オレンジ色LED PLCC2 2.2x1.4x1.3mm - 順方向電圧1.8V - 電力69mW - 主波長605nm - 技術データシート

1. 製品概要

RF-AURB14TS-AA-Bは、厳しい自動車および産業用途向けに設計された、PLCC2パッケージの高性能表面実装LEDです。本デバイスは、基板上に高度なAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化物）エピタキシャル技術を用いて、主波長605nmの飽和したオレンジ色の光を生成します。コンパクトなパッケージサイズは2.2mm×1.4mm×1.3mmで、省スペース設計に適し、底面のサーマルパッドにより優れた放熱性を実現します。

主な特長として、120°の非常に広い視野角、すべてのSMT実装プロセスとの互換性、RoHSおよびREACH指令への準拠が挙げられます。製品の品質試験計画は、自動車グレードのディスクリート半導体向けAEC-Q101ストレステスト資格取得試験に基づいており、過酷な条件下での高い信頼性を保証します。耐湿性レベルはレベル2に格付けされており、密封包装開封後は慎重な取り扱いが必要です。

1.1 特長

• PLCC2標準パッケージでピックアンドプレースが容易
• 120°の非常に広い視野角で均一な光分布を実現
• すべてのSMT実装およびはんだ付けプロセス（リフロー、ウェーブ、手はんだ）に対応
• 自動化製造のためテープ＆リールで供給可能
• 耐湿性レベル：レベル2（J-STD-033準拠）
• RoHSおよびREACH環境基準に準拠
• 自動車用途向けにAEC-Q101に基づき認定済み

1.2 用途

主な用途：自動車内装照明（ダッシュボードインジケーター、インフォテインメントシステムのバックライト、アンビエントライトストリップ、ボタン照明など）。広い視野角と高い光度（5mA時最大120mcd）により、車室内での優れた視認性と美観を提供します。

2. 技術パラメータ

特に指定がない限り、すべての電気的および光学的特性は、はんだ温度25°Cで測定されています。本LEDは、標準用途では順方向電流5mAで動作するように設計されており、絶対最大定格はDC30mAです。

本LEDの順方向電圧は、競合技術と比較して比較的低く、5mA時の標準値は1.8Vです。この低電圧により、低電圧電源レールからの直接駆動が可能となり、LED自体の消費電力が低減されます。逆方向電流は5V逆バイアス時に10µA以下に制限されており、逆極性条件下での漏れ電流は無視できる程度です。

光度は5mA時に65～120mcdの範囲でビン分けされ、3つの光度グレード（F1、F2、G1）が用意されています。主波長は602.5～610nmの7.5nm範囲内で厳密に管理され、中心は605nmで、飽和したオレンジ色に対応します。120°の広い視野角により、ホットスポットのない広範囲照明が必要なアプリケーションに最適です。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は動作中に決して超えてはなりません。本LEDは、1/10デューティサイクル、10msパルス幅で100mAのピーク順方向電流に対応可能であり、マルチプレックス駆動方式に有用です。接合部温度制限120°Cには適切な熱管理が必要です。熱抵抗（接合部-はんだパッド間）は最大300°C/Wと規定されているため、消費電力69mWの場合、はんだ点からの温度上昇は約20.7°Cとなります。これにより、周囲温度が100°Cまでの高温環境下でも安全に動作できます。

3. 順方向電圧、光度、主波長のビンシステム

一貫した光学特性と電気特性を確保するために、本LEDは順方向電圧、光度、主波長に基づいてビン分けされます。ビンシステムにより、お客様はマルチLEDアプリケーションで均一な照明を実現するために、厳密にマッチングされた特性のデバイスを選択できます。

3.1 順方向電圧ビン（IF=5mA時）

順方向電圧は6つのビンに分けられます：A2（1.7～1.8V）、B1（1.8～1.9V）、B2（1.9～2.0V）、C1（2.0～2.1V）、C2（2.1～2.2V）、D1（2.2～2.3V）。標準電圧1.8VはビンB1に該当します。狭い電圧ビンを選択すると、LEDを並列接続した際の電流分担のばらつきが低減されます。

3.2 光度ビン（IF=5mA時）

3つの光度ビンが定義されています：F1（65～80mcd）、F2（80～100mcd）、G1（100～120mcd）。標準値100mcdはF2とG1の境界にあります。最大輝度が必要な場合はG1を、コスト重視のアプリケーションではF1で十分な場合があります。

3.3 主波長ビン（IF=5mA時）

オレンジ色のスペクトルをカバーする3つの波長ビンがあります：A2（602.5～605nm）、B1（605～607.5nm）、B2（607.5～610nm）。標準値605nmはビンB1の下限です。厳密な波長管理により、生産ロット間での色の一貫性が確保されます。

4. 性能曲線の分析

データシートに記載されている標準的な光学特性曲線は、さまざまな動作条件下でのLEDの挙動を理解する手がかりとなります。これらの曲線を理解することは、適切な回路設計と熱管理にとって重要です。

