赤色LED 3.50×2.80×1.85mm PLCC4 - 順方向電圧2.4V - 消費電力196mW - 波長621nm - 技術仕様

1. 製品概要

1.1 一般的な説明

この製品は、基板上にAlGaInPエピタキシャル層を形成した高性能赤色発光ダイオード（LED）です。標準PLCC-4パッケージ（3.50mm×2.80mm×1.85mm）に収められています。表面実装技術（SMT）による組み立て用に設計されており、自動車グレード規格（AEC-Q101）に認定されているため、自動車内装照明やスイッチなどの要求の厳しい用途に適しています。このLEDは、主波長が約621nmの深い赤色を発光し、非常に広い120°の視野角を提供します。

1.2 特長

• PLCC-4パッケージ（3.50mm×2.80mm×1.85mm）
• 非常に広い視野角（120°）
• すべてのSMT組み立ておよびはんだ付けプロセスに適合
• テープ＆リール包装対応（2000個/リール）
• 耐湿性レベル: レベル2（IPC/JEDEC J-STD-020準拠）
• RoHSおよびREACH指令に準拠
• AEC-Q101応力試験認定に基づき、自動車グレードのディスクリート半導体として認定
• ESD耐性: 2000 V（HBM）、歩留まり>90%

1.3 用途

• 自動車内装照明（ルームランプ、読書灯、アンビエント照明）
• スイッチおよびインジケーターランプ

2. 技術的パラメータ

2.1 電気的・光学的特性（Ts=25°C、IF=50mAにおいて）

以下の表は、特に断りのない限り、50mAの順方向電流で測定した主要な電気的および光学的パラメータをまとめたものです。

順方向電圧の測定許容誤差は±0.1V、光度の許容誤差は±10%です。色度座標（主波長）の許容誤差は±0.5nmです。

2.2 絶対最大定格

デバイスは以下に示す絶対最大定格を超えて動作させてはなりません。これらの限界を超えると、永久的な損傷を引き起こす可能性があります。

2.3 順方向電圧、光度、主波長のビン範囲

一貫した性能を確保するため、LEDは50mAのテスト電流で以下のカテゴリにビン分けされます。

• 順方向電圧（V_F）のビン:C1（2.0～2.1 V）、C2（2.1～2.2 V）、D1（2.2～2.3 V）、D2（2.3～2.4 V）、E1（2.4～2.5 V）、E2（2.5～2.6 V）、F1（2.6～2.7 V）、F2（2.7～2.8 V）
• 光度（I_V）のビン:N1（1800～2300 mcd）、N2（2300～2800 mcd）、O1（2800～3500 mcd）
• 主波長（λ_d）のビン:D2（617.5～620 nm）、E1（620～622.5 nm）、E2（622.5～625 nm）

2.4 熱的特性

接合部からはんだ付け点までの熱抵抗（R_{th J-S}）は最大130 °C/Wです。適切な熱管理は、接合温度を120 °C以下に保つために不可欠です。高温では順方向電圧が低下し、光度も低下します。設計者は、特に最大定格（70 mA）に近い電流で動作させる場合、適切な放熱を確保しなければなりません。

3. 性能曲線

代表的な光学的・電気的特性を以下の図に示します（詳細なグラフはデータシートを参照）。

• 順方向電圧 vs 順方向電流（図1-7）:順方向電圧は電流とともに非線形に増加し、0 mAで約2.20 V、150 mA（パルス条件）で2.60 Vになります。テスト電流50 mAでは、V_Fは通常2.4 Vです。
• 相対光度 vs 順方向電流（図1-8）:相対光度は順方向電流にほぼ比例して増加し、70 mAでは20 mAと比較して約80%高い光度が得られます。
• はんだ温度 vs 相対光度（図1-9）:周囲温度またははんだ付け点温度が20 °Cから120 °Cに上昇すると、相対光度は約15%低下します。高温動作では熱ディレーティングが必要です。
• はんだ温度 vs 順方向電流（図1-10）:最大接合温度を超えないようにするため、はんだ温度が上昇するにつれて順方向電流をディレーティングする必要があります。100 °Cでは、許容最大電流は約40 mAです。
• 順方向電圧 vs はんだ温度（図1-11）:順方向電圧は温度に対しておよそ-2 mV/°Cの割合で直線的に低下します。
• 放射パターン（図1-12）:このデバイスは、半値角120°の広いランバート類似放射パターンを示し、均一な照明を提供します。
• 順方向電流 vs 主波長（図1-13）:主波長は電流が増加するにつれて長波長側（赤方偏移）にわずかにシフトします。70 mAでは、10 mAと比較して約+2 nmのシフトです。
• スペクトル分布（図1-14）:発光スペクトルは約621 nmでピークとなり、半値全幅（FWHM）は約20 nmです。色は飽和した赤色です。

