SMD LED イエロー 595nm データシート - EIAパッケージ - 30mA - 75mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高性能な表面実装型イエローLEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、超輝度AlInGaPチップ技術を採用し、コンパクトな業界標準パッケージで高い光度を実現します。赤外線リフローはんだ付けを含む自動実装プロセスとの互換性を考慮して設計されており、大量生産環境に適しています。本製品はRoHS指令に準拠し、グリーン製品に分類されます。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、周囲温度（Ta）25°Cで定義されています。これらの定格を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 消費電力（Pd）：75 mW。これはLEDが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_F(PEAK)）：80 mA。これは過熱を防ぐために、パルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。
• 連続順電流（I_F）：30 mA DC。これは連続動作時の推奨最大電流です。
• デレーティング：信頼性を維持するため、周囲温度が50°Cを超えるごとに、最大順電流を1°Cあたり0.4 mA線形に低減する必要があります。
• 逆電圧（V_R）：5 V。これより高い逆電圧を印加すると、LEDの半導体接合が損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-55°C ～ +85°C。
• 赤外線はんだ付け条件：ピーク温度260°Cで5秒間耐え、鉛フリー（Pbフリー）プロセスに対応しています。

2.2 電気的・光学的特性

主要な性能パラメータは、特に断りのない限り、Ta=25°C、順電流（I_F）20 mAで測定されています。

• 光度（I_V）：最小18.0 mcdから代表値50.0 mcdの範囲です。これは、人間の目の明所視応答（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、知覚される明るさです。
• 指向角（2θ_1/2）：130度。この広い指向角は、LEDが広い範囲に光を放射し、半減光点が中心軸から65度の位置にあることを示しています。
• ピーク発光波長（λ_P）：595 nm。これはスペクトルパワー出力が最も高い波長です。
• 主波長（λ_d）：592 nm。これは、LEDの知覚される色を最もよく表す単一波長で、CIE色度計算から導出されます。
• スペクトル半値幅（Δλ）：16 nm。このパラメータはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近い光源であることを意味します。
• 順電圧（V_F）：代表値2.4 V、20 mA時最大2.4 V。これは電流が流れているときのLED両端の電圧降下です。
• 逆電流（I_R）：5V逆バイアス印加時、最大10 µA。
• 静電容量（C）：バイアス0V、周波数1 MHzで測定した代表値40 pF。

3. ビニングシステムの説明

LEDの光度は、生産ロット内での一貫性を確保するためにビンに分類されます。ビンコードは光度の最小・最大範囲を定義します。

• ビンコード M：18.0 - 28.0 mcd
• ビンコード N：28.0 - 45.0 mcd
• ビンコード P：45.0 - 71.0 mcd
• ビンコード Q：71.0 - 112.0 mcd
• ビンコード R：112.0 - 180.0 mcd

各光度ビンには+/-15%の許容差が適用されます。このシステムにより、設計者はアプリケーションに応じて予測可能な輝度レベルのLEDを選択できます。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフが参照されていますが（例：図1、図6）、このようなデバイスの代表的な曲線には以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順電圧と電流の指数関数的関係を示します。曲線は約2.0-2.4V付近に特徴的な膝電圧を持ちます。
• 光度 vs. 順電流：光度は、ある点までは電流にほぼ比例して増加しますが、その後は発熱による効率低下が生じる可能性があります。
• 光度 vs. 周囲温度：内部量子効率の低下と非放射再結合の増加により、周囲温度が上昇すると光度は一般的に減少します。
• スペクトル分布：相対放射パワー対波長のプロットで、595nmでピークを持ち半値幅16nmであり、イエロー色の発光を確認できます。
• 指向角パターン：光強度の角度分布を示す極座標プロットで、130度の全指向角を確認できます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

LEDは業界標準のEIAパッケージに収められています。特に指定のない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、一般公差は±0.10 mmです。パッケージはウォータークリアレンズを備えています。

5.2 極性識別とパッド設計

データシートには、適切なはんだ接合部の形成とリフロー時の機械的安定性を確保するための推奨はんだパッドレイアウトが含まれています。カソードは通常、パッケージ上の切り欠き、緑色のマーキング、または短いリードなどの視覚的マーカーで識別されます。推奨パッド設計は、トゥームストーニングを防止し、正しい位置合わせを確保するのに役立ちます。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（SnAgCu）はんだペーストプロセス用の推奨赤外線（IR）リフロープロファイルが提供されています。主要パラメータは以下の通りです：

