SMD LED オレンジ AlInGaP 0603パッケージ データシート - 外形寸法 1.6x0.8x0.6mm - 電圧 1.8-2.4V - 電力 72mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、高輝度・小型の表面実装デバイス (SMD) 発光ダイオード (LED) の仕様を詳細に説明します。このデバイスは業界標準の0603パッケージフットプリントで設計されており、自動化されたプリント基板 (PCB) 実装プロセスに適しています。そのコンパクトなサイズは、信頼性の高い状態表示やバックライトが必要なスペースに制約のあるアプリケーションに理想的です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、現代の電子機器製造において標準である、大量生産向けの自動ピック&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。これは、効率的で明るいオレンジ色の光を生成することで知られるアルミニウムインジウムガリウムリン (AlInGaP) 半導体技術を用いて構築されています。本デバイスは関連する環境規制に準拠しています。

そのターゲットアプリケーションは、通信機器（携帯電話など）、ポータブルコンピューティングデバイス、ネットワークハードウェア、家電製品、屋内看板やディスプレイのバックライトなど、幅広い民生用および産業用電子機器に及びます。その主な機能は、状態表示または低照度の照明としての役割です。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、デバイスの絶対的な限界値と動作特性について詳細に分解して説明します。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長期性能の確保に不可欠です。

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応力限界を定義します。これらは通常動作の条件ではありません。

• 消費電力 (Pd):72 mW。これは、デバイスの熱的限界を超えることなく、熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順方向電流 (I_F(PEAK)):80 mA。この電流は、テスト時などの非常に短時間、パルス条件 (1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅) でのみ許容されます。
• 連続順方向電流 (I_F):30 mA DC。これは連続動作における最大推奨電流です。
• 逆電圧 (V_R):5 V。この限界を超える逆電圧を印加すると、即座に破壊を引き起こす可能性があります。デバイスは逆バイアス動作を意図していません。
• 動作温度範囲 (T_opr):-40°C から +85°C。デバイス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 (T_stg):-40°C から +100°C。デバイスはこれらの限界内で劣化することなく保管できます。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは標準試験条件 (Ta=25°C, I_F=20mA) で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 光度 (I_V):90.0 - 280.0 mcd (ミリカンデラ)。これは、人間の目で見た光出力の知覚される明るさの尺度です。この広い範囲はビニングシステムによって管理されます。
• 指向角 (2θ_1/2):110 度。これは、光度が軸上（LEDの真正面）で測定された値の半分に低下する全角度です。110°の角度は、広い視野パターンを示しています。
• ピーク発光波長 (λ_P):611 nm (標準値)。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 (λ_d):600 - 612 nm。これは、色度座標から導き出された、光の知覚される色を最もよく表す単一波長です。色選別のための主要なパラメータです。
• スペクトル半値幅 (Δλ):17 nm (標準値)。これはスペクトル純度を示し、最大パワーの半分における発光スペクトルの幅を測定します。値が小さいほど、より単色性の高い光源であることを示します。
• 順方向電圧 (V_F):1.8 - 2.4 V。これは、試験電流20mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。電流と温度によって変化します。
• 逆電流 (I_R):10 μA (最大) at V_R=5V。これは、デバイスが最大定格内で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。

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は主要なパラメータに基づいて選別（ビニング）されます。これにより、設計者は輝度、色、電圧に関する特定の要件を満たす部品を選択することができます。

3.1 順方向電圧ビニング

ユニットは I_F= 20mA で測定されます。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 光度ビニング

ユニットは I_F= 20mA での mcd (ミリカンデラ) です。各ビンの許容差は ±11% です。

• ビン Q2:90 mcd (最小) から 112 mcd (最大)
• ビン R1:112 mcd (最小) から 140 mcd (最大)
• ビン R2:140 mcd (最小) から 180 mcd (最大)
• ビン S1:180 mcd (最小) から 220 mcd (最大)
• ビン S2:220 mcd (最小) から 280 mcd (最大)

3.3 主波長ビニング

ユニットは I_F= 20mA でのナノメートル (nm) です。各ビンの許容差は ±1 nm です。

• ビン P:600 nm (最小) から 603 nm (最大)
• ビン Q:603 nm (最小) から 606 nm (最大)
• ビン R:606 nm (最小) から 609 nm (最大)
• ビン S:609 nm (最小) から 612 nm (最大)

