SMD LED RGB 白色拡散 5630パッケージ - 外形寸法 5.6x3.0x1.9mm - 電圧 1.8-3.8V - 電力 0.13W - 技術仕様書

1. 製品概要

本資料は、白色拡散レンズを備えた5630パッケージフォーマットの表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、1つのパッケージ内に3つの独立した発光チップ（赤色（AlInGaP）、緑色（InGaN）、青色（InGaN）各1つ）を統合しています。この構成により、各チップを個別または組み合わせて制御することで、多様な色を生成することが可能です。主な設計目標は、自動化された実装プロセスに適した、コンパクトで信頼性が高く効率的な照明ソリューションを提供することです。

1.1 中核的利点

• 小型化設計：小型フォームファクタは、プリント基板（PCB）上のスペースが限られた用途に理想的です。
• 自動化互換性：本パッケージは、自動ピックアンド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を考慮して設計されており、大量生産を容易にします。
• 多様な色出力：統合されたRGBチップにより広範な色スペクトルが可能となり、状態表示、バックライト、装飾照明に適しています。
• 環境適合性：本製品はRoHS（有害物質の使用制限）指令に適合しています。
• 標準化された包装：12mm幅のテープに巻かれ、7インチ径のリールに収められて供給され、効率的な取り扱いと保管のためのEIA標準に準拠しています。

1.2 対象アプリケーション

本LEDは、信頼性の高いコンパクトな表示灯が必要とされる幅広い電子機器向けに設計されています。典型的な適用分野は以下の通りです：

• 民生用電子機器：コードレス電話、携帯電話、ノートパソコン、家電製品における状態表示灯。
• 業務用・産業用機器：ネットワークシステム、オフィスオートメーション機器、産業用制御パネルのフロントパネル表示灯。
• 表示・サイン：信号およびシンボル照明用途、および拡散された均一な光出力が求められるフロントパネルバックライト。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のある限界値を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 電力損失（Pd）：赤：130 mW；緑/青：114 mW。このパラメータは、LEDが熱として放散できる最大電力を示します。この限界を超えると熱損傷のリスクがあります。
• ピーク順電流（I_FP）：全色でパルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で100 mA。これは短時間の高輝度フラッシュには有用ですが、連続動作には適しません。
• 直流順電流（I_F）：赤：50 mA；緑/青：30 mA。これは、信頼性の高い長期動作のための推奨最大連続順電流です。
• 温度範囲：動作：-40°C ～ +85°C；保管：-40°C ～ +100°C。これらは、デバイスの機能および非動作時保管の環境限界を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

特に断りのない限り、標準試験条件Ta=25°C、I_F=20mAで測定。

• 光度（I_v）：知覚される光出力の主要な尺度。最小/標準/最大値：赤：560/-/1120 mcd；緑：1400/-/2800 mcd；青：280/-/560 mcd。緑色チップが最も高い標準出力を示します。
• 指向角（2θ_1/2）：標準120度。拡散レンズによって実現されるこの広い角度は、狭いビームではなく広く均一な照明を提供し、表示灯用途に理想的です。
• 順方向電圧（V_F）：LEDが導通時の両端の電圧降下。範囲：赤：1.8V ～ 2.6V；緑/青：2.8V ～ 3.8V。赤色チップの低いV_Fは、InGaN（緑/青）と比較したAlInGaP技術の特徴です。設計者はドライバ回路設計においてこれらの違いを考慮する必要があります。
• ピーク波長（λ_P）および主波長（λ_d）： λ_Pはスペクトルのピーク：赤～630nm、緑～518nm、青～468nm。λ_dは人間の目が知覚する単一波長であり、緑（520-530nm）および青（465-475nm）に対して指定されたビンがあります。
• 逆方向電流（I_R）：V_R=5Vで最大10 μA。本デバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータは試験目的のみです。逆電圧が印加される可能性がある場合は、回路保護（直列抵抗やダイオードなど）を推奨します。

3. ビニングシステムの説明

生産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。本デバイスは、光度と主波長に基づく二次元ビニングシステムを使用しています。

3.1 光度ビニング

各色チップは、20mA時の光出力に基づいて個別にビニングされます。

• 赤：ビン U2（560-710 mcd）、V1（710-900 mcd）、V2（900-1120 mcd）。
• 緑：ビン W2（1400-1800 mcd）、X1（1800-2240 mcd）、X2（2240-2800 mcd）。
• 青：ビン T1（280-355 mcd）、T2（355-450 mcd）、U1（450-560 mcd）。
• 各光度ビン内の許容差は +/-11% です。

