導出値（R_{th JS el}）は100 K/Wです。順電流減衰曲線に示されるように、半田付け点温度を低く保つためには、適切なサーマルリリーフと銅面積を備えたPCBレイアウトが必要です。

2.3 信頼性と適合仕様

本LEDは、8 kV（人体モデル、HBM）の静電気放電（ESD）耐性を備えた堅牢な構造を有します。湿気感受性レベル（MSL）は3に格付けされており、リフロー半田付け前に最大168時間工場環境に曝露可能であることを示します。さらに、腐食耐性クラスB1を満たしており、腐食性雰囲気に対する耐性が強化されています。RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規格（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）への完全準拠が確認されています。

3. 性能曲線分析

3.1 I-V特性曲線と発光効率

順電流対順電圧（I-V）グラフは、特徴的な指数関数的関係を示しています。代表的な20mA動作点では、電圧は約3.1Vです。設計者はこの曲線を使用して適切な駆動部品を選択します。相対光度対順電流グラフは、代表動作点を超えると光出力が電流に対して準線形的に増加することを示しており、30mA以上での動作は推奨されません。順電流減衰曲線は熱設計に不可欠であり、半田付けパッド温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容される最大連続電流をどのように減衰させる必要があるかを示しています。

3.2 温度依存性と分光特性

相対光度対接合部温度グラフは、温度上昇に伴う光出力の予想される減少を示しており、これはLEDの一般的な特性です。相対順電圧対接合部温度曲線は負の傾きを持ち、一部の回路では温度センシングに利用できます。電流および温度に対する色度座標シフトグラフは、最小限の変動を示しており、異なる動作条件下での良好な色安定性を示しています。波長特性グラフは、青色励起と広い黄色蛍光体発光を特徴とする、蛍光体変換型白色LEDに典型的な相対分光パワー分布を描いています。

3.3 パルス動作能力

許容パルス処理能力グラフは、DC最大値を超えるパルス電流でLEDを駆動するためのガイダンスを提供します。これは、様々なデューティサイクル（D）に対して、順電流振幅（I_FA）をパルス幅（t_p）に対してプロットしたものです。これにより、設計者は平均電力制限を超えることなく、ストロボや信号表示アプリケーションでより高い瞬間輝度を実現できます。

4. ビニングシステムの説明

本製品は、アプリケーション設計における一貫性を確保するため、光度と色度座標に基づいて選別されたグループで提供されます。

4.1 光度ビニング

光度は、英数字コード（例：L1、L2、M1... GAまで）で指定された多数のビンに選別されます。各ビンは、ミリカンデラ（mcd）で測定された特定の最小および最大光度の範囲を定義します。この特定の型番では、可能な出力ビンが強調表示されており、1120 mcdから3550 mcd（ビンAAからCA）までの範囲を含み、代表値の1800 mcdはBAビン（1800-2240 mcd）内に収まります。測定許容差は±8%が適用されます。

4.2 色度座標ビニング

クールホワイト色は、CIE 1931（x, y）座標系に従って選別されます。データシートには、様々なビンコード（例：PK0、HK0、NK0）と、4組の（x, y）座標で定義される対応する四角形領域をリストした表が提供されています。これにより、設計者は、ダッシュボードクラスターやバックライト付きスイッチなど、色合わせが重要なアプリケーション向けに、厳密に制御された色点を持つLEDを選択できます。

5. 機械的仕様、パッケージング、実装情報

5.1 機械的外形寸法と極性

LEDは標準的なPLCC-2表面実装パッケージに収められています。機械図面（PDF参照）には、全長、幅、高さ、リード間隔、および公差を含む正確な寸法が規定されています。パッケージは通常、成形レンズを備えています。極性は、カソードマーク（パッケージ上の切り欠きやドットなど）で示され、PCBフットプリントと正しく合わせる必要があります。

5.2 推奨PCBフットプリントと半田付け

信頼性の高い半田付け接合と最適な熱性能を確保するために、推奨される半田付けパッドレイアウトが提供されています。これには、金属パッドとサーマルパッド（存在する場合）の寸法が含まれます。リフロー半田付けプロファイルは規定されており、ピーク温度260°Cで最大30秒です。パッケージの損傷や内部材料の劣化を防ぐため、このプロファイルへの遵守が必要です。

5.3 パッケージングと取り扱い上の注意

部品は、自動ピックアンドプレース実装機に適したテープアンドリール包装で供給されます。使用上の注意事項には、標準的なESD取り扱い手順（接地リストストラップと作業台の使用）、レンズへの機械的ストレスの回避、汚染の防止が含まれます。高硫黄含有環境でのアプリケーション向けに、特定の耐硫黄性試験基準も概説されている場合があります。

6. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮点

6.1 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車載インテリア照明です。これには、計器クラスター、インフォテインメントシステムボタン、空調制御パネルのバックライト、および一般的な室内環境照明が含まれます。また、広い視野角とクールホワイト光が求められる、様々な電子機器のスイッチバックライトや一般的なインジケータ用途にも適しています。

6.2 回路設計と熱設計上の考慮点

設計者は、安定した光出力と長いLED寿命を確保するために定電流駆動回路を実装する必要があります。LEDの明るさは電圧ではなく電流の関数であるためです。単純なアプリケーションでは直列抵抗を使用できますが、車載電圧環境（例：12Vシステム）では能動的なドライバICの使用が推奨されます。熱設計は必須です。PCBは、LEDの半田付けパッドからより大きな銅面積またはヒートシンクへの十分な熱経路を提供し、特に高周囲温度または最大電流付近で動作する場合に、接合部温度を125°Cの最大値を十分に下回るように保つ必要があります。

6.3 光学設計上の考慮点

120度の視野角は、光が広いランバートパターンで放射されることを意味します。より集光されたビームを必要とするアプリケーションでは、レンズや導光板などの二次光学部品を採用する必要があります。LEDの発光パターンとこれらの光学要素との相互作用は、所望の照明効果を達成するためにシミュレーションまたは試作を行う必要があります。

7. 技術比較と選定ガイダンス

車載インテリアアプリケーション向けにLEDを選定する際、この部品の主な差別化要因は、AEC-Q102認定、広い視野角、および特定の光度ビンです。非車載グレードのLEDと比較して、この部品は熱衝撃、湿度、長期動作ストレス下での実証済みの信頼性を提供します。PLCC-2パッケージは、より小型のチップスケールパッケージや大型のスルーホールデバイスと比較して、サイズ、光出力、実装の容易さの間で良好なバランスを提供します。

8. よくある質問 (FAQ)

Q: ビニング情報の目的は何ですか？

A: ビニングは、生産ロット内での色と明るさの一貫性を保証します。複数のLEDを並べて使用するアプリケーション（バックライトパネルなど）では、光度と色度座標の狭いビンを指定することで、個々のLED間の明るさや色の目に見える違いを防ぎます。

Q: このLEDを5Vまたは12V電源から直接駆動できますか？

A: できません。LEDは電流駆動デバイスです。順電圧より高い電圧源に直接接続すると、過剰な電流が流れ、瞬時に破壊される可能性があります。抵抗や専用のLEDドライバICなどの電流制限機構を常に使用する必要があります。

Q: 熱抵抗仕様が重要なのはなぜですか？

A: 熱抵抗は、LED接合部から熱がどれだけ効率的に逃げるかを定量化します。値が低いほど放熱性が優れています。最大接合部温度を超えると、発光出力が大幅に減少し、LEDの動作寿命が劇的に短縮されます。熱抵抗と減衰曲線に基づいた適切な放熱対策は、信頼性の高い性能にとって不可欠です。

Q: MSL 3は保管と取り扱いに何を意味しますか？

A: MSL（湿気感受性レベル）3は、パッケージが周囲環境に168時間（7日）以上さらされると、有害なレベルの湿気を吸収する可能性があることを意味します。この時間を超えた後、または元の密封袋を開封した後は、部品を指定されたプロファイルに従ってベーキングし、ポップコーン現象や内部剥離を防いでから安全にリフロー半田付けする必要があります。

9. 動作原理

これは蛍光体変換型白色LEDです。コアの半導体チップは順方向バイアス時に青色光を発します（エレクトロルミネセンス）。この青色光は、チップ上またはその近くに堆積された黄色（または黄色と赤色）の蛍光体材料層に衝突します。蛍光体は青色光の一部を吸収し、より広いスペクトルの長波長光（黄色、赤色）として再放射します。残りの青色光と蛍光体変換光の組み合わせにより、白色光として知覚されます。青色光と蛍光体発光の正確な比率が相関色温度（CCT）を決定し、この場合はクールホワイトとなります。

10. 業界動向と背景

車載インテリア照明のトレンドは、高集積化、ダイナミック照明、パーソナライズされた環境体験に向かっています。このPLCC-2部品のような個別LEDは、スイッチバックライトや基本的なインジケータにとって依然として重要ですが、シームレスな発光面を作成するためのフレキシブルLEDストリップ、アドレス可能なRGB LED、高度な導光板技術の採用が増えています。さらに、より高い効率（ワット当たりのルーメン数）と改善された演色評価数（CRI）への需要は続いており、蛍光体技術とチップ設計の進歩を推進しています。このデータシートで強調されている厳格な車載認定（AEC-Q102）と環境適合性（ハロゲンフリー）は、業界全体が信頼性、長寿命、環境責任に焦点を当てていることを反映しています。