SMD LED 18-225A/R6GHW-B01/3T データシート - パッケージ 3.2x1.6x1.3mm - 電圧 2.0V/3.3V - ブリリアントレッド/グリーン - 日本語技術文書

1. 製品概要

18-225Aシリーズは、コンパクトで高性能な表面実装デバイス（SMD）LEDソリューションです。このデータシートは、ブリリアントレッド発光用のR6（AlGaInP）とブリリアントグリーン発光用のGH（InGaN）という2つの主要なチップ材料バリアントをカバーしています。デバイスは白色拡散樹脂でパッケージングされています。その中核的な利点は、従来のリードフレーム型LEDと比較してフットプリントが大幅に縮小されている点にあり、PCB上の実装密度の向上、保管スペースの削減、最終的にはエンド機器の小型化に貢献します。軽量構造は、スペースと重量が重要な制約となるアプリケーションに理想的です。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

これらの限界を超えてデバイスを動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 逆電圧（V_R）：5 V（R6およびGH共通）。これを超えると接合部破壊を引き起こす可能性があります。
• 順電流（I_F）：25 mA（R6およびGH共通、連続DC）。
• ピーク順電流（I_FP）：R6: 60 mA, GH: 100 mA。これはデューティサイクル1/10、周波数1 kHzで規定されており、パルス動作に適しています。
• 電力損失（P_d）：R6: 60 mW, GH: 95 mW。これはパッケージが熱限界を超えずに放散できる最大許容電力です。
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：R6: 2000 V, GH: 150 V。GH（InGaN）バリアントはESDに対してより敏感であり、より厳格な取り扱い注意が必要です。
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +85°C。これは信頼性のある動作のための周囲温度範囲を定義します。
• 保管温度（T_stg）：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度（T_sol）：リフローはんだ付け：ピーク温度260°C、最大10秒。手はんだ付け：350°C、最大3秒。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、Ta=25°C、標準試験電流I_F=10mAで測定されます。これらはLEDの光出力と電気的挙動を定義します。

• 光度（I_v）：R6: 28.5 ～ 72.0 mcd（代表値）。GH: 72.0 ～ 180 mcd（代表値）。GHチップは同じ駆動条件下で著しく高い光度を発生します。
• 視野角（2θ_1/2）：130度（代表値）。この広い視野角は白色拡散樹脂パッケージの特徴であり、ランバート分布に近い放射パターンを提供し、面照明やインジケータに適しています。
• ピーク波長（λ_p）：R6: 632 nm（代表値）。GH: 518 nm（代表値）。これはスペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：R6: 615-625 nm。GH: 520-535 nm。これは人間の目がLEDの色として知覚する単一波長です。許容差は±1nmです。
• スペクトル放射帯域幅（Δλ）：R6: 20 nm（代表値）。GH: 35 nm（代表値）。これはスペクトルの純度を示します。帯域幅が小さいほど色飽和度が高くなります。
• 順電圧（V_F）：R6: 1.7-2.4 V（代表値 2.0V）。GH: 2.7-3.7 V（代表値 3.3V）。電圧降下は半導体材料のバンドギャップの関数です。許容差は±0.10Vです。
• 逆電流（I_R）：R6: V_R=5V時、最大10 μA。GH: V_R=5V時、最大50 μA。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、主要な光学パラメータに基づいて選別（ビニング）され、生産ロット内および設計目的での一貫性を確保します。

3.1 光度ビニング

R6（レッド）：

• ビン N: 28.5 - 45.0 mcd
• ビン P: 45.0 - 72.0 mcd

GH（グリーン）：

• ビン Q1: 72.0 - 90.0 mcd
• ビン Q2: 90.0 - 112 mcd
• ビン R1: 112 - 140 mcd
• ビン R2: 140 - 180 mcd

