SMD LED LTSA-G6SPVAKTU データシート - アンバー AlInGaP - 140mA - 2.65V - 530mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、高信頼性用途向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDの完全な技術仕様を提供します。本コンポーネントは、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料を利用してアンバー光を発光し、ウォータークリアレンズパッケージに封止されています。現代の電子実装プロセスと過酷な動作環境の厳格な要件を満たすように設計されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な設計上の利点は、自動ピックアンドプレース装置および標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性にあり、大量生産において重要です。パッケージはEIA標準寸法に準拠しており、既存のPCBレイアウトへの互換性と容易な統合を保証します。AEC-Q101規格（リビジョンD）に対する主要な認定は、自動車電子機器、特に車両内の非安全性補助用途への適合性を強調しています。本コンポーネントはまた、有害物質使用制限（RoHS）指令にも準拠しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

LEDの性能は、特定の電気的、光学的、熱的条件（通常は周囲温度（Ta）25°Cで測定）の下で定義されます。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。主な限界値には、最大消費電力530mW、ピーク順電流400mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下）、連続DC順電流範囲5mA～200mAが含まれます。デバイスの動作および保管温度範囲は-40°C～+110°Cです。人体モデル（HBM、ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 Class 2）に基づき、最大2kVまでの静電気放電（ESD）に耐えることができます。パッケージは、鉛フリー（Pbフリー）実装プロセスで標準的な、ピーク温度260°Cで最大10秒間の赤外線リフローはんだ付けに耐えることができます。

2.2 熱特性

熱管理はLEDの性能と寿命にとって極めて重要です。厚さ1.6mm、銅パッド面積16mm²の標準FR4 PCBに実装した場合、半導体接合部から周囲空気への熱抵抗（RθJA）は通常50°C/Wです。接合部からはんだ付けポイントへの熱抵抗（RθJS）は通常30°C/Wであり、回路基板へのより直接的な放熱経路を提供します。許容される最大接合温度（Tj）は125°Cです。この温度を超えると、光出力の劣化が加速し、致命的な故障につながる可能性があります。

2.3 電気的・光学的特性

これらは、標準試験条件（IF = 140mA、Ta=25°C）で測定された代表的な性能パラメータです。光度（Iv）は最小7.1カンデラ（cd）から最大11.2 cdの範囲です。光の空間分布は、120度の広い視野角（2θ½）によって特徴付けられ、これは中心軸から±60度の位置で光度がピーク値の半分になることを意味します。発光波長のピーク（λP）は約625ナノメートル（nm）です。知覚される色を定義する主波長（λd）は、612 nmから624 nmの間で規定されています。色純度を示すスペクトル帯域幅（Δλ）は通常18 nmです。LEDを140mAで駆動するために必要な順方向電圧（VF）は、1.90Vから2.65Vの範囲です。逆バイアス12Vを印加した場合の逆方向リーク電流（IR）は通常10 μAですが、デバイスは逆バイアス動作用には設計されていません。

3. ビンランキングシステムの説明

アプリケーションにおける一貫性を確保するため、LEDは製造後に主要パラメータに基づいて性能ビンに分類されます。製品ラベルに印字されるビンコードは、Vfランク / Ivランク / Wdランク（例：F/EA/3）の形式に従います。

3.1 順方向電圧（Vf）ビニング

LEDは、140mA時の順方向電圧降下に基づいて5つの電圧ビン（CからG）に分類されます。ビンCは1.90V～2.05V、ビンD：2.05V～2.20V、ビンE：2.20V～2.35V、ビンF：2.35V～2.50V、ビンG：2.50V～2.65Vをカバーします。各ビンの許容差は±0.1Vです。これにより、設計者は定電流回路用に一貫した電圧要件を持つLEDを選択できます。

3.2 光度（Iv）ビニング

光出力は2つの強度ビンに分類されます。ビンEAの強度範囲は7.1 cd～9.0 cd（20.0～25.2ルーメン相当）、ビンEBの範囲は9.0 cd～11.2 cd（25.2～31.3ルーメン相当）です。各強度ビンの許容差は±11%です。このビニングにより、複数のLEDを必要とするアプリケーションで均一な輝度が確保されます。

3.3 主波長（Wd）ビニング

色（主波長）は、色の一貫性を維持するために3つのビンに分類されます。ビン2：612 nm～616 nm、ビン3：616 nm～620 nm、ビン4：620 nm～624 nm。各波長ビンの許容差は±1 nmです。これは、インジケータクラスタやバックライトなど、正確な色合わせが必要なアプリケーションにおいて重要です。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのデバイスの動作についてより深い洞察を提供します。

4.1 相対光度 vs. 順方向電流

特性曲線は、順方向電流（IF）と相対光度の関係を示しています。光出力は電流とともに増加しますが、非線形の関係にあります。推奨電流（例：200mA）を大幅に超えて動作すると、光出力の向上が限定的になる一方で、発熱が劇的に増加し、劣化が加速する可能性があります。この曲線は、通常は定電流源または電流制限抵抗による適切な電流駆動の重要性を強調しています。