3.2 主波長ビニング

色調を制御するために緑色および青色チップに適用されます。

• 緑：ビン AP（520-525 nm）、AQ（525-530 nm）。
• 青：ビン AC（465-470 nm）、AD（470-475 nm）。
• 各波長ビン内の許容差は +/-1 nm です。

3.3 複合ビンコード（オンタグコード）

製品リールタグに印字された単一の英数字コード（例：A1、B4、D2）は、3色すべての光度ビンと緑/青の波長ビンを組み合わせたものです。この相互参照表により、設計者は厳密に管理された光学特性を持つLEDを指定・調達することができ、最終製品における視覚的一貫性を確保します。例えば、コードA1は、赤がビンU2、緑がビンW2、青がビンT1であることを指定します。

4. 機械的・包装情報

4.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは標準的な5630フットプリントに準拠しています。主要寸法（ミリメートル、特に記載のない限り公差±0.2mm）は、本体長約5.6mm、幅3.0mm、高さ1.9mmを含みます。詳細な寸法図には、パッド位置、レンズ形状、極性マーキングが規定されています。

4.2 ピン割り当てと極性

6パッド構成により、各チップへの独立したアクセスが可能です：ピン1 & 6：青；ピン2 & 5：緑；ピン3 & 4：赤。各チップのカソードは通常、フットプリント図で示されます。PCBレイアウトおよび実装時には正しい極性を遵守する必要があります。

4.3 推奨PCB実装パッド

適切なはんだ接合部の形成、機械的安定性、およびリフローはんだ付け時の放熱を確保するために、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。このパターンに従うことは、実装歩留まりと長期信頼性にとって重要です。

4.4 テープおよびリール包装

LEDは、エンボス加工されたキャリアテープ（幅12mm）に収められ、カバーテープで密封されています。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1000個が収容されています。包装はEIA-481-1-B仕様に準拠しており、自動実装装置との互換性を確保しています。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

J-STD-020Bに準拠した、無鉛はんだプロセス用の推奨リフロープロファイルが提供されています。このプロファイルは、プリヒート、ソーク、リフロー最高温度（LEDの最大温度定格を超えてはならない）、冷却速度などの重要なパラメータを詳細に説明しています。このプロファイルに従うことは、熱衝撃およびLEDパッケージやエポキシレンズへの損傷を防止するために不可欠です。

5.2 洗浄

実装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。データシートでは、常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を推奨しています。指定外または強力な化学薬品の使用は、レンズ材料やパッケージマーキングを損傷する可能性があります。

5.3 保管条件

未開封包装：乾燥剤入りの元の防湿バッグに入ったLEDは、温度≤30°C、相対湿度（RH）≤70%で保管する必要があります。これらの条件下での推奨保管寿命は1年です。
開封済み包装：防湿バリアバッグを開封したら、部品は速やかに使用してください。保管が必要な場合は、条件が30°Cおよび60% RHを超えないようにしてください。より高い湿度にさらされると吸湿を引き起こし、リフローはんだ付け時にポップコーン現象（パッケージクラック）を引き起こす可能性があります。

6. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

6.1 ドライバ回路設計

赤、緑、青のチップの順方向電圧（V_F）が異なるため、共通の電源に単純に並列接続することは推奨されません。これは、不均一な電流分配と輝度の原因となります。推奨される方法は、各色チャネルを電流制限抵抗で独立して駆動するか、より一貫性のある調光制御のためには定電流ドライバまたはPWM（パルス幅変調）回路を使用することです。

6.2 熱管理

電力損失は比較的低いですが、長寿命のためにはPCB上の適切な熱設計が依然として重要です。放熱パッド（存在する場合）またはデバイスの実装パッドに接続された十分な銅面積を確保することは、放熱を助け、接合部温度を低く保ち、光出力と寿命を維持します。

6.3 光学統合

白色拡散レンズはランバート配光（広い指向角）を提供します。より指向性の高い光が必要な用途では、二次光学部品（導光板や外部レンズなど）が必要になる場合があります。拡散性により、ホットスポットを最小限に抑え、直接見た場合に均一な外観を提供します。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 単一の3.3V電源から3色（RGB）すべてを並列に駆動できますか？
A: 効果的にはできません。青色および緑色チップの順方向電圧（最小2.8V）は3.3Vに近く、電流制限抵抗にかかる電圧降下が非常に小さくなるため、電流制御が不正確になり、電源変動の影響を受けやすくなります。赤色チップ（V_F～2.2V）には不釣り合いに高い電流が流れます。チャネルごとの独立した電流制御を強くお勧めします。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？
A: ピーク波長（λ_P）は、LEDの分光パワー分布における文字通りの最高点です。主波長（λ_d）は、標準的な人間の観察者にとってLEDと同じ色（色相）に見える純粋な単色光の単一波長を表す計算値です。色指定にはλ_dの方がより関連性があります。

