SMD LED イエロー 拡散レンズ AlInGaP 仕様書 - 120度視野角 - 順電圧1.8-2.4V - 消費電力72mW - 日本語技術データシート

1. 製品概要

本資料は、拡散型イエロー光を発するAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体材料を用いた表面実装型（SMD）発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に記載しています。自動化されたプリント基板（PCB）組立を想定して設計されており、小型フットプリントが特徴で、幅広い電子機器におけるスペース制約のあるアプリケーションに適しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、有害物質使用制限（RoHS）指令への適合、自動ピックアンドプレース装置との互換性、赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスへの適合性です。業界標準の8mmテープに巻かれた7インチ径リールで供給され、大量生産を容易にします。本デバイスは、湿気感受性レベルJEDEC Level 3に事前調整されています。ターゲットアプリケーションは、通信インフラ、オフィスオートメーション機器、家電製品、産業用制御パネル、屋内標識など多岐にわたります。具体的な用途としては、状態表示灯、シンボル照明、フロントパネルバックライトなどが挙げられます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

信頼性の高い回路設計のためには、デバイスの動作限界および標準条件下での性能を包括的に理解することが重要です。

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。すべての値は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 消費電力（Pd）：72 mW。これはデバイスが熱として放散できる最大許容電力です。
• ピーク順電流（I_F(peak)）：80 mA。この電流は、デューティサイクル1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下でのみ許容されます。
• 連続順電流（I_F）：30 mA DC。これは連続動作における最大推奨電流です。
• 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

これらのパラメータは、通常の動作条件下でのデバイスの典型的な性能を定義します。特に断りのない限り、Ta=25°C、試験電流（I_F）20mAで測定されます。

• 光度（I_V）：最小140.0 mcdから最大450.0 mcdの範囲。代表値はこの範囲内に収まります。光度は、明所視（CIE）の眼応答曲線に近似したセンサーとフィルターの組み合わせを用いて測定されます。
• 視野角（2θ_1/2）：120度（代表値）。光度が軸上の値の半分に低下する全角として定義されるこの広い視野角は、拡散レンズによるものであり、インジケータ用途に適した広く均一な照射パターンを提供します。
• 発光ピーク波長（λ_P）：約592 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）：584.5 nmから594.5 nmの間で規定。これは人間の目が色（黄色）を定義するものとして知覚する単一波長であり、CIE色度座標から導出されます。
• スペクトル半値幅（Δλ）：約15 nm（代表値）。これは発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。
• 順電圧（V_F）：20mA時で1.8 V（最小）から2.4 V（最大）の範囲。代表値はこの範囲内にあります。このパラメータはドライバ設計および電源選択において極めて重要です。
• 逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V印加時、最大10 μA。本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

生産の一貫性を確保し、設計者が特性が厳密にグループ化されたLEDを選択できるようにするため、デバイスは主要パラメータに基づいてビンに仕分けされます。

3.1 順電圧（V_f）ビニング

単位はボルト（V）、I_F= 20mAで測定。各ビンの許容差は±0.1Vです。

• ビン D2：1.8V（最小）から2.0V（最大）
• ビン D3：2.0V（最小）から2.2V（最大）
• ビン D4：2.2V（最小）から2.4V（最大）

3.2 光度（I_V）ビニング

単位はミリカンデラ（mcd）、I_F= 20mAで測定。各ビンの許容差は±11%です。

• ビン R2：140.0 mcd から 180.0 mcd
• ビン S1：180.0 mcd から 224.0 mcd
• ビン S2：224.0 mcd から 280.0 mcd
• ビン T1：280.0 mcd から 355.0 mcd
• ビン T2：355.0 mcd から 450.0 mcd

3.3 主波長（W_d）ビニング

単位はナノメートル（nm）、I_F= 20mAで測定。各ビンの許容差は±1nmです。

• ビン H：584.5 nm から 587.0 nm
• ビン J：587.0 nm から 589.5 nm
• ビン K：589.5 nm から 592.0 nm
• ビン L：592.0 nm から 594.5 nm