4.2 順方向電圧 vs. 順方向電流

このIV曲線は、ダイオードの電圧と電流の間の指数関数的関係を示しています。電流が急速に増加し始めるニー電圧は、AlInGaP材料システムの特徴です。この曲線は、駆動回路を設計する際に、指定されたVF範囲および温度変動全体で所望の動作電流を達成するために電源から十分な電圧マージンを確保するために不可欠です。

4.3 空間分布（放射パターン）

極座標図は空間放射パターンを描き、120度の視野角を確認します。パターンは通常ランバートまたはニアランバートであり、強度が視野角の余弦に比例することを意味します。この広く均一な分布は、ステータスインジケータなど、広範囲の照明または広角視認性を必要とするアプリケーションに理想的です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と極性

LEDは標準的なSMDフットプリントに準拠しています。詳細な機械図面には、長さ、幅、高さ、リード間隔、および全体的な公差（通常±0.2mm）が規定されています。アノードリードフレームがデバイスの主要な放熱板として機能することに注意することが重要です。効果的な放熱を促進するために、適切なPCBパッド設計ではこのアノードパッドに接続する必要があります。カソードは通常、パッケージ上のノッチや緑色のマーキングなどの視覚的マーカーによって識別されます。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

図は、赤外線リフローはんだ付けのためのプリント回路基板上の最適な銅パッド設計を示しています。このレイアウトは、信頼性の高いはんだ接合部の形成、LEDの放熱板（アノード）からPCBへの適切な熱伝達を確保し、トゥームストーニング（リフロー中に一端が浮き上がる現象）のリスクを最小限に抑えます。パッドサイズと形状は、最大のはんだ付け性と機械的強度を得るためにリードフレームに合わせて設計されています。

6. はんだ付け、組立、取り扱いガイド

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

詳細な温度-時間グラフは、J-STD-020に準拠した、鉛フリーはんだペースト用の推奨リフロープロファイルを規定しています。主要パラメータには、予熱温度上昇率、ソーク時間と温度、液相線以上時間（TAL）、ピーク温度（260°Cを超えない）、冷却速度が含まれます。このプロファイルに従うことは、熱衝撃、デラミネーション、またははんだ接合部の欠陥を防止し、湿気敏感デバイス（MSLレベル2）が適切に処理されることを保証するために不可欠です。

6.2 保管と湿気感受性

LEDはJEDEC J-STD-020に基づき、湿気感受性レベル（MSL）2に分類されます。乾燥剤入りの密閉防湿バッグ内では、保管条件が≤30°C、≤70%RHの場合、保存期間は1年です。バッグを開封した後は、コンポーネントは指定されたフロアライフ内（通常、MSL2で≤30°C/60%RHの条件下で168時間）に使用するか、リフロー前に再ベーキング（例：60°Cで48時間）を行う必要があります。これにより、はんだ付け中に吸収した湿気が気化して発生するポップコーン損傷を防ぎます。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。LEDを室温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することは許容されます。過酷または未指定の化学薬品は、エポキシレンズまたはパッケージマーキングを損傷する可能性があります。

7. 包装および発注仕様

7.1 テープ＆リール包装

自動組立用に、LEDはエンボス加工されたキャリアテープに供給され、カバーテープで密封されています。テープ寸法、ポケットサイズ、および送り方向はEIA-481規格に準拠して規定されています。コンポーネントは標準的な7インチ（178mm）直径のリールに巻かれています。フルリールには1000個が含まれます。部分リール（残数）の最小発注数量は500個です。包装仕様では、連続して許容される空ポケットの最大数（2個）も定義されています。

7.2 リール寸法

機械図面には、リールのハブ直径、フランジ直径、全幅、およびキーイング機能が詳細に記載されており、標準的なSMTフィーダー装置との互換性を確保します。

8. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

8.1 ターゲットアプリケーションシナリオ

主なアプリケーションドメインは自動車電子機器、特に補助機能向けです。これには、室内照明、非安全性インジケータ用のダッシュボードバックライト、センターコンソール照明、および車両内のその他の非安全性信号アプリケーションが含まれます。そのAEC-Q101認定は、自動車環境で典型的な温度、湿度、および動作ストレスに対する保証を提供します。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：常に定電流ドライバまたは直列電流制限抵抗を使用してください。抵抗値は、電源電圧（Vcc）、LEDの最大順方向電圧（ビンからのVF max）、および所望の動作電流（IF）に基づいて計算します。公式：R = (Vcc - VF) / IF を使用します。抵抗の定格電力が十分であることを確認してください（P = (Vcc - VF) * IF）。
• 熱管理：アノードが放熱パッドです。このパッドに接続された十分な面積の銅箔をPCBに設計し、放熱板として機能させます。高電流または高周囲温度での動作では、内層またはボトム層への熱ビアを設けることで、放熱を大幅に改善し、より低い接合温度を維持できます。
• ESD保護：2kV HBMに定格されていますが、信頼性を高めるために、敏感な入力ラインにESD保護ダイオードを実装するか、組立エリアで導電性の取り扱い方法を使用することをお勧めします。
• 光学設計：120度の視野角は広いカバレッジを提供します。集光が必要な場合は、外部の二次光学系（レンズ）が必要になる場合があります。ウォータークリアレンズは、真のアンバーチップの色が求められるアプリケーションに適しています。

