SMD LED 0201 赤色 AlInGaP データシート - 外形寸法 0.6x0.3x0.25mm - 電圧 1.7-2.4V - 電力 72mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、0201パッケージサイズの超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。本デバイスは、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）技術を採用し、赤色光を出力します。極めてコンパクトな寸法により、自動化されたプリント基板（PCB）実装プロセスや、スペースが限られた用途に適しています。

1.1 主な特長

• 超小型フットプリント：0201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小クラスであり、高密度PCB設計を可能にします。
• 自動化互換性：高速自動実装機および標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性を考慮して設計されています。
• RoHS準拠：本デバイスは、有害物質使用制限（RoHS）指令に準拠して製造されています。
• IC互換性：電気的特性は、集積回路出力との直接インターフェースを可能にします。

1.2 対象市場と用途

本LEDは、小型サイズと信頼性の高い表示が求められる、幅広い民生用および産業用電子機器を対象としています。

• 携帯電子機器：携帯電話、タブレット、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどの状態表示灯。
• ネットワーク・通信機器：ルーター、スイッチ、モデムなどのリンク/アクティビティ表示灯。
• 家電製品・オフィスオートメーション：電源、モード、または機能の表示灯。
• フロントパネルバックライト：シンボル、アイコン、ボタンの照明。
• 汎用状態/信号表示：コンパクトで明るい視覚的インジケータを必要とするあらゆる用途。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに定義されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて客観的な解釈を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらは、いかなる条件下でも（一瞬たりとも）超えてはならないストレス限界値です。この限界を超えて動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 損失電力（P_d）：72 mW。これは、熱として許容される最大電力損失です。これを超えると過熱や寿命低下の原因となります。
• ピーク順方向電流（I_FP）：80 mA。これはパルス条件下（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。連続DC動作には使用できません。
• DC順方向電流（I_F）：30 mA。これは、信頼性の高い長期動作のために推奨される最大連続順方向電流です。
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +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（T_stg）：-40°C ～ +100°C。電源が入っていない状態では、この範囲内で損傷なく保管できます。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、周囲温度25°C、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）：170 - 340 mcd（最小 - 最大）。これは、人間の目の応答（CIE曲線）に合わせてフィルタリングされたセンサーで測定される、LEDの知覚される明るさです。広い範囲は、ビニングシステムが使用されていることを示します（セクション3参照）。
• 指向角（2θ_1/2）：110°（標準）。これは、光度がピーク（軸上）値の半分に低下する全角です。110°の角度は非常に広い視野円錐を提供します。
• ピーク発光波長（λ_p）：624 nm（標準）。これは、光発光スペクトルの最高点における波長です。
• 主波長（λ_d）：617 - 630 nm。これはCIE色度図から導出され、知覚される色（赤）を最もよく表す単一波長を表します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：15 nm（標準）。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色に近い色を意味します。
• 順方向電圧（V_F）：1.7 - 2.4 V。20 mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。この範囲もビニングの対象となります。
• 逆方向電流（I_R）：100 μA（最大） V_R= 5V時。デバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータはリーク試験の目的のみです。

3. ビニングシステムの説明

生産の一貫性を確保するため、LEDは主要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、設計者はアプリケーションに必要な特定の明るさと電圧要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度（I_V）ビニング

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。

• ビンコード S1：最小 170.0 mcd、最大 240.0 mcd。
• ビンコード S2：最小 240.0 mcd、最大 340.0 mcd。
• 各ビン内の許容差は ±11%。

3.2 順方向電圧（V_F）ビニング

LEDは、20 mA時の順方向電圧降下によってもビニングされます。これは、並列回路における電流マッチングや電源設計にとって重要です。

• ビンコード D2：最小 1.7 V、最大 2.0 V。
• ビンコード D3：最小 2.0 V、最大 2.2 V。
• ビンコード D4：最小 2.2 V、最大 2.4 V。
• 各ビン内の許容差は ±0.10 V。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフデータが参照されていますが、以下にそのようなLEDの典型的な性能傾向について説明します。

4.1 電流-電圧（I-V）特性

LEDはダイオードのようなI-V曲線を示します。順方向電圧（V_F）は電流とともに対数的に増加します。20 mAでの指定V_F範囲は、電流制限回路（通常は直列抵抗）の設計にとって重要です。

4.2 光度-順方向電流特性

光出力（I_V）は、広い範囲で順方向電流（I_F）にほぼ比例します。ただし、非常に高い電流では発熱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20-30 mA以下で動作させることで、最適な性能と長寿命が確保されます。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。一般的に、順方向電圧（V_F）は接合温度の上昇とともに減少し、光度も減少します。-40°Cから+85°Cの指定動作温度範囲は、保証性能の限界を定義します。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは、EIA標準0201パッケージ外形に準拠しています。主要寸法（ミリメートル）は、長さ約0.6mm、幅約0.3mm、高さ約0.25mmです。公差は通常±0.2mmです。レンズはウォータークリアで、AlInGaPチップが赤色光を発光します。

5.2 推奨PCBパッド設計

適切なはんだ付けとIRリフロー中の機械的安定性を確保するために、PCB用のランドパターン（フットプリント）が提供されています。設計は通常、良好なはんだフィレット形成を容易にするために、デバイスの端子よりわずかに大きい2つの長方形パッドを含みます。

