SMD LED 0603 グリーン データシート - 外形寸法 1.6x0.8x0.6mm - 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0603パッケージの小型表面実装デバイス (SMD) 発光ダイオード (LED) の仕様を詳細に説明します。この部品は自動化されたプリント基板 (PCB) 組立用に設計されており、スペースに制約のあるアプリケーションに最適です。LEDはInGaN (窒化インジウムガリウム) 半導体材料を使用して緑色光を発し、幅広い現代電子機器に適した明るく効率的な光源を提供します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、極めてコンパクトなサイズ、自動ピック＆プレース装置との互換性、大量生産向け赤外線 (IR) リフローはんだ付けプロセスへの適合性です。RoHS (有害物質使用制限指令) 準拠を満たすように設計されています。ターゲット市場は、民生電子機器、通信機器、コンピュータ、産業機器に及びます。代表的なアプリケーションには、状態表示、フロントパネルやキーパッドのバックライト、信号照明、および携帯電話、ノートパソコン、ネットワーク機器、家電製品、屋内サインなどの機器における装飾照明が含まれます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

このセクションでは、LEDの電気的、光学的、熱的特性の詳細な内訳を提供します。これらのパラメータを理解することは、信頼性の高い回路設計とシステム統合にとって極めて重要です。

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。これらの値は周囲温度 (Ta) 25°Cで規定されています。

• 電力損失 (Pd)：80 mW。これは、LEDパッケージが熱限界を超えずに熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順方向電流 (I_FP)：100 mA。これは許容される最大瞬間順方向電流であり、通常、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。
• DC順方向電流 (I_F)：20 mA。これは通常動作における推奨最大連続順方向電流です。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。LED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。
• 保管温度範囲：-40°C から +100°C。デバイスはこの範囲内で電源を印加せずに保管できます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、特に断りのない限り、Ta=25°C、I_F=20mAで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度 (I_V)：450 - 1400 mcd (ミリカンデラ)。これは、人間の目で見たLEDの知覚される明るさの尺度です。広い範囲は、デバイスが異なる明るさのビンで入手可能であることを示しています (セクション3参照)。
• 指向角 (2θ_1/2)：110度 (代表値)。これは、光度が軸上 (0度) で測定された強度の半分になる全角度です。110度の角度は、広く拡散した視野パターンを示します。
• ピーク発光波長 (λ_P)：518 nm (代表値)。これは、光出力が最大となる波長です。
• 主波長 (λ_d)：520 - 535 nm。これは、LEDの光出力の色に最もよく一致すると人間の目が知覚する単一波長です。色仕様のための主要なパラメータです。
• スペクトル半値幅 (Δλ)：35 nm (代表値)。これは、発光スペクトルの半値全幅 (FWHM) として測定される、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 (V_F)：2.8 - 3.8 V (I_F=20mA時)。これは、LEDが電流を導通しているときの両端の電圧降下です。この範囲は異なる電圧ビンに対応します。
• 逆方向電流 (I_R)：10 μA (最大) (V_R=5V時)。LEDは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータは主に品質保証試験用です。

3. ビニングシステムの説明

大量生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、設計者は明るさ、色、電圧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 (V_FLED特性のグラフ表現は、様々な条件下での動作についてより深い洞察を提供します。データシートには以下の関係の代表的な曲線が含まれています (具体的なグラフについては原資料を参照してください)。

LEDは、20mA時の順方向電圧降下に基づいてビンに分類されます。各ビンの許容差は±0.1Vです。ビンは以下の通りです：D7 (2.8-3.0V)、D8 (3.0-3.2V)、D9 (3.2-3.4V)、D10 (3.4-3.6V)、D11 (3.6-3.8V)。同じV_FビンからLEDを選択することで、複数のLEDを並列接続した場合の均一な明るさを確保するのに役立ちます。

3.2 光度 (I_V) ビニング

LEDは明るさによって5つの強度ビンに分類され、各ビンの許容差は±11%です。ビンは以下の通りです：U1 (450-560 mcd)、U2 (560-710 mcd)、V1 (710-900 mcd)、V2 (900-1120 mcd)、W1 (1120-1400 mcd)。これにより、アプリケーションの明るさ要件に基づいた選択が可能です。

3.3 主波長 (λ_d) ビニング

緑色光の色合いは、主波長をビニングすることで制御され、各ビンの許容差は±1nmです。ビンは以下の通りです：AP (520-525 nm)、AQ (525-530 nm)、AR (530-535 nm)。これにより、ディスプレイやインジケータアレイ内の複数のLED間での色の一貫性が確保されます。

4. 性能曲線分析

Graphical representations of the LED's characteristics provide deeper insight into its behavior under varying conditions. The datasheet includes typical curves for the following relationships (refer to the original document for the specific graphs).

