PLCC-2 赤色LED 67-21-UR0200L-AM データシート - 120度視野角 - 300mcd @ 20mA - 2.0V - 車載グレード - 日本語技術文書

3. 絶対最大定格

これらは、いかなる条件下でも（一瞬でも）超えてはならないストレス限界です。これらの定格を超えて動作すると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• サージ電流（I_FM）：非常に低いデューティサイクル（D=0.005）でパルス幅≤10 µsの場合、100 mAです。この定格は、短い過渡現象に耐えることに関連しています。
• 逆電圧（V_R）：このデバイスは逆動作用に設計されていません。逆電圧を印加すると、LEDは瞬時に破壊される可能性があります。回路で逆電圧が発生する可能性がある場合は、保護（例えば、並列ダイオード）が必要です。
• 静電気放電（ESD）：定格は2 kV（人体モデル、HBM）です。これは中程度のESD保護レベルです。組立時には、標準的なESD取り扱い注意事項に従う必要があります。
• リフローはんだ付け温度：パッケージは、リフローはんだ付けプロセス中、ピーク温度260°Cを30秒間耐えることができます。

4. 性能曲線分析

データシートのグラフは、主要なパラメータが動作条件とともにどのように変化するかを示し、実用的な設計に不可欠なデータを提供します。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

この基本的なグラフは、電流と電圧の指数関数的関係を示しています。このLEDの場合、20 mAにおいて、電圧は標準的に2.0Vです。この曲線は、適切な電流制限抵抗の選択または定電流ドライバの設計に不可欠です。電圧は電流とともに非線形的に増加します。

4.2 相対光度対順電流

このグラフは、光出力が電流とともに増加するが、特に高電流では完全に線形ではないことを示しています。これは、効率を考慮しながら、所望の輝度レベルを達成するために必要な駆動電流を決定するのに役立ちます。

4.3 温度依存性グラフ

3つの主要なグラフは、接合温度（T_J）の影響を示しています：

• 相対光度対T_J:温度が上昇すると光出力が減少します。これは、車載インテリアのような高温環境でのアプリケーションにおいて重要な考慮事項です。
• 相対順電圧対T_J:順電圧は温度上昇とともに直線的に低下します（赤色LEDでは通常-2 mV/°C）。この特性は、温度センシングに使用されることがあります。
• 相対波長シフト対T_J:主波長は温度とともにわずかに（通常数ナノメートル）シフトし、重要なアプリケーションでは色知覚に影響を与える可能性があります。

4.4 順電流デレーティング曲線

これは信頼性にとって最も重要なグラフの一つです。これは、はんだパッド温度（T_S）の関数としての最大許容連続順電流を示しています。周囲/パッド温度が上昇すると、最大安全電流は減少します。例えば、最大はんだパッド温度110°Cでは、最大許容連続電流は30 mAです。設計者は、アプリケーションの最悪ケース温度に基づいて、動作電流がこのデレーティング線を下回ることを保証しなければなりません。

4.5 許容パルス処理能力

このグラフは、様々なパルス幅（t_p）およびデューティサイクル（D）に対する許容ピークパルス電流を定義します。平均電力と接合温度限界を超えない限り、LEDを短い高電流パルスで駆動して非常に高い瞬間輝度を達成することができます。

5. ビニングシステムの説明

製造ばらつきのため、LEDは性能ビンに分類されます。これにより、顧客は特定の特性を持つ部品を選択できます。

5.1 光度ビニング

LEDは、20mAにおける最小光度に基づいてグループに分類されます。データシートには、L1（11.2-14 mcd）からGA（18000-22400 mcd）までのビンがリストされています。67-21-UR0200L-AMの場合、標準ビンは300 mcdを中心としており、おそらくT1（280-355 mcd）またはT2（355-450 mcd）ビン内に収まります。可能な出力ビンが強調表示されており、この品番で利用可能な特定の強度範囲を示しています。