4. 性能曲線分析

データシートには、各種パラメータ間の関係を示す代表的な特性曲線が含まれています。これらの曲線は、非標準条件下でのデバイス挙動を理解するために不可欠です。

4.1 電流-電圧（I-V）特性

この曲線は、順電圧（V_F）と順電流（I_F）の関係を示します。AlInGaP LEDの場合、この曲線は通常指数関数的です。設計者はこれを使用して、所望の動作電流に必要な駆動電圧を決定し、消費電力（P_d= V_F* I_F）を計算します。

4.2 光度-順電流特性

このグラフは、光出力（I_V）が駆動電流（I_F）とともにどのように変化するかを示しています。この関係は、推奨動作範囲内では一般的に線形ですが、より高い電流では飽和します。電流による輝度制御が必要な回路設計において重要です。

4.3 温度依存性

順電圧および光度が周囲温度とともにどのように変化するかを示す曲線が通常含まれます。光度は一般に接合温度の上昇とともに減少し、順電圧は減少します。この情報は、極端な温度環境で動作するアプリケーションにとって極めて重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と極性

本デバイスは業界標準のSMDパッケージ外形に準拠しています。詳細な機械図面には、長さ、幅、高さ、リード間隔、および全体的な許容差（通常±0.2mm）が規定されています。パッケージは、規定の120度視野角を実現するための拡散レンズを備えています。極性は、カソードマークまたはデバイスフットプリント上の特定のパッド形状によって示されます。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付けと適切な熱管理を確保するために、ランドパターン設計が提供されています。これには、はんだブリッジを防止し、リフロープロセス中に強固な機械的結合を確保するための推奨はんだパッド寸法と間隔が含まれます。

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

無鉛（Pbフリー）はんだ付けプロセスに適合するJ-STD-020B準拠の推奨温度プロファイルが提供されています。主要パラメータは以下の通りです：

• 予熱温度：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：最大10秒（リフローサイクルは2回を超えないことが推奨されます）。

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、それに応じて特性評価を行うべきであることが強調されています。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、以下の制限を遵守してください：

• はんだごて温度：最大300°C。
• はんだ付け時間：接合部あたり最大3秒。これは一度だけ行うべきです。

6.3 保管および取り扱い条件

適切な保管は、湿気吸収を防ぐために重要です。湿気吸収は、リフロー中にポップコーン現象（パッケージクラック）を引き起こす可能性があります。

• 密封包装時：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤70%で保管。1年以内に使用してください。
• 包装開封後：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤60%で保管。部品は暴露後168時間（7日）以内にリフローする必要があります。より長期間の保管には、乾燥剤入り密閉容器または窒素デシケーターを使用してください。
• ベーキング：168時間以上暴露された場合は、組立前に約60°Cで少なくとも48時間ベーキングを行い、湿気を除去してください。

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。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が推奨されます。指定外の化学薬品はLEDパッケージを損傷する可能性があります。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 駆動方法

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、電流制限抵抗と直列に接続するか、できれば定電流源で駆動する必要があります。順電圧（V_F）のばらつきにより、LEDを直接並列に接続することは推奨されません。これは、大きな電流不平衡と輝度の不均一を引き起こす可能性があります。

7.2 熱管理

消費電力は比較的低い（最大72mW）ですが、特に高周囲温度または最大電流付近で動作する場合、PCB上の適切な熱設計は依然として重要です。過度の接合温度は光出力を低下させ、デバイスの寿命を短縮します。はんだパッド周囲に十分な銅面積を確保することで、放熱を助けます。

7.3 アプリケーション上の注意点

本製品は、標準的な商業用および産業用電子機器での使用を想定しています。例外的な信頼性が要求されるアプリケーション、または故障が安全性を脅かす可能性のあるアプリケーション（航空、医療生命維持、交通制御システムなど）では、特別な協議が必要です。設計者は、すべての絶対最大定格および推奨動作条件を遵守しなければなりません。

