PLCC-2 白色LED仕様書 - 3.5x2.75x1.1mm - 3.12V - 0.238W - 英語技術文書

1. 製品概要

本書は、PLCC-2（Plastic Leaded Chip Carrier）表面実装パッケージを採用した一連の白色発光ダイオード（LED）の完全な技術仕様書です。これらのLEDは、青色LEDチップと蛍光体コーティングを組み合わせて白色光を生成する方式で製造されています。信頼性の高い性能と標準的な自動組立プロセスとの互換性が求められる、汎用照明および表示用途向けに設計されています。

1.1 中核機能と優位性

このLEDシリーズの主な利点は、そのパッケージ設計と性能特性に起因します：

• パッケージ： 標準的なPLCC-2パッケージにより、幅広いSMT組立ラインおよびはんだ付けプロセスとの互換性を確保。
• 視野角： 120度（標準）の極めて広い視野角を特徴とし、均一な光分布を実現。
• 自動化対応： 高速ピックアンドプレース組立に対応するため、テープ・リール供給。
• 環境適合性： 本製品はRoHSに準拠し、国際的な環境基準を満たしています。
• 湿気管理： 湿気感受性レベル（MSL）はレベル3に分類され、包装セクションに記載された特定の取り扱い手順が必要です。

1.2 ターゲットアプリケーションと市場

これらのLEDは、様々な屋内照明および表示目的に適しています。主な応用分野は以下の通りです：

• 電子機器および制御パネル上の光学式状態インジケータ。
• 屋内情報表示および標識のバックライト。
• 管状照明器具における一般的な照明。
• 白色光が必要な汎用装飾または機能照明。

重要なお知らせ： データシートには、本製品が フレキシブルストリップ用途には適さない設計者はPLCC-2パッケージの機械的剛性を考慮する必要があります。

2. 詳細技術パラメータ分析

本セクションでは、標準試験条件Ts=25°Cで測定されたLEDの主要性能パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 電気光学特性

以下の表は、製品の異なる相関色温度（CCT）バリアントにおける重要な性能指標をまとめたものです。すべての値は順電流（IF）60mAで測定されています。

Table: Electrical & Optical Characteristics (Ts=25°C)

• 順方向電圧 (VF): 範囲は3.0V（最小）から3.4V（最大）で、代表値は3.12V。このパラメータは、適切な電流制御を確保するための駆動回路設計において極めて重要です。
• 光束 (Φ): CCTビンによりわずかに異なります。ほとんどの白色ビン（E40, E50, A57, E65）では、光束は26.5 lm（代表値）で、範囲は26-28 lmです。温白色ビン（E30）は、代表値がやや低く25.5 lm（範囲24-28 lm）です。
• 指向角 (2θ1/2): 120度（代表値）。これは、光度がピーク値の半分に低下する角度の幅を定義します。
• 演色評価数 (CRI): 最小80、代表値81.5。これは、一般照明において良好な演色性を示しています。
• 熱抵抗 (RθJ-S): 55 °C/W (Typical)。これは半導体接合部からはんだ付けポイントへの熱流に対する抵抗です。熱設計における重要なパラメータです。
• 逆方向電流 (IR): 逆方向電圧 (VR) 5V時、最大10 µA。

2.2 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。この限界値またはそれを超える条件下での動作は保証されません。

• 電力損失 (PD): 238 mW。電気エネルギーから熱と光に変換される総電力はこの値を超えてはならない。
• 順方向電流（IF）： 70 mA（連続）。
• ピーク順方向電流（IFP）： 140 mA。これはパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容される。
• 逆方向電圧（VR）： 5 V。これを超えると破壊を引き起こす可能性がある。
• 静電気放電（ESD）： 2000 V (人体モデル)。このレベルでの歩留まりは90%を超えるが、取り扱い時のESD保護は依然として必要である。
• 温度範囲：
  • 動作温度範囲 (TOPR): -40°C ～ +85°C。
  • 保存温度範囲 (TSTG): -40°C ～ +100°C。
  • 接合部温度 (TJ): 110°C (最大)。動作中の実際の接合部温度は計算し、この制限値を下回るように維持しなければならない。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、生産ロット内の一貫性を確保するために主要パラメータに基づいて選別（ビニング）される。これにより設計者は、特定のアプリケーション要件を満たす部品を選択できる。

