SMD LED トリカラー 白色拡散仕様 - パッケージ 3.5x3.2x1.9mm - 電圧 1.8-3.7V - 電力 0.56-0.89W - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高性能な表面実装型トリカラーLEDの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、赤、緑、青の半導体チップを単一の白色拡散レンズパッケージ内に統合しており、各色を個別または組み合わせて動作させることで、広範な色の生成を可能にします。自動組立プロセス向けに設計されており、状態表示、バックライト、またはシンボリックな照明を必要とするスペース制約のあるアプリケーションに最適です。

1.1 中核的利点

• RoHS環境基準に準拠。
• 7インチ径リール用の12mmテープに梱包され、高速ピックアンドプレース装置に対応。
• 標準化されたEIAパッケージフットプリントにより、設計互換性を確保。
• 集積回路（I.C.）互換の駆動レベル。
• 赤外線リフローはんだ付けプロセスに耐え、鉛フリー組立に適しています。
• 信頼性向上のため、JEDEC Level 3の湿気感受性レベルに事前調整済み。

1.2 ターゲット市場

この部品は、多色表示または照明が必要な、通信機器（コードレス/携帯電話）、ポータブルコンピューティング（ノートブック）、ネットワークシステム、家電製品、産業用制御パネル、屋内標識アプリケーションなど、幅広い電子機器に適しています。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

2.1 絶対最大定格

すべての定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。これらの限界を超えると永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 消費電力（Pd）：色によって異なります：緑：740 mW、赤：560 mW、青：888 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定義します。
• ピーク順方向電流（I_F(PEAK)）：パルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で測定。緑/赤：400 mA、青：500 mA。
• 連続順方向電流（I_F）：許容される最大DC電流。緑/赤：200 mA、青：240 mA。
• 動作温度範囲：-40°C ～ +85°C。
• 保管温度範囲：-40°C ～ +100°C。

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。

• 最大接合温度（T_j）：緑/青：125°C、赤：115°C。半導体ダイはこの温度を超えてはなりません。
• 熱抵抗、接合部-周囲間（R_θJA）：緑：70 °C/W、赤/青：40 °C/W。この値は、チップから周囲の空気へ熱がどれだけ効率的に伝達されるかを示します。値が低いほど熱性能が優れていることを意味します。緑チップの値が高いため、高電力アプリケーションではより注意深い熱設計が必要になる場合があります。

2.3 電気的・光学的特性

指定された試験電流（赤：150mA、緑/青：120mA）でTa=25°Cにて測定。

• 光度（I_v）：知覚される明るさ。緑：8000-17000 mcd、赤：5500-13000 mcd、青：1500-3200 mcd。人間の目は青色光に対して感度が低いため、同様の放射パワーでもmcd値は低くなります。
• 指向角（2θ_1/2）：通常120度。この拡散レンズによる広い角度は、パネル照明に適した均一で非指向性の光出力を提供します。
• 主波長（λ_d）：知覚される色を定義します。緑：515-530 nm、赤：615-630 nm、青：448-463 nm。
• ピーク発光波長（λ_p）：スペクトルパワー分布が最大となる波長。通常：緑：521 nm、赤：631 nm、青：445 nm。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：発光の帯域幅。通常：緑：30 nm、赤：20 nm、青：25 nm。
• 順方向電圧（V_F）：試験電流時のLED両端の電圧降下。緑/青：2.7-3.7 V、赤：1.8-2.8 V。赤チップは通常AlInGaPベースであり、バンドギャップが低いため、InGaNベースの緑および青チップよりも順方向電圧が低くなります。
• 逆方向電流（I_R）：V_R=5V時、最大10 μA。この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。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、主要な光学パラメータに基づいてビンに分類され、生産ロット内での色と明るさの一貫性を確保します。

3.1 光度ビニング

単位：mcd @ 指定試験電流。各ビンコード（L1-L8）は、各色の最小/最大範囲を定義します。例えば、緑のビンL1は8000-12000 mcdをカバーし、L5は12000-17000 mcdをカバーします。各光度ビン内の許容差は+/-11%です。

3.2 主波長ビニング

単位：nm @ 指定試験電流。ビンコードD1-D9は、各色の狭い波長範囲を定義します（例：緑のD1：515-520 nm、D7：525-530 nm）。各主波長ビンの許容差は+/- 1 nmで、精密な色合わせを可能にします。

4. 性能曲線分析

4.1 相対強度 vs. 波長（スペクトル）

スペクトル分布曲線は、各色チップに対して明確で比較的狭いピークを示し、赤、緑、青の発光の純度を確認します。半値幅の値はスペクトル純度を示し、赤が最も狭くなっています。

4.2 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

I-V曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。緑と青の曲線は、類似したInGaN材料システムと高いバンドギャップにより密接に一致していますが、赤の曲線はより低い電圧側にシフトしています。

4.3 順方向電流 vs. 周囲温度（デレーティング曲線）

このグラフは、周囲温度が上昇するにつれて許容される最大連続順方向電流が減少することを示しています。このデレーティングは、接合温度が最大定格を超えないようにするために不可欠です。熱抵抗と最大接合温度の違いにより、色間で曲線がわずかに異なります。

4.4 相対光度 vs. 順方向電流

光出力は電流とともに増加しますが、高電流では主に熱効果と効率低下により非線形の挙動を示します。これは、最適な効率と寿命のために、指定範囲内でLEDを駆動することの重要性を強調しています。

