リバースマウントSMD LED ブルー InGaN データシート - EIAパッケージ - 電圧2.8-3.8V - 光度28-180mcd - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高輝度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ます。本デバイスは、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを用いて青色光を生成し、EIA（Electronic Industries Alliance）規格に準拠したウォータークリアレンズパッケージに収められています。自動組立プロセスに対応して設計されており、赤外線リフローはんだ付けと互換性があります。主な製品特長として、RoHS指令への準拠、グリーン製品としての分類、高い静電気放電（ESD）耐圧が挙げられます。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、周囲温度（Ta）25°Cで定義されています。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。

• 電力損失（Pd）：76 mW。これは、パッケージが熱として連続的に放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：100 mA。これは、過熱を防ぐために、デューティ比1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下でのみ許容されます。
• 連続順電流（I_F）：20 mA。これは、信頼性の高い長期性能のための推奨最大DC動作電流です。
• 静電気放電（ESD）耐圧：8000 V（人体モデル）。この高い定格は、取り扱い中に発生する静電気に対する堅牢な保護を示しています。
• 動作温度範囲（T_opr）：-20°C から +80°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で機能します。
• 保存温度範囲（T_stg）：-30°C から +100°C。
• 赤外線リフローはんだ付け条件：ピーク温度260°Cを10秒間耐え、鉛フリー（Pbフリー）組立プロセスに適しています。

2.2 電気的・光学的特性

代表的な性能は、特に断りのない限り、Ta=25°C、I_F=20 mAで測定されます。

• 光度（I_V）：28.0 - 180.0 mcd（ミリカンデラ）。CIEの明所視感度曲線にフィルタリングされたセンサーを用いて測定されます。この広い範囲は、ビニングによって管理されます。
• 指向角（2θ_1/2）：130度。これは、光度が軸上（オンアクシス）値の半分に低下する全角であり、広い視野パターンを示しています。
• ピーク発光波長（λ_P）：468 nm。スペクトル出力が最も強くなる特定の波長です。
• 主波長（λ_d）：465.0 - 475.0 nm。これは、CIE色度図から導出され、人間の目が色を定義するために知覚する単一波長です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：25 nm。発光スペクトルの最大強度の半分における帯域幅（半値全幅 - FWHM）です。
• 順電圧（V_F）：I_F=20 mAにおいて2.80 - 3.80 V。電流が流れるときのLED両端の電圧降下です。
• 逆電圧（V_R）：I_R=20 mAにおいて0.6 - 1.2 V。これはテスト条件のみであり、デバイスは逆バイアス下での動作を想定していません。

3. ビニングシステムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、デバイスは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。型番には通常、そのビンを指定するコードが含まれます。

3.1 順電圧ビニング

単位はボルト（V）、20 mAで測定。各ビンの許容差は±0.1Vです。
ビン D7: 2.80 - 3.00V
ビン D8: 3.00 - 3.20V
ビン D9: 3.20 - 3.40V
ビン D10: 3.40 - 3.60V
ビン D11: 3.60 - 3.80V

3.2 光度ビニング

単位はミリカンデラ（mcd）、20 mAで測定。各ビンの許容差は±15%です。
ビン N: 28.0 - 45.0 mcd
ビン P: 45.0 - 71.0 mcd
ビン Q: 71.0 - 112.0 mcd
ビン R: 112.0 - 180.0 mcd

3.3 主波長ビニング

単位はナノメートル（nm）、20 mAで測定。各ビンの許容差は±1nmです。
ビン AC: 465.0 - 470.0 nm
ビン AD: 470.0 - 475.0 nm

4. 性能曲線分析

データシートは、設計に不可欠な代表的な性能曲線を参照しています。具体的なグラフは本文中には再現されていませんが、通常以下を含みます：

• 相対光度 vs. 順電流（I_V/ I_F曲線）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、通常は高電流で飽和する非線形関係です。
• 順電圧 vs. 順電流（V_F/ I_F曲線）：ダイオードのI-V特性を示し、電流制限回路の設計に重要です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示し、熱管理の重要な要素です。
• スペクトル分布：異なる波長にわたる相対出力を示すグラフで、ピーク波長468 nmを中心に25 nmのFWHMを持ちます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 デバイス寸法

