SMD LED 0603 グリーン データシート - 外形寸法 1.6x0.8x0.6mm - 電圧 3.2V - 電力 76mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、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）の完全な技術仕様を提供します。本デバイスは、インジウムガリウム窒化物（InGaN）半導体材料を利用して緑色光を生成します。自動実装プロセス向けに設計されており、標準的な赤外線および気相リフローはんだ付け技術と互換性があり、大量生産の電子機器製造に適しています。

この部品の中核的な利点は、コンパクトな占有面積、RoHS（有害物質使用制限）指令への適合性、および自動実装システムにおける信頼性を考慮した設計にあります。インジケータランプ、バックライト、または状態表示が必要な幅広い民生用および産業用電子機器アプリケーションでの使用を想定しています。

2. 詳細技術パラメータ分析

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ストレスの限界を定義します。これらの値は連続動作のためのものではありません。

• 電力損失（Pd）：76 mW。これは、周囲温度（Ta）25℃においてLEDパッケージが熱として放散できる最大総電力です。
• ピーク順方向電流（I_F(PEAK)）：100 mA。これは、パルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で許容される最大電流です。これを超えると、即座に致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 連続順方向電流（I_F）：20 mA。これは、長期信頼性と安定した光出力を確保するための、連続DC動作における推奨最大電流です。
• DC電流デレーティング：周囲温度50℃以上では、許容される連続電流は摂氏1度あたり0.25 mAの割合で直線的に減少します。これは、密閉または高温環境における熱管理において重要です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。これ以上の逆バイアス電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度：デバイスの動作温度範囲は-20℃から+80℃、保管温度範囲は-30℃から+100℃です。

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、周囲温度25℃、順方向電流（I_F）20 mAの標準試験条件で測定されます。

• 光度（I_V）：最小71.0 mcdから最大450.0 mcdの範囲で、代表値が提供されます。この広い範囲は、ビニングシステム（後述）によって管理されます。光度は、人間の目の明所視応答（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（2\u03b8_1/2）：130度。これは、光度が軸上で測定された値の半分に低下する全角です。130度の角度は、インジケータ用途に適した広く拡散した光パターンを示しています。
• ピーク波長（\u03bb_P）：530 nm。これは、スペクトルパワー出力が最も高くなる波長です。
• 主波長（\u03bb_d）：525 nm。これはCIE色度図から導出され、光の知覚される色を最もよく表す単一波長です。色の一貫性における重要なパラメータです。
• スペクトル帯域幅（\u0394\u03bb）：35 nm。これは、最大パワーの半分の高さにおける放射スペクトルの幅（半値全幅 - FWHM）です。帯域幅が狭いほど、より純粋で飽和した色を示します。
• 順方向電圧（V_F）：最小2.80 Vから最大3.60 Vの範囲で、20 mA時の代表値は3.20 Vです。このばらつきは、電圧ビニングによって管理されます。
• 逆電流（I_R）：5 Vの逆バイアスを印加した場合、最大10 \u00b5Aです。アプリケーションでこの値より大幅に高い値が観測される場合は、デバイスが損傷している可能性があります。

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は主要な性能パラメータに基づいてビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションの特定の許容差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

ユニットは、20 mAで測定された順方向電圧（V_F）によって分類されます。ビン（D7からD10）は、各ビン内で\u00b10.1Vの許容差を持ちます。
例：ビンD8には、V_Fが3.00Vから3.20Vの間のLEDが含まれます。

3.2 光度ビニング

ユニットは、20 mAで測定された光度（I_V）によって分類されます。ビン（Q、R、S、T）は、各ビン内で\u00b115%の許容差を持ちます。
例：ビンSには、光度が180.0 mcdから280.0 mcdの間のLEDが含まれます。

3.3 主波長ビニング

ユニットは、20 mAで測定された主波長（\u03bb_d）によって分類されます。ビン（AP、AQ、AR）は、各ビン内で\u00b11 nmの許容差を持ちます。
例：ビンAQには、主波長が525.0 nmから530.0 nmの間で、特定の緑色の色合いを生成するLEDが含まれます。

