SMD LED LTSA-E67RVEWTU データシート - 拡散レッド AlInGaP - 70mA - 185.5mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、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。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適しています。主な特徴として、拡散レンズとアルミニウムインジウムガリウムリン化物（AlInGaP）半導体技術に基づく赤色光源が挙げられます。

1.1 主要機能とターゲット市場

このLEDは、信頼性と統合の容易さを高めるいくつかの主要機能を備えて設計されています。有害物質の使用制限（RoHS）指令に準拠しています。部品は業界標準の梱包、すなわち7インチ径のリールに巻かれた8mmテープで供給され、高速自動ピックアンドプレース組立を容易にします。JEDEC Moisture Sensitivity Level 2aに準拠したプリコンディショニングを経ており、リフローはんだ付け時の湿気による損傷に対する堅牢性を確保しています。さらに、本製品は自動車電子機器で使用される部品の重要な基準であるAEC-Q101 Rev. D規格に基づいて認定されています。その設計は、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。主なターゲットアプリケーションは、信頼性と様々な環境条件下での性能が最も重要となる自動車アクセサリーシステムです。

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の絶対限界値と動作特性について詳しく説明します。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部品が安全動作領域（SOA）内で動作することを保証するために不可欠です。

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。これらの定格は、周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。最大連続DC順方向電流（IF）は70 mAです。デューティサイクル1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下では、デバイスは100 mAのピーク順方向電流を扱うことができます。最大消費電力（Pd）は185.5 mWです。デバイスの動作および保管温度範囲は-40°Cから+100°Cです。鉛フリーはんだ付けプロセスでは、ピーク温度260°C、最大10秒間の赤外線リフロープロファイルに耐えることができます。

2.2 熱特性

熱管理は、LEDの性能と寿命にとって極めて重要です。半導体接合部から周囲空気への熱抵抗（RθJA）は、標準的な厚さ1.6mm、銅パッド面積16mm²のFR4 PCB上で測定した場合、典型的に280 °C/Wです。接合部からはんだ付けポイントへの熱抵抗（RθJS）は典型的に130 °C/Wで、ヒートシンクへのより直接的な経路を提供します。許容最大接合温度（Tj）は125°Cです。この温度を超えると、光束維持率の低下が加速し、致命的な故障につながる可能性があります。

2.3 電気光学特性

電気光学特性は、Ta=25°C、試験電流（IF）50 mA（絶対最大定格を下回る一般的な動作点）で測定されます。光度（Iv）は最小1800ミリカンデラ（mcd）から最大3550 mcdの範囲です。視野角（2θ½）は、光度が軸上の値の半分に低下する全角として定義され、120度であり、広く拡散した発光パターンを示しています。ピーク発光波長（λP）は632 nmです。知覚される色を定義する主波長（λd）は、618 nmから630 nmの範囲で規定されています。スペクトル帯域幅（Δλ）は約20 nmです。50 mA時の順方向電圧（VF）は1.9Vから2.65Vの範囲です。逆電流（IR）は、逆電圧（VR）12Vが印加された場合、最大10 μAに制限されます。このデバイスは逆バイアス動作用に設計されていないことに注意することが重要です。

3. ビン区分システムの説明

生産アプリケーションにおける色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。ロットには、その順方向電圧（Vf）、光度（Iv）、主波長（Wd）のランクを表すコードがラベル付けされます。

3.1 順方向電圧（Vf）ビニング

順方向電圧は約0.15V刻みでビン分けされます。ビンコードはC（1.90V - 2.05V）からG（2.50V - 2.65V）まであります。各ビンには±0.1Vの許容差が適用されます。同じVfビンからLEDを選択することで、複数のデバイスを並列接続した場合の均一な電流分布を維持するのに役立ちます。

3.2 光度（Iv）ビニング

光度は3つのビンに分類されます：X1（1800-2240 mcd）、X2（2240-2800 mcd）、Y1（2800-3550 mcd）。各ビンには±11%の許容差が適用されます。これにより、設計者はアプリケーションに適した輝度レベルを選択できます。

3.3 主波長（Wd）ビニング

赤色の正確な色合いを決定する主波長は、3nm刻みでビン分けされます。ビンコードは5（618-621 nm）、6（621-624 nm）、7（624-627 nm）、8（627-630 nm）です。各ビンの許容差は±1 nmです。この厳密な制御は、特定の色度点を必要とするアプリケーションにとって不可欠です。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、LEDが様々な条件下でどのように動作するかを示し、堅牢なシステム設計にとって重要です。

