2820 赤色LED データシート - SMDパッケージ 2.8x2.0mm - 2.4V 標準 - 70lm @ 350mA - 自動車グレード

1. 製品概要

2820シリーズは、厳しい要求を満たす自動車照明アプリケーション向けに特別に設計された、高輝度・表面実装型の赤色LEDです。この部品は、自動車業界の厳格な基準を満たすように設計されており、コンパクトなSMDパッケージで信頼性の高い性能を提供します。主な用途は、色出力の一貫性、高い信頼性、長い動作寿命が重要な要件となる自動車の信号灯および車内照明です。

このLEDの中核的な利点は、AEC-Q102 Revision Aに準拠した認定を受けており、自動車セクターの厳格な品質と信頼性の要求を満たしている点です。また、RoHSおよびREACH環境指令に準拠し、ハロゲンフリーであるため、現代の環境配慮型設計に適しています。パッケージはMSL 2に格付けされており、これは多くのSMD部品で標準的な中程度の湿気感受性を示しています。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 測光・電気的特性

主要な性能指標は、順方向電流(I_F) 350mAという標準試験条件下で定義されています。標準的な光束は70ルーメン(lm)で、最小60 lm、最大90 lm（測定許容差±8%）です。この高出力は、標準的な順方向電圧(V_F) 2.4ボルト（範囲：2.00V～2.75V、許容差±0.05V）で達成されます。主波長(λ_d)は標準で614ナノメートル(nm)であり、その赤色を定義し、範囲は612 nmから624 nm（許容差±1nm）です。本デバイスは広い120度の視野角(φ)（許容差±5°）を提供し、広く均一な照明を実現します。

2.2 熱特性および絶対最大定格

熱管理はLEDの長寿命にとって極めて重要です。接合部からはんだ付けポイントまでの熱抵抗(R_{th JS})は、2つの方法で規定されています：実測値12.8 K/W（標準）および電気的方法による測定値10 K/W（標準）。絶対最大定格は動作限界を定義します：最大消費電力(P_d) 1375 mW、最大連続順方向電流(I_F) 500 mA、およびデューティ比0.005、パルス幅≤10 μsでのサージ電流(I_FM) 1500 mA。最大接合温度(T_J)は150°Cで、動作および保管温度範囲は-40°Cから+125°Cであり、自動車環境に適しています。本デバイスは、2 kV（HBM、R=1.5kΩ、C=100pF）のESD耐性と、30秒間260°Cのリフローはんだ付け温度に耐えることができます。

3. ビニングシステムの説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。この製品は3次元のビニングシステムを使用しています。

3.1 光束ビン

LEDは、350mAでの光出力によって分類されます：
• ビン F6: 60 lm (最小) ～ 70 lm (最大)
• ビン F7: 70 lm (最小) ～ 80 lm (最大)
• ビン F8: 80 lm (最小) ～ 90 lm (最大)

3.2 順方向電圧ビン

LEDは、その電気的特性によって分類されます：
• ビン 2022: 2.00V (最小) ～ 2.25V (最大)
• ビン 2225: 2.25V (最小) ～ 2.50V (最大)
• ビン 2527: 2.50V (最小) ～ 2.75V (最大)

3.3 主波長ビン

LEDは、正確な赤色の色度点によってグループ分けされます：
• グループ 1215: 612 nm (最小) ～ 615 nm (最大)
• グループ 1518: 615 nm (最小) ～ 618 nm (最大)
• グループ 1821: 618 nm (最小) ～ 621 nm (最大)
• グループ 2124: 621 nm (最小) ～ 624 nm (最大)

すべてのビニング測定には指定された許容差があります：光束±8%、順方向電圧±0.05V、主波長±1nmで、25msの電流パルスを使用して測定されます。

4. 性能曲線分析

4.1 分光分布と放射パターン

相対分光分布グラフは、約614 nmの赤色領域にピークを示し、他のスペクトル帯域での放射は最小限であり、純粋な赤色であることを確認しています。放射パターン図は、光の典型的な空間分布を示しており、中心線から±60°で強度が半分になるという120°視野角の仕様と相関しています。

4.2 電流-電圧(I-V)特性と電流-光束特性

順方向電流対順方向電圧グラフは、ダイオードの特徴的な指数関数的曲線を示しています。標準動作点である350mAでは、電圧は約2.4Vです。相対光束対順方向電流グラフは、光出力が電流とともに非線形的に増加することを示しており、安定した輝度のための定電流駆動の重要性を強調しています。

4.3 温度依存性

相対順方向電圧対接合温度グラフは負の温度係数を示しています；V_Fは温度が上昇すると減少し、これはLEDに典型的な特性です。相対光束対接合温度グラフは、接合温度が上昇すると光出力が減少することを示しており、輝度を維持するための効果的な熱管理の重要性を強調しています。相対波長シフト対接合温度グラフは、温度による主波長のわずかなシフト（通常数ナノメートル）を示しており、色が重要なアプリケーションにとって重要です。