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V カーブ)

この曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧との間の指数関数的関係を示します。非線形であるため、電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こす可能性があります。これが、LEDを定電圧源ではなく電流制限付き電源で駆動すべき理由です。

4.2 光度 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力 (mcd単位) が順方向電流の増加とともにどのように増加するかを示しています。一定の範囲では一般的に線形ですが、熱効果と効率低下により非常に高い電流では飽和します。

4.3 光度 vs. 周囲温度

この曲線は、光出力の温度依存性を示しています。一般的に、光度は周囲温度の上昇とともに減少します。このデレーティングを理解することは、高温環境で動作するアプリケーションにとって重要です。

4.4 スペクトル分布

このプロットは、異なる波長にわたって放射される相対的な光出力を示します。ピーク波長 (518 nm) を中心とし、半値幅 (35 nm) によって定義される特徴的な形状を持ちます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

LEDは標準EIA 0603パッケージに収められています。主要寸法 (ミリメートル単位) は、本体長1.6mm、幅0.8mm、高さ0.6mmです。アノードとカソード端子は明確にマーキングされています。特に指定のない限り、すべての寸法公差は±0.1mmです。詳細な寸法図は原データシートに提供されています。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

PCB上にはんだパッドを設計するためのランドパターン図が提供されています。このパターンはIRリフロープロセス中の信頼性の高いはんだ付けに最適化されており、適切なはんだフィレット形成と機械的安定性を確保します。

5.3 極性識別

LEDパッケージには、カソード端子を識別するためのマーキングまたは特定の形状 (多くの場合ノッチまたは緑色の点) があります。組立時には正しい極性を守り、適切な動作を確保する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 推奨IRリフロー温度プロファイル

鉛フリーはんだ付けプロセスでは、J-STD-020Bに準拠した特定のリフロー温度プロファイルが推奨されます。主要パラメータには、予熱ゾーン (150-200°C、最大120秒)、260°Cを超えないピーク温度、および使用するはんだペーストに適した液相線以上時間 (TAL) が含まれます。この部品はこのプロファイルを最大2回まで耐えることができます。

6.2 保管条件

未開封の湿気敏感デバイスは、≤30°C、≤70%RHで保管し、1年以内に使用する必要があります。防湿バッグを開封した後は、LEDを≤30°C、≤60%RHで保管してください。周囲の空気に168時間以上さらされた部品は、はんだ付け中のポップコーン現象や層間剥離を防ぐために、リフロー前にベーキング処理 (約60°Cで少なくとも48時間) が必要です。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、常温で1分以内に、エチルアルコールやイソプロピルアルコールなどの指定されたアルコール系溶剤のみを使用してください。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。

6.4 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごての温度を300°C以下に抑え、はんだ付け時間は端子ごとに最大3秒に制限する必要があります。手はんだ付けは1回のみ行ってください。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

LEDは、12mm幅のエンボス加工キャリアテープに巻かれ、直径7インチ (178mm) のリールに供給されます。各リールには4000個が含まれています。テープとリールの寸法はANSI/EIA-481規格に準拠しており、自動組立装置との互換性を確保しています。

7.2 最小発注数量

標準梱包数量はリールあたり4000個です。残数については、最小梱包数量500個が利用可能です。

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回路

LEDは電流駆動デバイスです。特に複数のLEDを並列に使用する場合、均一な明るさを得るためには、各LEDを直列に接続された専用の電流制限抵抗で駆動する必要があります。マイクロコントローラのピンから直接LEDを駆動する場合は、ピンの電流供給/吸収能力とLEDチェーンの合計V_Fがシステムの電圧制限内にあることを確認する必要があります。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：連続動作では、動作電流を20mA以下に設定するために、常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。
• 熱管理：パッケージは小さいですが、高温環境または最大電流付近で動作する場合は、性能と寿命を維持するために、十分なPCB銅面積または熱ビアを確保してください。
• ESD保護：明示されていませんが、組立時には半導体デバイスに対する標準的なESD (静電気放電) 取り扱い予防措置を守る必要があります。

