SMD LED 0201 ブルー データシート - 寸法 0.6x0.3x0.25mm - 電圧 2.8-3.8V - 電力 80mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、0201パッケージサイズの超小型表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。この部品は自動化されたプリント基板（PCB）実装用に設計されており、スペースに制約のあるアプリケーションに最適です。LEDは、インジウムガリウムナイトライド（InGaN）半導体材料を使用して青色光を発光し、最適な光出力を得るためにウォータークリアレンズを採用しています。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、極めてコンパクトなフットプリント、大量生産向け自動実装装置との互換性、および鉛フリー赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスへの適合性です。RoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠するように設計されています。ターゲットアプリケーションは、ステータスインジケータ、前面パネルやキーパッドのバックライト、通信機器の信号灯、オフィスオートメーション機器、家電製品、屋内サインなど、幅広い民生用および産業用電子機器に及びます。超小型サイズは、スマートフォン、タブレット、ウェアラブル技術などの携帯機器において特に価値があります。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

このセクションでは、標準試験条件下におけるLEDの動作限界と性能特性の詳細な内訳を提供します。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。これらの定格は、周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。最大連続DC順電流（IF）は20 mAです。100 mAのより高いピーク順電流は許容されますが、1/10のデューティサイクルと0.1 msのパルス幅を持つパルス条件下でのみです。最大許容損失は80 mWです。デバイスは-40°Cから+85°Cの温度範囲内での動作に対応し、-40°Cから+100°Cの環境で保管できます。

2.2 電気光学特性

電気光学特性は、特に断りのない限り、Ta=25°C、順電流（IF）20 mAで測定されます。光度（Iv）の標準範囲は90.0 mcdから224.0 mcdで、CIEの明所視感度曲線に合わせてフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。視野角（2θ1/2）は、強度が軸上の値の半分に低下する全角として定義され、標準的に110度であり、広い視野パターンを示します。ピーク発光波長（λp）は468 nmを中心としています。知覚される色を定義する主波長（λd）は465 nmから475 nmの範囲です。スペクトル帯域幅（Δλ）は約25 nmです。LEDに20 mAを流すために必要な順方向電圧（VF）は、通常2.8 Vから3.8 Vの間にあります。逆電流（IR）は、逆電圧（VR）5Vで最大10 μAと規定されています。デバイスは逆バイアス下での動作用に設計されていないことに注意することが重要です。

3. ビニングシステムの説明

生産の一貫性を確保するために、LEDは主要なパラメータに基づいてビンに分類されます。これにより、設計者は色、輝度、電気的挙動に関する特定の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順方向電圧（VF）ビニング

LEDは5つの電圧ビン（D7からD11）に分類されます。各ビンは0.2 Vの範囲を表し、2.8-3.0 V（D7）から3.6-3.8 V（D11）までです。各ビン内の許容差は±0.10 Vです。このビニングは、特に複数のLEDが直列に接続されている場合に、安定した定電流駆動回路の設計に役立ちます。

3.2 光度（IV）ビニング

光出力は4つの強度ビンに分類されます：Q2（90.0-112.0 mcd）、R1（112.0-140.0 mcd）、R2（140.0-180.0 mcd）、S1（180.0-224.0 mcd）。各強度ビンの許容差は±11%です。これにより、アプリケーションの明るさのニーズに基づいて選択が可能になり、マルチLEDアレイでの視覚的一貫性を確保します。

3.3 主波長（WD）ビニング

色（主波長）は2つのビンを通じて制御されます：AC（465.0-470.0 nm）およびAD（470.0-475.0 nm）。各波長ビンの許容差は±1 nmです。この厳密な制御は、特定の色座標や色混合が必要なアプリケーションにおいて不可欠です。

4. 性能曲線分析

データシートで参照されている特定のグラフ曲線（例：スペクトル分布の図1、視野角の図5）がありますが、ここではそれらの典型的な意味合いを分析します。順電流対順電圧（I-V）特性は、ダイオードに典型的な指数関係を示します。光度は、指定された動作範囲内では一般に順電流に比例します。ピーク発光波長は、接合温度の上昇に伴ってわずかに負のシフトを示す可能性があり、デバイスが加熱されると青色光の波長がごくわずかに短くなることを意味します。広い110度の視野角曲線は、ほぼランバート型の放射パターンを示し、軸外れ方向からの良好な視認性を提供します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDはEIA標準0201パッケージ外形に準拠しています。主要な寸法には、標準的な本体長0.6 mm、幅0.3 mm、高さ0.25 mmが含まれます。特に指定のない限り、すべての寸法公差は±0.2 mmです。パッケージは表面実装用の2つのアノード/カソード端子を備えています。

