SMD LED 0603 ブルー データシート - 外形寸法 1.6x0.8x0.8mm - 電圧 2.8-3.8V - 電力 80mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、標準的な0603パッケージサイズの表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。本デバイスは、窒化インジウムガリウム（InGaN）半導体材料を利用して青色光を発光します。自動組立プロセス向けに設計されており、赤外線リフローはんだ付けに対応しているため、大量生産される電子機器の製造に適しています。

1.1 主要な特徴と利点

このLEDは、現代の電子設計における使いやすさと信頼性を高めるいくつかの主要な特徴を提供します。RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しており、グリーン製品として分類されます。部品は、業界標準の8mm幅テープに巻かれた7インチ径リールで供給され、自動実装機による効率的な取り扱いを容易にします。その設計は集積回路（IC）と互換性があり、デジタルおよびアナログ回路への直接的な統合を可能にします。

1.2 対象アプリケーション

このLEDは、一般的な電子機器での使用を目的としています。典型的な用途には、ステータスインジケータ、小型ディスプレイのバックライト、パネル照明、および民生用電子機器、通信機器、オフィス機器における装飾照明が含まれます。その小型フォームファクタと信頼性は、スペースに制約のある設計において汎用的な選択肢となります。

2. 詳細な技術パラメータ分析

特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と長期性能の確保に不可欠です。

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がある限界を定義します。連続動作を意図したものではありません。

• 電力損失（Pd）：80 mW。これはLEDパッケージが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（IFP）：100 mA。これは最大許容瞬間電流であり、通常は過熱を防ぐためにパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で規定されます。
• 直流順電流（IF）：20 mA。これは信頼性の高い動作のための推奨最大連続順電流です。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保存温度範囲：-40°C から +100°C。デバイスはこれらの限界内で劣化することなく保存できます。

2.2 電気的および光学的特性

これらは、指定された試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）：順電流（IF）20 mAにおいて、140 mcd（最小）から450 mcd（最大）の範囲です。光度は、人間の眼の明所視応答（CIE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。
• 指向角（2θ1/2）：120度。これは、中心軸で測定された光度の値が半分に低下する全角度です。このような広い指向角は、広く拡散した照明を提供します。
• ピーク発光波長（λP）：468 nm（代表値）。これはスペクトルパワー出力が最も高い波長です。
• 主波長（λd）：IF=20mAにおいて、465 nmから475 nmの範囲です。これは、人間の眼が光の色として認識する単一波長であり、CIE色度図から導出されます。
• スペクトル半値幅（Δλ）：25 nm（代表値）。このパラメータは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。
• 順方向電圧（VF）：IF=20mAにおいて、2.8 V（最小）から3.8 V（最大）の範囲です。これは、電流が流れているときのLED両端の電圧降下です。
• 逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）5Vにおいて、10 μA（最大）。このデバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータはリーク電流の特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいて性能ビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションにおける色と輝度の均一性に関する特定の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順方向電圧ビニング

ビンはD7からD11までラベル付けされ、各ビンは20mAで2.8Vから3.8Vまでの0.2V範囲をカバーします。各ビン内の許容差は±0.1Vです。同じ電圧ビンからLEDを選択することで、複数のLEDを並列接続する際の均一な電流分担を維持するのに役立ちます。

1.3.2 光度ビニング

ビンはR2、S1、S2、T1、T2とラベル付けされます。輝度は20mAで140 mcd（R2最小）から450 mcd（T2最大）の範囲です。各輝度ビンの許容差は±11%です。このビニングは、複数のインジケータ間で一貫した輝度レベルを必要とするアプリケーションにおいて重要です。

3.3 主波長ビニング

ビンはAC（465-470 nm）およびAD（470-475 nm）とラベル付けされます。各ビンの許容差は±1 nmです。これにより、知覚される青色の非常に厳密な制御が保証され、マルチLEDアレイやバックライトシステムにおける色合わせに重要です。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ（例：図1、図5）が参照されていますが、このようなデバイスの代表的な曲線は重要な設計上の洞察を提供します。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

関係は指数関数的です。閾値を超えたわずかな電圧の増加は、電流の大幅な増加につながります。したがって、LEDは熱暴走や破壊を防ぐために、定電圧源ではなく電流制限付きの電源で駆動する必要があります。

