リバースマウントSMD LED ブルー データシート - EIAパッケージ - 5mA - 45mcd - 英語技術文書

製品概要

本ドキュメントは、インジウムガリウム窒化物（InGaN）半導体材料を用いて青色光を発する、リバースマウント・表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明しています。本デバイスはウォータークリアレンズを備え、標準的なEIA準拠フォーマットでパッケージングされています。ピックアンドプレース装置や赤外線（IR）リフローはんだ付けを含む自動組立工程に対応して設計されており、大量生産に適しています。本LEDはグリーン製品に分類され、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

1.1 中核的優位性

• リバースマウント設計： チップは特定のPCBレイアウトと光取り出しに最適化された向きで実装されています。
• 自動化互換性： 7インチリールに8mmテープで供給され、標準的な自動実装・はんだ付け装置と完全互換です。
• 高いESD耐性： Human Body Model (HBM) でテストされた8000Vの静電気放電 (ESD) 閾値を特徴とし、優れた取り扱い堅牢性を提供します。
• IC互換： 電気的特性により、標準的なロジックレベル集積回路出力からの直接駆動が可能です。
• 鉛フリープロセス対応： 鉛フリー実装に必要な赤外線リフローはんだ付けプロファイルに耐えます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

以下のセクションでは、デバイスの絶対最大定格および動作特性について詳細に説明します。特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cにおける仕様です。

2.1 Absolute Maximum Ratings

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応力限界を定義します。この限界以下または限界での動作は保証されません。

• 電力損失 (Pd): 76 mW。デバイスが熱として放散できる最大総電力。
• ピーク順方向電流 (I_FP): 100 mA。パルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で許容可能。
• DC順方向電流 (I_F): 20 mA。信頼性の高い動作のための最大連続順方向電流。
• 動作温度範囲 (T_opr): -20°Cから+80°C。
• 保管温度範囲 (T_stg): -30°Cから+100°C。
• 赤外線はんだ付け条件： 無鉛リフロー工程に典型的な、260°Cのピーク温度を10秒間耐える。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

これらは標準試験条件下における典型的な性能パラメータです（I_F = 5 mA、Ta=25°C）。

• 光度（I_V): 最小11.2 mcdから最大45.0 mcdの範囲です。代表値は特定のビンに依存します（セクション3を参照）。測定は、CIE比視感度曲線にフィルタリングされたセンサーで行いました。
• 視野角 (2θ_1/2): 130度。この広い視野角は、拡散した、非集光型の発光パターンを示しており、広い角度での視認性を必要とするインジケータやバックライト用途に適しています。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 468 nm。スペクトルパワー出力が最大となる特定の波長。
• 主波長 (λ_d): 465.0 nm から 475.0 nm。これは、色を定義するために人間の目が知覚する単一波長です。CIE色度図から導出されます。
• スペクトル線半値幅 (Δλ): 25 nm。このパラメータは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。25nmという値は、標準的な青色InGaN LEDに典型的です。
• 順方向電圧 (V_F): 2.65 V から 3.15 V。5 mAで駆動時のLED両端の電圧降下。回路設計における電流制限抵抗の計算では、この範囲を考慮する必要がある。
• 逆方向電流 (I_R): 逆方向電圧 (V_R) 0.55V印加時、最大10 μA。 重要なお知らせ： 本デバイスは逆バイアス動作を想定した設計ではありません。この試験条件はリーク特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

生産における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分けされます。これにより、設計者は色や輝度の均一性に関する特定のアプリケーション要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順方向電圧ビニング

ビン分けにより、LEDは同様の電圧降下を持つため、並列アレイにおける電源設計を簡素化できます。各ビンの許容範囲は±0.1Vです。

• ビン1: 2.65V - 2.75V
• ビン2: 2.75V - 2.85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 光度ビニング

このビニングは、5 mA時の輝度出力に基づいてLEDをグループ分けします。各ビンの許容誤差は±15%です。

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 主波長ビニング

これは青色光の知覚される色（色相）を制御します。ビンごとの許容範囲は±1 nmです。

• ビンAC: 465.0 nm - 470.0 nm (わずかに緑がかった青)
• ビンAD: 470.0 nm - 475.0 nm (わずかに純度の高い青)

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線（例：Fig.1、Fig.6）が参照されているが、それらの示唆する内容は設計上極めて重要である。

4.1 光度と順方向電流の関係

発光出力（I_V）は動作範囲内では順方向電流（I_F）にほぼ比例します。5 mAを超えてLEDを駆動すると輝度は増加しますが、電力損失と接合部温度も上昇し、寿命や波長に影響を与える可能性があります。20 mA DCという最大値は、5 mAの試験点から見て十分な輝度の余裕を提供します。