5.2 推奨PCB実装パッド

信頼性の高いはんだ付けのためのランドパターン設計が提供されています。推奨されるパッドレイアウトは、赤外線または気相リフロープロセスに最適化されており、適切なはんだフィレット形成と機械的安定性を確保します。特にこのような小型部品の場合、リフロー中のトゥームストーニング（部品が一端で立ち上がる現象）を防ぐために、このパターンに従うことが重要です。

5.3 極性識別

組立時には極性を確認する必要があります。カソードを識別する特定のマーキングまたは内部ダイ構造については、データシートを参照してください。誤った極性接続はLEDの発光を妨げ、最大定格を超える逆電圧を印加するとデバイスを損傷する可能性があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

鉛フリープロセスに対応したJ-STD-020B準拠の推奨リフロープロファイルが提供されています。主要なパラメータには、プリヒートゾーン（通常150-200°C、最大120秒）、ピーク温度260°Cを超えない制御されたランプアップ、使用するはんだペーストに適した液相線以上時間（TAL）が含まれます。ピーク温度での総時間は最大10秒に制限する必要があります。最適なプロファイルは特定のPCB設計、はんだペースト、およびオーブンに依存するため、基板レベルの特性評価が推奨されます。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります。はんだごて先端温度は300°Cを超えてはならず、LED端子との接触時間は単一のはんだ付けイベントに対して最大3秒に制限する必要があります。過度の熱は半導体ダイまたはプラスチックパッケージを損傷する可能性があります。

6.3 保管および取り扱い条件

LEDは湿気に敏感です。乾燥剤入りの元の密封防湿バッグに保管されている場合、温度は≤30°C、相対湿度（RH）は≤70%で保管し、1年以内に使用する必要があります。バッグを開封した後は、フロアライフは温度≤30°C、相対湿度≤60%の条件下で168時間（7日間）です。この時間を超えて暴露された部品は、リフロー前に吸収した湿気を除去するためにベーキング処理（約60°Cで少なくとも48時間）が必要であり、はんだ付け中のポップコーン現象やパッケージのクラックを防ぎます。

6.4 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。指定されていないまたは強力な化学薬品の使用は、パッケージ材料、レンズ、または内部ボンドを損傷する可能性があります。

7. 包装および発注情報

7.1 テープおよびリール仕様

LEDは自動組立用に包装されて供給されます。12 mm幅のエンボス加工キャリアテープに実装されています。このテープは標準の7インチ（178 mm）直径のリールに巻かれています。フルリール1本あたり4000個が含まれます。フルリール未満の数量については、最小包装数量500個が利用可能です。包装はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。

7.2 品番の解釈

品番は通常、主要な属性をコード化しています。完全な命名規則は独自のものである可能性がありますが、一般的にはパッケージサイズ（0201）、色（青色、Bで示される）、および性能ビンコードが含まれます。正確な製品は、データシートのヘッダーに記載されている完全な品番で識別されます。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーション回路

LEDは、安定した信頼性の高い動作のために、定電圧源ではなく定電流源で駆動する必要があります。単純な直列抵抗が最も一般的な電流制限方法です。抵抗値（R）は、R = (電源電圧 - VF) / IF として計算されます。ここで、VFはデータシートからの順方向電圧（保守的な設計には最大値を使用）、IFは所望の順電流（例：20 mA）です。例えば、5V電源とVF 3.8Vの場合、R = (5 - 3.8) / 0.02 = 60 Ωとなります。62 Ωまたは68 Ωの標準値抵抗が適しています。高精度またはバッテリー駆動のアプリケーションでは、専用のLEDドライバICが推奨されます。