4.4 デレーティングとパルス耐性

順方向電流デレーティング曲線は、はんだパッド温度(T_S)に基づいて許容される最大連続電流を規定します。例えば、最大T_S125°Cでは、最大I_Fは500 mAです。このグラフはまた、最小動作電流50 mAも規定しています。許容パルス耐性グラフは、25°Cにおいて、所定のパルス幅(t_F)とデューティ比(D)に対して許容されるピークパルス電流(I_p)を定義しており、パルス駆動やマルチプレックス駆動方式に有用です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

このLEDは、業界呼称2820の表面実装デバイス(SMD)パッケージで提供され、おおよその寸法は長さ2.8mm、幅2.0mmに対応します。データシートの詳細な機械図面には、全高、リード間隔、パッド位置など、すべての重要な寸法が記載されています。特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準許容差は±0.1mmです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

PCB設計をガイドするための専用のランドパターン図が提供されています。この推奨パッドレイアウトに従うことは、信頼性の高いはんだ接合の実現、熱パッドからの適切な放熱、LEDの正確な位置合わせに不可欠です。この図面には、ソルダーマスク開口部と銅パッドの寸法が含まれており、最適なはんだフィレット形成と機械的安定性を確保します。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

この部品は、標準的な赤外線または対流式リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。データシートには、重要なパラメータを指定したリフロープロファイルが含まれており、パッケージが最大30秒間耐えられる最大ピーク温度は260°Cです。このプロファイルは、熱衝撃を防止し、LEDダイやパッケージを損傷することなく信頼性の高いはんだ接続を確保するための、予熱、ソーク、リフロー、冷却の各段階を詳細に説明しています。

6.2 使用上の注意点

主な取り扱いおよび使用上の注意点は以下の通りです：LEDレンズへの機械的ストレスを避ける、光学面の汚染を防ぐ、2kV HBM定格のため適切なESD取り扱い手順に従う、防湿バッグが開封されてからリフローまでの時間が規定時間を超えた場合は部品をベーキングして湿気感受性レベル(MSL 2)を尊重する。

7. 梱包および発注情報

7.1 品番体系

品番 2820-UR3501H-AM は以下のように解読されます：
• 2820: 製品ファミリーおよびパッケージサイズ。
• UR: 赤色のカラーコード。
• 350: 試験電流（ミリアンペア単位、350mA）。
• 1: リードフレームタイプ（1 = 金メッキ）。
• H: 輝度レベル（H = 高輝度）。
• AM: 自動車アプリケーションシリーズを指定。

データシートには、2820プラットフォーム向けの他の利用可能なカラーコード（例：UB（青色）、UG（緑色）、UA（琥珀色）、各種白色温度）の包括的なリストも提供されています。

7.2 梱包仕様

LEDは、自動ピックアンドプレース実装装置との互換性のために、テープおよびリールで供給されます。梱包情報セクションには、リール寸法、テープ幅、ポケット間隔、およびテープ上の部品の向きが詳細に記載されており、これは組立ラインを正しく設定するために重要です。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーション例

主な、かつ明示されたアプリケーションは自動車照明です。これには幅広い用途が含まれます：
• 外部信号灯: リアコンビネーションランプ（テール/ストップランプ）、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。
• 車内照明: 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、読書灯。
• そのAEC-Q102認定、広い温度範囲、および耐硫黄性（クラスA1）により、温度サイクル、振動、および潜在的な腐食性雰囲気にさらされる過酷な自動車環境に対して堅牢です。

8.2 設計上の考慮点

• 駆動回路: 安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、常に定電流ドライバーを使用してください。ドライバー設計には順方向電圧ビンを考慮する必要があります。
• 熱管理:** 低い熱抵抗（10-13 K/W）は接合部からはんだ付けポイントまでの値です。実際の接合温度は、PCBの熱設計（銅面積、ビア、基板材料）に大きく依存します。デレーティング曲線を使用して、PCBを介した適切な放熱ソリューションを設計し、特に高い周囲温度においてT_Jを安全限界内に保つようにしてください。
• 光学設計: 120°の視野角は、広い照明が必要なアプリケーションに有用です。より集光した光が必要な場合は、二次光学系（レンズ）が必要になります。
• 耐硫黄性: クラスA1の硫黄試験基準格付けは、硫黄含有雰囲気に対するある程度の耐性を示しており、主に自動車向けですが、特定の地理的地域や産業環境でのアプリケーションに有益です。