4.2 順方向電圧 vs. Forward Current & Temperature

ダイオードのV_F は負の温度係数を持ち、接合温度の上昇に伴って低下する。この特性は定電流駆動設計において重要であり、適切に電流制限されない場合、固定電圧源は熱暴走を引き起こす可能性がある。25°Cにおける規定のV_F 範囲はガイドラインとして使用する必要があり、動作温度に応じて変動することを理解しなければならない。

4.3 スペクトル分布

参照スペクトルグラフ（図1）は、ピーク波長468 nmを中心とするガウス分布を示し、半値全幅（FWHM）は25 nmである。このスペクトル幅は、センサーやカラーミックス照明システムなど、特定の波長に敏感な用途に関連する。

5. Mechanical & Package Information

5.1 パッケージ寸法と極性

本デバイスは標準的なEIAパッケージ外形に準拠しています。「リバースマウント」の指定はPCBフットプリント設計において極めて重要です。カソードとアノードはパッケージの特定の側面に配置されています。機械図面には、ランドパターン設計のための正確な寸法（mm単位）が記載されており、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するためのパッドサイズと間隔を含みます。ほとんどの寸法の公差は±0.10 mmです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

リフロー時に信頼性の高いはんだ接合を確保するため、推奨PCBランドパターン（はんだパッド形状）を提供しています。このパターンに従うことで、チップ部品の立ち上がり（トゥームストーニング）を防止し、適切な熱的・電気的接続を保証します。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（Pb-free）プロセス向けの推奨リフロープロファイルが含まれています。主なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート： 150–200°Cの範囲。
• プリヒート時間： 温度安定化とフラックス活性化のため、最大120秒。
• ピーク温度： 最高260°C。
• 液相線以上時間： 本装置はピーク温度を最大10秒間耐えることができます。リフローは最大2回まで実施してください。

注記： 基板の厚さ、部品密度、はんだペーストが熱伝達に影響するため、プロファイルは特定のPCBアセンブリに対して特性評価を行う必要があります。

6.2 手はんだ付け

手動はんだ付けが必要な場合：

• はんだごて温度： 最高300°C。
• はんだ付け時間： リードごとに最大3秒。
• 周波数： 熱応力を避けるため、一度のみ実施すべきです。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合：

• 指定された溶剤のみを使用すること：常温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコール。
• 浸漬時間は1分未満とすること。
• 特定されていない化学薬品はLEDパッケージ材料（エポキシレンズ）を損傷する可能性があります。

7. Storage & Handling

7.1 ESD対策

8000V HBM定格を有するものの、取り扱い時には標準的なESD対策を推奨します：接地リストストラップ、静電気防止マット、適切に接地された設備の使用。

7.2 湿気感受性

本デバイスの湿気感受性レベル（MSL）は2aです。

• シールドバッグ： 30°C以下、相対湿度90%以下で保管してください。乾燥剤入りの元の防湿バッグ内で保管した場合の有効期限は1年です。
• 開封後： 30°C以下、相対湿度60%以下で保管してください。デバイスは、工場の環境条件にさらされてから672時間（28日）以内にIRリフローを行う必要があります。
• 長期保管（開封済み）： 密閉容器に乾燥剤を入れて保管するか、窒素デシケーターで保管してください。
• 再ベーキング： 672時間以上暴露した場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中の「ポップコーニング」を防止してください。

8. Packaging & Ordering

8.1 テープ・アンド・リール仕様

• Carrier Tape Width: 8 mm.
• リール直径: 7インチ.
• リールあたりの数量: 3000個。
• 最小発注数量（MOQ）： 残数は500個から。
• ポケットカバレッジ: 空のポケットはカバーテープで密封されています。
• 欠品部品: 仕様（ANSI/EIA 481）により、連続する欠落LEDは最大2個まで許容されます。

9. Application Notes & 設計上の考慮事項

9.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• ステータスインジケーター： 民生用電子機器、家電製品、産業用制御パネルにおいて、広い視野角の恩恵を受けています。
• バックライト： 小型LCDディスプレイ、キーパッド、またはメンブレンスイッチ用。
• 装飾照明： 低電力のアクセント照明やサイン用途に。
• センサー作動： 光学センサー（近接、物体検知）用光源として。

重要なお断り： 本LEDは一般的な電子機器を対象としています。故障が生命や健康に危険を及ぼす可能性のある安全至上の用途（例：航空、医療生命維持装置、交通制御）での使用は定格がなく、推奨されません。