本LEDは標準EIAパッケージ外形に準拠しています。特に指定のない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.10 mmです。パッケージはリバースマウント設計を特徴としており、主な発光が基板側を通して行われることを意味し、これはPCBパッドレイアウトと光学設計に影響を与えます。

5.2 推奨はんだ付けパッドレイアウト

適切なはんだ付け、機械的安定性、および熱放散を確保するために、PCBの推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。リフロー中に信頼性の高いはんだ接合を実現するには、このパターンに従うことが重要です。

5.3 極性識別

すべてのダイオードと同様に、LEDにはアノード（+）とカソード（-）があります。組立時には正しい極性を守らなければなりません。データシートのパッケージ図面は、デバイス上の極性マーキングを示しており、これはPCBフットプリント上の対応するマーキングと一致させなければなりません。

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

鉛フリープロセス向けの推奨赤外線（IR）リフロープロファイルが提供されています。主なパラメータは以下の通りです：
- プリヒート：150-200°C。
- プリヒート時間：最大120秒。基板と部品を徐々に加熱し、フラックスを活性化させ、熱衝撃を最小限に抑えます。
- ピーク温度：最大260°C。
- 液相線以上時間：プロファイルは、はんだペーストが適切に溶融することを保証する必要があります。部品はピーク温度を最大10秒間耐えられ、リフローは最大2回まで実行可能です。

注意：最適なプロファイルは、特定のPCB設計、はんだペースト、およびオーブンに依存します。特定のアプリケーションでの特性評価が推奨されます。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合（例：リワーク）、温度が300°Cを超えないはんだごてを使用してください。はんだ付け時間は接合部ごとに最大3秒に制限し、パッケージ損傷を防ぐため、これは1回のみ行ってください。

6.3 保管条件

適切な保管は、湿気吸収を防ぐために重要であり、湿気吸収はリフロー中にポップコーン現象（パッケージ割れ）を引き起こす可能性があります。
- 未開封パッケージ：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管。1年以内に使用してください。
- 開封済みパッケージ：防湿バッグから取り出した部品については、保管環境は30°Cまたは60% RHを超えてはなりません。IRリフローは672時間（28日、MSL 2a）以内に完了することが推奨されます。
- 長期保管（開封済み）：乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターで保管してください。
- 再ベーキング：部品が672時間を超えて暴露された場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングしてください。

6.4 洗浄

指定外の化学薬品を使用しないでください。はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、LEDを室温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬してください。強力な溶剤はパッケージ材料やレンズを損傷する可能性があります。

7. 包装および注文情報

7.1 テープ＆リール仕様

デバイスは、7インチ（178mm）直径のリールに巻かれた8mm幅のエンボスキャリアテープに包装されて供給されます。これは自動実装機の標準フォーマットです。
- 1リールあたりの個数： 3000.
- 最小梱包数量：残数については500個。
- カバーテープ：キャリアテープの空ポケットはトップカバーテープで密封されます。
- 欠品部品：リール仕様上、連続する最大2個のLED欠品（空ポケット）が許容されます。
- 標準：包装はANSI/EIA-481規格に準拠しています。

8. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

8.1 想定用途

本LEDは、オフィス機器、通信機器、家電製品を含む一般的な電子機器アプリケーション向けに設計されています。事前の協議と認定なしに、故障が生命や健康を危険にさらす可能性のある安全クリティカルなアプリケーション（例：航空、医療生命維持装置、輸送安全システム）には定格されていません。

8.2 回路設計

外部の電流制限抵抗または定電流駆動回路が必須です。順電圧には範囲（2.8-3.8V）があるため、設計では固定のV_Fを想定してはいけません。電源変動や温度影響を考慮し、すべての動作条件下でI_Fを20 mA DC以下に制限するように回路を設計する必要があります。

8.3 熱管理

パッケージは76 mWを放散できますが、低い接合温度を維持するには、PCBパッドを通じた効果的な放熱が不可欠です。高い接合温度は光出力（光束減衰）を低下させ、動作寿命を短縮します。特に高周囲温度または最大電流近傍で動作する場合、PCBレイアウトが十分な熱ビアと銅面積を提供することを確認してください。

8.4 ESD対策

高い8000V HBM定格にもかかわらず、標準的なESD取り扱い対策は常に遵守する必要があります。これらのデバイスを取り扱う際は、接地されたリストストラップ、静電気防止マット、適切に接地された設備を使用してください。

