PLCC-2 赤色LED データシート - 120° 視野角 - 2.0V 標準 - 40mW - 車載グレード - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、PLCC-2（Plastic Leaded Chip Carrier）パッケージに封止された高性能表面実装型赤色LEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、主に車載電子機器の過酷な環境を想定して設計されており、高輝度出力、広い視野角、堅牢な信頼性認証を兼ね備えています。

本コンポーネントの中核的な利点は、個別光電子デバイス向けAEC-Q102規格への適合性にあり、車載アプリケーションへの適合性を保証します。硫黄耐性はA1クラスに分類され、腐食性雰囲気に対する耐性を有します。さらに、本製品はRoHS、REACH、ハロゲンフリー指令に準拠しており、世界的な環境・安全規制に適合しています。主なターゲット市場は、車載内外装照明システムであり、計器盤クラスター、インジケータランプ、車内の各種照明機能などが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 測光・光学特性

LEDの主要な測光性能は、標準順方向電流（I_F）20mAの条件下で定義されます。標準光度（I_V）は1400ミリカンデラ（mcd）であり、選択されるビンに応じて最小900 mcdから最大2240 mcdの範囲で規定されます。この高輝度は、120度という非常に広い視野角（φ）を維持しながら達成されます。視野角は、光度がピーク値の半分に低下する軸外れ角度として定義されます。主波長（λ_d）は赤色スペクトルにあり、612 nmから627 nmの範囲です。これが発光の知覚色を決定します。

2.2 電気・熱特性パラメータ

電気的特性は、20mA時の標準順方向電圧（V_F）2.00ボルトを中心とし、許容限界は1.75Vから2.75Vの間です。絶対最大定格は動作限界を定義します：最大連続順方向電流（I_F）50 mA、最大消費電力（P_d）137 mW、およびパルス幅≤10 µsでのサージ電流（I_FM）耐量100 mA。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。

熱管理はLEDの性能と寿命にとって極めて重要です。接合部からはんだ接点までの熱抵抗は、2つの方法で規定されています：実測値（R_{th JS real}）は標準値120 K/W（最大160 K/W）、電気的測定値（R_{th JS el}）は標準値100 K/W（最大120 K/W）です。最大許容接合温度（T_J）は125°C、動作温度範囲（T_opr）は-40°Cから+110°Cです。

3. ビニングシステムの説明

アプリケーション設計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。これにより、設計者は回路の特定の許容差要件を満たすコンポーネントを選択できます。

3.1 光度ビニング

光度は、4つの主要ビンにグループ分けされます：V2（900-1120 mcd）、AA（1120-1400 mcd）、AB（1400-1800 mcd）、BA（1800-2240 mcd）。対応する光束範囲も、±8%の測定許容差で参考として提供されます。

3.2 主波長ビニング

色度点を定義する主波長は、3ナノメートル刻みでビニングされます。ビンは1215（612-615 nm）、1518（615-618 nm）、1821（618-621 nm）、2124（621-624 nm）、2427（624-627 nm）とラベル付けされ、測定許容差は±1 nmです。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、ドライバ設計やマルチLEDアレイにおける電流マッチングを支援するため、4つのビンに分類されます：1720（1.75-2.00V）、2022（2.00-2.25V）、2225（2.25-2.50V）、2527（2.50-2.75V）。測定許容差は±0.05Vです。

4. 性能曲線分析

データシートには、異なる動作条件下でのLEDの挙動を理解するために不可欠な複数のグラフが提供されています。

4.1 IV特性曲線と相対強度

順方向電流対順方向電圧のグラフは、ダイオードに典型的な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、光出力が電流とともに超線形的に増加し、飽和する可能性があることを示しており、定電流駆動の重要性を強調しています。

4.2 温度依存性

主要なグラフは、LEDの温度に対する感度を示しています。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います。逆に、相対順方向電圧対接合温度のグラフは、V_Fが温度上昇とともに直線的に減少する負の温度係数を示しています。この特性は、温度センシングに利用されることがあります。主波長シフト対接合温度のグラフは、温度が上昇するとより長い波長（赤方偏移）へシフトすることを示しています。