5.3 極性識別

0201パッケージの場合、極性は通常、部品本体のマーキングまたはテープ＆リール梱包の内部構造によって示されます。カソードが識別されるのが一般的です。設計者は、正しい配置を確保するためにテープ方向図を参照する必要があります。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは、鉛フリー（Pbフリー）赤外線（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提供されており、主要な制限は以下の通りです：

• プリヒート：150-200°C、最大120秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間：熱ダメージなく適切な接合部形成を確保するため、標準プロファイル限界内に収めることが推奨されます。

注意：実際のプロファイルは、基板厚さ、部品密度、はんだペースト仕様を考慮して、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 保管と取り扱い

• 湿気感受性：デバイスは乾燥剤入りの防湿バッグに梱包されています。元のバッグを開封すると、部品は周囲湿度に敏感になります。
• フロアライフ：防湿バッグを開封後、≤ 30°C / 60% RHで保管した場合、168時間（7日）以内にIRリフローを完了することが推奨されます。
• 長期保管：168時間を超えて保管する場合は、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、はんだ付け前に再ベーキング（例：60°Cで48時間）を行う必要があります。

6.3 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。浸漬は常温で、1分未満とします。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. 梱包と発注

7.1 テープ＆リール仕様

部品は、12mm幅のエンボス加工キャリアテープに供給され、7インチ（178mm）直径のリールに巻かれています。

• 1リールあたりの数量：4000個。
• 最小発注数量（MOQ）：残数については500個。
• 梱包標準：ANSI/EIA-481仕様に準拠。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。特に複数のLEDを並列接続する場合、均一な明るさを確保するために、各LEDには理想的に独自の電流制限抵抗が必要です。LEDを直列に駆動すると同一の電流が流れ、光度のマッチングが促進されます。

8.2 熱管理

損失電力は低い（最大72mW）ですが、適切なPCBレイアウトは放熱に役立ちます。はんだパッド周囲に十分な銅面積を確保し、PCB上の局所的なホットスポットへの配置を避けることが、長期信頼性に貢献します。

8.3 設計検証

超小型サイズのため、はんだ付け後の外観検査には拡大が必要な場合があります。電気試験では、選択したビンコードに対して順方向電圧と光出力が期待される範囲内にあることを確認する必要があります。

9. 技術比較と差別化

この部品の主な差別化要因は、そのパッケージサイズにあります。0201フットプリントは、0402や0603 SMD LEDなどの一般的な代替品よりも大幅に小型です。これにより、より高い部品密度とよりコンパクトな最終製品が可能になります。トレードオフとして、より大きなパッケージと比較して、最大損失電力がわずかに低く、より精密な実装設備が必要になる場合があります。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 このLEDを3.3Vまたは5Vのロジック出力から直接駆動できますか？

いいえ。常に直列の電流制限抵抗が必要です。抵抗値（R）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。保守的な設計のために最大V_F(2.4V)を使用し、3.3V電源、目標I_F20mAの場合、R = (3.3 - 2.4) / 0.02 = 45Ω。標準の47Ω抵抗が適しています。

10.2 ビニングはなぜ重要ですか？

ビニングは、生産ロット内での色と明るさの一貫性を保証します。複数のLEDを並べて使用するアプリケーション（例：インジケータパネル）では、同じ光度と電圧のビンコードを指定することが、明るさや色調の目に見える違いを避けるために重要です。

10.3 絶対最大DC電流を超えるとどうなりますか？

30 mA DCを超えて動作させると、接合温度が安全限界を超えて上昇します。これにより、光束維持率の低下（LEDが時間とともに暗くなる）が加速し、致命的な故障につながる可能性があります。回路は常に推奨DC順方向電流内で動作するように設計してください。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：単一の赤色状態LEDを備えたコンパクトなIoTセンサーモジュールを設計。4層PCB上のスペースは非常に限られています。

実装：最小フットプリントのために0201 LEDが選択されます。基板端近くに配置されます。47Ω、0201サイズの抵抗が、LEDアノードと3.3VマイクロコントローラのGPIOピンの間に直列に配置されます。GPIOはオープンドレイン出力として構成され、アクティブ時に電流をグランドにシンクします。カソードはGPIOピンに接続され、アノードは抵抗を介して3.3Vに接続されます。この構成により、MCUはGPIOをLowに設定することでLEDを点灯できます。データシートのランドパターンがPCBレイアウトで使用されます。実装業者には、部品の湿気感受性レベル（MSL）と制御されたリフロープロファイルの必要性が通知されます。

12. 動作原理

このLEDは、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料に基づいています。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体接合の活性領域に注入されます。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接、発光の波長（色）に対応します—この場合は赤色スペクトル（約624 nm）です。ウォータークリアエポキシレンズは半導体チップを封止し、光出力ビームを形成します。

13. 技術トレンド

インジケータLEDの一般的なトレンドは、電子機器の小型化をサポートするために、より小さなパッケージサイズ（0201や01005など）に向かって続いています。また、効率の向上（単位電力あたりの光出力の増加）や過酷な条件下での信頼性の向上にも焦点が当てられています。さらに、他の受動部品やドライバとのマルチチップモジュールへの統合も開発分野の一つですが、このような個別LEDは、多くのアプリケーションにおいて設計の柔軟性とコスト効率のために不可欠です。