4.1 電流対電圧（I-V）特性

順方向電圧は順方向電流に対して対数的な関係を示します。低電流では、電圧はダイオードの内蔵電位に近くなります。電流が増加すると、半導体材料と接点の直列抵抗により電圧が上昇します。設計者はこの曲線を使用して、LEDが最大定格を超えずに所望の輝度で動作するように、適切な電流制限抵抗または駆動回路を選択する必要があります。

4.2 光度対順方向電流

光度は、通常の動作範囲内では、一般に順方向電流に比例します。しかし、非常に高い電流では、発熱の増加やその他の非放射再結合プロセスにより効率が低下する可能性があります。LEDを推奨電流を大幅に超えて動作させると、寿命が短くなります。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に大きく依存します。接合温度が上昇すると、所定の電流に対する順方向電圧は通常わずかに低下します。より重要なことに、発光出力が減少します。主波長も温度とともにわずかにシフトする可能性があります。したがって、特に自動車環境のような高電力または高周囲温度のアプリケーションでは、一貫した光学性能を維持するために効果的なヒートシンクが不可欠です。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形寸法と極性識別

このLEDは標準的なEIAパッケージ外形に準拠しています。すべての重要な寸法はミリメートルで提供され、特に指定がない限り一般的な公差は±0.2 mmです。重要な設計上の注意点として、アノードリードフレームはLEDの主要なヒートシンクとしても機能します。PCBレイアウトと組立時にアノードとカソードを正しく識別することは、正しい極性接続を確保するために重要です。

5.2 推奨PCBパッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付けと最適な熱性能を確保するために、PCBの推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。このパターンは、赤外線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。この推奨レイアウトに従うことで、適切なはんだフィレットの形成、機械的安定性の確保、LEDの熱パッド（アノード）からPCBへの熱伝達の最大化に役立ちます。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

J-STD-020規格に従い、鉛フリープロセス用の詳細な赤外線リフローはんだ付けプロファイルが規定されています。このプロファイルには、予熱、熱浸漬、リフロー、冷却の各段階が含まれます。重要なパラメータは、ピークパッケージ本体温度が260°Cを超えず、最大10秒間維持されることです。このプロファイルに従うことは、LEDのエポキシレンズと内部半導体構造への熱損傷を防ぐために不可欠です。

6.2 保管と取り扱い上の注意

本製品は、JEDEC J-STD-020に基づき、Moisture Sensitivity Level（MSL）2aに分類されます。乾燥剤入りの元の密閉防湿バッグ内では、保管温度は≤30°C、相対湿度は≤70%で、1年以内に使用する必要があります。バッグを開封した後は、部品は≤30°C、≤60% RHで保管してください。バッグ開封後4週間以内にIRリフロー工程を完了することを推奨します。元の梱包外で4週間を超えて保管する場合は、部品を乾燥剤入りの密閉容器に保管するか、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間ベーキングして吸収した湿気を除去し、リフロー時のポップコーン現象を防止する必要があります。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。LEDを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は許容されます。指定外の溶剤や強力な化学洗浄剤の使用は、LEDのプラスチックパッケージと光学レンズを損傷する可能性があります。

7. 梱包と発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

LEDは、幅8mmのエンボスキャリアテープに供給されます。テープは標準的な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個が含まれています。梱包は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、カバーテープ、リールの詳細な寸法が提供されています。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

主な意図されたアプリケーションは、自動車アクセサリー機能です。これには、拡散した広角の赤色発光が必要とされる、室内環境照明、ダッシュボードインジケータライト、センターコンソール照明、または外部マーカーライトなどが含まれます。そのAEC-Q101認定により、自動車内の過酷な環境条件（温度、湿度、振動）に適しています。

8.2 重要な設計上の考慮事項

電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。順方向電流を安全な値（通常、電源変動を考慮して推奨範囲の50-70 mA以下）に制限するために、直列抵抗または定電流駆動回路が必須です。
熱管理：最大接合温度を超えてはなりません。アノードパッドから適切な熱経路を提供するようにPCBレイアウトを設計してください。高電流または高周囲温度のアプリケーションでは、PCB上の銅面積を大きくするか、追加の熱ビアを使用して放熱を考慮してください。
ESD保護：このデバイスに対して明示的に記載されていませんが、AlInGaP LEDは静電気放電（ESD）に敏感な場合があります。組立時の標準的なESD取り扱い予防措置を実施することを推奨します。
光学設計：120°の視野角と拡散レンズは、柔らかく広いビームを提供します。より焦点を絞ったビームを必要とするアプリケーションでは、二次光学部品（例：レンズ、導光板）が必要になります。

