LED RGB 3.0x3.0x0.65mm 仕様書 - 順方向電圧2.2-3.6V - 電力0.15-0.22W - 車載内装照明用

1. 製品概要

RF-A2E31-RGB9-W1は、過酷な車載内装照明用途向けに設計された、コンパクトで高性能なRGB LEDです。3.0mm x 3.0mm x 0.65mmのEMC（エポキシモールドコンパウンド）パッケージに収められ、赤、緑、青の独立したチップを統合し、広い色域を実現します。本製品は、車載グレードのディスクリート半導体向けAEC-Q101ストレステストガイドラインに準拠して認定されており、過酷な動作条件下でも卓越した信頼性を保証します。各チャンネルの標準順方向電流は60mAで、バランスの取れた光束出力（赤7-11 lm、緑15-22 lm、青3-7 lm）を提供します。120°の広い視野角は均一な内装照明に最適であり、MSL（耐湿性レベル）2によりSMT実装時の堅牢な取り扱いが可能です。

2. 技術パラメータと分析

2.1 電気的および光学的特性

はんだ温度25°C、順方向電流60mAにおけるRGB LEDの主要パラメータは以下の通りです。

• 順方向電圧（Vf）：赤：2.2V – 2.8V；緑：3.0V – 3.6V；青：3.0V – 3.6V。狭い電圧ビンにより、マルチLED設計における電流バランスが容易になります。
• 光束（Φ）：赤：7.0 – 11.0 lm；緑：15.0 – 22.0 lm；青：3.0 – 7.0 lm。緑チャンネルは、人間の目がその波長領域で感度が低いことを補うために最も高い光束を提供します。
• 主波長（λD）：赤：615 – 625 nm；緑：515 – 530 nm；青：460 – 470 nm。これらの狭いビンは、RGBシステムでの一貫した色混合を保証します。
• 逆方向電流（IR）：VR=5Vで≤2 µA、低リークを確認。
• 視野角（2Θ1/2）：120°（標準）、広い空間分布を提供。

2.2 絶対最大定格

設計は以下の制限を決して超えないようにする必要があります。

• 消費電力：赤150 mW、緑/青210 mW（チャンネルあたり）。
• 順方向電流：60 mA DC（ピーク120 mA、デューティ比1/10、パルス幅10 ms）。
• 逆方向電圧：5 V。
• ESD（HBM）：2000 V（8000 Vで90%以上の歩留まりがあるが、ESD保護は依然として必要）。
• 動作温度：-40°C～+125°C；保存温度：同じ；接合部温度：最大125°C。

2.3 熱的特性

接合部からはんだポイントへの熱抵抗（RTHJ-S）は、赤55°C/W、緑46°C/W、青43°C/Wです。緑と青のチャンネルの低い熱抵抗は、それらの高い消費電力を反映しています。3チャンネルすべてを同時に動作させる場合、接合部温度を最大定格以下に保つためには、適切なPCB放熱が重要です。

3. ビニングシステムと選択

3.1 順方向電圧ビン

60mAにおいて、デバイスは各色の電圧ビンに分類されます。

• 赤：D0（2.2-2.4V）、E0（2.4-2.6V）、F0（2.6-2.8V）
• 緑：H0（3.0-3.2V）、I0（3.2-3.4V）、J0（3.4-3.6V）
• 青：緑と同じ（H0、I0、J0）

3.2 光束ビン

光束ビンにより、明るさの均一性を選択できます。

• 赤：QB1（7-11 lm）
• 緑：QC1（15-22 lm）
• 青：QA1（3-7 lm）

3.3 波長ビン

主波長は狭い範囲に分類されます。

• 赤：P（615-620 nm）、Q（620-625 nm）
• 緑：J（515-520 nm）、K（520-525 nm）、L（525-530 nm）
• 青：J（460-465 nm）、K（465-470 nm）、L（470-475 nm）

電圧、光束、波長のビンの組み合わせにより、顧客は色の均一性が重要なハイエンド車載照明モジュール向けに、厳しい公差のLEDを注文することができます。

4. 性能曲線の解釈

4.1 順方向電圧対電流

Vf-I曲線は典型的なダイオード挙動を示します。60mAにおいて、赤は緑/青（約3.2-3.4V）と比較して低い電圧（約2.2-2.4V）です。曲線は動作領域で線形であり、小さな電圧変動による電流変化を容易に予測できます。設計者は、電流を制限し熱暴走を防ぐために直列抵抗を含める必要があります。

