PLCC-2 スーパーレッドLED 0201H データシート - パッケージ 3.2x2.8x1.9mm - 電圧 2.0V - 電力 40mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、PLCC-2（プラスチックリードチップキャリア）表面実装パッケージを採用した高輝度スーパーレッド発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。主な設計焦点は、車載内外の過酷な環境下における信頼性と性能です。本デバイスは、標準駆動電流20mAにおいて典型的な光度800ミリカンデラ（mcd）を提供し、広い120度の視野角を備えています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの中核的利点は、自動車グレードの認定と堅牢な構造に由来します。AEC-Q102規格に適合しており、車載電子部品としての信頼性を保証します。また、硫黄耐性がA1に分類されており、硫黄含有ガス環境での腐食から保護します。RoHS、REACH、ハロゲンフリー指令への準拠により、厳しい環境規制を持つ世界市場にも適しています。主なターゲット市場は自動車照明、具体的には以下の通りです：

• 自動車内装照明：ダッシュボードバックライト、スイッチ照明、アンビエント照明、インフォテインメントシステムのインジケーター。
• 自動車外装照明：ハイマウントストップランプ（CHMSL）、サイドマーカーランプ、高視認性と信頼性を必要とするその他の信号灯アプリケーション。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 測光・光学特性

主要な光学パラメータは、LEDの光出力と色を定義します。標準条件（IF=20mA、Ts=25°C）下では、光度（Iv）の公称値は800 mcdであり、生産ビンに応じて最小560 mcd、最大1400 mcdの範囲にあります。知覚される色を定義する主波長（λd）は627 nmから639 nmの範囲で、確実にスーパーレッドスペクトルに位置します。120度の広い視野角（半値角）は、広い範囲での良好な視認性を保証し、信号表示アプリケーションにとって重要です。

2.2 電気的特性

順方向電圧（VF）は回路設計における重要なパラメータです。20mA時、典型的なVFは2.00Vで、範囲は1.75Vから2.75Vです。設計者は、一定の光出力を確保するために、電流制限回路を設計する際にこの変動を考慮する必要があります。絶対最大順方向電流（IF）は連続動作で50 mA、サージ電流（IFM）能力はパルス幅≤10μsで100 mAです。本デバイスは逆バイアス動作用には設計されていません。

2.3 熱的特性

熱管理は、LEDの長寿命と性能安定性に不可欠です。接合部からはんだ接合部までの熱抵抗（Rth JS）は、2つの値で示されています：'実測'値120 K/W（最大160 K/W）と'電気的'測定値100 K/W（最大120 K/W）です。このパラメータは、半導体接合部からPCBへ熱がどれだけ効率的に伝達されるかを示します。値が低いほど優れています。許容最大接合温度（Tj）は125°Cです。動作温度範囲は-40°Cから+110°Cで、過酷なボンネット下や車外環境に適しています。

3. ビニングシステムの説明

製造上のばらつきにより、LEDは性能ビンに分類されます。これにより、設計者は一貫した特性を持つ部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、標準テスト電流における光出力によってグループ化されます。ビンはU2（560-710 mcd）からAA（1120-1400 mcd）まであります。品番の接尾辞'H'は、本デバイスが'高輝度'ビンに属することを示し、通常はV1、V2、またはAAグループに対応します。

3.2 主波長ビニング

色（波長）は3ナノメートル刻みでビニングされ、2730（627-630 nm）から3639（636-639 nm）まであります。これにより、外観の均一性が重要なアプリケーションにおいて、生産ロット内での色の一貫性が確保されます。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は約0.25V刻みでビニングされ、コード1720（1.75-2.00V）から2527（2.50-2.75V）まであります。同じVFビンからLEDを選択することで、電源設計を簡素化し、並列アレイでの均一な電流分配を確保できます。

4. 性能曲線分析

4.1 IV曲線と相対光度

順方向電流対順方向電圧のグラフは、典型的なダイオードの指数関数的関係を示しています。相対光度対順方向電流の曲線はサブリニアです；電流を20mA以上に増加させると、光出力の向上は逓減し、より多くの熱が発生します。

4.2 温度依存性

性能グラフは温度の影響を明確に示しています。相対光度対接合温度の曲線は、温度が上昇すると光出力が減少することを示しており、これはLEDの典型的な挙動です。相対順方向電圧対接合温度は負の係数を持ち、温度が上昇するとVFが低下することを意味し、温度センシングに利用できます。主波長も温度とともにシフトし、グラフに示すように通常はより長い波長（赤方偏移）に向かいます。

4.3 スペクトル分布とデレーティング

相対スペクトル分布グラフは、赤色領域（~630nm）に狭いピークを示しています。順方向電流デレーティング曲線は設計上重要です：接合温度が上昇すると、許容最大連続電流は減少します。例えば、最大動作接合温度110°Cでは、順方向電流は約34 mAまでデレートする必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 物理寸法

このLEDは標準的なPLCC-2パッケージを使用しています。機械図面（セクション7で示唆）には、全長、幅、高さ、リード間隔、LEDチップを収容するキャビティのサイズなどの主要寸法が示されます。このパッケージは自動ピックアンドプレース実装用に設計されています。

5.2 極性識別とパッド設計

品番には逆極性を示す'R'が含まれています。信頼性の高いはんだ接合とPCBへの適切な熱接続を確保するために、推奨はんだパッドレイアウト（セクション8）が提供されています。正しい極性方向は極めて重要であり、通常はパッケージ上のマーキングまたは非対称な形状で示されます。

