LEDデータシート 2820 赤色SMD - パッケージ2.8x2.0mm - 順電圧2.3V - 電力0.46W - 自動車グレード

1. 製品概要

2820-UR2001M-AMシリーズは、厳しい自動車照明アプリケーション向けに設計された高信頼性表面実装LEDコンポーネントです。このデバイスは、コンパクトな2820パッケージフットプリントを特徴とし、駆動電流200mAで典型的な光束40ルーメンを提供します。主な発光色は赤色で、主波長は典型的に618nmです。このシリーズの重要な差別化要因は、AEC-Q102 Rev A規格への準拠であり、これは自動車業界における個別光電子半導体デバイスのベンチマークであり、過酷な環境条件下での性能と長寿命を保証します。また、このLEDは耐硫黄性（クラスA1）に適合しており、大気汚染の高い環境にも適しています。

1.1 中核的利点

本シリーズは、設計エンジニアにいくつかの明確な利点を提供します。SMD（表面実装デバイス）パッケージにより自動組立プロセスが容易になり、製造効率と一貫性が向上します。広い120度の視野角は均一な照明を提供し、テールライトなどの自動車信号機能にとって重要です。コンポーネントの構造は、RoHS（有害物質の使用制限）、REACH規制に完全に準拠し、ハロゲンフリーであり、世界的な環境および安全指令に沿っています。統合設計により、2KV（HBM）定格の堅牢なESD（静電気放電）保護が確保され、取り扱いと組立の信頼性が向上しています。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

主なターゲット市場は、自動車電子機器分野です。具体的なアプリケーションには、リアコンビネーションランプ（テールライト、ストップライト）、センター・ハイマウント・ストップ・ランプ（CHMSL）などの外部照明モジュール、および車内環境照明などが含まれますが、これらに限定されません。その信頼性仕様は、広い温度範囲（-40°C ～ +125°C）で一貫した性能を必要とするあらゆるアプリケーションの候補となります。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータの詳細で客観的な解釈を提供し、回路設計とシステム統合におけるそれらの重要性を説明します。

2.1 測光および光学特性

中心的な測光パラメータは、光束（Iv）であり、順電流（IF）200mA、熱パッド温度25°Cで、最小33、標準40、最大52ルーメンと規定されています。±8%の測定許容差は、同一の試験条件下での個々のユニット間の光出力の予想されるばらつきを示しています。主波長（λd）は、LEDの知覚される色を定義し、612nmから624nmの間で規定され、標準値は618nm（深赤色）です。視野角120°（許容差±5°）は、光度がピーク値の半分になる全角として定義されます。この広いビームパターンは、焦点を絞ったスポットではなく、広い領域の照明を必要とするアプリケーションに理想的です。

2.2 電気的特性

The順電圧（VF）は、ドライバ設計にとって重要なパラメータです。200mA時、VFは2.00Vから2.75Vの範囲で、標準値は2.3Vです。このばらつきは、一貫した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、電圧制御ではなく電流制御の電源を必要とします。絶対最大定格は、動作限界を定義します：連続順電流（IF）250mA、パルス幅≤10μsでのサージ電流（IFM）1000mA、最大消費電力（Pd）687.5mW。これらの定格を超えると永久損傷を引き起こす可能性があります。

2.3 熱的特性

熱管理は、LEDの性能と寿命にとって最も重要です。熱抵抗は、接合部からはんだ付け点までの値が2つの方法で規定されています：'実測'値（Rth JS real）が標準18 / 最大24 K/W、'電気的'値（Rth JS el）が標準12 / 最大16 K/Wです。電気的方法はVFの温度係数から導出され、通常は低くなります。設計者は、保守的な熱設計のために、より高い'実測'値を使用すべきです。最大許容接合温度（TJ）は150°Cです。順電流デレーティング曲線は、はんだパッド温度（Ts）が25°Cを超えて上昇するにつれて、接合温度を安全限界内に保つために、最大許容連続電流をどのように低減しなければならないかをグラフで示しています。

3. ビニングシステムの説明

製造ばらつきを管理するために、LEDは性能ビンに分類されます。これにより、設計者は特定のシステム要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光束ビニング

ユニットは3つの光束ビンに分類されます：F2（33-39 lm）、F3（39-45 lm）、F4（45-52 lm）。これにより、必要な輝度レベルに基づいて選択が可能になり、コスト対性能の最適化が図れます。

3.2 順電圧ビニング

電圧ビンは次の通りです：2022（2.00-2.25V）、2225（2.25-2.50V）、2527（2.50-2.75V）。同じ電圧ビンのLEDを一致させることで、並列構成でのより均一な電流分担を実現するのに役立ちます。

