SMD LED データシート - 赤色拡散AlInGaP - 120°視野角 - 2.0V 標準 - 72mW 電力 - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、拡散レンズとAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）光源を採用し、赤色光を発する表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。これらのLEDは、自動化されたプリント基板（PCB）実装プロセス向けに設計されており、スペースが限られており大量生産が求められるアプリケーションに最適です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この部品の主な利点は、現代の電子機器製造において標準である自動ピックアンドプレース装置および赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性です。部品は直径7インチのリールに巻かれた8mmテープ上に包装されており、効率的な取り扱いと実装を容易にします。本デバイスはRoHS指令に準拠しており、環境規制を満たしています。ターゲットアプリケーションは、通信機器（コードレス電話、携帯電話など）、OA機器（ノートパソコンなど）、ネットワークシステム、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。ステータス表示、シンボル照明、フロントパネルのバックライトとして一般的に使用されます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

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。周囲温度（Ta）25°Cにおける主要な定格は以下の通りです：

• 消費電力（Pd）：72 mW。これはLEDパッケージが安全に熱として放散できる最大電力です。
• 連続順電流（IF）：30 mA DC。信頼性のある動作のための最大定常電流です。
• ピーク順電流：80 mA、パルス条件（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。
• 保管温度範囲：-40°C から +100°C。

2.2 電気的・光学的特性

代表的な性能は、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）：最小90.0 mcdから最大280.0 mcdの範囲です。実際の値はビンコードによって決定されます（セクション3参照）。
• 視野角（2θ½）：120度（標準）。拡散レンズに特徴的なこの広い視野角は、光が指向性が高くなるのではなく、広い領域に広がることを保証します。
• 主波長（λd）：631 nm（標準）、許容差±1 nm。このパラメータは知覚される色（赤）を定義します。ピーク発光波長（λp）は標準で639 nmです。
• スペクトル半値幅（Δλ）：約15 nmで、赤色光のスペクトル純度を示します。
• 順電圧（VF）：2.0 V（標準）、20 mA時最大2.4 V。許容差は±0.1 Vです。
• 逆電流（IR）：逆電圧（VR）5V時、最大10 µA。このデバイスは逆バイアス下での動作を想定していないことに注意することが重要です。この試験条件は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

製造ロット間で輝度の一貫性を確保するため、LEDは20 mAで測定された光度に基づいてビンに分類されます。

3.1 光度ビニング

ビンコードとそれに対応する強度範囲は以下の通りです。各ビン内の許容差は±11%です。

• Q2：90.0 – 112.0 mcd
• R1：112.0 – 140.0 mcd
• R2：140.0 – 180.0 mcd
• S1：180.0 – 224.0 mcd
• S2：224.0 – 280.0 mcd

このシステムにより、設計者は特定のアプリケーションに適した輝度グレードを選択し、性能とコストのバランスを取ることができます。

4. 性能曲線分析

データシートで具体的なグラフデータが参照されていますが、代表的な関係は以下のように説明できます：

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

AlInGaP材料は、順電圧が電流に対して対数的に増加する特性のI-V曲線を示します。20mA時の標準Vfである2.0Vは、駆動回路設計の重要なパラメータです。

4.2 光度対順電流

光出力（光度）は、推奨動作範囲内では順電流にほぼ比例します。最大DC電流を超えても光の比例的な増加は得られず、デバイスを損傷するリスクがあります。

4.3 スペクトル分布

発光スペクトルは631 nm（主波長）を中心とし、標準半値幅15 nmで、鮮やかな赤色を生成します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と極性

本デバイスは標準的なEIAパッケージフットプリントに準拠しています。詳細な寸法図はデータシートに記載されており、すべての寸法はミリメートル単位で、一般的な公差は±0.2 mmです。カソードは通常、パッケージ上のマーキングまたはテープ上の特定のパッド形状によって識別されます。適切なはんだ接合部の形成と機械的安定性を確保するため、赤外線または気相リフローはんだ付け用の推奨PCB実装パッドレイアウトも規定されています。

5.2 テープ・リール包装

LEDは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに収められ、直径7インチ（178 mm）のリールに巻かれています。各リールには2000個が含まれます。包装はANSI/EIA 481仕様に従います。重要な注意点として、空の部品ポケットは密封され、リールあたり連続して最大2個までの部品（"ランプ"）の欠品が許容されます。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（Pbフリー）プロセスに準拠したJ-STD-020Bに適合する推奨温度プロファイルが提供されています。重要なパラメータは以下の通りです：

• 予熱：150°C から 200°C。
• 予熱時間：最大120秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間：はんだペーストメーカーの仕様とJEDECガイドラインに従うことが推奨されます。

基板設計、部品密度、およびオーブン特性は様々であるため、このプロファイルは一般的な目標として使用し、特定の組立ラインに合わせて微調整する必要があります。

6.2 手動はんだ付け（はんだごて）

手動リワークが必要な場合、はんだごて先端温度は300°Cを超えてはならず、接続時間ははんだ接点あたり最大3秒に制限する必要があります。再はんだ付けは1回のみ行うべきです。