9. 技術比較と差別化

多くのSMD赤色LEDが存在しますが、この2820シリーズは、その自動車グレード認定(AEC-Q102)によって差別化されています。これは単なるマーケティング用語ではなく、部品が極限条件下での長期信頼性のために自動車業界によって定義された一連の厳格なストレステストに合格したことを意味します。民生グレードのLEDと比較して、このシリーズは指定された-40°Cから+125°Cの範囲での保証された性能、より高いサージ電流耐性、および文書化された耐硫黄性を提供します。高光束（標準70lm）、広い視野角、そしてこの信頼性パッケージの組み合わせは、部品の故障率を妥協できない自動車設計者にとって強力な候補となります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDの推奨動作電流は何ですか？
A: データシートは350mAでの性能を特性として示しており、これは標準的な動作点と見なされます。50mAから絶対最大定格の500mA連続電流まで動作させることができますが、輝度と効率は変化します。高い周囲温度で動作する場合は、常にデレーティング曲線を参照してください。

Q: 光束ビニング（F6、F7、F8）はどのように解釈すればよいですか？
A: これにより、アプリケーションに適した輝度グレードを選択できます。例えば、ビンF7から発注すると、標準試験条件下で350mA駆動時にLEDが70から80ルーメンの間の光束を生成することが保証されます。これにより、最終製品の輝度の一貫性が確保されます。

Q: 順方向電圧ビンが2225です。これは私のドライバー設計にとって何を意味しますか？
A: それは、あなたのLEDのV_Fが350mAで2.25Vから2.50Vの間になることを意味します。あなたの定電流ドライバーは、必要な電流を供給しながら、直列接続を考慮した場合の直列列の最大V_F以上（ドライバー自体のヘッドルームも加味）の電圧を供給できなければなりません。

Q: ヒートシンクは必要ですか？
A> LED自体にはヒートシンクが付属していませんが、効果的な熱管理は不可欠です。熱はPCBを通じてはんだパッドから導かれなければなりません。全電流（350-500mA）または高い周囲温度で動作させる場合は、長期信頼性を維持し光束の劣化を防ぐために、十分な熱用銅面積（ヒートシンクとして機能）を持つPCBを強く推奨します。

11. 設計・使用事例

シナリオ: 高輝度自動車ストップランプの設計
1. 要件: ストップランプ用のLEDクラスターは、特定の測光強度規制を満たし、自動車の温度サイクル（周囲温度-40°C～85°C）に耐え、10,000時間を超える寿命を持つ必要があります。
2. 部品選定: AEC-Q102認定、高光束出力（標準70lm）、125°C接合温度での動作能力から、2820-UR3501H-AMが選定されました。
3. 熱設計: PCBは、上面と下面に2オンスの銅層を持ち、LEDの熱パッドの下にある複数の熱ビアで接続されるように設計されています。最高室内温度でブレーキが連続的に作動した場合に接合温度が110°C以下に保たれることを確認するために、熱シミュレーションが実行されます。
4. 電気設計: LEDは直並列構成で配置されます。入力電圧範囲（9-16V）を扱え、安定した350mA出力を提供できるバックモード定電流LEDドライバーICが選択され、その電圧定格は直列列の最大V_F（ビン2527）の合計を超えています。
5. 結果: 最終組立体は、すべての自動車信頼性試験（温度サイクル、湿度、振動）に合格し、車両の寿命を通じて一貫した明るい赤色光出力を提供します。

12. 動作原理

このデバイスは発光ダイオード(LED)です。その動作は、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスに基づいています。この赤色LEDの場合、約2.0Vを超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔がそれぞれn型およびp型半導体層から活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。この場合、約614 nmの赤色という、放出される光の特定の波長（色）は、LEDチップの活性領域で使用される半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。光はその後、パッケージのエポキシレンズを通して取り出され、このレンズは所望の120度の視野角を達成するように形状されています。

13. 技術トレンド

自動車照明向けLEDの開発には、いくつかの明確なトレンドがあります。電気負荷を減らしエネルギー効率を向上させるためのより高い発光効率（ワット当たりのルーメン数）への継続的な推進があり、これは電気自動車にとって重要です。温度および寿命にわたる改善された色の一貫性と安定性は、信号灯を確実に検出しなければならないカメラベースの先進運転支援システム(ADAS)の採用に伴い、特に重要です。小型化は継続しており、よりスリムでスタイリッシュなランプデザインを可能にしています。さらに、スマート機能の統合、例えば適応型照明や光による通信（Li-Fi）などは、通常は2820のような個別LEDではなく、より複雑なパッケージモジュールを含む新興分野ですが、2820シリーズは、これらの先進的な照明システムの信頼性の高い構成要素として機能する、堅牢で高性能な個別部品を提供するというトレンドの中に位置しています。