9.2 回路設計上の考慮事項

1. 電流制限： 常に直列抵抗または定電流ドライバを使用すること。抵抗値は最大V_F ビンから（例：3.15V）および最小供給電圧を確認し、最悪条件下でも電流が絶対最大定格を超えないようにする。
2. 熱管理： 消費電力は低いが、最大電流付近または高温環境で動作する場合は、接合温度を規定範囲内に維持するために、十分なPCB銅面積またはサーマルリリーフを確保すること。
3. 逆電圧保護： 本デバイスは逆バイアスを想定していないため、回路内でLEDが逆電圧サージにさらされる可能性がある場合は、保護ダイオードを並列（カソードからアノードへ）に追加することを検討してください。

10. よくあるご質問 (FAQ)

10.1 「リバースマウント」とはどういう意味ですか？

リバースマウントとは、LED半導体チップのパッケージ内における物理的な向きを指します。標準的なLEDでは、光は主に上面から放射されます。リバースマウント設計では、チップの向きが側面からの、またはPCBを介した光放射を最適化するように設定されており、LEDがキャビティ内に実装される場合や特定の光路が必要な場合によく使用されます。PCBフットプリントは、標準的なトップビューLEDとは異なります。

10.2 このLEDを20 mAで連続駆動できますか？

はい、20 mAは絶対最大連続直流順電流定格です。最適な長寿命と安定した性能を得るためには、LEDを絶対最大定格以下、通常10〜15 mAで駆動することが一般的です。高温環境での動作については、必ずデレーティング曲線（利用可能な場合）を参照してください。

10.3 光度の値はどのように解釈すればよいですか？

光度（mcd）は、特定の方向（軸方向）で知覚される明るさの尺度です。130度の視野角は、この明るさが非常に広い円錐角にわたって維持されることを意味します。集光ビームが必要な用途では、二次光学素子（レンズ）が必要になります。ビニングシステム（L1からN2）により、設計に必要な最小輝度を選択することができます。

10.4 なぜ保管条件がそれほど重要なのでしょうか？

SMD部品は空気中の湿気を吸収します。高温のリフローはんだ付け工程中に、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部の層間剥離、クラック、または「ポップコーン」現象を引き起こし、部品を破損させます。MSLレベルとベーキング指示は、実装歩留まりと信頼性にとって極めて重要です。

11. 実践的な設計例

シナリオ: 5V回路用の簡易電源投入インジケータの設計。

1. ビン選択: 計算のために、輝度ビン（例：18-22.4 mcdの場合はM1）と電圧ビン（例：約2.9Vの場合はBin 3）を選択してください。
2. 直列抵抗計算: ターゲットI_F 輝度と寿命のバランスを考慮し、= 10 mAとする。
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   標準的な220Ω抵抗を使用する。定格電力を確認：P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022Wなので、1/10Wまたは1/8Wの抵抗器で十分です。
3. PCBレイアウト： データシートに記載されている推奨はんだパッド寸法を使用してください。パッケージのマーキング図に従って極性が正しいことを確認してください。
4. アセンブリ： 推奨されるIRリフロープロファイルに従ってください。湿気の多い環境で基板を実装し、すぐに使用しない場合、LEDが密封袋から出て28日以上経過している場合は、実装前にLEDをベーキングすることを検討してください。

12. 技術紹介

このLEDは、基板（通常はサファイアまたは炭化ケイ素）上に成長させたInGaN（窒化インジウムガリウム）半導体技術に基づいています。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性量子井戸領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。合金中のインジウムとガリウムの特定の比率がバンドギャップエネルギー、したがって発光のピーク波長を決定し、この場合は青色スペクトル（約468 nm）にあります。ウォータークリアエポキシレンズがチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力を整形し（130度の視野角）、光取り出し効率を向上させます。

13. 業界動向

2014年のノーベル物理学賞の対象となった青色LEDの開発は、白色LED（蛍光体変換による）やフルカラーディスプレイを可能にする基礎的なブレークスルーでした。このようなSMD LEDにおける現在のトレンドは以下の点に焦点を当てています：

• 効率の向上： より高い発光効率（入力電力1ワットあたりの光出力の増加）。
• 小型化： 高密度実装のための小型パッケージサイズ（例：0201、01005）。
• 色の一貫性向上： ディスプレイバックライト等の用途に不可欠な、主波長と強度における厳格なビニング公差。
• 信頼性の向上： 自動車および産業用途向けに、より高い最大動作温度と耐湿性の向上。
• 先進パッケージング： 複数のLEDチップ（RGB、白色）を単一パッケージに統合、または定電流抵抗や制御ICを内蔵したパッケージ（「スマートLED」）。