4.1 順方向電圧 vs. 順方向電流（I-V曲線）

図1-6はLEDに典型的な指数関数的関係を示しています。1.5Vでは電流は無視できるほど小さく、1.7Vでは電流が急激に約2mAまで上昇し、1.9Vでは約10mAに達します。この急峻な傾きは、電圧駆動ではなく電流制御の必要性を強調しています。0.2Vの小さな電圧変化が5倍の電流変化を引き起こし、絶対最大定格を超える可能性があります。

4.2 順方向電流 vs. 相対光度

図1-7は、8mAまでの順方向電流と相対光出力のほぼ線形関係を示しています。電流を2mAから4mAに倍増すると、光出力もほぼ倍増します。5mAを超えると曲線がわずかに飽和し始め、中程度の電流で最大効率が得られることを示しています。

4.3 温度が光出力と順方向電圧に与える影響

図1-8は、はんだ温度が室温から120°Cに上昇するにつれて、相対光束が約40%低下することを示しています。この熱による低下はAlGaInP LEDに典型的であり、自動車内装などの高温環境では考慮する必要があります。図1-10は、順方向電圧が温度に対して線形に減少すること（約-2mV/°C）を示しています。この負の温度係数は高温時の消費電力低減に役立ちますが、慎重な電流制限も必要です。

4.4 最大順方向電流 vs. はんだ温度

図1-9はディレーティング曲線を示しています：はんだ温度25°Cでの最大順方向電流は30mA、100°Cでは約12mAに減少します。このディレーティングにより、接合部温度が120°Cを超えないようにします。設計者はこの曲線を使用して、予想周囲温度での安全な動作電流を決定する必要があります。

4.5 放射パターンとスペクトル

放射ダイアグラム（図1-11）は、半値角±60°の広いランバート放射パターンを確認します。スペクトル（図1-13）は約605nmに狭い発光ピークを示し、半値全幅（FWHM）は約20nmで、純粋なオレンジ色を提供します。

5. 機械的寸法とパッケージング

5.1 パッケージ外形

LEDパッケージは標準のPLCC2フォーマット：2.2mm×1.4mm×1.3mm（L×W×H）です。上面図は長方形の光学窓を示し、側面図はパッケージの厚さを示します。底面図は2つのアノード/カソードパッドと中央のサーマルパッドを示しています。極性はパッケージの切り欠きで示されます（図1-4参照）。推奨されるはんだ付けパターン（図1-5）には、放熱と適切な位置合わせのための十分な銅パッドが含まれています。

5.2 テープ＆リール包装

部品は8mm幅のキャリアテープに収められ、178mm径のリールに1リールあたり3000個で供給されます。キャリアテープの寸法（A0=1.50mm、B0=2.35mm、K0=1.48mm）により、確実なポケット保持が確保されます。リールのハブ径は60mm、総厚は13mmです。各リールは、乾燥剤と湿度インジケーターカードとともに防湿バッグに密封されます。保管条件は温度30°C以下、湿度60%RH以下が必要です。開封後は24時間以内に使用する必要があります。それ以外の場合は、60±5°Cで少なくとも24時間のベーキングが推奨されます。

6. SMTリフローはんだ付けガイド

LEDの信頼性を維持するためには、適切なはんだ付けが不可欠です。推奨リフロープロファイルはJEDEC J-STD-020に準拠し、ピーク温度260°C（最大）です。予熱ゾーン（150～200°C）は60～120秒間持続させる必要があります。217°C以上の時間は60秒を超えてはならず、ピーク温度の保持は10秒以内です。冷却速度は6°C/sを超えてはなりません。リフローサイクルは2回まで許可されますが、その間隔が24時間未満である必要があります。そうでない場合、耐湿性が低下する可能性があります。

手はんだ付けは、チップ温度300°C未満で1接合あたり最大3秒間許可され、リワークは1回のみです。両頭はんだごてを使用した修理作業は、LEDを損傷しないことを確認する必要があります。シリコン封止材は柔らかいため、はんだ付けや取り扱い時にレンズに機械的圧力をかけないでください。はんだ付け後にPCBを反らせたり、急冷をかけたりしないでください。

7. 信頼性試験と認定

本LEDはAEC-Q101規格に基づく広範な認定試験を実施しています。表2-3は5つの主要試験を示しています：リフロー（260°C、10秒、2サイクル）、MSL2プリコンディショニング（85°C/60%RH、168時間）、熱衝撃（-40°C～125°C、15分保持、1000サイクル）、寿命試験（Ta=105°C、IF=5mA、1000時間）、高温高湿度寿命試験（85°C/85%RH、IF=5mA、1000時間）。全試験で20サンプル中0故障が合格条件です。合否基準は：順方向電圧変動≤1.1×USL、逆方向電流≤2.0×USL、光度≥0.7×LSLです。