4. 機械的パッケージ

4.1 パッケージ寸法

LEDは3.50 mm×2.80 mm×1.85 mmのPLCC-4パッケージに収められています。上面図では、上部に透明シリコンレンズを備えた矩形形状を示しています。底面図では、面取りされたコーナー（カソード）とキーイングマークによってカソードとアノードが示されています。特に記載がない限り、すべての寸法はmm単位で、公差は±0.2 mmです。

4.2 はんだ付けパターン（推奨ランドパターン）

PCB設計のための推奨ランドパターンを提供します。これにより、適切なはんだ接合部の形成と放熱が保証されます。パターンは、ピッチ4.60 mmの2つの矩形パッド（2.40 mm×1.60 mm）で構成されています。熱性能を向上させるために、銅領域全体を最大化する必要があります。

4.3 極性識別

カソードは、底面図のパッケージ本体にある小さな切り欠きまたは面取りによって示されます。ピン構成は次のとおりです。一方の側にピン1（アノード）とピン2（カソード）、反対側にピン3（アノード）とピン4（カソード）があります。正確な向きについてはデータシートを参照してください。

5. 組み立てとはんだ付け

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

このLEDは、以下のプロファイル（JEDEC J-STD-020に基づく）に従ったリフローはんだ付けに耐えるように設計されています。

リフローはんだ付けは2回以上行ってはなりません。2回のはんだ付けサイクルの間隔が24時間を超える場合は、湿気による損傷を防ぐためにLEDをベーク（60 °C、24時間）する必要があります。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、温度が300 °C未満のはんだこてを使用し、滞留時間を3秒未満にしてください。手はんだ付けは1回のみ許可されます。

5.3 取り扱いおよび加工上の注意

• シリコンレンズに過度の圧力をかけないでください。シリコン封止LED用に設計された適切なピックアンドプレースノズルを使用してください。
• 反りや非共平面性のあるPCB部分へのLED実装は避けてください。
• はんだ付け後は、基板を徐々に冷却し、空気や液体で強制冷却しないでください。
• はんだ付け後にPCBの曲げやねじりを行わないでください。
• 推奨される洗浄溶剤（イソプロピルアルコール）のみを使用してください。超音波洗浄はLEDを損傷する可能性があるため推奨されません。

6. 包装と保管

6.1 包装仕様

LEDはテープ＆リール包装で供給されます。詳細は以下のとおりです。

• 数量: 1リールあたり2000個
• キャリアテープ: 幅8 mm、ポケットピッチ4.0 mm、カバーテープ付き
• リール: 直径330 mm、ハブ直径100 mm、スピンドル穴13 mm

6.2 ラベル情報

各リールには、型番、仕様番号、ロット番号、ビンコード（VF、IV、波長）、数量、製造年月日コードが記載されたラベルが貼られています。

6.3 防湿袋と保管条件

LEDは乾燥剤とともに防湿袋（MBB）に密封されています。保管条件:

7. 信頼性試験

7.1 試験項目と条件

このLEDは、以下に示す基準に従って以下の信頼性試験を受けています。各試験は20サンプルで実施され、合格基準は故障数0（0/1）です。

7.2 故障判定基準

試験後、以下の限界を超えた場合、デバイスは故障とみなされます。

• 50 mAにおける順方向電圧: > 1.1×上限仕様値（U.S.L.）
• 5 Vにおける逆方向電流: > 2.0×U.S.L.
• 50 mAにおける光束: <<0.7×下限仕様値（L.S.L.）

8. アプリケーション設計上の考慮事項

最適な性能と信頼性を達成するために、以下の設計ガイドラインに従う必要があります。

• 電流制限:順方向電流を70 mA以下に制限するために、直列抵抗が必須です。IV特性が急峻であるため、電源電圧のわずかな変化でも電流が大きく変動する可能性があります。
• 逆方向電圧保護:LEDの最大逆方向電圧はわずか5 Vです。動作中やスイッチング過渡時に逆バイアスが印加されないように回路を確保してください。
• 熱管理:50 mAでは消費電力は約120 mW（標準V_F2.4 V）です。熱抵抗130 °C/Wの場合、接合部温度上昇ははんだ付け点より15.6 °Cです。周囲温度が高い場合は、それに応じて電流をディレーティングしてください。
• ESD保護:このLEDは2000 V HBMに耐えることができますが、システムが静電気放電の影響を受けやすい場合は、回路にESD保護部品（ツェナーダイオードなど）を使用することを推奨します。
• 化学物質適合性:硫黄、臭素、塩素、または揮発性有機化合物（VOC）を含む材料で、ガスを放出してシリコン封止を攻撃する可能性のあるものの使用を避けてください。環境中の硫黄濃度は100 ppm以下、ハロゲン（Br、Cl）はそれぞれ900 ppm以下、合計1500 ppm以下に保つ必要があります。
• 洗浄:はんだ付け後に洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコールを使用してください。超音波洗浄はワイヤボンドの損傷を引き起こす可能性があるため、使用しないでください。

