SMD LED 0201 ホワイト/イエロー - パッケージ 0.6x0.3x0.3mm - 電圧 2.6-3.2V - 電力 96mW - 日本語データシート

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。これらのLEDは、自動化されたプリント基板（PCB）実装プロセス向けに設計されており、部品密度が重要なスペース制約の厳しいアプリケーションに最適です。この特定の型番の主な発光色は、特定の色度点を持つ、黄色レンズを備えたホワイトです。

この部品の主な利点は、極めて小さな占有面積、大量生産用ピックアンドプレース装置との互換性、および鉛フリー赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスへの適合性です。RoHS（有害物質使用制限）適合基準を満たすように構築されています。

対象市場およびアプリケーションは広範で、通信機器、オフィスオートメーション機器、家電製品、産業用制御システム、および様々な民生電子機器を含みます。典型的な用途としては、ステータスインジケータ、フロントパネルのバックライト、低レベル信号またはシンボルの照明などがあります。

2. 技術パラメータ詳細

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発生する可能性がある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 電力損失（Pd）：96 mW。これは、LEDパッケージが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。
• ピーク順電流（I_F(peak)）：100 mA。これは、許容される最大瞬間順電流であり、通常、過熱を防ぐためにパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で規定されます。
• 直流順電流（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電流です。
• 動作温度範囲（T_opr）：-40°C から +85°C。LEDが正しく機能するように設計されている周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲（T_stg）：-40°C から +100°C。電源が入っていない状態でデバイスを保管する温度範囲です。

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、標準周囲温度（T_a）25°C、順電流（I_F）20 mAで測定されます。

• 光度（I_V）：1500 - 2900 mcd（ミリカンデラ）。これは、主な視認方向に放射される可視光の量を定義します。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）。測定には、CIE標準の明所視（人間の目）応答に合わせてフィルタリングされたセンサーを使用します。
• 指向角（2θ_1/2）：110度（標準）。これは、光度がピーク軸値の半分に低下する全角です。110°の角度は、集光ビームではなく、面照明に適した広く拡散した放射パターンを示しています。
• 色度座標（x, y）：(0.3100, 0.3100) 標準。CIE 1931色度図上のこれらの座標は、放射される白色光の正確な色点を定義します。この点は、特定の相関色温度（CCT）を持つ白色に対応します。
• 順電圧（V_F）：20mA時 2.6 V（最小） - 3.2 V（最大）。指定電流が流れるときのLED両端の電圧降下です。この範囲は、駆動回路設計にとって重要です。
• 逆電流（I_R）：V_R= 5V時 10 μA（最大）。逆電圧が印加されたときの小さなリーク電流です。重要：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。このパラメータはテスト目的のみです。

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は性能別にビン（区分）に分類されます。これにより、設計者は特定の電圧、輝度、色の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順電圧（V_F）ビニング

LEDは、20mA時の順電圧降下に基づいて分類されます。

• ビン D8： V_F= 2.6V から 2.9V
• ビン D9： V_F= 2.9V から 3.2V
• 各ビン内の許容差は±0.10Vです。

3.2 光度（I_V）ビニング

LEDは、その光出力に基づいて分類されます。

• ビン X1： I_V= 1500.0 mcd から 2100.0 mcd
• ビン X2： I_V= 2100.0 mcd から 2900.0 mcd
• 各ビン内の許容差は±11%です。

3.3 色（色度）ビニング

これは、色の一貫性にとって最も重要なビニングです。LEDは、4つの（x, y）座標点で定義されるCIE色度図上の特定の四角形領域に分類されます。

• 定義済みビン：Y2, W1, X1, W2。各ビンコードは、カラーチャート上の特定の領域を表します。
• 標準色度点（0.3100, 0.3100）は、これらの定義された領域内に収まります。
• 各色相ビン（x, y座標）の許容差は±0.01です。

この多次元ビニング（V_F, I_V, 色）により、同じ生産ロットのLEDが電気的および光学的特性において厳密に一致することが保証され、バックライトアレイやステータスインジケータクラスタなど、均一な外観を必要とするアプリケーションに不可欠です。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線が参照されていますが、その意味は標準的なものです。

• 順電流対順電圧（I-V曲線）：この曲線は指数関数的です。20mAで指定されたV_Fが動作点です。電圧のわずかな増加は電流の大幅な増加につながるため、サーマルランナウェイを防ぐために電流制限回路（直列抵抗や定電流ドライバなど）が必要です。
• 光度対順電流：光出力は、動作範囲内では一般に順電流に比例します。ただし、非常に高い電流では熱の増加により効率が低下する可能性があります。
• 光度対周囲温度：LEDの光出力は、接合温度が上昇すると一般的に減少します。温度範囲の上限（85°C）で動作すると、25°C時よりも光度が低くなります。このデレーティングは熱設計で考慮する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