4.2 相対強度対電流

相対光束は、60mAまで電流にほぼ比例して増加します。低電流では、すべての色で効率がわずかに高くなります。この曲線は調光設計に役立ちます。PWMまたはアナログ電流制御を使用すると、比例した明るさの変化が得られます。

4.3 温度の影響

はんだ温度が上昇すると、順方向電圧は低下します（負の温度係数）。85°Cで動作するシステムでは、Vfが0.2-0.3V低下する可能性があり、駆動電圧が一定のままであれば電流が増加する可能性があります。熱ディレーティング曲線は、接合部を125°C以下に保つために、高温では最大許容順方向電流を低減しなければならないことを示しています。

4.4 スペクトル分布

発光スペクトルは、620nm（赤）、520nm（緑）、465nm（青）を中心とした狭いピークを示します。半値全幅は各チャンネルで約20-30nmであり、白色光または飽和色を混合するための良好な色純度を実現します。

4.5 放射パターン

空間放射図は、半値角±60°の典型的なランバート分布を示し、広い120°の視野角を確認できます。このパターンにより、LEDをアレイや導光板に配置する際の均一な照明が保証されます。

5. 機械的およびパッケージング仕様

5.1 パッケージ寸法

LEDは表面実装パッケージで、寸法は3.0 mm × 3.0 mm × 0.65 mm（公差±0.2 mm）です。底面図には6つのはんだパッド（パッド1（R+）、2（R-）、3（G+）、4（G-）、5（B+）、6（B-））が示されています。極性はパッケージのカソードノッチで明確にマークされています。推奨されるはんだ付けパターンには、放熱用のサーマルパッドが含まれます。

5.2 キャリアテープとリール

デバイスは8mm幅のキャリアテープで供給され、1リールあたり4000個が収納されています。テープのポケットピッチは4mmで、上部にカバーテープがシールされています。リール径は330mm（標準13インチリール）です。防湿バッグには乾燥剤と湿度インジケータカードが含まれています。

5.3 ラベル情報

各リールには、品番、仕様番号、ロット番号、光束、主波長、順方向電圧のビンコード、数量、製造週コードがラベル表示されています。このトレーサビリティは自動車品質要件に不可欠です。

6. はんだ付けガイドラインと推奨事項

6.1 リフロープロファイル

推奨される鉛フリーリフロープロファイル：

• 昇温速度：≤3°C/s
• 予熱：150°C～200°Cまで60～120秒
• 217°C以上の時間：≤60 s
• ピーク温度：260°C（ピークの5°C以内で最大10秒）
• 冷却速度：≤6°C/s
• 25°Cからピークまでの総時間：≤8分

リフローは2回まで許可され、リフロー間の間隔は、吸湿による損傷を避けるために24時間以内とします。

6.2 取り扱い上の注意

封止材はシリコーンであるため、上面は比較的柔らかいです。ピックアンドプレース時のノズル圧力を最小限に抑える必要があります。PCBははんだ付け前後に平坦である必要があり、曲げるとはんだ接合部の破損を引き起こす可能性があります。熱衝撃を防ぐため、リフロー後の急冷を避けてください。

7. パッケージと注文情報

標準パッケージは、密封された防湿バッグに入った1リールあたり4000個です。保管条件：開封前は温度≤30°C、湿度≤75%で、製造週コードから1年間有効です。開封後は、≤30°C/≤60%RHの条件下で24時間以内に使用してください。バッグが破損した場合、または保管条件を超えた場合は、使用前に60±5°Cで24時間以上ベークしてください。

8. アプリケーションガイダンス

8.1 代表的な用途

このLEDは車載内装照明向けに最適化されており、以下を含みます。

• ダッシュボードのアンビエント照明
• フットウェルおよびドアハンドル照明
• RGBカラーチューニング可能な読書灯
• ロゴ投影および装飾アクセント

8.2 回路設計の考慮事項

各チャンネルには、順方向電流が60 mAを超えないようにするための電流制限抵抗（または定電流ドライバ）が必要です。Vfは温度によって変化するため、直列抵抗は負帰還を提供します。つまり、熱によるVfの低下に伴い電流は増加しますが、抵抗がこの上昇を制限します。正確な色混合には、200 Hz以上の周波数でPWMを使用して、可視フリッカを回避してください。電源がすべてのチャンネルに同時に十分な電流を供給できることを確認してください。標準的なRGB設計では、合計最大180 mA（60 mA×3）を消費する可能性があります。