9. 比較優位性

同程度のパッケージサイズの標準的な赤色LEDと比較して、このデバイスにはいくつかの明確な利点があります。

• 広い視野角:120°（通常60°～90°）により、均一な内装照明に最適です。
• 高輝度:50 mAで最大3500 mcdにより、昼光下でも視認可能な用途に使用できます。
• 自動車グレード認定:AEC-Q101準拠により、過酷な自動車環境（温度極端、振動、高湿度）での堅牢性が保証されます。
• 低熱抵抗:130 °C/Wはプラスチックパッケージとしては競争力があり、適切な放熱によりより高い電流での動作が可能です。
• 狭い波長許容差:2.5 nm単位のビン分けにより、スイッチインジケーターでの色の一貫性が確保されます。

10. よくある質問（FAQ）

1. Q: 最大連続順方向電流はいくらですか？A: 絶対最大値は70 mAです。長期間の信頼性のある動作のためには、高温環境では60 mA以下を推奨します。
2. Q: 抵抗なしでLEDを駆動できますか？A: いいえ。電流制限抵抗は熱暴走を防ぐために不可欠です。V_Fが温度によって変化するため、定電圧源も推奨されません。
3. Q: 未使用のLEDはどのように保管すればよいですか？A: 未開封の防湿袋に入れ、30 °C以下、75% RH以下で保管してください。開封後は24時間以内に使用するか、組み立て前にベークしてください。
4. Q: 主波長とピーク波長の違いは何ですか？A: 主波長は人間が知覚する色です（赤色LEDの場合、通常はピークに近いです）。主波長はCIE規格に従って測定されます。この製品では、617.5～625 nmの範囲です。
5. Q: このLEDを車外照明に使用できますか？A: このデバイスは内装用途向けに規定されています。外部用途（例: テールランプ）では、追加の環境試験（UV、水侵入）が必要になる場合があります。
6. Q: シリコンレンズが柔らかいのはなぜですか？A: シリコンは優れた光透過性と高温安定性のために選択されています。ただし、エポキシよりも柔らかいため、鋭利なものでレンズに触れないようにしてください。

11. 実用的な応用例

ケース1: 自動車ルームランプ

単一のLEDで、ルームランプ内の従来の白熱電球を置き換えることができます。50 mA駆動で、LEDは約2.9 cdを出力し、小型車の室内を照らすのに十分です。広い視野角により均一な配光が保証されます。標準V_F2.4 Vの場合、18 Ωの抵抗（12 V電源用）で電流を約50 mAに制限します。LEDは放熱のためにアルミコアPCB（MCPCB）に実装できます。

ケース2: スイッチバックライト

押しボタンスイッチの場合、LEDを半透明のボタンの後ろに配置できます。より低い駆動電流（20 mA）では、光度（約1.5 cd）が周囲表示に十分です。これにより消費電力と発熱が低減されます。小型のPLCC-4パッケージは標準のFR4 PCBに適しています。

12. 動作原理

このLEDは、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）材料系に基づく半導体光源です。p-n接合に順方向バイアスを印加すると、n側の電子が活性領域でp側の正孔と再結合します。この再結合により、AlGaInP化合物のバンドギャップエネルギーによって決まる波長の光子（光）の形でエネルギーが放出されます。組成を注意深く制御することにより、発光は赤色スペクトル領域（約621 nm）に調整されます。PLCC-4パッケージは透明シリコンレンズを使用して光取り出しを向上させ、広い放射パターンを提供します。

13. 開発動向

自動車内装照明における傾向は、より高い効率、より小型のパッケージ、そしてより優れた色の一貫性に向かっています。今後の開発には以下が含まれる可能性があります。

- 単一パッケージへの複数LEDの統合によるRGBまたは調整可能な白色ソリューション

- 高度なパッケージ設計（金属リードフレームやセラミック基板の使用など）による熱抵抗の改善

- 昼光下でも読み取り可能なディスプレイをサポートするためのより高い輝度レベル

- 適応型照明システムが要求するより厳しいビン公差

- 雰囲気制御のための人間中心照明（HCL）でのLEDの使用拡大

この製品は、AEC-Q101認定と広角発光を備えており、次世代の自動車内装照明に適しています。