8. 包装およびリール仕様

LEDは、カバーテープで密封された8mm幅のエンボスキャリアテープに収められ、7インチ（178mm）径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仕様に準拠しています。自動組立装置との互換性を確保するために、テープポケットおよびリールハブ/フランジの主要寸法詳細が提供されています。

9. 技術比較と差別化

このAlInGaPイエローLEDの主な差別化要因は、広い120度視野角（拡散レンズによる）とAlInGaP材料システム特有の色特性の組み合わせです。AlInGaPは、他のいくつかの黄色発光技術と比較して、通常、高い発光効率と温度・電流に対する良好な色安定性を提供します。V_F、I_V、およびλ_dの詳細なビニング構造により、色または輝度が重要なアプリケーションでの精密な選択が可能になります。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λ_P）は、LEDが最も多くの光パワーを発する物理的な波長です。主波長（λ_d）は、人間の色知覚（CIE座標）に基づく計算値であり、LEDの知覚色に一致する純粋なスペクトル色の単一波長を表します。設計目的では、色仕様に関しては主波長の方がより関連性があります。

10.2 このLEDを30mAで連続駆動できますか？

はい、30mA DCは最大連続順電流定格です。ただし、最適な長寿命と信頼性のためには、絶対最大定格以下、例えば代表的な試験電流である20mAで動作することがしばしば推奨されます。実際の駆動電流は、アプリケーションで必要な輝度と熱条件に基づいて決定されるべきです。

10.3 包装開封後のリフローに厳しい時間制限があるのはなぜですか？

SMDパッケージは大気中から湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部圧力が発生してパッケージがクラックしたり内部界面が剥離したりする可能性があります。これはポップコーン現象として知られる故障です。168時間のフロアライフは、指定された温度・湿度制限内で保管されていることを前提に、このリスクが管理される最大推奨暴露時間です。

11. 設計および使用事例

シナリオ：ネットワークルーター用の複数インジケータ状態パネルの設計。パネルには、均一に明るい複数の黄色状態LEDが必要です。設計者は、視覚的なばらつきを最小限に抑えるために、同じ光度ビン（例：ビンT1: 280-355 mcd）のLEDを選択します。電源設計を簡素化するために、より狭い順電圧ビン（例：ビンD3: 2.0-2.2V）のLEDが選ばれます。LEDは、20mAに設定された定電流ドライバを使用して12Vレールから直列接続構成で駆動され、各LEDに同一の電流が流れ、完璧な輝度マッチングが確保されます。広い120度視野角により、オフィス環境のさまざまな角度からインジケータが明確に見えます。PCBレイアウトには、推奨パッド形状と、放熱のためのグランドプレーンへの小さなサーマルリリーフ接続が含まれています。

12. 動作原理

このLEDは、AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体ヘテロ構造に基づいています。材料のバンドギャップエネルギーを超える順バイアス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を放射します。この再結合中に放出されるエネルギーは、黄色波長範囲（約590 nm）の光子に対応します。半導体チップを封止する拡散エポキシレンズは、発光を散乱させ、放射パターンを狭いビームから規定の120度視野角に広げ、インジケータ用途に適したより拡散した均一な外観を作り出します。

13. 技術トレンド

表面実装LED技術は、より高い効率、より小さなパッケージサイズ、および改善された演色性に向けて進化し続けています。AlInGaPは、高効率の赤、オレンジ、黄色LEDの主要材料であり続けていますが、継続的な研究は、エピタキシャル構造と蛍光体システムを最適化して効率限界をさらに押し上げることに焦点を当てています。パッケージングのトレンドには、同じフットプリント内での改善された熱管理設計、および超薄型民生電子機器向けのさらに薄いプロファイルの開発が含まれます。自動化と信頼性への追求は、テープアンドリール包装およびリフローはんだ付け互換性の基準を洗練させ続けています。