4. 性能曲線分析

データシート（図1、図6）で特定のグラフ曲線が参照されていますが、その意味合いはLED技術において標準的なものです。

• IV曲線：順方向電流（I_F）と順方向電圧（V_F）の関係は指数関数的です。膝電圧を超えるわずかな電圧の増加は、大きく、潜在的に破壊的な電流の増加を引き起こします。これが定電流駆動が不可欠である理由です。
• 光度 vs. 電流：光出力は、動作範囲内では順方向電流にほぼ比例します。ただし、非常に高い電流では熱の増加により効率が低下する可能性があります。
• 光度 vs. 温度：LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。これは、高い周囲温度で動作する、または熱管理が不十分なアプリケーションにおいて重要な考慮事項です。
• スペクトル分布：放射光スペクトルは、ピーク波長を中心におおよそガウス分布を示します。主波長は、CIEチャート上の知覚される色点を定義します。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ外形寸法

デバイスはEIA標準0603パッケージフットプリントに準拠しており、寸法は長さ約1.6mm、幅約0.8mm、高さ約0.6mm（許容差\u00b10.10mm）です。レンズはウォータークリアです。正確なパッドレイアウトと部品形状については、詳細な機械図面を参照してください。

5.2 極性識別

極性は通常、部品本体のマーキングまたはパッケージの非対称な特徴によって示されます。カソード側が通常マークされます。5Vを超える逆バイアスはデバイスを損傷する可能性があるため、実装時には正しい極性を遵守する必要があります。

5.3 テープ・リール梱包

部品は、7インチ（178mm）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。標準リール数量は3000個です。梱包はANSI/EIA 481-1-A規格に従っており、自動ピックアンドプレース装置との互換性を確保しています。テープには部品を汚染から保護するためのカバーが付いています。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

このLEDは、鉛フリー（Pbフリー）はんだ付けプロセスと互換性があります。推奨される赤外線リフロープロファイルは以下の通りです：
- 予熱：150\u00b0Cから200\u00b0C。
- 予熱時間：最大120秒（熱均一化とフラックス活性化のため）。
- ピーク温度：最大260\u00b0C。
- 液相線以上時間：ピーク温度で最大10秒。リフローは2回以上行わないでください。

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：
- はんだごて温度：最大300\u00b0C。
- はんだ付け時間：リードごとに最大3秒。
- プラスチックパッケージへの熱ストレスを最小限に抑えるため、手はんだ付けは1回のみ行ってください。

6.3 洗浄

指定された洗浄剤のみを使用してください。推奨溶剤は、室温でのエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールです。LEDは1分未満浸漬してください。指定外の化学薬品は、エポキシレンズまたはパッケージを損傷する可能性があります。

6.4 保管・取り扱い

- 30℃以下、相対湿度70%以下の環境で保管してください。
- 元の防湿バッグから取り出した後は、部品は1週間以内にリフローしてください。
- 元の梱包外で長期間保管する場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素雰囲気を使用してください。
- バッグ外で1週間以上保管された部品は、はんだ付け前に約60℃で少なくとも24時間ベーキングを行い、吸収された湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止してください。

7. アプリケーション設計推奨事項

7.1 駆動回路設計

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を並列に接続する場合は、各LEDに直列の電流制限抵抗を使用することを強く推奨します（回路モデルA）。電圧源から複数のLEDを直接並列駆動すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLED間の順方向電圧（V_F）特性のわずかなばらつきが、電流分担、ひいては輝度に大きな差を生じさせるためです。

7.2 静電気放電（ESD）保護

このLEDは静電気放電に敏感です。ESD損傷は、高い逆方向リーク電流、低い順方向電圧、または完全な発光不能として現れる可能性があります。以下の予防措置を講じる必要があります：
- 作業者は接地リストストラップまたは帯電防止手袋を着用してください。
- すべての作業台、設備、工具は適切に接地してください。
- イオナイザーを使用して、取り扱い中にプラスチックレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和してください。
- 標準的なESD取り扱い手順（ANSI/ESD S20.20）に従ってください。