9. 技術比較と差別化

このAlInGaPベースの赤色LEDは、特定の利点を提供します。ガリウムヒ素リン化物（GaAsP）のような古い技術と比較して、AlInGaPはより高い発光効率を提供し、同じ入力電流に対してより大きな輝度をもたらします。拡散レンズは均一で広い発光パターンを作り出し、焦点を絞ったスポット照明ではなく、エリア照明に理想的です。AEC-Q101認定とMSL 2a定格は、自動車やその他の要求の厳しいアプリケーションにおける重要な差別化要因であり、標準的な商業グレードのLEDと比較して強化された信頼性試験と耐湿性を示しています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5Vまたは12V電源から直接駆動できますか？
A: いいえ。電流制限機構を使用する必要があります。5V電源の場合、一般的に直列抵抗が使用されます（R = (電源電圧 - Vf) / If）。12V電源の場合、抵抗では過剰な熱が発生します。定電流ドライバまたはスイッチングレギュレータの使用を推奨します。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？
A: ピーク波長（λP）は、スペクトルパワー分布が最大となる波長（632 nm）です。主波長（λd）は、LEDの知覚される色に一致する単色光の単一波長（618-630 nm）です。λdは色仕様により関連性があります。

Q: なぜ熱抵抗が重要なのですか？
A: 熱抵抗は、熱がLED接合部からどれだけ効果的に逃げるかを定量化します。熱抵抗が低いほど放熱性が良く、接合温度を安全限界内に保ちながら、より高い電流で、またはより高温の環境でLEDを駆動できるようになり、長期的な信頼性と安定した光出力を確保できます。

Q: データシートに逆電圧試験が記載されています。このLEDをAC回路または逆極性保護付きで使用できますか？
A: 12V逆電圧定格は試験目的のみです。このデバイスは連続逆バイアス動作用に設計されていません。AC回路または極性保護では、LEDにかかる逆電圧をブロックするために外部の直列ダイオードを使用する必要があります。

11. 実践的な設計と使用例

シナリオ：自動車制御モジュール用の赤色ステータスインジケータを設計します。モジュールは車両の12Vバッテリーシステム（稼働時は公称14V）で動作します。インジケータは日中でも明確に視認できる必要があります。
設計手順：
1. 電流選択：輝度と寿命の良いバランスのために、50 mAの動作点を選択します。
2. ドライバ選択：高い電源電圧のため、単純な抵抗では0.5W以上の電力が無駄になります。より良い解決策は、50 mAに設定された低ドロップアウト（LDO）定電流LEDドライバICです。
3. 熱設計：モジュールはエンジンベイに設置される可能性があります。最大周囲温度（例：85°C）を見積もります。予想される接合温度上昇を計算します：ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA。典型的なVF=2.2V、RθJA=280°C/W、Pd=0.11Wを使用すると、ΔTj ≈ 31°C。Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°Cで、最大125°Cを下回ります。これは許容範囲ですが限界です。信頼性を向上させるために、アノードに接続されたPCBパッド上の銅面積を増やして実効的なRθJAを下げてください。
4. ビン選択：ダッシュボード内の複数ユニット間で外観を一貫させるために、主波長（例：ビン7）と光度（例：ビンX2またはY1）について厳密なビンを指定します。

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部を越えて注入されます。これらの電荷キャリアは半導体の活性領域で再結合します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、この再結合イベントのかなりの部分が光子（光）の形でエネルギーを放出します。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。AlInGaP合金は、可視スペクトルの赤、オレンジ、黄色の部分で光を生成するように設計されています。拡散レンズは、散乱粒子を含むエポキシまたはシリコーン材料で作られています。これらの粒子は、半導体チップから発せられた光をランダムに方向転換させ、ビーム角を広げ、クリアレンズLEDに典型的な明るい中心のホットスポットをなくすことで、より均一で柔らかい外観を作り出します。

13. 技術トレンドと開発動向

LED技術の分野は絶えず進化しています。この部品のようなインジケータや信号用途では、いくつかの主要分野に焦点が当てられています。効率向上：継続的な材料科学研究は、AlInGaPや他の半導体材料の内部量子効率（IQE）を改善し、単位電気入力電力あたりのより高い発光出力（lm/W）をもたらすことを目指しています。信頼性の向上：自動車および産業市場からの要求により、より高い接合温度とより極端な熱サイクルに耐えるためのパッケージ材料（例：高温シリコーン）やダイアタッチ技術の改善が進められています。小型化：光学出力を維持または増加させながら、より小さなパッケージフットプリントへの絶え間ない推進があり、現代の電子デバイスにおけるより高密度な統合を可能にしています。色の一貫性とビニング：エピタキシャル成長と製造プロセス制御の進歩により、波長と光度の分布がより狭まり、広範なビニングの必要性が減少し、メーカーの在庫管理が簡素化されています。統合ソリューション：LEDダイとドライバIC、保護部品（ESDダイオードなど）、さらには制御ロジックを単一のスマートパッケージモジュールに統合するという成長傾向があります。