4. 性能曲線分析

具体的なグラフデータは原資料で参照されていますが、このようなデバイスの典型的な性能曲線は、設計に不可欠な主要な関係性を示しています。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

I-V曲線は非線形です。順方向電圧 (V_F) は電流とともに増加しますが、温度係数を持ちます—V_Fは通常、接合温度が上昇すると減少します。これは定電流駆動設計で考慮する必要があります。

4.2 光度 vs. 順方向電流

光出力（光度）は、広い範囲で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発熱の増加により効率が低下する可能性があります。推奨される20mA以下で動作させることで、最適な効率と長寿命を確保できます。

4.3 温度特性

LEDの性能は温度に依存します。光度は一般に接合温度が上昇すると減少します。主波長も温度とともにわずかにシフトすることがあり、特に精密なアプリケーションでは知覚される色に影響を与えます。

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パッケージサイズに準拠しています。主要寸法（ミリメートル）は、長さ約1.6mm、幅約0.8mm、高さ約0.6mmです。公差は通常±0.1mmです。レンズはウォータークリアで、オレンジ色は内部のAlInGaP半導体チップによって生成されます。

5.2 推奨PCBランドパターン

赤外線または蒸気相リフローはんだ付け用のランドパターンが提供されています。このパターンは、適切なはんだ接合部の形成、リフロー中の自己位置合わせ、および信頼性の高い機械的接続を確保するように設計されています。推奨されるパッド形状に従うことは、トゥームストーニングや不良はんだ接合を防ぐために重要です。

5.3 極性識別

カソードは通常、デバイス上にマークされており、多くの場合、パッケージの対応する側面の緑色の着色や小さな切り欠きによって示されます。PCBのシルクスクリーンとフットプリントは、誤った配置を防ぐために極性を明確に示すべきです。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

デバイスは、鉛フリー (Pb-free) IRリフローはんだ付けプロセスと互換性があります。J-STD-020Bに準拠した推奨プロファイルが参照されています。主要なパラメータは以下の通りです:

• プリヒート:150-200°C
• プリヒート時間: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に従うことを推奨します。
• 最大はんだ付けサイクル:2 回。

プロファイルは、基板の厚さ、部品密度、はんだペーストの種類を考慮して、特定のPCBアセンブリに対して特性評価を行う必要があります。

6.2 手はんだ付け (必要な場合)

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°C。
• はんだ付け時間:パッドあたり最大 3 秒。
• 制限:はんだ付けサイクルは1回のみ。過度の熱は内部のダイやプラスチックパッケージを損傷する可能性があります。

6.3 保管条件

LEDは湿気に敏感なデバイス (MSD) です。

• 密封バッグ:温度 ≤30°C、相対湿度 (RH) ≤70% で保管。バッグ封印日から1年以内に使用してください。
• 開封バッグ/暴露時:温度 ≤30°C、相対湿度 (RH) ≤60% で保管。周囲空気に暴露してから168時間（7日）以内にIRリフローを完了することを強く推奨します。
• 長期暴露時:168時間を超えて暴露された場合、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間のベーキングが必要です。これは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ぐためです。

6.4 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承認されたアルコール系溶剤のみを使用してください。浸漬は常温で1分未満とします。過酷なまたは未指定の化学薬品は、パッケージ材料やレンズを損傷する可能性があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ&リール仕様

デバイスは、7インチ (178mm) 直径のリール上の8mm幅のエンボス加工キャリアテープに梱包されて供給されます。この梱包は、標準的な自動化SMD実装装置と互換性があります。

• リールあたりの数量:4000 個。
• 端数最小発注数量 (MOQ):500 個。
• カバーテープ:空の部品ポケットはトップカバーテープで密封されています。
• 欠品部品:仕様上、連続する欠品部品は最大2個まで許容されます。

梱包は ANSI/EIA-481 仕様に準拠しています。

8. アプリケーション推奨事項

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。信頼性の高い動作と一貫した輝度、特に複数のLEDを使用する場合には、各LEDまたは各並列ストリングのLEDと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。電流制御なしで電圧源から直接LEDを駆動することは推奨されず、性能の不一致やデバイスの故障の可能性につながります。直列抵抗値はオームの法則を使用して計算されます: R = (V_supply- V_F) / I_F, ここで V_Fは、所望の電流 I_F.