3.1 順方向電圧と光束ビニング

IF=60mAにおいて、LEDは順方向電圧（VF）と光束（Φ）でビン分けされます。

• 順方向電圧ビン（H1, H2, I1, I2）： これらはそれぞれ、3.0-3.1V、3.1-3.2V、3.2-3.3V、3.3-3.4Vの電圧範囲を表します。
• 光束ビン（QIA）： このビンは26-28ルーメンの光束範囲に対応します。

3.2 相関色温度 (CCT) ビニング

白色光は、CIE 1931色度図上の色度座標によって定義されます。データシートには、図上で四角形を形成するそれぞれの座標境界（x1,y1からx4,y4）を持つ特定のビンが記載されています。

• E30: ウォームホワイト (2780-3110K)
• E40: ニュートラルホワイト (3770-4330K)
• E50: クールホワイト (4660-5360K)
• A57: ANSI クールホワイト (5350-6050K)
• E65: デイライトホワイト (6050-6950K)

色座標の典型的な測定許容差は±0.005です。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのデバイスの動作特性を把握するのに役立ちます。

4.1 順方向電圧 vs. 順方向電流 (IV曲線)

提示された曲線は、順方向電圧（VF）と順方向電流（IF）の関係を示しています。これはダイオードに典型的な非線形曲線です。電圧は電流とともに増加し、その傾きはLEDの動的抵抗を表します。設計者はこの曲線を用いて、所望の輝度を得ながら電力制限内に収まる適切な駆動電圧/電流を選択します。

4.2 相対発光強度 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力（相対強度）が印加される順方向電流に応じてどのように変化するかを示しています。一般的に、出力は電流とともに増加しますが、熱的影響や効率低下により、非常に高い電流では飽和したり効率が低下したりする可能性があります。効率と寿命の観点から最適な動作電流を決定する上で、このグラフは不可欠です。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法および図面

LEDはPLCC-2パッケージに収められています。主要寸法（特に記載のない限り、単位はミリメートル、公差±0.05mm）は以下の通りです：

• 全長：3.50 mm
• 全幅：2.75 mm
• 全高：1.10 mm
• リード寸法：具体的なパッド幅と間隔は、はんだ付けパターン図（Fig. 1-5）に詳細を示します。

5.2 極性識別とはんだ付けパターン

明確な極性マーキングは正しい取り付けに不可欠です。カソード（C、負極）はパッケージ上で識別されます。データシートには、適切なはんだ接合部の形成とリフロー中の機械的安定性を確保するための、PCB設計用推奨はんだパッドランドパターン（Fig. 1-5）が含まれています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 SMT リフローはんだ付け手順

このLEDは全ての標準的なSMT実装プロセスに適しています。ただし、MSLレベル3に該当するため、以下の特別な注意が必要です：

• 湿気感受性： 防湿バリアバッグを開封後、部品は30°C/60%RH以下の条件で保管した場合、168時間（7日）以内に実装する必要があります。
• ベーキング： 規定の暴露時間を超えた場合、部品は使用前にベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、リフロー工程中の「ポップコーン」クラックを防止する必要があります。標準的なベーキングプロファイルが適用されます（例：125°Cで指定時間）。
• リフロープロファイル： デバイスの最大定格（パッケージおよび接合部温度制限を参照）を超えないピーク温度の、標準的な鉛フリー（または有鉛）リフロー・プロファイルを使用すること。PCBおよび部品の熱容量を考慮する必要がある。

6.2 一般的な取り扱い上の注意事項

• LEDレンズおよびリード線への機械的ストレスを避けること。
• 取り扱いおよび組立時にはESD対策を実施すること。
• 汚染を防ぐため、素手でレンズに触れないこと。
• 使用直前まで、元の防湿梱包材で保管すること。