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）は以下の通りです：

• パッケージ長：0.6 mm（許容差 ±0.2 mm）
• パッケージ幅：0.3 mm（許容差 ±0.2 mm）
• パッケージ高さ：0.3 mm（許容差 ±0.2 mm）

レンズ色は黄色で、放射される白色光をフィルタリングして最終的な色度を実現します。カソードは通常、テープリール上のマーキングまたは特定のパッド形状で識別されます。

5.2 推奨PCBランドパターン

赤外線または気相リフローはんだ付け用に、推奨されるはんだパッドレイアウトが提供されています。このパターンは、信頼性の高いはんだ接合部の形成、リフロー中の適切な自己位置合わせ、十分な機械的強度を確保するように設計されています。特にこのような超小型部品では、トゥームストーニング（部品が立ち上がる）や不良はんだ接合を防ぐために、推奨ランドパターンに従うことが重要です。

6. はんだ付けおよび実装ガイド

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

本コンポーネントは、J-STD-020Bに準拠した鉛フリー（Pbフリー）IRリフロープロセスと互換性があります。一般的なプロファイルは以下の通りです：

• 予熱：150-200°C、最大120秒間。温度をゆっくり上昇させ、フラックスを活性化させます。
• ピーク温度：最大260°C。液相線温度（鉛フリーはんだでは通常~217°C）以上の時間は制御する必要があります。
• 総はんだ付け時間：ピーク温度での最大10秒間、最大2回のリフローサイクルが許可されます。

注意：最適なプロファイルは、特定のPCBアセンブリ（基板厚、層数、他の部品、はんだペースト）によって異なります。提供されるプロファイルは目標値であり、プロセス特性評価が必要です。

6.2 手はんだ付け（必要な場合）

手作業によるリワークが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• はんだごて温度：最大300°C。
• 接触時間：接合部ごとに最大3秒。
• 制限：はんだ付けサイクルは1回のみ。熱容量が非常に低いため、過熱しやすいです。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、プラスチックパッケージやレンズを損傷しないように、指定された溶剤のみを使用してください。

• 推奨：エチルアルコールまたはイソプロピルアルコール。
• プロセス：常温で1分未満浸漬。超音波洗浄は、パッケージに対して安全であることが確認されていない限り使用しないでください。
• 避けるべきもの：指定外または強力な化学洗浄剤。

7. 包装および取り扱い

7.1 テープリール仕様

コンポーネントは、自動取り扱いのための業界標準のエンボスキャリアテープで供給されます。

• リールサイズ：直径7インチ（178 mm）。
• テープ幅：12 mm。
• リールあたり数量：4000個（フルリール）。
• 最小発注数量（MOQ）：部分リールの場合500個。
• 包装はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。テープには部品を保護するためのカバーが付いています。

7.2 湿気感受性および保管

プラスチックパッケージは湿気感受性（MSL）です。

• 密封バッグ（乾燥剤入り）：30°C以下、相対湿度70%以下で保管。バッグ封入日から1年間の保存寿命があります。
• バッグ開封後：フロアライフが始まります。30°C以下、相対湿度60%以下で保管してください。
• 重要な時間制限：コンポーネントは、バッグ開封後、工場の周囲環境に曝露されてから168時間（7日）以内にIRリフローはんだ付けを行う必要があります。
• 長期保管（開封後）：乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターで保管してください。
• フロアライフ超過時：コンポーネントが168時間以上曝露された場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間ベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、ポップコーン現象（リフロー中のパッケージ割れ）を防止する必要があります。

8. アプリケーションガイドラインおよび設計上の考慮事項

8.1 駆動回路設計

指数関数的なI-V特性のため、インジケータ用途では単純な直列抵抗が最も一般的な駆動方法です。抵抗値（R_series）は次のように計算されます：R_series= (V_supply- V_F) / I_F。データシートの最大V_F（3.2V）を使用して、低V_Fの部品でも電流が20mAを超えないようにします。一定の輝度が必要なアプリケーションや複数のLEDを直列に駆動する場合は、定電流ドライバの使用を推奨します。

8.2 熱管理

電力損失は低い（最大96mW）ですが、微小パッケージは放熱能力が限られています。ヒートシンクとして機能するために、熱パッド（もしあれば）またははんだ接合部に接続されたPCB上に十分な銅面積を確保してください。熱解析なしに、高い周囲温度で絶対最大電流（30mA DC）で動作させることは避けてください。

8.3 光学統合

広い110°の指向角により、このLEDは小さな領域やライトパイプの照明に適しています。光ガイドへの最適な光結合のためには、LEDの放射パターンとガイドの受光角を考慮してください。黄色レンズは、内蔵の拡散板/カラーフィルターとして機能します。

