White LED 3.5x2.8x1.84mm、3.1V、30mA、91mW - PLCC2パッケージ仕様書

1. 製品概要

本白色LEDは、青色チップと蛍光体を組み合わせて白色光を生成します。3.50mm×2.80mm×1.84mm（長さ×幅×高さ）のコンパクトなPLCC2パッケージに収められています。本デバイスは一般照明用途、特に自動車内装照明やスイッチ向けに設計されており、車載グレードのディスクリート半導体向けAEC-Q101ストレステスト認定ガイドラインに準拠しています。主な特長として、非常に広い視野角、あらゆるSMT実装およびはんだ付けプロセスへの適合性、テープ＆リールパッケージでの提供が可能です。耐湿性レベルはJEDEC規格に基づきレベル2であり、RoHSおよびREACH要件を満たしています。

2. 技術パラメータ解析

2.1 Optical & Electrical Characteristics (Ts=25°C)

試験電流3mAにおいて、順方向電圧(VF)は2.5V～3.1Vの範囲で、標準値は約2.7V～3.1Vです。VR=5Vにおける逆電流(IR)は最大10 µAであり、低リークを保証します。3mAでの光度(IV)はビンに応じて23 mcd～53 mcdです。配光角(2θ1/2)は標準で120度であり、広い光の拡散を実現します。接合部からはんだ付け点までの熱抵抗(RTHJ-S)は最大300 °C/Wと定格されています。

2.2 絶対最大定格

本デバイスは最大91 mWの消費電力(PD)に耐えることができます。最大順方向連続電流は30 mA、ピーク順方向電流（1/10デューティサイクル、10msパルス）は100 mAに達します。逆電圧は5Vに制限されます。静電気放電耐量(HBM)は2000Vです。動作温度範囲と保存温度範囲はともに-40°C～+100°Cであり、接合部温度の最大値は120°Cです。設計者は、消費電力が絶対最大定格を超えないようにし、適切な抵抗器を使用して電流を制限し、熱暴走を防ぐ必要があります。

3. ビニングシステム

3.1 順方向電圧と光度ビン (IF=3mA)

LEDは順方向電圧と光度に基づいてビン分けされます。電圧ビンにはE2 (2.5-2.6V)、F1 (2.6-2.7V)、F2 (2.7-2.8V)、G1 (2.8-2.9V)、G2 (2.9-3.0V)、H1 (3.0-3.1V)があります。光度ビンはC20 (23-28 mcd)、D10 (28-35 mcd)、D20 (35-43 mcd)、E10 (43-53 mcd)です。このビン分けにより、お客様は特定の用途に応じて電気的・光学的特性が安定したLEDを選択できます。

3.2 色度ビニング

LEDはCIE 1931 (x,y)色度に基づいて色座標でもビン分けされます。主なビンとしてM02、M03、P02、P03の4つが定義されています。各ビンは色度図上の矩形領域を持ち、色の一貫性を保証します。例えば、M02はx=0.2766-0.2866、y=0.2397-0.2477をカバーし、M03はx=0.2857-0.2957、y=0.2557-0.2637、P02はx=0.2674-0.2820、y=0.2317-0.2397、P03はx=0.2766-0.2911、y=0.2477-0.2557をカバーします。これらのビンは、温白色からニュートラルホワイトの範囲の相関色温度を持つ白色光に対応します。

4. 性能曲線分析

4.1 順方向電圧 vs. 順方向電流 (IVカーブ)

典型的な順方向電圧対順方向電流特性（図1-7）は指数関数的な増加を示しており、2.5Vでは電流はほぼゼロ、2.7Vで約5mA、2.9Vで15mA、3.1Vで30mAに上昇します。この曲線は駆動回路の設計に不可欠であり、わずかな電圧変動が大きな電流変化を引き起こすため、電流制御には直列抵抗が推奨されます。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流

相対発光強度は順方向電流に対してサブリニアに増加します（図1-8）。3mAでは強度は約100％、1mAでは約40％に低下し、5mAでは約170％に達します。より高い電流で動作させると明るさは増しますが、発熱も大きくなるため、熱管理が重要です。