7. 梱包および注文情報

7.1 梱包仕様

LEDは自動実装用の業界標準パッケージで供給されます。

• キャリアテープ： 個々のLEDを保持するエンボス加工キャリアテープの寸法が規定されており、ポケットサイズ、ピッチ、テープ幅を含みます。
• リール寸法： キャリアテープが巻き取られるリールの仕様であり、リール直径とハブサイズを含みます。
• ラベル仕様： リールラベルのフォーマットは、通常、品番、数量、ロットコード、およびデートコードを含みます。

7.2 防湿梱包および外箱

リールは、MSL等級を維持するために、乾燥剤と湿度指示カードを封入した密閉防湿バッグで梱包されます。これらのバッグは、その後、段ボール箱に詰めて出荷されます。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 ドライバ回路設計

順方向電圧特性（VF 代表値 3.12V、60mA時最大 3.4V）を考慮すると、定電圧源よりも定電流ドライバの使用を強く推奨します。これにより、安定した光出力が確保され、LEDが熱暴走から保護されます。ドライバは、最大電流を70mA連続に制限するように設計する必要があります。

8.2 熱管理

熱抵抗が55°C/Wであるため、特に高電流動作時や高温環境下では効果的な放熱対策が重要です。PCBレイアウトでは、LEDの半田付けポイントに接続された十分な銅面積（放熱パッド）を設け、熱を放散させる必要があります。最大接合温度（110°C）を超えてはなりません。実際の接合温度は、Tj = Ts + (RθJ-S * PD) の式を用いて推定できます。ここで、Tsは半田付けポイント温度、PDは消費電力（VF * IF）です。

8.3 光学設計

120度の視野角により、これらのLEDは集光ビームではなく、広く拡散した照明を必要とする用途に適しています。指向性の高い光が必要な用途では、二次光学部品（レンズ）が必要となります。

9. 技術比較と差別化

市場には多くのPLCC-2白色LEDが存在しますが、本シリーズは以下のパラメータの組み合わせにより差別化を図っています：

• バランスの取れた性能： It offers a good balance of luminous flux (26-28 lm), CRI (>80), and wide viewing angle at a standard 60mA drive current.
• 総合的なビニング： 詳細な電圧、光束、および複数CCTのビニングにより、設計者は色と輝度が重要な用途に適した部品を柔軟に選択できます。
• 明確なアプリケーションガイダンス： フレキシブルストリップでの使用を明確に警告している点は、機械的ストレスによる現場故障を防ぐ重要な差別化要素です。

10. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

10.1 推奨動作電流は？

データシートではIF=60mAでのLED特性を記載しており、これは典型的な動作点です。絶対最大連続電流は70mAです。最適な寿命と効率のためには、60mA以下での動作が推奨されます。特定の輝度要件については、性能対電流曲線を参照してください。

10.2 正しいCCTビンを選択する方法は？

用途に応じて望ましい白色光の「色合い」―暖色（黄色がかった）から寒色（青みがかった）―に基づき、CCTビン（E30、E40、E50、A57、E65）を選択してください。色度座標ビンは、選択したグループ内での色の一貫性を保証します。

10.3 3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？

3.3V電源に直接接続するのは危険です。代表的な順方向電圧は3.12Vですが、最大3.4Vに達する場合があります。3.3V電源では、特にVFビンが高いユニットを確実に点灯させられず、輝度のばらつきを引き起こす可能性があります。定電流駆動回路が正しい解決策です。

10.4 湿気暴露時間を超過するとどのような影響がありますか？

MSL Level 3の暴露制限時間（168時間）を超過し、適切なベーキングを行わない場合、吸収した湿気が高温のリフローはんだ付け工程中に急速に気化する可能性があります。これにより、パッケージ内部の剥離や「ポップコーン」クラックが発生し、即時または潜在的な故障の原因となります。

11. 実用的な設計と使用例

ケース：ステータスインジケーターパネルの設計
エンジニアが、複数の明るく均一な白色ステータスインジケーターを必要とする制御パネルを設計している。このパネルは室温の室内環境で動作する。