3.3 主波長ビニング

色は4つのグループにビニングされます：1215（612-615nm）、1518（615-618nm）、1821（618-621nm）、2124（621-624nm）。これにより、照明アセンブリ内での色の一貫性が確保され、自動車アプリケーションにおける美的および規制上の理由から重要です。

4. 性能曲線分析

提供されたグラフは、異なる動作条件下でのLEDの挙動に関する重要な洞察を提供します。

4.1 IV曲線と相対光束

The順電流対順電圧グラフは、ダイオードに典型的な指数関係を示しています。相対光束対順電流グラフは、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、より高い駆動レベルでの熱管理の重要性を強調しています。

4.2 温度依存性

The相対順電圧対接合温度グラフは、VFが温度の上昇とともに直線的に減少する（負の温度係数）ことを示しており、これは接合温度の推定に使用できます。相対光束対接合温度グラフは、温度が上昇すると光出力が減少することを示しており、高温環境での輝度維持における重要な考慮事項です。相対波長対接合温度グラフは、主波長が温度とともに増加する（より長い波長側にシフトする）ことを示しています。

4.3 スペクトル分布とパルス耐性

The相対スペクトル分布曲線は、主波長付近でピークを持つ単色の赤色出力を確認します。許容パルス耐性能力グラフは、様々なパルス幅（tp）とデューティサイクル（D）に対する最大許容非繰り返しまたはパルス電流を定義しており、PWM（パルス幅変調）調光または短時間高電流パルスを使用する設計にとって重要です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 物理的寸法

LEDは2820パッケージに収められており、長さ2.8mm、幅2.0mmの公称寸法を示します。詳細な機械図面には、全高、リード間隔、熱パッドのサイズ/位置を含むすべての重要な寸法が規定されています。特に断りのない限り、公差は通常±0.1mmです。

5.2 推奨はんだパッド設計

PCB（プリント回路基板）設計用のランドパターン（フットプリント）が提供されています。これには、アノード/カソードはんだパッドおよび中央の熱パッドの寸法が含まれます。この推奨に従うことは、信頼性の高いはんだ接合を実現し、熱パッドからPCBへの効果的な熱伝達を行い、リフロー中のトゥームストーニングを防止するために不可欠です。

5.3 極性識別

データシートの図は、デバイス上の極性マーキングを示しています。正しい向きは回路動作にとって重要です。通常、カソードは、パッケージ上の切り欠き、ドット、または緑色のマーキングで示されます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

このコンポーネントは、最大はんだ付け温度260°C、30秒間の定格です。通常、詳細なリフロープロファイルグラフが提供され、予熱、ソーク、リフロー（液相線以上のピーク温度と時間）、冷却ランプレートが規定されています。このプロファイルに従うことで、熱衝撃を防止し、はんだ接合の完全性を確保します。

6.2 使用上の注意

一般的な取り扱い上の注意事項には、LEDレンズへの機械的ストレスの回避、光学面の汚染防止、取り扱いおよび組立中の標準的なESD（静電気放電）対策の遵守が含まれます。このデバイスは逆電圧動作用には設計されていません。

6.3 保管条件

規定の保管温度範囲は-40°Cから+125°Cです。長期保管の場合は、部品を元の防湿バッグ（MSL 2定格は、環境が≤30°C/60% RHの場合、バッグ開封後のフロアライフが1年であることを示します）に保管することを推奨します。

7. 包装および発注情報

7.1 包装仕様

LEDは、自動ピックアンドプレース組立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。包装情報には、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います。

7.2 品番体系

品番2820-UR2001M-AMは以下のように解読されます：2820= パッケージファミリー；UR= 色（赤色）；200= 試験電流（200mA）；1= リードフレームタイプ（1=金）；M= 輝度レベル（中）；AM= 自動車アプリケーション。この構造化された命名法により、コンポーネントの主要属性を正確に識別できます。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

一定の輝度を得るには、定電圧電源と直列抵抗が最も単純な駆動方法ですが、効率は悪いです。自動車アプリケーションでは、専用のLEDドライバICの使用を推奨します。このドライバは、定電流出力を提供し、PWM調光機能を備え、過電圧、過電流、熱シャットダウンなどの保護機能を含むべきです。LEDは、最適な寿命のために、推奨の200mA以下で駆動し、周囲温度が高い場合はデレーティング曲線を使用してください。