4.2 光度対順電流

光度は順電流にほぼ比例します。ただし、半導体接合部内での発熱増加により、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。

4.3 スペクトル分布

発光スペクトルは、特徴的な半値幅を持つピーク波長（代表値468 nm）を中心としています。主波長が知覚される色合いを決定します。製造および駆動電流の変動により、これらのスペクトル特性にわずかなシフトが生じることがあります。

4.4 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。一般的に、順方向電圧は接合温度の上昇とともに減少し、光度も減少します。性能と寿命を維持するためには、指定された温度範囲内でLEDを動作させることが不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 デバイス寸法

このLEDは、EIA標準0603パッケージフットプリントに準拠しています。主要寸法には、本体長約1.6 mm、幅0.8 mm、高さ0.8 mmが含まれます。正確なパッドレイアウトと配置許容差（通常±0.2 mm）については、詳細な機械図面を参照する必要があります。

5.2 極性識別

カソードは通常、レンズの対応する側の緑色の着色やパッケージの切り欠きなどでマークされています。正しい極性方向は、適切な機能を確保するために組立時に必須です。

5.3 推奨PCBパッド設計

信頼性の高いはんだ接合を確保するために、デバイスフットプリントよりわずかに大きいランドパターンが推奨されます。データシートには、赤外線または気相リフローはんだ付けプロセスに最適化された特定のパッドレイアウト図が提供されており、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）を防ぐのに役立ちます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

このデバイスは赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応しています。J-STD-020Bに準拠した無鉛はんだ付けプロファイルが推奨されます。主要パラメータには、150-200°Cの予熱温度、260°Cを超えないピークボディ温度、および特定のはんだペーストに合わせた液相線以上時間（TAL）が含まれます。総予熱時間は最大120秒に制限する必要があります。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、温度が300°Cを超えないはんだごてを使用してください。はんだ付け時間はパッドあたり最大3秒に制限し、部品への熱ストレスを最小限に抑えるために1回のみ行うべきです。

6.3 保管および取り扱い

未開封パッケージ：30°C以下、相対湿度（RH）70%以下で保管してください。乾燥剤入りの防湿バッグ内での保管寿命は1年です。
開封済みパッケージ：周囲空気にさらされた部品の場合、保管条件は30°C、60% RHを超えてはなりません。バッグを開封してから168時間（7日）以内にIRリフロー工程を完了することを強くお勧めします。元のパッケージ外での長期保管の場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素雰囲気中で保管してください。168時間を超えて保管された部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間ベーキングして吸収した湿気を除去し、ポップコーン現象（リフロー中の急速な蒸気膨張によるパッケージのひび割れ）を防ぐ必要があります。

6.4 洗浄

組立済み基板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。指定外の化学洗浄剤はエポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があるため使用しないでください。

7. パッケージングおよび発注情報

7.1 テープおよびリール仕様

LEDは、7インチ（178 mm）径のリールに巻かれた8mm幅のエンボスキャリアテープ上で供給されます。各リールには2000個が含まれます。テープポケットは保護用のトップカバーテープでシールされています。パッケージングはANSI/EIA-481仕様に従います。フルリール未満の数量については、残数ロットで最小梱包数量500個が適用されます。

7.2 テープ上の品質保証

リール上の連続欠品部品（空ポケット）の最大数は2個であり、自動フィーダーの一貫性を確保します。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 駆動方法

LEDは電流駆動デバイスです。均一な輝度を確保するため、特に複数のLEDを並列接続する場合は、各LEDを独自の電流制限抵抗で駆動する必要があります。LEDを定電流源と直列に駆動することは、同じ電流が直列のすべてのデバイスを流れるため、均一な強度を達成するためのより信頼性の高い方法です。

8.2 熱管理

電力損失は低い（最大80mW）ですが、適切なPCBレイアウトは放熱に役立ちます。特に高温環境または最大電流付近で動作する場合、放熱板として機能するために、サーミカルパッド（存在する場合）またはカソード/アノードトレースに接続された十分な銅面積を確保してください。

