PLCC-2 スカイブルーLED データシート - パッケージ 3.2x2.8x1.9mm - 順電圧 3.1V - 消費電力 0.075W - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、PLCC-2（プラスチック・リード・チップ・キャリア）表面実装パッケージを採用した高輝度スカイブルーLEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、過酷な環境下での信頼性と性能を追求して設計されており、広い120度の視野角と、標準駆動電流10mAにおける200ミリカンデラ（mcd）の標準光度を特徴とします。主な設計ターゲットは自動車内装用途であり、一貫した色出力、耐久性、業界標準への準拠が最も重要視されます。本LEDは、車載グレード部品向けのAEC-Q101標準に認定されており、RoHSおよびREACH環境指令にも準拠しています。

1.1 中核的利点

• 高信頼性：車載用途向けAEC-Q101認定を取得しており、過酷な温度・振動条件下での性能を保証します。
• 色の一貫性：色度座標（0.16, 0.08）を厳密に管理し、生産ロット間で均一なスカイブルー色を実現します。
• 広視野角：120度の発光パターンは、複数の角度からの視認性が求められるエリア照明やインジケータ用途に理想的です。
• 堅牢なESD保護：8kV人体モデル（HBM）ESD定格により、取り扱いおよび実装時の堅牢性が向上しています。
• 環境規制準拠：RoHSおよびREACH要件を満たし、有害物質を含みません。

2. 詳細技術パラメータ分析

以下のセクションでは、LEDの主要な電気的、光学的、熱的特性について詳細に解説します。

2.1 測光および電気的特性

以下の表は、標準試験条件（T_s=25°C、I_F=10mA、特記なき場合）で測定された主要パラメータの保証最小値、標準値、最大値を示しています。

• 順方向電流（I_F）：推奨動作電流は10mAで、絶対最大定格は20mAです。動作には最低2mAの電流が必要です。
• 光度（I_V）：標準出力は200 mcdで、指定範囲は112 mcd（最小）から450 mcd（最大）です。実際の出力はビニングされており、詳細はセクション4を参照してください。
• 順方向電圧（V_F）：標準値は3.1Vで、10mA時には2.75Vから3.75Vの範囲です。このパラメータの測定許容差は±0.05Vです。
• 視野角（2φ_1/2）：強度がピーク値の半分に低下する全角として定義されます。本LEDの公称視野角は120度で、許容差は±5度です。
• 色度座標（CIE x, y）：標準色点はx=0.16、y=0.08で、色の一貫性を確保するため±0.005の厳しい許容差が設定されています。

2.2 熱的特性

効果的な熱管理は、LEDの長寿命と性能安定性にとって極めて重要です。

• 熱抵抗（R_thJS）：2つの値が提供されています：電気的測定値100 K/Wと、実測値130 K/Wです。正確な熱設計には、より高い実測値を使用する必要があります。
• 消費電力（P_d）：許容最大消費電力は75 mWです。
• 接合温度（T_J）：許容最大接合温度は125°Cです。
• 動作温度範囲（T_opr）：本LEDの動作温度定格は-40°Cから+110°Cで、自動車環境に適しています。

3. 絶対最大定格

これらの限界を超えるストレスは、永久損傷を引き起こす可能性があります。本デバイスは逆電圧動作用に設計されていません。

• 順方向電流（I_F）： 20 mA（DC）
• サージ電流（I_FM）： 300 mA（t_p≤ 10μs、デューティサイクル 0.005）
• 逆電圧（V_R）： 逆動作用に設計されていません
• 接合温度（T_J）： 125°C
• 保存温度（T_stg）： -40°C ～ +110°C
• ESD耐性（HBM）： 8 kV
• リフローはんだ付け温度： ピーク260°C、最大30秒

4. 性能曲線分析

本データシートには、様々な条件下でのLEDの挙動を示すいくつかのグラフが含まれています。

4.1 スペクトルおよび放射分布

相対スペクトル分布グラフは、LEDが青色波長領域（中心波長約470-490nm付近）で発光し、スカイブルー色を定義していることを示しています。放射特性の標準図は、120度の視野角をもたらすランバート型に近い発光パターンを視覚的に確認できます。

4.2 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

このグラフは、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。順方向電圧は電流とともに増加します。設計者はこれを使用して、所望の動作点（例：~3.1Vで10mA）を達成するための直列抵抗値やドライバ要件を計算します。

4.3 相対光度 vs. 順方向電流

光出力は、0-20mAの範囲で電流に対してほぼ線形です。10mA以上で駆動すると比例して高輝度になりますが、消費電力と接合温度が上昇するため、適切な管理が必要です。