Q: 緑/青の最大直流電流は30mAですが、ピークパルス電流は100mAです。100mAでPWMを使用できますか？
A: はい、ただし厳格な制限付きです。100mA定格は、非常に特定の条件下でのみ適用されます：0.1msのパルス幅と10%のデューティサイクル（つまり、LEDは0.1ms点灯、その後0.9ms消灯）。平均電流は直流定格を超えてはなりません。例えば、10%デューティサイクルで100mAパルスを使用すると、平均電流は10mAとなり安全です。パルス幅またはデューティサイクル仕様を超えると過熱を引き起こす可能性があります。

Q: リールラベルのビンコードをどのように解釈すればよいですか？
A: 英数字コード（例：C5、D1）は、データシートのセクション4.1および4.2の表との相互参照です。このコードを調べて、赤、緑、青の特定の光度範囲、および緑と青の主波長範囲を見つけます。これにより、そのリール上のLEDの正確な性能特性を知ることができます。

8. 実践的な設計および使用事例

シナリオ: ネットワークルーター用多色状態表示灯の設計
デバイスは、電源（緑色点灯）、ネットワーク活動（緑色点滅）、エラー状態（赤または青）を示すLEDを必要とします。LTST-G563EGBWのような単一のRGB LEDは、3つの個別LEDを使用する場合と比較してPCBスペースを節約しながら、これらすべての役割を果たすことができます。

実装方法：
1. マイクロコントローラのGPIOピンは、3つの独立したドライバトランジスタ（または専用LEDドライバIC）に接続され、それぞれがRGB LEDの1色チャネルを制御します。
2. 電源オンの場合、緑色チャネルを10-15mA（最大30mAを大幅に下回る）で駆動し、明確で明るい表示とします。
3. ネットワーク活動の場合、同じ緑色チャネルを高周波PWMで切り替えて点滅効果を生成し、平均電流は依然として制限内に収めます。
4. エラー状態の場合、赤色チャネルを点灯させます。より具体的な重大エラーには青色チャネルまたは組み合わせ（例：赤+青=マゼンタ）を使用できます。
5. 拡散レンズの広い120度の指向角により、ルーター周囲の様々な角度から状態が見えるようになります。
6. 設計者は、厳密なビニングコード（例：緑をビンX1および特定の波長ビンに要求）を指定することで、製造されるすべてのルーター単位で一貫した色と明るさを確保します。

9. 技術紹介

本LEDは、2つの主要な半導体材料技術を利用しています：
アルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）：赤色発光チップに使用されます。この材料システムは、スペクトルの赤から琥珀色の部分で光を生成するのに効率的で、通常、InGaNベースのLEDよりも低い順方向電圧を示します。
インジウムガリウム窒素（InGaN）：緑色および青色発光チップに使用されます。結晶構造中のインジウム/ガリウム比を変化させることで、バンドギャップ、ひいては発光波長を調整できます。InGaNを用いた高効率緑色光の達成は、歴史的に青色よりも困難であり、同じ基本材料を使用しているにもかかわらず、緑色と青色チップ間の異なる性能パラメータ（順方向電圧、効率など）に反映されています。

白色拡散レンズは通常、散乱粒子を添加したエポキシまたはシリコーン樹脂で作られています。この拡散材料は、小さなチップから発せられる光の方向をランダム化し、狭い指向性ビームから広いランバート配光パターンに変換し、レンズ表面全体が均一に明るく見えるようにします。

10. 開発動向

SMD LEDの分野は、本コンポーネントに関連するいくつかの主要な軌道に沿って進化を続けています：
効率向上（ルーメン毎ワット）：エピタキシャル成長、チップ設計、光取り出し技術の継続的な改善により、所定の入力電流に対する光出力が着実に増加し、より明るい表示灯またはより低い消費電力が可能になります。
色の一貫性とビニング：製造プロセス制御の進歩により、LED特性の自然なばらつきが減少しています。これにより、より厳密なビニング仕様、さらにはビンフリーの提供が可能となり、メーカーの在庫管理を簡素化し、最終製品における優れた色均一性を確保します。
小型化と統合：より小型の電子機器への要望により、さらにコンパクトなパッケージのLEDが求められています。さらに、統合が進んでおり、より複雑なマルチチップパッケージ（例：RGBW、統合ドライバを備えたアドレス可能LED）が一般的になり、回路設計を簡素化しています。
高信頼性材料：より頑丈なレンズ材料（高温シリコーンなど）およびパッケージ構造の開発により、熱サイクル、湿度、過酷な環境に対する耐性が向上し、可能な適用分野が拡大しています。