5.2 主波長ビニング

LEDはまた、一貫した色を保証するために主波長によってビニングされます。ビンは3nmまたは4nmステップで定義されます。標準波長623 nmの場合、関連するビンは2124（621-624 nm）、2427（624-627 nm）、および2730（627-630 nm）です。特定の注文に対する具体的なビンが、正確な赤色の色合いを決定します。

6. 機械的・パッケージ情報

デバイスは標準的なPLCC-2表面実装パッケージを使用します。このパッケージには2本のリードがあり、多くの場合、成形プラスチックレンズが含まれます。正確な寸法（長さ、幅、高さ、リード間隔）は機械図面（PDFのセクション7）に提供されています。推奨はんだパッドレイアウト（セクション8）は、信頼性の高いはんだ接合とPCBへの適切な熱接続を実現するために極めて重要です。これらの寸法に従うことで、トゥームストーニングを防止し、良好な放熱を確保するのに役立ちます。

7. はんだ付けおよび組立ガイドライン

7.1 リフローはんだ付けプロファイル

データシートは、ピーク温度260°Cを30秒間保持するリフロープロファイルを規定しています。これは標準的な鉛フリー（SnAgCu）リフロープロファイルです。プリヒート、ソーク、リフロー、および冷却速度は、標準的なIPC/JEDECガイドラインに従って制御し、熱衝撃を避け、適切なはんだ接合形成を確保する必要があります。

7.2 使用上の注意

一般的な取り扱いおよび設計上の注意事項は以下の通りです：

• ESD保護：取り扱いおよび組立時には、標準的な静電気防止対策を使用してください。
• 電流制御：LEDは常に電流制限デバイス（抵抗またはドライバ）とともに動作させてください。電圧源に直接接続しないでください。
• 逆電圧保護：逆バイアスの可能性がある場合は、回路保護を実装してください。
• 熱管理：特に高電流または高周囲温度で動作する場合、熱を放散するために十分な銅面積または熱ビアを持つPCBを設計してください。
• 洗浄：プラスチックパッケージと適合する適切な洗浄溶剤を使用してください。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 駆動回路設計

最も単純な駆動方法は直列抵抗です。抵抗値（R）は、R = (V_電源- V_F) / I_Fとして計算されます。データシートの最大V_F（2.75V）を使用して、高V_Fの部品であっても電流が所望のレベルを超えないようにします。例えば、5V電源で目標20 mAの場合：R = (5V - 2.75V) / 0.020A = 112.5Ω（110Ωまたは120Ωの標準値を使用）。抵抗の電力定格は少なくともP = I²* Rであるべきです。より安定した輝度と効率、特に温度変化に対しては、定電流ドライバの使用が推奨されます。

8.2 車載環境における熱設計

車載インテリアは極端な温度にさらされる可能性があります。デレーティング曲線は慎重に適用する必要があります。LEDが熱源（例えば、日光が当たるダッシュボードの後ろ）の近くに配置されている場合、局所的なPCB温度はキャビン空気温度よりも大幅に高くなる可能性があります。熱シミュレーションまたは測定が推奨されます。LEDの熱パッド（存在する場合）に接続された内部グランドプレーンを持つPCBを使用すると、放熱が大幅に改善されます。

8.3 光学統合

120度の視野角は、広域照明に適しています。焦点を絞ったインジケータの場合は、二次光学部品（レンズまたは光導波路）が必要になる場合があります。プラスチックパッケージ材料には特定の屈折率特性がある可能性があり、隣接するライトパイプまたは拡散板を設計する際に考慮する必要があります。

9. 技術比較と差別化

一般的なPLCC-2赤色LEDと比較して、この部品の主な差別化要因は、そのAEC-Q101認定と詳細なビニング情報です。AEC-Q101認定には、一般的な部品が受けない一連のストレステスト（高温動作寿命、温度サイクル、耐湿性など）が含まれます。これにより、車載アプリケーションにおける長期信頼性に対するはるかに高い信頼性が提供されます。広範なビニングにより、生産ロットにおける輝度と色の一貫性をより厳密に制御することができ、すべての警告灯が一致しなければならない車載クラスターにとって重要です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを30 mAで連続駆動できますか？