6. はんだ付け・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

推奨リフローはんだ付けプロファイルが提供されています（セクション9）。このLEDは、ピークはんだ付け温度260°Cを最大30秒間耐えることができ、標準的な鉛フリー（SnAgCu）はんだプロセスと互換性があります。このプロファイルに従うことで、プラスチックパッケージと内部ワイヤボンドへの熱ダメージを防止します。

6.2 使用上の注意

一般的な注意事項には以下が含まれます：絶対最大定格を超える動作の回避、適切なESD取り扱い手順（HBM定格2kV）の使用、デバイスを指定された温度・湿度範囲（MSL 2）内で保管すること。

7. 梱包・発注情報

7.1 梱包仕様

梱包情報（セクション10）は、部品がどのように供給されるかを詳細に説明し、通常は大量実装用のエンボス加工されたテープおよびリール上です。リール寸法、テープ幅、部品の向きは、標準的な自動化装置と互換性があるように規定されています。

7.2 品番体系

品番 67-21R-SR0201H-AM は以下のように解読されます：67-21= 製品ファミリー；R= 逆極性；SR= スーパーレッド色；020= 20mA テスト電流；1= リードフレームタイプ；H= 高輝度レベル；AM= 自動車用途。

8. アプリケーション設計提案

8.1 典型的な回路設計

安定動作のため、特に電源電圧（例：12V）が大きく変動する可能性のある車載環境では、単純な直列抵抗よりも定電流ドライバの使用が推奨されます。ドライバは、選択したビンの最大VFに基づいて電流を所望の値（例：20mA）に制限するように設計し、どのLEDも過駆動されないようにする必要があります。

8.2 熱管理の考慮事項

性能と長寿命を維持するためには、LEDの熱パッドに接続された十分なPCB銅面積（熱パッド）を確保して放熱する必要があります。熱抵抗（Rth JS）と消費電力（Pd = VF * IF）を使用して、予想される温度上昇を計算します。接合温度は最大125°Cを十分に下回り、理想的には長寿命のために85°C以下に保ちます。

8.3 光学的統合

120度の視野角は、集光ビームや特定の光パターンを必要とするアプリケーションでは、二次光学部品（レンズ、導光板）を必要とする場合があります。スーパーレッド色は、その高い視覚的インパクトと規制適合性から、ブレーキおよび警告信号に最適です。

9. 技術比較と差別化

標準的な民生用グレードのLEDと比較して、本デバイスの主な差別化要因は、そのAEC-Q102認定と硫黄耐性です。これらは通常、民生品ではテストも保証もされません。広い動作温度範囲（-40°C ～ +110°C）も、一般的なLEDのそれを上回ります。PLCC-2パッケージは、より小さなチップスケールパッケージや大きなスルーホール設計と比較して、サイズ、はんだ付け性、熱性能の良いバランスを提供します。

10. よくある質問（FAQ）

Q: '実測'熱抵抗と'電気的'熱抵抗の違いは何ですか？

A: '実測'熱抵抗は物理的な温度センサーを使用して測定されます。'電気的'熱抵抗は、LEDの固有の温度敏感パラメータである順方向電圧の電力変化を測定することで計算されます。電気的方法は仕様書でよく使用されます。

Q: このLEDを50mAで連続駆動できますか？

A: 絶対最大定格は50mAですが、この電流での連続動作はかなりの熱（Pd ~ 100mW）を発生させます。接合温度が125°Cを超えないようにするには、デレーティング曲線と熱計算を使用する必要があります。信頼性の高い長期動作のためには、典型的な20mA以下での駆動が推奨されます。

Q: MSL 2とはどういう意味ですか？

A: 湿気感受性レベル2です。この部品は、リフローはんだ付け前にベーキングが必要になるまで、工場環境（≤30°C/60% RH）で最大1年間保管できます。

11. 設計導入事例例

シナリオ：高輝度と信頼性を必要とするCHMSL（ハイマウントストップランプ）の設計。

選択：輝度と自動車グレードの信頼性のために、'H'（高輝度）ビンのこのスーパーレッドLEDが選択されました。

回路：LEDアレイは、LEDあたり20mAを供給するように設定された定電流降圧ドライバICで設計されます。ドライバ入力は、車両の公称12V（負荷ダンプ過渡電圧抑制済み）を扱います。

熱：PCBは2オンス銅層を使用し、各LEDパッドの下にフィルド熱ビアパターンを配置して熱をより広い基板面積に拡散させ、最悪の周囲条件下でも計算上のTjを90°C以下に保ちます。

光学：特定のプリズムパターンを持つ赤色着色ポリカーボネートレンズがアレイ上に配置され、ストップランプに必要な測光分布を満たします。

12. 動作原理の紹介

LEDは半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合部の活性領域で再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光の波長（色）は、使用される半導体材料（例：赤/オレンジ/琥珀色用のAlInGaP）のエネルギーバンドギャップによって決まります。PLCCパッケージは微小な半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、光を導く反射カップを組み込み、一次光学素子としても機能する成形エポキシレンズを含みます。

13. 技術トレンドと背景

自動車照明のトレンドは、より高い効率、より大きな統合、そしてよりスマートな機能に向かっています。これはディスクリートLEDですが、基礎となる技術は基盤となるものです。エネルギー消費と熱負荷を低減するために、より高い発光効率（電力入力1ワットあたりのより多くの光出力）を求める継続的な推進があります。赤色光については、AlInGaP技術は成熟しており効率的です。小型化への推進は続いていますが、PLCC-2パッケージは、多くのアプリケーションにおいて性能、コスト、製造性の優れたバランスのために人気を保っています。LEDとドライバIC、センサーをモジュラー式'ライトエンジン'ユニットに統合することは、先進照明システムにおける成長トレンドです。