9. 技術比較と差別化

標準的なスルーホールLEDと比較して、このSMDコンポーネントには、はるかに小さなフットプリント、薄型設計のための低プロファイル、自動組立への優れた適合性、PCBを介した優れた熱性能といった重要な利点があります。SMDアンバーLEDセグメント内では、自動車用途向けの明確なAEC-Q101認定、広い120度視野角、色と強度の一貫性のための詳細なビニングシステムが主要な差別化要因です。AlInGaP技術の使用は、アンバー色用のGaAsPなどの古い技術と比較して、通常、より高い効率と優れた温度安定性を提供します。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λP）は、スペクトルパワー分布が最大となる単一波長です。主波長（λd）はCIE色度図から導出され、LEDの知覚される色に一致する純粋な単色光の単一波長を表します。λdは、アプリケーションにおける色仕様により関連性があります。

10.2 抵抗なしで3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？

できません。順方向電圧は最大2.65Vまでです。3.3V電源に直接接続すると、ダイオードの動的抵抗と電源の内部抵抗によってのみ制限される電流が流れ、絶対最大定格電流を超え、LEDが瞬時に破壊される可能性があります。電流制限抵抗またはレギュレータは常に必要です。

10.3 このLEDは、ブレーキランプやターンシグナルのような安全性が重要なアプリケーションに適していますか？

データシートは、それが補助用途を意図していることを明示しており、故障が安全性を危険にさらす可能性のあるアプリケーションについてはメーカーに相談することを勧めています。外部信号などの安全性が重要な機能には、より厳格な認定（例：個別LED用のAEC-Q102）および潜在的に異なる信頼性グレードを持つコンポーネントを選択する必要があります。

10.4 ラベルのビンコードF/EA/3はどのように解釈すればよいですか？

これは特定の性能サブセットを示します：F = 順方向電圧 2.35V～2.50V。EA = 光度 7.1 cd～9.0 cd。3 = 主波長 616 nm～620 nm。これにより、単一の製造ロットまたはプロジェクト内でLEDを正確に一致させることができます。

11. 実践的な設計と使用例

シナリオ：自動車インフォテインメント制御ノブ用のステータスインジケータを設計します。インジケータは広い角度から視認可能で、車両の12Vシステム（ローカルで5Vにレギュレート）から動作し、一貫した色と明るさを維持する必要があります。

実装：

1. 選択：より高い輝度（EB）と一貫したオレンジアンバー色（ビン3）のために、ビンF/EB/3のLEDを選択します。電圧ビン（F）はドライバ設計のために記録されます。
2. 回路図：5Vレールを使用します。直列抵抗を計算：R = (5V - 2.5V_max) / 0.14A ≈ 17.9Ω。定格電力が少なくとも(5V-2.5V)*0.14A = 0.35Wの標準18Ω抵抗を選択します；0.5W抵抗が推奨されます。
3. PCBレイアウト：推奨パッドレイアウトに従ってフットプリントを設計します。アノードパッドをトップ層の大きな銅箔に接続し、放熱のために内部グランドプレーンへの複数の熱ビアで縫い合わせます。電流制限抵抗はLEDの近くに配置します。
4. 組立：指定されたIRリフロープロファイルに従います。防湿バッグを開封した後、リールはそのフロアライフ内で使用することを確認します。
5. 結果：自動車室内環境に適した、信頼性が高く、一貫して明るい、広角のアンバーインジケータ。

12. 技術原理の紹介

このLEDは、基板上に成長させたアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料に基づいています。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合して光子の形でエネルギーを放出します。結晶格子中のアルミニウム、インジウム、ガリウムの特定の比率がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光の波長（色）に対応します—この場合はアンバー（～615nm）。ウォータークリアエポキシ封止は半導体ダイを保護し、光出力を形成するレンズとして機能し、蛍光体や染料を含む場合があります（ただし、純粋なアンバーAlInGaP LEDの場合、通常は透明です）。アノードとカソードのリードは電気的接続と機械的取り付けを提供し、アノードフレームは活性接合部からの熱を効率的に伝導するように設計されています。

13. 業界動向と発展

自動車および産業用途向けのSMD LEDの一般的な傾向は、より高い効率（ワットあたりのルーメン数の増加）、電力密度の向上、より過酷な温度および湿度条件下での信頼性の向上、より厳格なビニングによる色の一貫性の向上に向かっています。熱性能を維持または改善しながら小型化を進める動きもあります。フリップチップ設計やセラミック基板などの先進材料とパッケージング技術の採用は、これらの限界を押し広げ続けています。さらに、複雑な照明システム向けに、ドライバと制御回路をスマートLEDモジュールに統合する動きが新たなトレンドです。ここで説明するコンポーネントは、表面実装光エレクトロニクスの広範なエコシステム内で、ターゲットアプリケーションの性能、コスト、製造可能性のバランスを取った、成熟した信頼性の高いソリューションを表しています。