A: デレーティング曲線によれば、はんだパッド温度（T_S）が30°C以下の場合にのみ、30 mAで連続駆動できます。より現実的な車載インテリア温度85°Cでは、最大連続電流は約22-24 mAにデレートされます。特定のアプリケーション温度については、常にデレーティンググラフを参照してください。

Q: 標準光度とビニング光度の違いは何ですか？

A: 標準（300 mcd）はデータシートからの統計的平均値です。注文時には、特定のビン（例：T1: 280-355 mcd）からの部品を受け取ります。注文されたすべてのLEDは、そのビンの範囲内の最小強度を持ち、一貫性を保証します。標準値はビン範囲内に収まります。

Q: なぜ熱抵抗は2つの異なる値で与えられているのですか？

A: 実測値（160 K/W）は直接測定されたものです。電気的値（125 K/W）は順電圧の温度依存性から計算されます。保守的な熱設計のためには、常により高い実測値を使用してください。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: 穏やかな環境（周囲温度≈25°C）で20 mAで連続動作する場合、消費電力は約40 mW（20mA * 2.0V）であり、最大82 mWを下回ります。基本的なPCBパッドで通常十分です。しかし、高温の車載環境（例：85°C）またはより高い電流では、接合温度を125°C以下に保つために、PCB上のより大きな銅パッドまたは熱ビアを使用して熱経路を改善することが必要になります。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：車のダッシュボードクラスター用の赤色ドア半開きインジケータを設計します。LEDは車両の12Vシステム（公称、9Vから16Vの範囲）で駆動されます。クラスター位置での最大予想PCB温度は85°Cです。

設計ステップ：

1. 電流選択：T_S= 85°Cでのデレーティング曲線を確認します。最大連続電流は約22 mAです。マージンを提供し長寿命を確保するために、駆動電流15 mAを選択します。
2. 駆動回路：簡便さのために直列抵抗を使用します。最悪ケースの電流計算のために、最大V_F（2.75V）と最小電源電圧（エンジン始動時の9V）を使用します。R = (9V - 2.75V) / 0.015A = 416.7Ω。標準430Ω抵抗を使用します。最大電源（16V）での電流を確認：I = (16V - 1.75V_最小VF) / 430Ω = 33.1 mA。これは絶対最大定格を超えています！したがって、この広い電圧範囲では単純な抵抗は安全ではありません。
3. 改訂設計：9V-16V入力範囲全体で安定した15 mAを維持するには、リニア定電流レギュレータまたは小型スイッチングLEDドライバが必要です。これにより、一貫した輝度が確保され、LEDが保護されます。
4. 熱設計：15 mAでのLEDの消費電力は約30 mWです。85°Cでも、これは限界内に十分収まります。熱設計の焦点は電流レギュレータに移ります。
5. ビン選択：光度ビン（例：T1）を指定して、異なる車両のすべてのドア半開きインジケータが同様の輝度を持つようにします。

12. 動作原理

これは半導体発光ダイオード（LED）です。特性しきい値（赤色では約1.8V）を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域（赤色では通常アルミニウムインジウムガリウムリン化物、AlInGaPで構成）内で再結合します。この再結合プロセスにより、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。半導体層の特定の組成が、放出される光の波長（色）を決定します。プラスチックPLCCパッケージは半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、成形レンズを組み込んで光出力を形成し、120度の視野角を実現します。

13. 技術トレンド

車載LEDのトレンドは、より高い効率（ワット当たりのルーメン数）に向かっており、これにより電力消費と熱負荷が減少します。これにより、より明るい表示またはより低いエネルギー使用が可能になります。また、光出力を維持または増加させながらパッケージの小型化に向けた動きもあります。さらに、車載ディスプレイがより洗練され高級化するにつれて、より厳密な色と輝度の一貫性（より狭いビニング）に対する需要が高まっています。駆動電子機器と複数のLEDチップを単一のスマートモジュールに統合することも、進行中の別のトレンドであり、自動車メーカーの設計を簡素化します。