9. 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3.3Vのロジック出力から直接駆動できますか？

A: いいえ。直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。5Vを直接接続すると、壊滅的な過電流が発生します。5V電源で20mAを目標とする場合、最大V_F3.2Vを使用すると、R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω（標準の91Ωまたは100Ω抵抗を使用）。

Q: なぜ色ビニングがそれほど重要なのですか？

A: 人間の目は、特に複数のLEDを並べて見た場合、白色点のわずかな違いに非常に敏感です。異なる色ビンのLEDを使用すると、アレイで目に見えてまだらまたは不均一な外観になる可能性があります。

Q: はんだ付け前に168時間のフロアライフを超えた場合はどうなりますか？

A: 吸収された湿気は、リフローの急速な加熱中に蒸気に変わり、内部の層間剥離やプラスチックパッケージの割れ（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があり、即時または潜在的な故障につながります。この湿気を除去するにはベーキングが必須です。

Q: このLEDは屋外または自動車アプリケーションに適していますか？

A: 動作温度範囲（-40°C から +85°C）は多くの環境をカバーしています。ただし、データシートでは通常の電子機器用と規定されています。高い信頼性要件、極端な環境ストレス（UV、湿度、熱サイクル）、または安全上重要な機能（自動車、医療、航空）を伴うアプリケーションでは、メーカーとの相談および追加の認定試験が不可欠です。この標準的な民生グレードのLEDには、そのような用途に必要な信頼性認証がない可能性があります。

10. 設計および使用例

シナリオ：ポータブルBluetoothモジュールのステータスインジケータ

設計者がコンパクトなBluetoothオーディオモジュールを作成しています。基板スペースは非常に限られています。彼らは電源オンとペアリングステータスを示すための小型で低消費電力のLEDを必要としています。

• 部品選択：この0201 LEDは、最小限の占有面積（0.6x0.3mm）のために選択されました。
• 回路設計：モジュールは3.7Vリチウムイオン電池で動作します。マイクロコントローラのGPIOピン（20mA供給可能）がLEDを駆動します。直列抵抗は次のように計算されます：R = (3.7V - 2.9V_typ) / 0.02A = 40Ω。39Ω抵抗が選択され、約20.5mAの電流となり、仕様内に収まります。
• PCBレイアウト：推奨ランドパターンが使用されます。はんだ付けを助けるためにパッドに小さなサーマルリリーフ接続が使用されますが、放熱のためのグランドプレーンへのある程度の熱接続を維持します。
• 実装：PCB全体の実装では、鉛フリーはんだペーストを使用し、JEDECリフロープロファイルに従います。LEDは、生産ラインの準備が整うまで密封バッグに保管され、フロアライフを超えないようにします。
• 結果：基板面積と電力を最小限に抑え、すべての設計要件を満たす、信頼性の高い明るいステータスインジケータが実現しました。

11. 技術原理の紹介

LEDは半導体ダイオードです。端子間に順方向電圧（陽極が陰極に対して正）が印加されると、n型半導体材料からの電子が活性領域内のp型材料からの正孔と再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。光の特定の波長（色）は、使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。

この部品のような白色LEDは、通常、蛍光体層でコーティングされた青色または紫外線LEDチップを使用して作成されます。チップからの一次光が蛍光体を励起し、蛍光体はより広いスペクトルで光を再放射し、組み合わさって白色光を生成します。黄色レンズは、この出力をさらに修正して、白色光スペクトル上の指定された色度座標を実現します。

12. 業界動向と背景

0201パッケージは、電子機器における小型化とPCB上の機能密度向上への継続的なトレンドを表しています。スマートフォン、ウェアラブル、IoTセンサーなどの民生機器が小型化するにつれて、超小型の受動部品および能動部品への需要が高まっています。

このような部品に影響を与える主なトレンドは以下の通りです：

• 先進パッケージング：ますます小さな占有面積での熱性能と信頼性の向上。
• 高効率化：単位電力入力（ワット）あたりのより多くの光束（ルーメン）を提供し、エネルギー消費と発熱を削減。
• 厳密なビニング：ディスプレイおよび照明アプリケーションがより高い色の均一性を要求するにつれて、色度および光度ビンの許容差はますます厳しくなっています。
• 自動化互換性：部品は、高速・高精度のピックアンドプレースマシン向けに設計され、信頼性の高いテープリール包装がサプライチェーンの重要な部分となっています。

このコンポーネントは、このエコシステム内に位置し、コンパクトな設計を可能にしながら、幅広いインジケータおよび低レベル照明アプリケーションに必要な性能パラメータを提供します。