0402赤色LED RF-RU0402TS-BC-B1 - 1.0x0.5x0.4mm - 順電圧1.7-2.4V - 消費電力48mW - 英文技術データシート

1. 製品概要

RF-RU0402TS-BC-B1は、1.0mm×0.5mm×0.4mmパッケージの小型赤色SMD LEDで、高効率赤色チップを使用して製造されています。汎用の視覚表示用に設計されており、140°の極めて広い視野角を備えているため、さまざまな角度からの視認性が重要な用途に適しています。本デバイスは標準的なSMT実装およびリフローはんだ付けプロセスに対応し、RoHS準拠、湿度感度レベル3です。

主な特長として、低順電圧範囲（5mA時1.7V～2.4V）、最大順電流20mA、消費電力48mWが挙げられます。LEDは主波長625nm～640nmの赤色光を放射し、光度ビンは8mcd～65mcdまで対応しています。この製品は複数の光度ビンと波長ビンで提供されており、大規模アプリケーションにおける均一性の微調整が可能です。

2. 技術パラメータ解析

2.1 電気・光学特性

周囲温度25°C、テスト電流5mAにおいて、LEDは以下の代表的な特性を示します。

• 順電圧（VF）：順電圧は複数のグループ（A2～D2）にビン分けされ、1.7V～2.4Vを0.1V刻みでカバーします。測定許容差は±0.1Vです。
• 主波長（λD）：3つの波長ビン（F00：625-630nm、G00：630-635nm、H00：635-640nm）により、正確な赤色色合いを選択できます。許容差±2nm。
• 光度（IV）：6つのビン（A00：8-12mcd、B00：12-18mcd、C00：18-28mcd、D00：28-43mcd、E00：43-65mcd）で広範囲の輝度オプションをカバーします。許容差±10%。
• 視野角（2θ1/2）：標準140°で、広範囲な配光を保証します。
• 逆電流（IR）：VR=5Vで10µA未満。
• 熱抵抗（RTHJ-S）：450°C/W（ジャンクション～はんだ接合部間）。

2.2 絶対最大定格

本デバイスは、永久的な損傷を避けるため、以下の限界値を超えてはなりません。

• 消費電力（Pd）：48mW
• 順電流（IF）：20mA（DC）、パルス時最大60mA（1/10デューティ、0.1ms幅）
• ESD（HBM）：2000V
• 動作温度（Topr）：-40°C～+85°C
• 保存温度（Tstg）：-40°C～+85°C
• 接合部温度（Tj）：95°C

2.3 熱特性

熱抵抗450°C/Wは、中程度の放熱能力を示しています。20mAで連続動作した場合、周囲温度に対する接合部温度上昇は約9°Cです（良好な熱管理を前提）。特に高密度実装用途では、接合部温度を95°C以下に保つよう注意が必要です。代表的な光学性能のディレーティング曲線は、相対強度が周囲温度の上昇に伴い直線的に減少することを示しています（セクション3参照）。

3. 性能曲線解析

データシートには、回路設計に役立ついくつかのグラフ関係が提供されています。

3.1 順電圧 vs 順電流

図1-6は代表的な指数ダイオード曲線を示しています。順電圧2Vでは、電流は約5mAです。曲線は2V以上で急峻になり、2.5V付近で20mAに達します。この非線形性は、電流制限抵抗の必要性を強調しています。

3.2 相対強度 vs 順電流

相対強度は20mAまで順電流に比例して直線的に増加し、その後わずかに飽和します。5mAでは、相対強度は約0.4（20mA時を1として正規化）です。この線形領域により、PWMまたはアナログ電流制御による輝度調整が容易です。

3.3 温度影響

図1-8は、周囲温度が25°Cから85°Cに上昇すると、相対強度が約15%低下することを示しています。図1-9は、最大許容順電流が25°Cの20mAから、ピン温度100°Cでは約8mAに減少することを示しています。これらのディレーティング曲線は熱設計に不可欠です。