4.5 空間分布（指向性パターン）

極座標図は、全指向角約120度のランバーシアンに近い発光パターンを確認しており、光を散乱させて広く均一な照明を作り出す拡散レンズの特性です。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法

SMDパッケージの寸法は約3.5mm（長さ）x 3.2mm（幅）x 1.9mm（高さ）です。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.2mmです。正確なパッドレイアウトとキープアウトエリアについては、詳細な寸法図を参照してください。

5.2 ピン割り当て

6ピンパッケージは、各色チップに個別のアノードとカソードを割り当てています：ピン1 & 6：青、ピン2 & 5：赤、ピン3 & 4：緑。この構成により、各色を独立して制御できます。

5.3 推奨PCB実装パッド

適切なはんだ付け、機械的安定性、およびLEDからの最適な熱伝導を確保するために、ランドパターン設計が提供されています。この推奨事項に従うことは、組立歩留まりと長期信頼性にとって極めて重要です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 推奨IRリフロー・プロファイル

鉛フリープロセスに準拠したJ-STD-020Bに適合する詳細な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、LEDパッケージと内部ダイへの熱損傷を防ぐための、定義された時間と温度制限を持つ、予熱、ソーク、リフロー（ピーク温度）、冷却の各段階が含まれます。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、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ます。指定外の化学薬品は、エポキシレンズまたはパッケージを損傷する可能性があります。

6.3 保管条件

未開封パッケージ：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤70%で保管してください。部品は、乾燥剤入りの防湿袋内で1年間のフロアライフに適合しています。
開封済みパッケージ：密封袋から取り出した部品については、保管環境は30°C、60% RHを超えないようにしてください。暴露後168時間（7日）以内にIRリフローを完了することを推奨します。長期保管の場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターを使用してください。

7. 梱包・発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

部品は、7インチ（178mm）径のリールに巻かれた12mm幅のエンボスキャリアテープ上で供給されます。標準リール数量は1500個です。残数注文には最小梱包数量500個が利用可能です。梱包はEIA-481-1-B仕様に準拠しています。

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

各色チャネルには、LEDと直列に電流制限抵抗が必要です。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F として計算されます。ここで、V_Fと I_Fは特定の色の目標順方向電圧と電流です。マイクロコントローラまたは専用LEDドライバICをPWM調光またはカラーミキシングに使用できます。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：特に熱抵抗が高い緑チャネルについては、放熱を管理するために十分なPCB銅面積（熱パッド）と可能な通気を確保してください。
• 電流駆動：絶対最大DC順方向電流を超えないでください。寿命延長と安定した色出力のため、最大定格以下での動作を検討してください。
• ESD保護：明示的に敏感とは記載されていませんが、組立時には半導体デバイスに対する標準的なESD取り扱い予防措置を推奨します。

9. 技術比較・差別化

この白色拡散パッケージのトリカラーLEDは、以下の主要な利点を提供します：

• 統合ソリューション：3つの個別の色を1つのパッケージに組み合わせることで、3つの別々のLEDを使用する場合と比較して、PCBスペースを節約し、組立を簡素化します。
• カラーミキシング機能：各原色チップの強度を独立して制御することで、二次色（黄、シアン、マゼンタ）および白色の生成を可能にします。
• 均一な外観：白色拡散レンズは、オフアクシスで見たときに個々のチップからの光をブレンドし、消灯時には一貫した乳白色の外観を、点灯時には均一な色の発光を提供します。
• 高輝度：3色すべてで高い光度を提供し、明るい環境下でも良好な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 3色すべてを最大電流で同時に駆動できますか？

できません。総消費電力（発熱）を考慮する必要があります。赤（150mA @ ~2.3V = 345mW）、緑（120mA @ ~3.2V = 384mW）、青（120mA @ ~3.2V = 384mW）を同時に駆動すると、総内部発熱は約1113mWとなり、いずれかの単一チップの最大消費電力定格（青で最大888mW）を超え、深刻な過熱を引き起こします。熱設計では、すべての動作チップからの合計熱を考慮する必要があります。

10.2 なぜ各色の順方向電圧は異なるのですか？

順方向電圧は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まります。赤色LEDは通常、バンドギャップが低い（~1.9-2.0 eV）AlInGaPを使用するため、V_Fが低くなります。緑色および青色LEDは、より高いバンドギャップ（緑：~2.4 eV、青：~2.7 eV）を持つInGaNを使用するため、V_F.

が高くなります。

10.3 このLEDで白色光を得るにはどうすればよいですか？

白色光は、赤、緑、青の光を適切な強度で混合することで作成できます。これは加法混色プロセスです。特定の比率（個々のチップのビニングと目標白色点（例：クールホワイト、ウォームホワイト）に依存）は、各チャネルのPWM制御または調整された電流レベルによって較正する必要があります。

11. 実用的なユースケースシナリオ：ネットワークルーターの状態インジケータ：

単一のトリカラーLEDは、3つの単色LEDを置き換えて、複数のデバイス状態を示すことができます：点灯緑で正常動作、点滅青でデータ転送中、点灯赤でエラー/故障。これにより、フロントパネル設計が簡素化され、部品点数が削減され、色が変化する単一の発光アパーチャーでより洗練された美的外観が可能になります。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネセンスによって光を発する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、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まります。このデバイスでは、3つの別々の半導体チップ（赤：AlInGaP、緑/青：InGaN）が一緒に収納されています。白色拡散エポキシレンズは、チップを保護し、発光を散乱させて広く均一な指向角を作り出すために、チップを封止しています。

13. 技術トレンド