4.4 温度依存性

温度影響を示す2つの主要なグラフがあります：

• 相対光度 vs. 接合温度：温度が上昇すると光出力は低下します。最大接合温度125°Cでは、出力は25°C時の約40-50%になります。
• 相対順方向電圧 vs. 接合温度：順方向電圧は負の温度係数を持ち、約2mV/°Cで減少します。これは、一部の用途での接合温度モニタリングに利用できます。
• 色度シフト vs. 接合温度：色度座標（x, y）は温度とともにわずかにシフトしますが、動作範囲内ではグラフ上の小さなΔ値が示すように、変化は最小限です。

4.5 デレーティングおよびパルス耐性

順方向電流デレーティング曲線は、はんだパッド温度が上昇するにつれて、許容最大連続順方向電流を低減することを義務付けています。最大周囲/はんだポイント温度110°Cでは、電流を20mAに制限する必要があります。許容パルス耐性能力グラフは、低デューティサイクルで非常に短いパルス幅（≤10μs）の場合、はるかに高いピーク電流（最大300mA）を印加できることを示しており、マルチプレクシングやストロボ用途に有用です。

5. ビニングシステムの説明

生産ばらつきを管理するため、LEDは光度に基づいてビンに分類されます。

5.1 光度ビニング

本デバイスは英数字のビニングコード（例：R1、R2、S1）を使用します。各ビンは、ミリカンデラ（mcd）で測定された特定の最小から最大の光度範囲をカバーします。本製品では、可能な出力ビンが強調表示されており、R1（112-140 mcd）からT2（355-450 mcd）までの範囲です。標準値200 mcdは、S1（180-224 mcd）またはS2（224-280 mcd）ビンに該当します。設計者は、必要なビンを指定するか、強調表示された範囲内での光度ばらつきに備える必要があります。

5.2 色ビニング

標準的なスカイブルー色ビン構造が参照されており、すべてのユニットが色度図上の指定されたCIE（0.16, 0.08）±0.005許容範囲ボックス内に収まることを保証します。この厳密な管理は、複数のLED間で色合わせを必要とする用途において不可欠です。

6. 機械的およびパッケージ情報

6.1 パッケージ外形寸法

LEDは標準的なPLCC-2表面実装パッケージに収められています。主要寸法は、本体サイズが約3.2mm x 2.8mm、高さが1.9mmです。正確な公差およびランドパターン設計については、詳細な機械図面を参照してください。

6.2 極性識別

PLCC-2パッケージには、通常、カソード（-）側にノッチまたは面取りされたコーナーという形で極性インジケータが内蔵されています。実装時の正しい向きは極めて重要です。

6.3 推奨はんだパッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付けと適切な機械的安定性を確保するため、ランドパターンの推奨が提供されています。このフットプリントに従うことは、リフロー時の良好なはんだ接合部形成と、トゥームストーニングの防止に不可欠です。

7. はんだ付けおよび実装ガイドライン

7.1 リフローはんだ付けプロファイル

本LEDは、標準的な赤外線または対流リフロー工程と互換性があります。指定プロファイルには、最大30秒間のピーク温度260°Cが含まれます。220°C以上の時間は制御する必要があります。このプロファイルを遵守することで、プラスチックパッケージおよび半導体ダイへの熱損傷を防止します。

7.2 使用上の注意

• ESD取り扱い：8kV HBM定格のため、取り扱いおよび実装時には標準的なESD対策を講じてください。
• 洗浄：はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、プラスチックレンズを損傷しない互換性のある溶剤を使用してください。
• 電流制限：特にV_F.

8. 包装および発注情報

LEDは自動実装用にテープ&リールで供給されます。標準リール数量が使用されます（例：リールあたり2000個または4000個）。型番67-11-SB0100L-AMは、パッケージ（67）、色（SBはスカイブルー）、特定の性能ビンなどの主要属性をコード化しています。設計者は、用途に適した正しい光度ビンを選択するために、詳細な発注情報を参照する必要があります。

9. アプリケーション提案

9.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 自動車内装照明：ダッシュボードバックライト、スイッチ照明、フットウェルライト、アンビエント照明。AEC-Q101認定および広い温度範囲により、理想的です。
• 民生電子機器：青色インジケータを必要とするデバイスの状態表示、ボタンやパネルのバックライト。
• 産業用インジケータ：明確で明るい信号が必要な機械のパネルライトや状態表示。

9.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：計算には実測熱抵抗（130 K/W）を使用してください。特に10mAを超える電流で駆動する場合や高周囲温度環境では、PCBが十分な放熱を提供することを確認してください。デレーティング曲線に従う必要があります。
• 電流駆動：安定した光出力と長寿命のため、可能な限り単純な抵抗ではなく定電流ドライバを使用してください。特に電源電圧が変動する可能性のある自動車環境では重要です。
• 光学設計：120度の視野角は非常に広いです。集光照明のためには、外部の二次光学部品（レンズ）が必要になる場合があります。
• ビン選択：複数のLED間で均一な輝度を必要とする用途では、狭い光度ビンを指定するか、電子式輝度調整を実装してください。