光度の許容差は±11%です。

3.2 主波長ビニング（GHグリーンのみ）

グリーンLEDは、色の一貫性を制御するために、主波長によってさらにビニングされます。

• ビン 1: 520 - 525 nm
• ビン 2: 525 - 530 nm
• ビン 3: 530 - 535 nm

主波長の許容差は±1nmです。

4. 性能曲線分析

4.1 R6（AlGaInP レッド）特性

提供される曲線は、以下の主要な関係を示しています：

• 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）：指数関数的関係を示します。順電圧は電流とともに増加し、温度上昇とともにわずかに減少します。
• 光度 vs. 順電流：通常動作範囲内では、飽和効果が現れる前に、光出力は電流に比例して直線的に増加します。
• 光度 vs. 周囲温度：内部量子効率の低下と非放射再結合の増加により、周囲温度が上昇すると光出力は減少します。このデレーティングは熱管理において重要です。
• 順電流デレーティング曲線：周囲温度の関数としての最大許容連続順電流を規定します。電力損失限界内に収めるためには、高温では電流を減らす必要があります。
• スペクトル分布：約632 nm付近に放射ピークを持ち、代表的な帯域幅は20 nmです。
• 放射指向性図：空間的な強度分布を示し、ランバート分布に近いパターンを持つ130度の広い視野角を確認します。

4.2 GH（InGaN グリーン）特性

GHの曲線は同様の関係を示しますが、異なる数値を持ちます：

• より高い順電圧（R6の代表値2.0Vに対して、代表値3.3V）。
• 光度と順電圧の温度依存性が異なる。
• スペクトルは518 nmを中心とし、より広い35 nmの帯域幅を持つ。
• 異なる電力損失定格（R6の60 mWに対して95 mW）による、異なる順電流デレーティングプロファイル。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

SMDパッケージの主要寸法は以下の通りです（単位mm、特に指定のない限り許容差±0.1mm）：

• 長さ：3.2 mm
• 幅：1.6 mm
• 高さ：1.3 mm ±0.2 mm
• リード幅：0.4 mm ±0.15 mm
• リード長：0.7 mm ±0.1 mm
• リードピッチ：1.6 mm

5.2 極性識別とパッド設計

カソードにはマークが付いています。推奨されるはんだパッドレイアウトが寸法とともに提供されています：パッド幅0.8mm、長さ0.8mm、パッド間ギャップ0.4mm。これは提案であり、パッド設計は特定のPCB製造プロセスと熱要件に基づいて最適化されるべきです。文書では、パッド寸法は個々のニーズに基づいて変更可能であることを強調しています。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 はんだ付けプロセス

本デバイスは、赤外線および気相リフロー工程に対応しています。鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルは以下の通り規定されています：

• 予熱：150-200°C、60-120秒。
• 液相線以上（217°C）の時間：60-150秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• ピーク温度±5°C以内の時間：最大10秒。
• 加熱速度：最大3°C/秒。
• 冷却速度：最大6°C/秒。

重要な注意事項：リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。加熱中はLED本体にストレスを加えないでください。はんだ付け後、PCBが反らないようにしてください。

6.2 保管および湿気感受性

部品は乾燥剤入りの防湿バリアバッグに梱包されています。

• 開封前：30°C以下、相対湿度90%以下で保管してください。
• 開封後："フロアライフ"は、30°C以下、相対湿度60%以下の条件下で1年です。未使用部品は防湿パッケージに再密封する必要があります。
• ベーキング：乾燥剤インジケータが変化した場合、または保管時間を超えた場合は、使用前に60±5°Cで24時間ベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中の"ポップコーン"現象を防止してください。

7. 梱包・発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

LEDは、7インチ径リール上の8mm幅エンボスキャリアテープで供給されます。1リールあたりの収容数は3000個です。詳細なリールおよびキャリアテープ寸法はデータシートに記載されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルには以下のコードが含まれています：

• P/N：品番（例：18-225A/R6GHW-B01/3T）。
• QTY：梱包数量。
• CAT：光度ランク（ビンコード、例：P, R1）。
• HUE：色度座標および主波長ランク（例：ビン2）。
• REF：順電圧ランク。
• LOT No：トレーサブルなロット番号。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