• コンポーネント選定： このPLCC-2 LEDは、広い視野角（様々な角度からの視認性を確保）、SMT互換性（組立の容易化）、良好な輝度を理由に選定された。
• 回路設計： 電圧レギュレータと直列に電流制限抵抗を用いたシンプルな定電流回路を設計する。抵抗値は、電源電圧（例：5V）、目標電流（60mA）、および最大予想VF（3.4V）に基づき計算する：R = (Vsupply - VF_max) / IF = (5 - 3.4) / 0.06 ≈ 26.7Ω。27Ωの抵抗を選択する。
• 熱管理： パネルは低デューティサイクルかつ室温環境で動作し、LEDあたりの消費電力も低い（約0.2W）ため、標準的なPCBの銅箔パターンで放熱には十分である。接合部温度は十分に許容範囲内であることを確認済み。
• 結果： 最終製品は、信頼性が高く、一貫して明るい表示を特徴とし、大量生産が容易です。

12. 動作原理

この白色LEDは、蛍光体変換の原理で動作します。中核となる部品は、電流が流れると（エレクトロルミネセンスにより）青色光を発する半導体チップです。この青色光は、パッケージ内に形成された蛍光体層に照射されます。蛍光体は青色光の一部を吸収し、より長い波長の光（黄色、赤色）として再放出します。残存する青色光と変換された黄/赤色光の組み合わせが、人間の目には白色光として知覚されます。白色光の相関色温度（CCT）や演色評価数（CRI）は、使用する蛍光体の具体的な配合によって決定されます。

13. 技術動向

このPLCC-2タイプのようなデバイスを含むSMD LED技術の全般的なトレンドは、引き続き以下のいくつかの主要分野に焦点を当てています：

• 効率向上（lm/W）： チップ設計、蛍光体効率、パッケージ構造の継続的な改善により、同じ電力入力（ワット）に対してより多くの光出力（ルーメン）を提供することが目指されています。
• 色彩品質と一貫性の向上： 蛍光体技術の進歩と厳格なビニングプロセスにより、より高い演色評価数(CRI)とより精密な色度点制御が実現され、高品質照明アプリケーションの要求を満たしています。
• 信頼性と寿命の向上： 優れたパッケージ材料、ダイボンド方法、熱管理に関する研究により、動作寿命が延長され、経時的な光束維持率が向上しています。
• 小型化と集積化： PLCC-2は標準として残る一方で、スペース制約のあるアプリケーション向けに小型パッケージフットプリントやチップスケールパッケージ(CSP)への移行、および複数のLEDとドライバを組み合わせた統合モジュールのトレンドがあります。

LED Specification Terminology

LED技術用語の完全な解説

光電性能

用語	単位/表記	簡単な説明	重要性
発光効率	lm/W（ルーメン毎ワット）	電力1ワットあたりの光束出力。値が高いほどエネルギー効率が良い。	エネルギー効率等級と電気料金を直接決定する。
光束	lm（ルーメン）	光源が発する総光束量。一般に「明るさ」と呼ばれる。	光が十分に明るいかどうかを判断する。
視野角	°（度）、例：120°	光強度が半減する角度、ビーム幅を決定する。	照射範囲と均一性に影響する。
CCT（色温度）	K（ケルビン）、例：2700K/6500K	光の温かみ・冷たさ。値が低いと黄色みがかった温かみ、高いと白みがかった冷たさ。	照明の雰囲気と適したシナリオを決定する。
CRI / Ra	単位なし、0〜100	物体の色を正確に再現する能力。Ra≥80は良好。	色の忠実度に影響し、ショッピングモールや博物館などの高要求場所で使用。
SDCM	マクアダム楕円ステップ、例：「5ステップ」	色の一貫性指標、ステップ数が小さいほど色の一貫性が高い。	同一ロットのLED間で色の均一性を確保。
Dominant Wavelength	nm（ナノメートル）、例：620nm（赤）	カラーLEDの色に対応する波長。	赤、黄、緑の単色LEDの色調を決定する。
分光分布	波長対強度曲線	波長全体にわたる強度分布を示す。	演色性と品質に影響します。