10. 技術比較および差別化

一般的な青色LEDと比較して、本デバイスはプロフェッショナル用途において明確な利点を提供します：

• 非車載用LEDとの比較：AEC-Q101認定には、標準的な民生用LEDが受けない熱衝撃、湿度、寿命に関する厳格なストレステストが含まれます。
• より狭い視野角LEDとの比較：120度の角度は、狭角デバイスと比較して優れたオフアクシス視認性を提供し、エリア照明に必要なLED数を削減します。
• 緩い色許容差LEDとの比較：厳密な±0.005 CIE許容差により色の一貫性が保証され、色むらが視覚的に明らかなマルチLEDアレイにおいて極めて重要です。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを20mAで連続駆動できますか？

A: はい、ただしはんだパッド温度が25°C以下に保たれる場合に限ります（デレーティング曲線による）。実際のアプリケーションでより高い周囲温度の場合は、電流を低減する必要があります。最大動作温度110°Cでは、電流は絶対最大定格である20mAを超えてはなりません。

Q: 12V電源で使用する場合の抵抗値は？

A: 10mA時の標準V_Fが3.1Vの場合：R = (12V - 3.1V) / 0.01A = 890オーム。最も近い標準値（例：910オーム）を使用し、抵抗の電力定格が十分であることを確認してください：P = (12V-3.1V)*0.01A ≈ 0.089W（1/8Wまたは1/4W抵抗が適しています）。

Q: 温度は輝度にどのように影響しますか？

A: 接合温度が上昇すると輝度は低下します。相対光度 vs. 接合温度グラフを参照してください。安定した光出力を維持するには、優れた熱設計が不可欠です。

Q: このLEDは自動車外装用途に適していますか？

A: 本データシートは自動車内装照明用途を指定しています。外装用途では通常、より高い侵入保護（IP）定格、異なる色仕様、および天候、紫外線曝露、より極端な温度に耐えるための異なるパッケージ構造が必要です。専用の外装グレードLED製品についてご相談ください。

12. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：5個の同一スカイブルーLEDを使用した、照明付き自動車ギアセレクタパネルの設計。

設計ステップ：

1. 電気設計：車体制御モジュールからの安定した5Vレールを想定。輝度と寿命のバランスから目標I_F= 10mAとする。直列抵抗の計算：R = (5V - 3.1V) / 0.01A = 190Ω。200Ω標準抵抗を使用。

2. 熱解析：LEDあたりの電力：P_d= V_F* I_F= 3.1V * 0.01A = 31mW。R_thJS=130 K/Wの場合、ΔT_J= 0.031W * 130 K/W ≈ 4°C（はんだポイントからの上昇）。パネルのPCB温度が最大85°Cに達する場合、T_J≈ 89°Cとなり、125°Cの限界値を大幅に下回ります。

3. 光学/機械：拡散アクリルパネルの背後にLEDを配置します。120度の視野角により、パネル表面全体に暗部のない均一な照明が確保されます。

4. 調達：必要な光度ビン（例：S1またはS2）を指定し、5個のLEDすべてが一致した輝度を持つことを保証します。自動実装用にテープ&リールで発注します。

13. 動作原理の紹介

これは半導体発光ダイオード（LED）です。バンドギャップ電圧（この青色LEDでは約3.1V）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体チップの活性領域（青色発光のため通常InGaN材料ベース）で再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）として放出されます。半導体層の特定の組成が、放出される光の波長（色）を決定します。プラスチックPLCCパッケージはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力を120度のパターンに成形するモールドレンズを組み込み、電気接続用のリードフレームを収容します。

14. 技術トレンド

このようなLEDの開発は、オプトエレクトロニクスにおけるより広範なトレンドの一部です：

• 効率向上：材料科学の継続的な研究により、青色および他の色のLEDの発光効率（ルーメン毎ワット）の向上が図られており、同じ光出力での消費電力が削減されています。
• 小型化：PLCC-2は標準パッケージですが、高密度用途向けにチップスケールパッケージ（CSP）への小型化のトレンドがあります。ただし、熱性能や取り扱いの容易さを犠牲にする場合が多いです。
• 信頼性の向上：AEC-Q101のような標準は進化を続けており、自動車および産業市場向けに、より極端な条件下での長寿命と性能を追求しています。
• 統合ソリューション：LEDチップ、ドライバIC、制御ロジックを単一のスマートモジュールパッケージに統合するトレンドが高まっており、エンドユーザーにとって設計が簡素化されています。