8.2 設計上の考慮事項と注意点

熱管理：電力損失は低い（最大80 mW）ですが、パッド周囲に十分なPCB銅面積を確保することで放熱を助け、特に高温環境下でのLEDの効率と寿命を維持します。
ESD保護：すべての半導体デバイスと同様に、LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。組立時には適切なESD取り扱い手順に従う必要があります。
光学設計：ウォータークリアレンズは明るい点光源を提供します。拡散または成形された光出力を得るためには、外部の光ガイド、拡散板、またはレンズを製品ハウジングに組み込むことができます。
電流デレーティング：LEDを最大定格以下の電流（例：20 mAの代わりに15 mA）で動作させることで、動作寿命を大幅に改善し、熱ストレスを軽減できます。

9. 技術比較と差別化

0201パッケージは市販されている最小のSMD LEDフットプリントの一つであり、超小型設計において0402や0603パッケージに比べて大きなサイズ上の利点を提供します。InGaN技術の使用は、高効率の青色光発光を実現します。広い110度の視野角とクリアレンズの組み合わせは、狭角または拡散レンズタイプと差別化され、広い視認性を必要とするアプリケーションに適しています。標準的な鉛フリーリフロープロファイルとの互換性は、現代のRoHS準拠製造プロセスに適合しています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを3.3V電源で駆動できますか？
A: はい、ただし注意深い設計が必要です。順方向電圧（2.8-3.8V）が電源電圧に近いため、電流制限抵抗値は非常に小さくなり、電流はVFと電源電圧の変動に非常に敏感になります。3.3Vラインからの安定動作には、専用の低ドロップアウト定電流ドライバが推奨されます。
Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？
A: ピーク波長（λp）は、LEDのスペクトル出力曲線の最高点における波長です。主波長（λd）は、人間の目に同じ色に見える純粋な単色光の単一波長を表す計算値です。λdは色知覚とマッチングにより関連性があります。
Q: デバイスが逆動作用でないのに、なぜ逆電流仕様があるのですか？
A: 逆電流（IR）は、制御された5V逆バイアス下でテストされるリーク仕様です。これは動作条件ではなく、品質およびパラメータテストです。回路内で逆電圧を印加するとデバイスを損傷する可能性があります。
Q: 発注時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？
A: アプリケーションに合わせて特性が密にグループ化されたLEDを受け取るために、所望のVF、IV、WDビンコード（例：D9、R2、AC）を指定できますが、これは入手可能性とコストに影響する可能性があります。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：ウェアラブルデバイスPCB上のステータスインジケータ
設計者がコンパクトなフィットネストラッカーを作成しています。基板スペースは非常に限られています。Bluetoothペアリング状態と低バッテリーを示すために、単一の青色LEDが必要です。最小限のフットプリントのために0201 LEDが選択されました。設計者は、十分な視認性のために強度ビンR1（112-140 mcd）を選択します。LEDは、システムマイクロコントローラのGPIOピンから100Ωの直列抵抗（3.0Vバッテリーと標準的なVFに対して計算）を介して駆動されます。PCBレイアウトは推奨パッド形状に従います。組立中、メーカーは提供された鉛フリーリフロープロファイルを使用します。湿気敏感部品は、リール開封後1週間以上PCBが保管されたため、使用前にベーキングされます。最終製品は、最小限のスペースと電力で信頼性の高い明るいステータスインジケータを備えています。

12. 動作原理の紹介

LEDは半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光の色（波長）は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決まります。この特定のLEDは、青色光発光に対応するバンドギャップを持つInGaN（インジウムガリウムナイトライド）化合物半導体を使用しています。ウォータークリアエポキシレンズは半導体ダイを封止し、機械的保護を提供し、光出力パターンを形成します。

13. 技術トレンド

インジケータおよびバックライトLEDのトレンドは、さらなる小型化、効率向上（単位電力あたりの光出力の増加、ルーメン/ワットで測定）、および信頼性の向上に向かって続いています。パッケージ設計は熱性能を改善するために進化しており、小型パッケージでのより高い駆動電流を可能にしています。温度および寿命にわたる波長安定性に関する開発も進行中です。先進的な半導体材料とエピタキシャル成長技術の採用により、より小さなチップサイズから色座標のより厳密な制御とより高い輝度が可能になっています。LEDパッケージ自体に電流制限抵抗や保護ダイオードを組み込むなどの統合は、回路設計を簡素化し基板スペースを節約するもう一つのトレンドです。