8.3 電気的保護

LEDが電圧スパイクや静電気放電（ESD）の影響を受けやすいラインに接続されている場合は、トランジェント電圧サプレッション（TVS）ダイオードやその他の保護回路の追加を検討してください。LEDは逆方向降伏電圧が低く、逆バイアスや過電圧状態によって簡単に損傷する可能性があります。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 このLEDを5Vまたは3.3Vのロジック出力から直接駆動できますか？

いいえ。直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。必要な抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算できます：R = (Vcc - VF) / IF。ここで、Vccは供給電圧（例：5V）、VFはLEDの順方向電圧（ビンからの最大値、例：3.8Vを使用）、IFは希望の順電流（例：20mA）です。例：R = (5V - 3.8V) / 0.02A = 60オーム。常に次に高い標準抵抗値を選択し、抵抗での電力損失を確認してください。

9.2 指向角仕様がある理由とその使用方法は？

120度の指向角は、これが広角LEDであることを示しています。光出力は集光されず、拡散します。これは、広範囲の位置から見える必要があるステータスインジケータに理想的です。指向性ビームを必要とするアプリケーションには、レンズまたは指向角が狭いLEDの方が適しています。

9.3 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λP）は、発光が最も強い物理的な波長です。主波長（λd）は、人間の眼が色をどのように知覚するかに基づいて計算された値です。LEDの出力と同じ色に見える単一波長です。この青色のような単色LEDでは、これらはしばしば近い値ですが、主波長が色合わせのための重要なパラメータです。

9.4 私のアプリケーションでは非常に一貫した青色が必要です。何を指定すべきですか？

厳密な主波長ビンを指定する必要があります。例えば、すべての部品をビンAC（465-470 nm）またはAD（470-475 nm）から要求します。これにより、製品内の異なるLED間の色のばらつきを最小限に抑えることができます。

10. 設計および使用事例

10.1 マルチLEDステータスインジケータパネル

シナリオ：均一な輝度を持つ10個の青色ステータスインジケータを備えたコントロールパネルを設計する。
設計アプローチ：
1. 回路：均一性のために直列接続を使用します。24V電源で、1ストリングあたり5個のLEDを直列に接続し（5 * 3.8V最大 = 19V）、2つの同一ストリングを並列に接続します。各ストリングの合計電圧降下に基づいて、単一の定電流ドライバまたは各ストリングの電流制限抵抗を計算します。
2. 部品選定：視覚的一貫性を確保するために、同じ光度ビン（例：すべてT1ビン：280-355 mcd）および同じ主波長ビン（例：すべてACビン）からのLEDを指定します。
3. レイアウト：LEDをPCB上に対称的に配置します。信頼性の高いはんだ付けと一貫した位置合わせを促進するために、推奨されるパッド形状を使用していることを確認してください。

11. 技術紹介

11.1 InGaN半導体技術

このLEDは窒化インジウムガリウム（InGaN）活性層を使用しています。結晶格子中のインジウムとガリウムの比率を変化させることにより、半導体のバンドギャップを調整でき、それが直接発光の波長（色）を決定します。InGaNは、高効率の青色、緑色、白色LED（後者は青色LEDに蛍光体コーティングを施したもの）を製造するための一般的な材料です。0603パッケージには、微小な半導体ダイ、ワイヤーボンディング、およびダイを保護し光出力を形成する成形エポキシレンズが収められています。

12. 業界動向

12.1 小型化と統合

SMD LEDのトレンドは、スマートフォン、ウェアラブル、超薄型ディスプレイなどのますますコンパクトなデバイスで基板スペースを節約するために、より小さなパッケージサイズ（例：0402、0201）に向かって続いています。さらに、LEDダイとドライバIC、保護部品、時には複数の色（RGB）を単一パッケージに組み合わせた統合LEDモジュールの成長があり、設計を簡素化し性能を向上させています。

12.2 効率と信頼性

継続的な材料科学および製造プロセスの改善により、LEDの発光効率（ルーメン毎ワット）は着実に向上しており、より低い電力または低い熱負荷でより明るい出力が可能になっています。強化されたパッケージ材料と技術は、長期信頼性、色安定性、高温高湿などの過酷な環境条件への耐性も向上させています。