3.4 波長安定性

図1-10は、主波長が5mAから15mAでわずかにシフト（約2nm）し、ビン内に留まることを示しています。この安定性は、ほとんどの表示用途で許容範囲です。

3.5 スペクトル分布

スペクトル（図1-11）は、630nmを中心とする狭いピークを示し、半値全幅（FWHM）は約20nmで、AllnGaP赤色LEDに典型的です。

3.6 放射パターン

図1-12は、ほぼランバート放射パターンを示す極座標図です。相対強度は軸外約70°で50%に低下し、140°の視野角を確認できます。

4. ビン分けシステム

RF-RU0402TS-BC-B1は、色、明るさ、順電圧に対して多次元のビン分けシステムを採用しています。

• 波長ビン：F00（625-630nm）、G00（630-635nm）、H00（635-640nm）。各ビンで色の一貫性を確保します。
• 光度ビン：A00～E00（8-65mcd範囲）。ビンは重複しないため、均一なバックライトやマトリックスディスプレイの精密なマッチングが可能です。
• 順電圧ビン：A2～D2（1.7-2.4V、0.1V刻み）。電圧グループ分けにより、電流変動を最小限に抑え、直列/並列回路設計に役立ちます。

これらのビンの組み合わせは、型番ラベル（例：BIN CODEフィールド）にコード化されています。顧客は大量生産において、厳密な均一性を実現するために特定のビン組み合わせを要求できます。

5. 機械的仕様・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは超小型0402フットプリント（1.0mm×0.5mm×0.4mm）を使用しています。パッケージには2つの端子とカソードマークがあります（図1-4参照）。底面図はパッド寸法を示しており、パッド1がアノード、パッド2がカソードです。推奨はんだ付けパターン（図1-5）は0.6mm×0.6mmのパッド、間隔0.5mmで、信頼性の高いはんだ接合部形成を可能にします。

5.2 極性と取り扱い

極性は上面のマーキング（カソード側）で明確に示されています。極性を誤ると逆降伏（最大5V）が発生し、LEDが損傷する可能性があります。パッケージは非常に小さいため、バキュームピンセットや実装機による慎重な取り扱いを推奨します。

6. はんだ付け・実装ガイド

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

推奨リフロープロファイル（図3-1）はIPC/JEDEC標準に準拠し、ピーク温度260°C（最大10秒）です。主なパラメータ：

• 予熱：150°C～200°Cで60～120秒
• 217°C以上（TL）の時間：60～150秒
• ピーク温度（TP）：260°C（最大10秒）
• 冷却速度：≤6°C/s

リフローサイクルは2回を超えないでください。はんだ付け操作の間に24時間以上経過した場合は、ベーキングが必要です。手はんだごてによるはんだ付けは、片面のみ、300°C以下、3秒以内に制限してください。

6.2 取り扱い注意事項

LEDは湿気に敏感です（MSLレベル3）。未使用のデバイスは、乾燥剤入りの密封防湿袋で保管する必要があります。開封後の保管時間は、30°C/60%RHで168時間に制限されます。湿度インジケーターカードが過剰な湿気を示した場合は、60±5°Cで24時間以上ベーキングしてください。

さらに、シリコン封止材は硫黄、臭素、塩素、VOCによる化学攻撃を受けやすいです。相手材には硫黄100PPM未満、<臭素および塩素はそれぞれ900PPM未満（合計<1500PPM未満）を含む必要があります。有機蒸気を放出する接着剤は避けてください。

7. パッケージ・注文情報

7.1 パッケージ形式

LEDは8mm幅のキャリアテープ（1リールあたり4000個）で供給され、リール径は178mmです。テープには極性方向と保護用カバーテープが付いています。各リールには型番、仕様番号、ロット番号、ビンコード、数量、製造コードがラベル表示されています。

7.2 保管と保存期間

密封袋は、製造日から1年間、30°C/75%RH以下で保管可能です。開封後はMSLレベル3のフロアライフ（168時間）に従ってください。乾燥剤の色が変わった場合や有効期限を過ぎた場合は、ベーキングが必須です。

8. アプリケーションガイドライン

8.1 代表的な用途

RF-RU0402TS-BC-B1は、ステータスインジケータ、プッシュボタンバックライト、シンボル照明、家電、ウェアラブル、IoT機器、自動車内装照明における汎用視覚フィードバックに最適です。小型フットプリントはスペース制限のあるPCBに適しています。

8.2 回路設計の考慮事項

電流制限には必ず直列抵抗を使用してください。3.3V電源の場合、150Ω抵抗で約10mA（1.8V順電圧降下を想定）が得られます。パルス動作（例：1/10デューティ）では、ピーク電流60mAまで許容されます。並列アレイでは、電圧ビンのばらつきによる電流の偏りを避けるため、LEDごとに個別の抵抗を使用することを検討してください。