7.3 熱管理

電力損失は低い（最大76mW）ですが、適切な熱設計は寿命を延ばし、安定した光出力を維持します。特に高い周囲温度または最大定格電流付近で動作する場合は、放熱のための十分なPCB銅面積を確保してください。50℃以上の電流デレーティング仕様を遵守してください。

8. 技術比較・考察

GaPなどの旧来の技術と比較して、このInGaNベースのグリーンLEDは、より高い効率と明るい出力を提供します。0603パッケージは、0805や1206などの旧来のLEDパッケージよりも大幅に小さな占有面積を提供し、高密度PCB設計を可能にします。広い130度の指向角は全方向インジケータに理想的ですが、集光ビームアプリケーションには狭角LEDが好まれる場合があります。包括的なビニングシステムにより、ビニングされていない、または大まかにビニングされた部品と比較して、重要なアプリケーションにおいてより厳密な色と輝度のマッチングが可能になります。

9. よくある質問（FAQ）

Q: このLEDを5Vのロジック出力から直接駆動できますか？
A: できません。代表的なV_Fが3.2Vであるため、5Vに直接接続すると過剰電流が流れ、LEDを破壊します。直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。抵抗値は R = (供給電圧 - V_supply- V_F) / I_F.

Q: なぜ光度（71-450 mcd）にこれほど広い範囲があるのですか？
A: これは全生産範囲です。ビニングシステム（Q、R、S、T）を通じて、特定のより狭い強度範囲（例：ビンS: 180-280 mcd）のLEDを購入することで、製品の一貫性を確保できます。

Q: このLEDは屋外使用に適していますか？
A: 動作温度範囲は-20℃から+80℃です。多くの屋外条件で機能しますが、直射日光、湿気、紫外線への長時間の曝露は、時間の経過とともにエポキシレンズを劣化させる可能性があります。過酷な環境では、コンフォーマルコーティングが施された、または屋外使用に特別に定格されたLEDを検討してください。

Q: 逆電圧定格を超えるとどうなりますか？
A: 逆バイアスで5Vを超えると、PN接合のアバランシェ降伏を引き起こし、即座に永久的な損傷（多くの場合短絡）をもたらします。

10. 設計・使用事例

シナリオ：ネットワークルーター用の状態表示パネルの設計。
パネルには、リンクアクティビティと電源状態を示すために、10個の同一の明るいグリーンLEDが必要です。すべてのLEDが同じ輝度と色を持つことを保証するため、設計者は輝度用にビンS（180-280 mcd）と主波長用にビンAQ（525-530 nm）を指定します。一貫した電流を保証するため、各LEDはマイクロコントローラのGPIOピンから100オームの直列抵抗（3.3V電源と約20mA目標電流で計算）を介して駆動されます。PCBレイアウトには、放熱のためのグランドプレーンに接続された小さなサーマルリリーフパッドが含まれています。実装中、工場は推奨IRリフロープロファイルを使用し、作業者はESDプロトコルに従います。結果として、均一で信頼性の高いインジケータランプを備えたパネルが得られます。

11. 動作原理

これは半導体フォトニックデバイスです。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域（InGaN量子井戸）に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。放射光の特定の波長（色）は、InGaN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、緑色光（約525-530 nm）を生成するためにエピタキシャル成長プロセス中に設計されます。エポキシレンズは、半導体ダイを保護し、光出力ビームを整形し、チップからの光取り出しを向上させる役割を果たします。

12. 技術トレンド

グリーンLEDの基盤技術であるInGaNは、進化を続けています。トレンドには以下が含まれます：
- 効率向上：継続的な研究は、効率低下（高駆動電流での効率低下）の低減と内部量子効率の向上を目指しており、より低電力でより明るいLEDにつながります。
- 小型化：超コンパクトな民生用電子機器の要求を満たすため、パッケージサイズは縮小し続けています（例：0603から0402、さらに小型へ）。
- 色の一貫性向上：エピタキシャル成長とビニングアルゴリズムの進歩により、生産直後からより厳密な色許容差が可能になり、二次選別の必要性が減少しています。
- 信頼性向上：パッケージ材料とダイ接合技術の改善により、動作寿命が延び、熱的および機械的ストレスに対する耐性が高まっています。