データシートに記載されている通り：

• 自動車用ダッシュボードおよびスイッチのバックライト。
• 通信機器：電話機やファクシミリの状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• 小型LCD、スイッチ、シンボルのフラットバックライト。
• 民生電子機器、産業用コントロール、家電製品における汎用インジケータおよび状態表示灯。

8.2 重要な設計上の考慮事項

電流制限：外部の電流制限抵抗器の使用は絶対に必須です。LEDの順電圧は負の温度係数を持ち、許容差が狭いです。供給電圧のわずかな増加が、順電流の大きく、破壊的な可能性のある増加を引き起こすことがあります。抵抗値は、供給電圧（V_CC）、LEDの代表順電圧（V_F）、および希望する順電流（I_F）に基づいて計算する必要があります：R = (V_CC- V_F) / I_F. 熱管理：小型SMDデバイスですが、特に高温環境下では、電力損失（GHで最大95mW）を考慮する必要があります。順電流デレーティング曲線に従ってください。LED接合部から熱を逃がすために、十分なPCB銅面積（熱用パッド設計を使用）を確保してください。ESD保護：特に敏感なGH（InGaN）バリアントに対しては、標準的なESD取り扱い手順を実施してください。LEDがユーザーがアクセス可能な領域にある場合は、敏感なラインにESD保護デバイスの使用を検討してください。

9. 技術比較・差別化

18-225Aシリーズは、基板スペースと自動実装互換性の点で、より大型のスルーホールLEDに対して明確な利点を提供します。SMD LEDの分野内での主な差別化要因は以下の通りです：

• 広い視野角（130°）：白色拡散樹脂は非常に広く均一な放射パターンを提供し、集光ビームではなく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。
• デュアルチップ材料オプション：同じパッケージフットプリントでAlGaInP（R6）とInGaN（GH）の両方を提供することで、赤/緑インジケータペアや多色アプリケーションの設計柔軟性を提供します。
• 詳細なビニング：複数の光度および波長ビンの提供により、厳密な輝度または色の一貫性を必要とするアプリケーション向けに部品を選択することができます。
• 堅牢なリフロー互換性：明確に定義された鉛フリーリフロープロファイルと湿気感受性取り扱い情報は、現代の大量生産プロセスをサポートします。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このLEDを5Vまたは3.3Vのロジック電源から直接駆動できますか？A:No.常に直列の電流制限抵抗器を使用する必要があります。例えば、5V電源でグリーンLED（V_F~3.3V）をI_F=20mAで駆動する場合：R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85オーム。次の標準値（例：82または100オーム）を使用し、実際の電流と電力損失を確認してください。

Q2: なぜグリーンLED（GH）のESD定格はレッド（R6）よりも低いのですか？A: これは材料の基本的な特性です。InGaNベースのLED（青、緑、白）は、一般的にAlGaInPベースのLED（赤、琥珀色）と比較してESD耐圧が低くなります。このため、グリーンバリアントはより注意深い取り扱いが必要です。

Q3: "白色拡散"樹脂色は光出力にどのような影響を与えますか？A: 拡散樹脂はチップから発せられた光を散乱させ、より広く均一な視野角（130°）を作り出し、通電していないLEDを白色に見せます。光出力を柔らかくし、点光源的ではなく、パネル照明により適したものにします。

Q4: 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: アプリケーションの輝度変動および色ずれに対する許容度に基づいて、必要なCAT（輝度）およびHUE（グリーンの色）ビンコードを指定してください。非重要なインジケータでは、より広いビンが許容され、コスト効率が良い場合があります。均一性が鍵となるバックライトアレイでは、厳密なビンを指定することが重要です。

11. 設計導入事例研究

シナリオ：多状態インジケータを備えたコンパクトな制御パネルの設計。要件：赤は"故障"、緑は"準備完了"。スペースは非常に限られている。インジケータは広い角度から明確に見える必要がある。実装プロセスは自動SMD実装およびリフローはんだ付けを使用する。ソリューション実装：