におけるLEDの順方向電圧です。

• 8.2 設計上の考慮点熱管理:
• 消費電力は低いですが、十分なPCBの銅面積やサーマルリリーフを確保することで、より低い接合温度を維持し、光出力と寿命を維持するのに役立ちます。電流デレーティング:
• 高い周囲温度（+85°Cに近い）で動作する場合は、内部発熱を減らすために順方向電流をデレーティングすることを検討してください。ESD保護:

特に高感度とは明記されていませんが、組立および取り扱い中は標準的なESD取り扱い予防措置を遵守する必要があります。

9. 技術比較と差別化

リン化ガリウム (GaP) などの古い技術と比較して、AlInGaP LEDはオレンジ色や赤色において、著しく高い発光効率と輝度を提供します。0603パッケージは、小型化と取り扱い/製造の容易さのバランスを表しています。より小さなパッケージ（例：0402）も存在しますが、一部の組立ラインではより困難であり、わずかに異なる熱特性を持つ場合があります。広い110度の指向角は、焦点を絞った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30mAで連続駆動できますか？

はい、30mAは最大定格の連続DC順方向電流です。ただし、最適な長寿命とアプリケーションでの潜在的な温度上昇を考慮して、20mAなどのより低い電流で設計することは一般的な慣行であり、安全マージンを提供します。

10.2 なぜ光度の範囲がこれほど広いのですか (90-280 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。デバイスは特定の強度ビン (Q2, R1, R2, S1, S2) に選別されます。設計者は、製品内での輝度の一貫性を確保するために、必要なビンコードを指定することができます。特定の輝度が重要な場合は、S1またはS2ビンを指定する必要があります。

10.3 このLEDを2回以上はんだ付けするとどうなりますか？

最大推奨はんだ付けサイクル（リフローは2回、手はんだは1回）を超えると、デバイスは累積的な熱ストレスにさらされます。これにより、内部のワイヤーボンドの劣化、半導体ダイの損傷、またはプラスチックパッケージの剥離を引き起こし、早期故障や信頼性の低下につながる可能性があります。

10.4 バッグを開封して1週間経過した場合、常にベーキングは必要ですか？

はい。168時間（7日）のフロアライフは、湿気に敏感なデバイスにとって重要なガイドラインです。適切な乾燥保管（乾燥器内など）なしに、この期間を超えて部品が周囲条件に暴露された場合、高温リフローはんだ付けプロセス中に吸収した湿気を除去し、蒸気圧による損傷を防ぐために、必須のベーキング（60°Cで48時間）が必要です。

11. 実用的なアプリケーション事例研究シナリオ:

5つの同一のオレンジ色LEDインジケータを持つネットワークルーターの状態表示パネルを設計する。

1. 設計ステップ:パラメータ選択:
2. 一貫性のためにビンコードを選択します。例えば、均一な色と輝度を確保するために、主波長ビン R (606-609nm) と光度ビン S1 (180-220 mcd) を指定します。回路設計:_Fルーターの内部ロジック電源は3.3Vです。典型的な V_Fとして2.1V (ビン D3 から)、目標 I
3. として20mAを使用し、直列抵抗を計算します: R = (3.3V - 2.1V) / 0.020A = 60 オーム。標準の62オーム抵抗が使用されます。PCBレイアウト:
4. 推奨ランドパターンを使用します。5つのLEDを一貫した向きで配置します。シルクスクリーンに明確な極性マーキングを含めます。組立:
5. LEDが防湿バッグ開封後168時間以内に使用されるか、適切にベーキングされていることを確認します。推奨IRリフロープロファイルに従います。結果:

視覚的に一致した色と輝度を持つ5つのインジケータが、エンドユーザーに明確な状態情報を提供します。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオードは、半導体p-n接合デバイスです。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（活性層）に注入されます。これらの電荷キャリア（電子と正孔）が再結合すると、エネルギーが放出されます。LEDでは、このエネルギーは光子（光）の形で放出されます。放出される光の特定の波長（色）は、活性層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。このオレンジ色LEDの場合、材料はアルミニウムインジウムガリウムリン (AlInGaP) であり、可視スペクトルのオレンジ/赤色部分の光に対応するバンドギャップを持っています。透明なエポキシレンズは、半導体チップを保護し、光出力ビームを形成する役割を果たします。

13. 技術トレンド