7. 保管と取り扱い上の注意

7.1 保管条件

• 未開封パッケージ：温度30°C以下、相対湿度（RH）70%以下で保管してください。乾燥剤入りの元の防湿袋で保管した場合の保存寿命は1年です。
• 開封済みパッケージ：大気にさらされた部品は、温度30°C以下、相対湿度60%以下で保管する必要があります。袋を開封してから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推奨します。
• 長期保管（袋から出した状態）：168時間を超えて保管する場合は、部品を乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターに入れてください。袋から出して168時間以上保管した部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間ベーキング（乾燥）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"現象を防止する必要があります。

7.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコール（IPA）やエチルアルコールなどのアルコール系溶剤のみを使用してください。LEDを常温で1分未満浸漬します。指定されていない化学洗浄剤は使用しないでください。エポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを駆動する際に均一な輝度を確保するには、各LEDに直列に電流制限抵抗を使用することが不可欠です。個別の抵抗なしでLEDを直接並列に接続することは推奨されません。デバイス間の順電圧（Vf）のわずかなばらつきが大きな電流不平衡を引き起こし、輝度の不均一や一部のLEDでの過電流につながる可能性があるためです。データシートには、各LEDに直列抵抗を設けた推奨回路（回路A）が示されています。

8.2 熱管理

消費電力は比較的低い（72 mW）ですが、LED接合部温度を規定範囲内に維持することは、長期信頼性と安定した光出力にとって重要です。LEDが最大定格電流付近またはその最大定格電流で動作する場合、特に高温環境下では、十分なPCB銅面積または熱ビアを使用することを確認してください。

8.3 適用範囲と制限事項

この部品は、標準的な電子機器での使用を意図しています。航空、交通制御、医療生命維持システム、安全装置など、高い信頼性が安全性に不可欠なアプリケーション向けには設計または認定されていません。そのようなアプリケーションでは、メーカーに相談し、特に認定された部品を使用することが必須です。

9. 技術比較と差別化

従来のLED技術と比較して、AlInGaP LEDは赤色および琥珀色においてより高い効率と優れた色純度を提供します。拡散レンズパッケージは広い120度の視野角を提供し、集光ビームに使用される狭角LEDとは対照的に、広い領域の照明や複数の角度からの視認性が求められるアプリケーションで有利です。標準的なIRリフロープロセスとの互換性は、手動はんだ付けやウェーブはんだ付けを必要とするLEDと差別化され、コスト効率の高い高速実装を可能にします。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 5V電源で使用する場合の抵抗値は？

オームの法則（R = (電源電圧 - LEDのVf) / LED電流）を使用し、標準Vfを2.0V、希望電流を20 mAと仮定します：R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 オーム。標準の150 Ω抵抗が適しています。最悪条件下でも電流が最大定格を超えないようにするため、可能な最大Vf（2.4V）を使用して計算してください。

10.2 より明るいフラッシュのために、より高い電流でパルス駆動できますか？

はい、データシートはパルス条件（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）下でのピーク順電流80 mAを規定しています。これは、ストロボやインジケータアプリケーションでより高い瞬間輝度を達成するために使用できますが、時間平均電流が消費電力72 mWを超えないようにする必要があります。

10.3 注文時のビンコードはどのように解釈すればよいですか？

ビンコード（例：R2、S1）は光度範囲に対応します。注文時にビンコードを指定することで、その特定の範囲内の輝度を持つLEDを受け取ることが保証され、製品の外観の一貫性にとって重要です。

11. 実践的な設計と使用例

11.1 ステータスインジケータパネルの設計

複数のステータスLEDを持つルーターを考えます。このSMD LEDを使用して、設計者は以下のようにします：

1. 必要な視認性に基づいて適切な輝度ビン（例：中程度の輝度のR2）を選択します。
2. 推奨パッド寸法を使用してPCBレイアウトを設計し、適切なはんだ付けと位置合わせを確保します。
3. 各LEDについて、システムの供給電圧（例：3.3Vまたは5V）に基づいて直列電流制限抵抗を計算し配置します。
4. 組立時に推奨IRリフロープロファイルに従います。
5. 組立基板の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコールのみを使用します。

このアプローチにより、信頼性が高く均一で長寿命のインジケータライトが確保されます。

12. 動作原理

このLEDはAlInGaP半導体材料に基づいています。ダイオードのオン閾値を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP層の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を定義します—この場合、約631 nmの赤色です。拡散エポキシレンズには散乱粒子が含まれており、発光光子の方向をランダム化し、狭いビームではなく広く均一な視野角を作り出します。

13. 技術トレンド

SMD LED技術の一般的なトレンドは、より高い発光効率（電気入力ワット当たりのより多くの光出力）、改善された演色性、およびより高密度設計を可能にする小型パッケージサイズに向かって続いています。より高温・高電流動作条件下での信頼性向上にも焦点が当てられています。この部品に見られるように、鉛フリーはんだ付けとRoHS準拠の広範な採用は、グローバルな電子機器製造における標準要件であり続けています。