電気的特性

用語	記号	簡単な説明	設計上の考慮事項
順方向電圧	Vf	LEDを点灯させる最小電圧、「始動閾値」のようなもの。	ドライバー電圧は≥Vfでなければならず、直列LEDでは電圧が加算される。
順方向電流	If	LEDが正常に動作するための電流値。	Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan.
最大パルス電流	Ifp	短時間許容可能なピーク電流で、調光や点滅に使用されます。	Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage.
逆方向電圧	Vr	LEDが耐えられる最大逆電圧。これを超えると破壊の可能性があります。	回路は逆接続や電圧スパイクを防止する必要があります。
熱抵抗	Rth (°C/W)	チップからはんだへの熱伝達に対する抵抗。値が低いほど優れています。	熱抵抗が高い場合、より強力な放熱が必要です。
ESD耐性	V (HBM)、例：1000V	静電気放電に対する耐性。値が高いほど影響を受けにくい。	生産時には、特に感度の高いLEDに対して、静電気対策が必要。

Thermal Management & Reliability

用語	主要指標	簡単な説明	影響
Junction Temperature	Tj (°C)	LEDチップ内部の実際の動作温度。	10°C低下するごとに寿命が倍増する可能性あり；高すぎると光束減衰、色ずれを引き起こす。
Lumen Depreciation	L70 / L80 (時間)	初期輝度から70%または80%に低下するまでの時間。	LEDの「寿命」を直接定義する。
光束維持率	% (例: 70%)	経過時間後に保持される輝度の割合。	長期使用における輝度保持の指標。
色ずれ	Δu′v′ または MacAdam ellipse	使用時の色変化の程度。	照明シーンにおける色の一貫性に影響。
Thermal Aging	材料劣化	長期高温による劣化。	輝度低下、色変化、または開放故障を引き起こす可能性があります。

Packaging & Materials

用語	一般的な種類	簡単な説明	Features & Applications
パッケージタイプ	EMC, PPA, セラミック	チップを保護し、光学的/熱的インターフェースを提供するハウジング材料。	EMC: 耐熱性に優れ、低コスト。セラミック: 放熱性がより良く、寿命が長い。
チップ構造	Front, Flip Chip	チップ電極配置。	フリップチップ：放熱性が優れ、効率が高く、高電力用。
蛍光体コーティング	YAG, シリケート, ナイトライド	青色チップを覆い、一部を黄色/赤色に変換し、混合して白色を生成。	異なる蛍光体は、効率、相関色温度、演色評価数に影響を与える。
レンズ/光学系	フラット、マイクロレンズ、TIR	表面の光学構造が光配分を制御します。	視野角と配光曲線を決定します。

Quality Control & Binning

用語	ビニング内容	簡単な説明	目的
光束ビン	コード例：2G、2H	明るさでグループ化され、各グループには最小/最大ルーメン値があります。	同一ロット内での均一な明るさを保証します。
電圧ビン	コード例：6W、6X	順方向電圧範囲でグループ化。	ドライバーとのマッチングを容易にし、システム効率を向上。
カラービン	5ステップMacAdam楕円	色座標でグループ化し、狭い範囲を確保。	色の一貫性を保証し、器具内での色むらを防止。
CCT Bin	2700K, 3000K etc.	CCTでグループ分けされ、それぞれ対応する座標範囲を持つ。	異なるシーンのCCT要件を満たす。

Testing & Certification

用語	規格/試験	簡単な説明	意義
LM-80	光束維持率試験	一定温度下での長期点灯により、輝度の減衰を記録する。	LEDの寿命推定に使用される（TM-21と併用）。
TM-21	寿命推定基準	LM-80データに基づき、実際の使用条件下での寿命を推定。	科学的な寿命予測を提供。
IESNA	Illuminating Engineering Society	光学、電気、熱に関する試験方法を網羅。	業界で認知された試験基準。
RoHS / REACH	環境認証	有害物質（鉛、水銀など）が含まれていないことを保証。	国際的な市場参入要件。
ENERGY STAR / DLC	エネルギー効率認証	照明器具のエネルギー効率および性能認証。	政府調達や補助金プログラムで使用され、競争力を高める。