1. 部品選定：赤には18-225A/R6、緑には18-225A/GHを使用。同一の3.2x1.6mmフットプリントにより、PCBレイアウトが簡素化されます。
2. 回路設計：3.3Vシステム電源ラインの場合：
   • 赤LED：R = (3.3V - 2.0V) / 0.010A = 130オーム。130Ωまたは120Ω抵抗を使用。Rでの電力：(1.3V^2)/130Ω ≈ 13mW。
   • 緑LED：R = (3.3V - 3.3V) / 0.010A = 0オーム。これは問題があります。3.3V電源はグリーンLEDの代表V_Fに等しく、抵抗器のための電圧マージンがありません。解決策：a) より低い電流（例：5mA）を使用する、b) LED回路用により高い供給電圧を使用する、またはc) 定電流ドライバを使用する。
3. PCBレイアウト：LEDをパネルの端付近に配置する。放熱のため、推奨またはやや大きなはんだパッドを小さな銅面に接続する。シルクスクリーン上の極性マーキングがLEDのカソードマークと一致することを確認する。
4. 製造：ピックアンドプレースマシンを3.2x1.6mmボディサイズ用にプログラムする。指定されたリフロープロファイルを正確に遵守する。開封したリールは、すぐに使用しない場合はドライキャビネットに保管する。
5. ビニング：複数の同一インジケータを持つこのパネルでは、単一の輝度ビン（例：赤はCAT P、緑はCAT R1）を指定し、すべてのユニット間で均一な外観を確保する。

12. 技術原理紹介

LEDは、エレクトロルミネセンスによって光を発する半導体ダイオードです。p-n接合に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、そこで再結合します。この再結合中に放出されるエネルギーは光子（光）として放出されます。発せられる光の色（波長）は、活性領域で使用される半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。

• R6（AlGaInP）：アルミニウムガリウムインジウムリンは、赤、オレンジ、琥珀色スペクトルで高効率LEDを製造するために使用される材料システムです。効率的な発光に適した直接遷移型バンドギャップを持っています。
• GH（InGaN）：インジウムガリウム窒素は、青、緑、白色LEDのための材料システムです。インジウム含有量を変化させることで、バンドギャップを調整できます。高効率の緑色発光（"グリーンギャップ"）を実現することは、この材料システムにおける歴史的な課題でした。

微小な半導体チップからの光は、エポキシまたはシリコーン樹脂パッケージに封止されています。"白色拡散"樹脂には散乱粒子が含まれており、光子の方向をランダム化し、広く均一な放射パターンを作り出します。パッケージはまた、機械的保護、電気的接点を提供し、放熱を助けます。

13. 業界動向

SMD LED市場は、小型化、高効率化、低コスト化の要求によって進化し続けています。18-225Aのようなデバイスに関連する動向には以下が含まれます：

• 効率向上：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、より高い発光効率（電気ワットあたりのより多くの光出力）が実現され、より明るいインジケータまたはより低い消費電力が可能になります。
• 色の一貫性の向上：製造管理の進歩とより洗練されたビニング戦略により、より厳密な色と輝度の許容差が可能になり、バックライトアレイやフルカラーディスプレイなどのアプリケーションにおいて重要です。
• 色域の拡大：新しい蛍光体と狭帯域発光体（量子ドットなど）の開発により、より飽和した色を持つLEDが可能になり、ディスプレイの実現可能な色空間が拡大しています。
• 統合：複数のLEDチップ（RGB、RGBW）、制御IC、さらには受動部品を単一のパッケージモジュールに統合する傾向が続いており、最終製品の組み立てを簡素化しています。
• 信頼性への焦点：LEDが自動車、産業、医療市場に浸透するにつれて、長期信頼性データ、故障モード分析、過酷な環境条件（高温、高湿度、熱サイクル）下での認定に対する重要性が高まっています。

より新しい、より小型のパッケージフォーマット（例：0201、01005）が存在しますが、3.2x1.6mmフットプリントは、汎用インジケータおよびバックライトアプリケーションにおいて、サイズ、輝度、取り扱いの容易さ、熱性能の良いバランスを提供する、人気があり堅牢な主力製品であり続けています。