8. 取り扱い上の注意とアプリケーション設計上の考慮事項

長期信頼性を確保するために、いくつかの設計および取り扱い上の注意を守る必要があります。

• 硫黄およびハロゲン管理：環境および相手材の硫黄元素含有量は100ppmを超えてはなりません。臭素と塩素の含有量はそれぞれ900ppm未満、合計で1500ppm未満でなければなりません。揮発性有機化合物（VOC）はシリコン封止材に浸透し、変色を引き起こす可能性があるため、接着剤やポッティング材はアウトガスの適合性を試験する必要があります。
• ESD保護：本LEDはHBM 2000V（歩留まり90%超）に定格されていますが、ESD保護エリアでの取り扱いは必須です。接地されたワークステーション、イオナイザー、導電性工具を使用してください。
• 電流制御：必ず電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。DC30mAを超えないでください。パルス条件では、デューティサイクル制限を守ってください。
• 熱管理：LEDパッドの下に十分な銅面積とサーマルビアを設けてください。接合部温度は120°C未満に保つ必要があります。図1-9に従って周囲温度ディレーティングを考慮してください。
• 洗浄：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LEDのボンディングワイヤを損傷する可能性があるため、使用しないでください。
• 保管：耐湿性デバイスの保管条件に従ってください。湿度インジケーターカードが30%RHを超える場合、または露出時間が24時間を超える場合は、ベーキングが必要です。

9. 技術比較：AlGaInP vs. その他のLED技術

RF-AURB14TS-AA-Bは、基板（おそらくGaAs）上にAlGaInP材料を使用しており、赤色～オレンジ色～黄色のスペクトルで高効率を実現します。青/緑用のInGaNベースLEDと比較して、AlGaInPは非常に低い順方向電圧（標準1.8V vs. InGaNの2.8～3.2V）を提供し、バッテリー直接駆動が可能です。ただし、AlGaInPは熱による低下が大きいため、ディレーティングが不可欠です。PLCC2パッケージは、その小型フットプリントと自動実装との互換性から、自動車アプリケーションで広く採用されています。

10. 設計事例研究：自動車内装アンビエント照明

ダッシュボードのアンビエントライトストリップに10個のオレンジ色LEDを均一な明るさで使用する場合を考えます。G1光度ビン（100～120mcd）とB1波長ビン（605～607.5nm）を使用することで、色と明るさの厳密なマッチングが保証されます。LEDは定電流ICを介して5mAで駆動されます。各LEDと直列の抵抗が順方向電圧のばらつきを補償します。熱解析によると、5mA、周囲温度25°Cでの接合部温度上昇は約4.5°C（0.009W×300°C/W=2.7°C+周囲マージン）であり、安全範囲内です。120°の広い視野角により、目に見えるホットスポットのない均一な照明が得られます。

11. よくある質問

Q1: このLEDを3.3V電源から抵抗なしで20mAで駆動できますか？
A: いいえ。20mA時の順方向電圧は約2.0Vです（I-V曲線参照）。3.3V電源では過剰な電流（30mA超）が流れ、LEDが損傷します。必ず電流制限抵抗（例：(3.3-2.0)/0.02=65Ω）または定電流ドライバを使用してください。

Q2: このLEDの標準的な寿命はどのくらいですか？
A: AEC-Q101寿命試験（105°C、5mA、1000時間、故障ゼロ）に基づくと、低温での推定寿命は一般的に50,000時間以上です。実際の寿命は動作条件に依存します。

Q3: 複数のLEDを個別の抵抗なしで並列接続できますか？
A: 推奨しません。順方向電圧のばらつきにより電流が不均衡になるためです。並列動作が必要な場合は、同じ電圧ビンからLEDを選択し、各ブランチに小さなバランス抵抗（例：10Ω）を追加してください。

Q4: 可視光出力を得るための最小電流はどのくらいですか？
A: 高効率のため、0.5mAでも検出可能なオレンジ色の光を放射します。安定した色を確保するための推奨最小動作電流は1mAです。

12. AlGaInP LEDの動作原理

AlGaInPはIII-V族の直接遷移型半導体化合物です。活性層は、格子整合したGaAs基板（または光取出し向上のための透明基板）上に成長させた量子井戸構造で構成されます。順方向にバイアスされると、電子と正孔が放射再結合し、バンドギャップに対応するエネルギーの光子を放出します。アルミニウムとガリウムの比率を調整することで、発光波長を約560nm（黄緑）から650nm（深赤）まで調整できます。このオレンジ色LEDの場合、組成によりピーク波長は約605nmになります。AlGaInP材料系は高い内部量子効率と低い抵抗率を有し、低い順方向電圧を実現します。

13. 自動車用LEDパッケージングの開発動向

業界の動向としては、より小型のパッケージ、より高い信頼性、より厳格な色管理への移行があります。PLCC2はミッドパワー用途で依然として人気がありますが、チップスケールパッケージ（CSP）やEMCパッケージが高電力密度向けに台頭しています。ただし、コストと堅牢性が優先される自動車内装照明では、PLCC2が引き続き広く採用されています。今後の開発には、高度な基板材料（例：AlN）による熱性能の向上や、マルチLEDシステムでの色偏差を最小限に抑えるための厳密な波長ビン分けが含まれます。