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、ピークが約625 nm領域にある単色の赤色出力を確認します。順方向電流デレーティング曲線は熱設計にとって極めて重要であり、はんだパッド温度の関数としての最大許容連続電流を示しています。例えば、最大はんだパッド温度110°Cでは、順方向電流は34 mAまでデレーティングする必要があります。許容パルス耐量チャートは、様々なデューティ比でのパルス電流に対する安全動作領域を定義します。

5. 機械的仕様、パッケージング、実装情報

5.1 機械的寸法と極性

本コンポーネントは標準的なPLCC-2表面実装パッケージを使用します。具体的な機械図面（セクション参照により暗示）には、長さ、幅、高さ、リード間隔が詳細に記載されます。品番には逆極性構成を示すRが含まれます。カソードは通常、パッケージ上の切り欠きまたはマークされたコーナーで示されます。設計者は、正確な寸法とフットプリントについては詳細な寸法図を参照する必要があります。

5.2 はんだパッド設計とリフロー・プロファイル

適切なはんだ接合部形成、熱放散、機械的安定性を確保するために、推奨はんだパッドレイアウトが提供されます。リフローはんだ付けプロファイルは、ピーク温度260°Cで30秒間と規定されており、これは標準的な鉛フリー（Pb-free）はんだ付けプロセスと一致します。LEDパッケージやダイボンドへの熱損傷を防ぐため、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

本デバイスの湿気感受性レベル（MSL）は2です。これは、リフローはんだ付け前にベーキングが必要となるまで、コンポーネントを≤30°C / 60%相対湿度で最大1年間保管できることを意味します。デバイスは2 kV人体モデル（HBM）定格であるため、標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。パッケージング情報には、自動実装用のリールおよびテープ仕様が詳細に記載されています。

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

本LEDは、車載アプリケーション向けに明示的に設計されています：
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インジケータ。
外装照明：センター・ハイマウント・ストップ・ランプ（CHMSL）、サイドマーカーランプ、高輝度と広視野角が有益なその他の信号機能。
クラスター：警告灯、表示灯、計器照明。

6.2 重要な設計上の考慮点

• 電流駆動：常に定電流ドライバまたは電流制限抵抗を使用してください。標準動作点は20mAですが、温度によるデレーティングを考慮し、いかなる条件下でも電流が絶対最大値50mAを超えないように設計する必要があります。
• 熱管理：熱抵抗経路ははんだパッドを通ります。特に高温環境または高電流で動作する場合、PCBに十分な銅箔または熱ビアを設けて放熱を確保してください。
• ESD保護：取り扱いおよび実装中は標準的なESD対策を実施してください。2kV HBM定格ですが、LEDがユーザーアクセス可能なインターフェースにさらされる場合は、PCB上に追加の保護が必要になる場合があります。
• 光学設計：120度の視野角は非常に広いビームを提供します。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、二次光学部品（レンズ）が必要になります。

7. 発注情報と品番の解読

品番は特定の構造に従います：67-21R-UR0201H-AM.
67-21：製品ファミリー。
R：逆極性。
UR：カラーコード（赤）。
020：試験電流（20 mA）。
1：リードフレームタイプ。
H：輝度レベル（高）。その他のレベルにはM（中）、L（低）が含まれます。
AM：車載アプリケーショングレードを指定。

発注時には、所望の性能特性を得るために、光度、波長、順方向電圧の特定のビンコードを指定する必要がある場合があります。

8. 技術比較と差別化

標準的な民生用グレードのPLCC-2 LEDと比較して、本デバイスの主な差別化要因は、その車載適合性です。AEC-Q102認証には、車載環境に特有の温度サイクル、湿度、高温動作寿命などの厳格なストレステストが含まれます。硫黄耐性（クラスA1）は、タイヤ、燃料、大気汚染からの硫黄含有ガスにさらされ、銀メッキ部品が腐食して故障を引き起こす可能性のある車載用途におけるもう一つの重要な特徴です。広い動作温度範囲（-40°Cから+110°C）も、一般的な民生用仕様を超えています。