8.2 熱設計上の考慮事項

効果的な放熱は重要です。PCBは、熱パッドから複数のビアを介して接続された十分な銅面積を使用して、熱拡散板として機能させるべきです。システムの熱抵抗（接合部-周囲、Rth JA）は、意図した動作電流および周囲温度で接合温度を150°Cを十分に下回るように保つために、十分に低くなければなりません。計算には最大熱抵抗（Rth JS real）を使用し、最悪の周囲条件を考慮する必要があります。

8.3 光学設計上の考慮事項

広い120°の視野角は、信号灯などの特定のアプリケーションでビームを形成するために、二次光学部品（レンズ、導光板、または反射板）を必要とする場合があります。これらの光学部品の材料は、LEDの波長と互換性があり、屋外で使用する場合は動作温度と紫外線暴露に耐えられるものでなければなりません。

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、2820-UR2001M-AMシリーズは、そのAEC-Q102認定によって区別されます。これは、温度サイクル、耐湿性、高温動作寿命、およびその他のストレッサーに対する厳格な試験を含みます。その耐硫黄性（クラスA1）は、もう一つの重要な差別化要因であり、メッキされた部品を汚染された大気中の腐食から保護します。これは自動車および産業環境で一般的な問題です。コンパクトなSMDパッケージとこのレベルの堅牢性の組み合わせは、スペースに制約のある高信頼性アプリケーションにとって大きな利点です。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 '標準'と'最大'の順電圧の違いは何ですか？

2.3Vの'標準'値は、生産における平均または最も一般的な値を表します。2.75Vの'最大'値は、仕様で保証される上限です。ドライバ回路は、電圧分布の高い端にあるユニットを含むすべてのユニットに必要な電流を供給できるようにするために、最大VFを処理できるように設計されなければなりません。

10.2 3.3V電源と抵抗でこのLEDを駆動できますか？

はい、ただし注意深い計算が必要です。200mAでの標準VFを2.3Vと仮定すると、抵抗は1.0V（3.3V - 2.3V）を降下させる必要があります。オームの法則（R = V/I）を使用すると、R = 1.0V / 0.2A = 5オームです。抵抗の電力定格はP = I²R = (0.2)² * 5 = 0.2Wとなるため、0.25Wまたは0.5Wの抵抗を推奨します。ただし、この方法は非効率的（抵抗で電力が浪費される）であり、輝度はVFの変化によって変動します。性能と効率のためには、定電流ドライバが優れています。

10.3 なぜ光束は熱パッド温度25°Cで測定されるのですか？

LEDの光出力は、半導体接合部の温度に大きく依存します。制御された熱パッド温度（接合温度の代理）で測定することで、性能を比較するための一貫性のある再現性のある基準が得られます。実際のアプリケーションでは、接合部はより高温になり、実際の光出力は低くなります。これは、相対光束対接合温度グラフに示されています。

11. 設計および使用事例研究

シナリオ：乗用車のリアテールライトの設計。設計では、定義された領域全体に均一な赤色照明が必要です。2820 LEDは、自動車グレードの信頼性、コンパクトサイズ、および広い視野角のために選択されました。8個のLEDクラスターが直線状に配置されます。これらは、単一の自動車認定バックモード定電流LEDドライバICによって駆動され、200mAを供給するように設定されています。ドライバにはPWM調光入力が含まれており、同じLEDをテールライト（減光）とブレーキライト（全輝度）の両方として機能させることができます。PCBは2オンス銅基板で、大きな熱パッドが熱ビアを介して内部グランドプレーンに接続され、放熱します。LEDは、同じ光束（F3）および主波長（1821）ビンから選択され、アセンブリ全体で一貫した輝度と色を確保します。最終設計は、自動車規格に基づく温度サイクル、湿度、振動試験を通じて検証されます。

12. 動作原理

LED（発光ダイオード）は、半導体p-n接合デバイスです。接合の内蔵電位を超える順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、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。放出される光の特定の波長（色）は、活性領域で使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。このデバイスでは、材料は可視スペクトルの赤色部分（約618nm）で光子を生成するように設計されています。エポキシレンズは半導体ダイを封止し、機械的保護を提供し、放出される光パターンを形成します。

13. 技術トレンド

自動車LED技術の一般的なトレンドは、より高い効率（ワット当たりのルーメン数の増加）、増加した電力密度（より小さなパッケージからのより多くの光）、およびさらに極端な条件下での強化された信頼性に向かっています。LEDパッケージ内に埋め込まれたセンサーやドライバ電子機器などのスマート機能の統合が進んでいます。さらに、照明制御のための標準化された通信プロトコル（LINやCANバスなど）の推進が増加しています。持続可能性への焦点は、有害物質の排除と環境影響を低減するための製造プロセスの改善を引き続き推進しています。