8.3 熱管理

総消費電力が最大0.57 W（すべてのチャンネルが最大電流および電圧の場合）であるため、パッケージ下にサーマルビアパターンを推奨します。はんだ温度を85°C未満に保つために、LEDあたりのPCB銅領域は少なくとも200 mm²必要です。信頼性を保証するため、接合部温度は125°C未満に保つ必要があります。

9. 代替RGB LEDとの比較

9.1 3528または2835パッケージとの比較

一般的な3.5×2.8 mm（3528）や2.8×3.5 mm（2835）パッケージと比較して、3.0×3.0 mmのフットプリントは、中央サーマルパッドにより熱放散性が高く、ピン互換性のある形状因子を提供します。EMCパッケージは、従来のPPAパッケージよりも耐硫黄腐食性に優れており、材料からのガス放出が懸念される車載環境に適しています。

9.2 セラミックパッケージとの比較

セラミックパッケージはさらに低い熱抵抗を提供しますが、コストが高くなります。このLEDのEMCパッケージは、熱性能（43-55°C/W）とコストのバランスが良く、周囲温度が85°Cを超えることがほとんどない車載内装用途に適しています。

10. よくある技術的な質問

Q: 追加冷却なしで、3つのチャンネルすべてを60 mAで同時に駆動できますか？
A: 周囲温度25°Cでは可能ですが、熱設計によりPCBがLEDあたり約0.6Wを放散できることを確認する必要があります。アレイの場合は、必要に応じて間隔を空けたり強制空冷を検討してください。

Q: 白色を混色した場合の一般的な演色評価数（CRI）は？
A: このRGB LEDは高CRI白色向けに設計されていません。一般的なCRIは約60-70です。高CRI白色には蛍光体変換型白色LEDを使用してください。

Q: はんだ付け後、LEDをどのように洗浄すればよいですか？
A: イソプロピルアルコールを使用してください。超音波洗浄や、シリコーンを侵す可能性のある溶剤は使用しないでください。

Q: 安定した色を得るための最小推奨電流は？
チャンネルあたり最低10 mAですが、電流依存の波長シフト（通常<3 nm）により色のばらつきが生じる可能性があります。深い調光には低デューティサイクルのPWMを使用してください。

11. 実践設計ケース：RGBアンビエントライトモジュール

車のダッシュボードアンビエントストリップ用の5-LEDアレイを考えます。各LEDは合計180 mA（60×3）を必要とします。定電流ドライバIC（例：TLC59116）は16チャンネルを提供し、5つのRGB LED（合計15チャンネル）を制御します。PCBレイアウトには、各LEDの下にグランドプレーンとサーマルビアが含まれます。2層基板の場合、周囲温度85°Cでの温度上昇は周囲より10°Cと測定され、接合部は115°C未満に保たれます。このシステムは、5000K CCTで合計300 lmの白色光出力を実現し、±200Kの均一性を達成します。

12. RGB LEDの動作原理

このLEDは、3つの独立した半導体チップ（赤：AlInGaPまたは同等、緑：InGaN、青：InGaN）を統合しています。各チップは順バイアス時に単色光を放射します。人間の目は3原色の混合を広範囲の色として知覚します。EMCパッケージはチップを透明シリコーンレンズで封止し、これが光取り出しの一次光学系としても機能します。6パッド構成により、各チャンネルを独立して電流制御でき、加法混色が可能です。

13. 技術動向と将来展望

自動車照明は、高度な適応型照明とパーソナル化されたアンビエント環境へと移行しています。EMCパッケージのRGB LEDは、小型で信頼性が高く、リフローはんだ付けとの互換性があるため好まれています。今後の展開としては、チップあたりの光束向上（例：緑30 lm）、同じパッケージへのドライバ統合、30°C/W未満の熱抵抗改善が挙げられます。自動運転車への傾向は、カスタマイズ可能な内装照明の需要を高め、RF-A2E31-RGB9-W1のような高性能RGB LEDが次世代キャビン体験の構成要素となるでしょう。