9. 技術比較および差別化

本デバイスは、そのカテゴリにおいていくつかの明確な利点を提供します：
1. リバースマウント設計：光がPCBに取り付けられた側面から発せられる独特の光学統合を可能にし、より薄い製品設計や特定の導光板結合を実現します。
2. 高輝度（最大180 mcd）：小さなパッケージから高い光度を提供し、高い視認性を必要とするインジケータ用途に適しています。
3. 広指向角（130°）：広く均一な照明を提供し、バックライトパネルや複数の角度から見られる状態表示に理想的です。
4. 堅牢なESD保護：8000V HBM定格は一般的な業界レベルを超えており、より優れた取り扱いおよびアプリケーションの堅牢性を提供します。
5. 鉛フリーリフロー互換性：ピーク温度定格260°Cの標準鉛フリー組立プロセスに対応しています。

10. よくある質問（FAQ）

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？
A: ピーク波長（λ_P=468 nm）は、スペクトル放射が最も高い物理的な点です。主波長（λ_d=465-475 nm）は、人間の色知覚（CIE図表）に基づく計算値であり、あなたが見る青色を定義するものです。

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。順電圧は2.8Vから3.8Vの間で変動します。V_Fが3.3Vより低い場合、3.3Vに直接接続すると過剰電流が流れ、LEDを破壊する可能性があります。常に電流制限機構を使用してください。

Q: 保管セクションのMSL 2aとはどういう意味ですか？
A: 湿気敏感レベル（MSL）2aは、部品がリフローはんだ付け前にベーキングを必要とするまで、工場フロア条件（≤30°C/60% RH）に4週間（672時間）暴露できることを示します。

Q: このLEDは20 mAでの連続動作に適していますか？
A: はい、20 mAは定格連続DC順電流です。ただし、長期信頼性のために接合温度を安全限界内に維持するには、PCBを通じた熱管理が重要です。

11. 設計および使用事例

シナリオ：メンブレンスイッチパネルのバックライト
設計者は、均一な青色照明で大きく湾曲したメンブレンスイッチパネルをバックライトする必要があります。本LEDのリバースマウント設計は理想的です。LEDはフレキシブルPCB（フレックス回路）上に、発光面が導光層に向かって下向きになるように配置されます。130度の指向角により、光が導光板全体に均一に広がります。設計者は、必要な輝度を達成するために上位の光度範囲（例：ビンQまたはR）からビンを選択し、パネル全体での色の一貫性のために厳密な主波長ビン（例：ACまたはAD）を指定します。自動テープ＆リール包装により、組立機による高速で信頼性の高い実装が可能です。高いESD定格は、フレックス回路の取り扱い中の保護を提供します。

12. 技術原理紹介

本LEDは、InGaN半導体技術に基づいています。発光ダイオードでは、光はエレクトロルミネセンスと呼ばれるプロセスを通じて生成されます。半導体（InGaN）のp-n接合に順電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電子と正孔が再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。光の特定の波長（色）は、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。InGaNは、スペクトルの青色および緑色領域で光を生成するのに適したバンドギャップを持っています。ウォータークリアレンズは通常、エポキシまたはシリコーンで作られており、半導体チップ内部で生成された光を効率的に取り出すように設計されています。

13. 業界動向と発展

SMD LED市場は、より高い効率、より小さなパッケージ、そしてより大きな統合に向けて進化し続けています。この種のデバイスに関連する動向には以下が含まれます：
1. 効率向上（lm/W）：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、単位電力あたりの光出力が増加し、エネルギー消費と熱負荷が低減されます。
2. 小型化：より小さな最終製品への要請が、光出力を維持または増加させながら、より小さなパッケージフットプリントのLEDへの推進力となっています。
3. 色の一貫性向上：製造管理の進歩とより細かいビニング戦略により、生産ロットでの色公差が狭まり、多LEDアレイにとって重要です。
4. 信頼性向上：パッケージ材料（例：高温シリコーン）およびダイボンド技術の改善により、動作寿命が長くなり、過酷な環境条件下での性能が向上します。
5. スマート統合：これは個別部品ですが、より広範なトレンドは、LEDをドライバ、コントローラ、センサと単一パッケージに統合したモジュールに向かっています。