8.3 熱管理

低消費電力ではありますが、多数のLEDを密集して使用する場合は、適切な熱設計を推奨します。はんだパッド温度を85°C以下に保ち、サーマルビアや銅ベタを使用して熱を拡散してください。高温環境では順電流を減らしてください（図1-9のディレーティング曲線参照）。

9. 競合比較

他社の標準0402 LEDと比較して、RF-RU0402TS-BC-B1はより広い視野角（140° vs 標準120°）と厳密なビン分けオプション（0.1V電圧ビン、2nm波長ビン）を提供します。最大定格順電流20mAは一部の競合品（多くの場合18mA）よりわずかに高く、必要に応じてより明るい出力が可能です。2kV（HBM）のESD定格は業界標準と同等です。ユニークな利点のひとつは、LEDの劣化を防ぐための材料適合性（硫黄、ハロゲン制限）に関する明確なガイダンスであり、競合データシートではほとんど提供されていません。

10. よくある技術質問

Q: 最大寿命を得るための推奨動作電流は？A: 一般的な用途では、10mAで動作させることで明るさと長寿命のバランスが取れます。接合部温度上昇は最小限で、LEDは50,000時間以上持続します。

Q: このLEDを3.3Vロジックピンから直接駆動できますか？A: はい、ただし適切な直列抵抗が必要です。150Ωの抵抗で、約10mA（1.8V VFを想定）に制限されます。多くのロジックピンは20mAをソースできますが、マイコンのデータシートを確認してください。

Q: はんだ付け後のPCB洗浄方法は？A: イソプロピルアルコール（IPA）を使用し、シリコンを攻撃する可能性のある強力な溶剤は避けてください。互換性が確認されていない限り、超音波洗浄は推奨しません。

Q: ESD感度レベルは？A: クラス1C（2000V HBM）。取り扱いおよび実装中は、標準的なESD対策（接地された作業台、帯電防止袋、リストストラップ）を使用してください。

11. 設計ケーススタディ

ケース：4つのステータスLEDを備えたウェアラブルフィットネストラッカー

設計要件：4つの赤色LED（心拍数、Bluetooth、アクティビティ、アラート）が直射日光下で視認可能であること、ただし総消費電力は200mW以内であること。C00輝度ビン（18-28mcd）のRF-RU0402TS-BC-B1を使用し、各LEDは2.0V電源（昇圧コンバータ）で8mAで動作。順電圧は約1.8Vなので、25Ωの抵抗を使用。総消費電力：4×1.8V×8mA=57.6mWで予算内。140°の広視野角により、時計の傾き角度でも視認性を確保。フレックスPCBにESD保護を内蔵。デバイスの信頼性試験データ（5mAで1000時間寿命試験）により、2年間の製品保証に自信を得た。

12. 動作原理

このLEDは、赤色発光のAllnGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体チップを使用しています。順方向バイアスを印加すると、活性領域で電子と正孔が再結合し、バンドギャップ（約1.95eV、635nm）に相当するエネルギーの光子を放出します。チップはリードフレームに搭載され、エポキシまたはシリコンで封止されて表面実装パッケージを形成します。小型レンズ形状（フラットトップ）が広い放射角に寄与しています。熱は背面端子を通じてPCBに伝導されます。

13. 技術トレンド

IoTやウェアラブルデバイスの小型化が進むにつれ、0402のような超小型LEDへの需要は高まるでしょう。トレンドは以下の通りです。

• 高効率化：チップ設計の改善によりmcd/mAが向上し、同じ明るさをより低い電流で実現してバッテリー節約が可能になります。
• 狭ビン分け：顧客は均一なアレイのために、厳密な色と電圧のグループ分けをますます要求しています。ここで提供される0.1Vおよび2nmビンは既に競争力があります。
• 信頼性向上：硫黄/ハロゲン耐性と長期寿命試験（10,000時間以上）への継続的な注力。
• 統合化：マルチカラー0402パッケージ（RGB）が登場していますが、赤色のみはステータスや安全インジケータの主力として残り続けています。

RF-RU0402TS-BC-B1は、包括的なビン分け、堅牢な設計、明確なアプリケーションガイダンスにより、これらのトレンドに十分対応できる位置づけです。