4.3 温度依存性

図1-9から1-11は、はんだ温度（Ts）が性能に与える影響を示しています。相対強度は温度上昇に伴いわずかに低下し、100℃では25℃時の約90％まで減少します。最大順方向電流は温度上昇に伴いディレーティングする必要があります。また、順方向電圧は温度とともに低下し（約-2mV/℃）、消費電力に影響を与えます。温度による色ずれ（図1-13）は色度図上でわずかな移動を示し、25℃から105℃の範囲でx座標は約0.005増加し、y座標は約0.005減少します。

4.4 放射パターン

放射特性図（図1-12）は、±60°付近で相対強度が50%に低下するほぼランバートian放射パターンを示しており、120°の視野角を確認できます。この広い配光は、広範囲にわたる均一な照明を必要とする用途に最適です。

4.5 スペクトル

スペクトル（図1-14）は、InGaNチップによる450nm付近の青色ピークと、550nm付近を中心とするブロードな黄色蛍光体ピークを示し、白色光を生成しています。スペクトル分布は400-700nmをカバーします。

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 パッケージ寸法

LEDパッケージは、長さ3.50mm、幅2.80mm、高さ1.84mm（上面図）です。底面図には、中央のアノードパッド（2.50mm x 2.18mm）とカソードパッド（0.75mm x 2.00mm）が示されています。パッケージには極性マークが表示されています。推奨される半田付けパターン（ランドパターン）の寸法は、カソードが2.40mm x 1.25mm、全体が4.45mm x 2.40mmです。特に指定がない限り、公差は±0.2mmです。

5.2 テープ＆リールパッケージ

LEDは8mmピッチのキャリアテープに実装され、1リールあたり2000個入りです。リール寸法は直径178±1mm、幅60±1mm、ハブ径13.0±0.5mmです。テープには極性マークとトップカバーテープが付いています。ラベルには品番、規格番号、ロット番号、ビンコード、光束（または光度）、色度ビン、順方向電圧、波長コード、数量、およびデートコードが記載されています。

5.3 防湿パッケージ

The reels are placed in moisture barrier bags with a humidity indicator and desiccant. After opening, LEDs should be used within 24 hours if stored at ≤30°C/≤60%RH. If storage exceeds recommended time, baking at 60±5°C for >24 hours is required.

6. はんだ付けガイドライン

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、表3-1）は以下を規定する：平均昇温速度 ≤3°C/s；150°Cから200°Cまでの予熱時間 60～120秒；217°C（TL）以上の時間 最大60秒；ピーク温度（TP）260°Cで最大10秒；冷却速度 ≤6°C/s。25°Cからピークまでの総時間は最大8分。リフローは2回まで許可され、サイクル間が24時間を超える場合は2回目のリフロー前にベーキングが必要。

6.2 手はんだ付けとリペア

Hand soldering: iron temperature <300°C, time <3s, one time only. Repair after reflow is not recommended, but if necessary, use a double-head iron. Avoid mechanical stress on the silicone encapsulant during heating.

6.3 特別な考慮事項

LED封止材はシリコーンであり柔らかい。ピックアンドプレース時に上面に過度な圧力をかけないこと。反ったPCBへの実装や、はんだ付け後の基板の曲げは行わないこと。冷却中に力や振動を加えないこと。リフロー後の急冷は禁止。

7. Ordering & Storage Information

7.1 包装数量

標準包装数量は1リールあたり2000個です。大量の場合は、リールを段ボール箱に梱包します。ラベル表示はデータシートに示された形式に従います。

7.2 保管条件

Unopened moisture barrier bags: temperature ≤30°C, humidity ≤75%, shelf life 1 year from date of manufacture. After opening: recommended use within 24 hours at ≤30°C/≤60%RH. If not used within 24 hours, bake at 60±5°C for >24 hours before use. The desiccant should remain blue; if it has faded, baking is required.

8. 適用推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション

この白色LEDは、ルームランプ、マップランプ、アンビエント照明、ダッシュボードバックライトなどの車内照明に最適です。また、自動車や民生用電子機器のスイッチやインジケーターにも適しています。広い視野角とコンパクトなサイズにより、スペースに制約のある設計でも汎用性を発揮します。

8.2 設計上の考慮事項

Thermal management is critical: a proper PCB pad and heat sink should be used to keep junction temperature ≤120°C. Use current-limiting resistors; do not exceed 30mA continuous forward current. For pulse applications, limit peak current to 100mA with 10% duty cycle. ESD protection measures are required as the device can be damaged by discharges >2000V (HBM). Avoid exposing the LED to environments with sulfur >100ppm or halogens (Br<900ppm, Cl<900ppm, total <1500ppm) to prevent corrosion or discoloration. Cleaning is recommended with isopropyl alcohol; ultrasonic cleaning may damage the LED.