9. 技術比較と差別化

このInGaN技術に基づく0603グリーンLEDは、いくつかの重要な利点を提供します。AlGaInP (赤/黄用) などの古い技術と比較して、InGaNは緑色および青色波長に対してより高い効率と明るさを提供します。0603パッケージは、標準化されたSMD LEDフットプリントの中で最も小さいものの一つであり、0805や1206などの大きなパッケージに比べて大幅なスペース節約を実現します。その広い110度の指向角は、焦点照明に使用される狭角LEDとは対照的に、広い視認性を必要とするアプリケーションに適しています。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

10.1 このLEDを5V電源で直接駆動できますか？

いいえ。5V電源をLEDに直接接続すると、過剰な電流が流れ、瞬時に破壊される可能性があります。常に直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F。例えば、5V電源、V_F3.2V、希望するI_F20mAの場合：R = (5 - 3.2) / 0.02 = 90オーム。標準の91オームまたは100オームの抵抗が適切です。

10.2 なぜ光度の範囲がこれほど広いのですか (450-1400 mcd)？

この範囲は、全生産品にわたる総ばらつきを表しています。ビニングプロセス (セクション3.2) を通じて、LEDは特定の、より狭い明るさ範囲 (例：U1、V2、W1) に分類されます。設計者は発注時に特定のビンコードを指定することで、アプリケーションに適した一貫性があり予測可能な明るさのLEDを保証できます。

10.3 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、分光器で測定される、LEDが最も多くの光出力を放射する物理的な波長です。主波長 (λ_d) は心理物理学的尺度です。これは、LEDの広帯域出力と同じ色に人間の目に見える単色光の波長です。λ_dは、視覚アプリケーションにおける色仕様により関連性があります。

11. 実践的な設計と使用事例

シナリオ：ネットワークルーター用の複数LED状態表示パネルの設計パネルには、異なるポートのリンクアクティビティを示すために10個のグリーンLEDが必要です。プロフェッショナルな外観のためには、均一な明るさと色が重要です。

1. 部品選定：視覚的一貫性を確保するために、同じ強度ビン (例：V1: 710-900 mcd) および同じ主波長ビン (例：AQ: 525-530 nm) からのLEDを指定します。
2. 回路設計：10個の同一の駆動回路を設計します。各回路は、電流制限抵抗と直列に接続されたLEDで構成されます。各回路をマイクロコントローラのGPIOピンとグランド間に接続します。抵抗値は、マイクロコントローラの出力高電圧 (例：3.3V) とLEDの電圧ビンからの代表的なV_Fに基づいて計算されます。
3. PCBレイアウト：推奨ランドパターンを使用します。均一な光分布と熱的クロストークを防ぐために、LED間に十分な間隔を確保してください。
4. 組立：IRリフロープロファイルガイドラインに従ってください。組立後、必要に応じてイソプロピルアルコールを使用して洗浄します。

12. 原理紹介

LEDは半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。標準ダイオードでは、このエネルギーは熱として放出されます。LEDでは、このエネルギーが主に光子 (光) として放出されるように半導体材料 (この場合はInGaN) が選択されています。発光の特定の波長 (色) は、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。広い指向角は、LEDチップの形状と封止レンズの特性によって実現されます。

13. 開発動向

インジケータ用途のSMD LEDにおける一般的な傾向は、より高密度のPCB設計を可能にするため、さらに小さなパッケージサイズ (例：0402、0201) に向かっています。単位電力入力あたりの光出力を増加させる発光効率の向上と、より厳しいビニング公差による色の一貫性の改善に向けた継続的な取り組みがあります。さらに、パッケージ材料の進歩は、より高温のリフロープロファイル下での信頼性の向上と、湿気や熱サイクルなどの環境要因に対する耐性の向上を目指しています。