9. よくある質問 (FAQ)

Q: このLEDの最小順方向電流はいくつですか？
A: データシートでは最小順方向電流は5 mAと規定されています。デレーティンググラフでは、この電流以下の動作は推奨されていません。

Q: 抵抗なしで3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？
A: できません。標準V_Fが2.0Vであるため、3.3Vに直接接続すると過剰な電流が流れ、最大定格を超えてLEDを破損する可能性が高いです。直列の電流制限抵抗または定電流ドライバが常に必要です。

Q: 光度は温度とともにどのように変化しますか？
A: 性能グラフに示されているように、光度は接合温度が上昇すると減少します。最大接合温度125°Cでは、相対光度は25°C時よりも大幅に低くなります。輝度を維持するためには熱設計が重要です。

Q: 生産プロセスにおけるMSL: 2の意味は何ですか？
A: MSL 2は、コンポーネントが湿度インジケータカード付きの防湿バッグに梱包されていることを意味します。バッグを開封した後、≤30°C/60% RHで保管した場合、コンポーネントは1年以内にはんだ付けする必要があります。より高い湿度にさらされた場合、またはフロアライフを超えた場合は、はんだ付け中のポップコーン現象による損傷を防ぐために、リフロー前にベーキングが必要です。

10. 設計・使用事例

シナリオ：高信頼性ダッシュボード警告インジケータの設計
設計者は、広範囲のドライバー位置から明確に視認可能で、車両の15年間の寿命にわたって確実に動作し、極端な気候下でも機能する赤色のエンジンチェック警告灯を必要としています。

コンポーネント選定：信頼性、視認性を確保する広い120°視野角、堅牢な構造のために、このAEC-Q102適合LEDが選定されます。
回路設計：LEDは、車両の12Vシステムから、20mAに設定された定電流ドライバICを介して駆動されます。ドライバは、車載電気システムで一般的なロードダンプ過渡現象や逆極性事象に対する保護を提供します。
熱設計：PCBは、熱パッドを大きな銅面に接続して放熱するように設計され、高温の車室内環境でもはんだパッド温度を110°Cを十分に下回るように保ちます。
光学設計：LEDの上にシンプルな拡散レンズを配置し、光点を柔らかくし、クラスターパネルに美的に統合します。
このアプローチは、LEDの主要仕様を活用し、車載規格を満たす耐久性の高い高性能ソリューションを実現します。

11. 動作原理の紹介

本デバイスは発光ダイオード（LED）、すなわち半導体p-n接合ダイオードです。ダイオードの閾値を超える順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子が活性層内でp型領域からの正孔と再結合します。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。半導体の特定の材料組成（赤色LEDでは通常、リン化アルミニウムガリウムインジウム - AlGaInPがベース）が、発光の波長、つまり色を決定します。PLCC-2パッケージは半導体ダイを収納し、リードフレームを介して電気的接続を提供し、光出力を整形しダイを保護する成形エポキシレンズを含みます。

12. 技術トレンドと開発動向

車載LED照明のトレンドは、より高い効率（ワット当たりのルーメン数）、増大した電力密度、およびより高度な統合に向かって進み続けています。本コンポーネントは個別デバイスですが、ドライバ電子部品と光学系を統合したマルチダイパッケージやLEDモジュールの使用が増えています。さらに、蛍光体技術と直接発光半導体の進歩により、内装アンビエント照明向けの色域が拡大され、演色性が向上しています。強化された信頼性、より長い寿命、およびより高温のボンネット下（外装用途向け）での性能に対する要求は、車載グレードLEDにおける材料科学とパッケージングの革新を引き続き推進しています。