9. 技術比較

類似のPLCC2白色LEDと比較して、本デバイスはAEC-Q101認証を取得しており、自動車用途での信頼性を保証します。広い視野角（120°）により、狭角のLEDよりも優れた配光を提供します。電圧、光度、色のビニングオプションにより、厳密な許容差マッチングが可能です。最高動作温度（周囲温度100℃、接合部温度120℃）は競争力があります。ただし、相対的に低い光度（3mA時最大53mcd）のため、より高い輝度が必要な場合は複数のデバイスが必要になる可能性があります。パッケージ高さ1.84mmは一部の超薄型LEDよりやや高いものの、ほとんどの設計に適しています。

10. よくある質問

Q: このLEDを3.3V電源から直接駆動できますか？
A: 直接は不可です。直列抵抗が必要です。3.3Vでは順方向電圧が2.5Vまで低下する可能性があり、過大電流が流れます。抵抗値の計算式：R = (電源電圧 - VF) / I。30mAの場合、VF=2.7Vと仮定すると、R = (3.3-2.7)/0.03 = 20Ω。最寄りの標準値を使用し、消費電力を確認してください。

Q: 標準的な色温度はいくつですか？
A: 色度ビンに基づき、色温度は約3000Kから5000Kの範囲でビンにより異なります。例えば、M02およびM03ビンは温白色に相当し、P02およびP03はやや低温です。正確なCCTは、近似式を用いてxy座標から計算できます。

Q: 複数のLEDを直列または並列で使用するにはどうすればよいですか？
A: 直列接続の場合、順方向電圧が加算されるため、利用可能な総電圧が十分であることを確認してください。並列分岐の場合、各LEDに個別の直列抵抗を設け、電流をバランスさせる必要があります。熱分布も考慮しなければなりません。

Q: このLEDは屋外使用に適していますか？
A: 動作温度範囲は-40～+100°Cであり、ほとんどの屋内および自動車環境に対応します。ただし、パッケージはUV安定化処理されておらず、直射日光にさらされると劣化する可能性があります。屋外用途では、追加の保護（例：コンフォーマルコーティング）が必要となる場合があります。

11. 実用的な使用例

例1：自動車用ルームランプ
ルームランプには均一な照明が必要です。これらの白色LEDを6個、円形に配置し、各20mAで駆動することで、室内照明に十分な明るさを提供します。広い視野角により、暗い部分が生じません。さらに光を拡散させるためにレンズを追加することも可能です。LEDは放熱のためにアルミ基板にはんだ付けされています。

例2：押しボタンのバックライト
スイッチの場合、1個のLEDをボタンの背後に配置します。3mAで動作させると約30mcdの明るさが得られ、小型のインジケータとして十分です。LEDは基板に表面実装され、ライトパイプが光をボタンまで導きます。低電流により発熱が最小限に抑えられます。

12. 動作原理

白色LEDは、蛍光体変換の原理で動作します。青色InGaN/GaN LEDチップが約450nmの青色光を放射します。この青色光が黄色発光蛍光体（通常はYAG:Ce）を励起し、青色光の一部をブロードな黄色発光にダウンコンバートします。残った青色光と黄色光の組み合わせが、人間の目には白色として認識されます。正確な色温度は、蛍光体の組成と濃度によって決まります。LEDは順方向電流によって駆動され、活性領域に電子と正孔が注入され、再結合して光子を生成します。

13. 開発動向

自動車用および一般照明用白色LEDのトレンドは、高効率化（lm/W）と優れた演色性の実現に向かっています。このPLCC2パッケージの将来のバージョンでは、より狭い発光帯域を持つ高効率蛍光体を採用し、さらなる効率向上と色品質の改善が図られる可能性があります。また、スマート駆動や色調節可能なシステムとの統合が期待されています。AEC-Q101認証は、過酷な環境下での高信頼性への要求の高まりを示しています。小型化も進み、より薄型のパッケージや小型のフットプリントが登場しています。しかし、電力密度の増加に伴い、熱管理は依然として重要な課題です。