• プリヒート：120-150°Cまで立ち上げます。
• ソーク/プリヒート時間：最大120秒。フラックスを活性化し、基板温度を均一化します。
• ピーク温度：最大240°C。
• 液相線以上時間：部品を過熱することなく適切なはんだ接合部を形成するための特定の時間（プロファイルにより暗示されます）。
• 臨界限界：部品本体は260°Cを5秒以上超えてはなりません。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合：

• はんだごて先端温度は300°Cを超えないようにしてください。
• リードごとはんだ付け時間は最大3秒に制限してください。
• パッケージへの熱ストレスを避けるため、これは1回のみ行ってください。

6.3 洗浄

指定された洗浄剤のみを使用してください。推奨溶剤は、常温でのエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールです。LEDは1分未満浸漬してください。指定外の化学薬品はプラスチックレンズやパッケージ材料を損傷する可能性があります。

6.4 保管条件

• 推奨保管環境：周囲温度≤30°C、相対湿度≤70%。
• 元の防湿梱包から取り出したLEDは、湿気吸収を防ぐために、672時間（28日）以内にリフローはんだ付けする必要があります。
• 元の袋の外で長期保管する場合は、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。
• 袋の外で672時間以上保管された部品は、はんだ付け前にベーキング前処理（約60°Cで少なくとも24時間）を行い、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。

7. 梱包・発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

LEDは、標準的な自動実装機に対応した、直径7インチ（178mm）のリール上の8mmキャリアテープで供給されます。

• 1リールあたりの個数： 3000.
• 端数最小発注数量（MOQ）：500個。
• カバーテープ：キャリアテープの空の部品ポケットは、トップカバーテープでシールされています。
• 欠品：リール仕様上、連続する最大2個のLED欠品（スキップ）が許容されます。
• 梱包はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

このLEDは、一般的な電子機器における通常の照明および表示目的に適しており、以下に限定されません：

• 民生電子機器（テレビ、ルーター、充電器）の状態表示灯。
• ボタン、スイッチ、または小型パネルのバックライト。
• 家電製品の装飾照明。
• サインや表示要素。

重要注意：事前の協議と認定なしに、安全が重要なアプリケーション（例：航空、医療生命維持装置、交通制御）には推奨されません。故障が生命や健康を危険にさらす可能性があるためです。

8.2 回路設計上の考慮点

駆動方法：LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列に駆動する際に均一な輝度を確保するためには、強く推奨します各LEDに直列に個別の電流制限抵抗を使用することです（回路モデルA）。

• 回路モデルA（推奨）：Vcc → 抵抗 → LED → GND。この方法は、個々のLEDの順電圧（V_F）のわずかなばらつきを補償し、各LEDがほぼ同じ電流を受け取り、したがって類似の輝度を発光することを保証します。
• 回路モデルB（並列接続には非推奨）：複数のLEDを単一の電流制限抵抗に直接並列接続する方法（Vcc → 抵抗 → [LED1 // LED2 // ...] → GND）は推奨されません。V_Fのわずかな違いが大きな電流不均衡を引き起こし、最も低いV_Fを持つLEDがほとんどの電流を消費して明るくなり過負荷になる可能性がある一方、他のLEDは暗く見える可能性があります。

抵抗値（R）はオームの法則を用いて計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F。ここで、V_Fは代表順電圧（例：2.4V）、I_Fは希望の動作電流（例：20mA）です。

9. 静電気放電（ESD）保護

このLEDは静電気放電に敏感です。ESDは潜在的な損傷または致命的な損傷を引き起こし、性能を劣化させたり、即座に故障させたりする可能性があります。

ESD損傷の症状：高い逆リーク電流、異常に低い順電圧（V_F）、または低駆動電流での点灯不良。

ESD防止対策：

• 作業者は接地リストストラップまたは静電気防止手袋を着用する必要があります。
• すべての設備、作業台、保管ラックは適切に接地する必要があります。
• イオナイザーを使用して、取り扱い時の摩擦によりLEDレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和してください。
• ESD保護区域（EPA）内で部品を取り扱ってください。

ESD損傷のテスト：点灯を確認し、非常に低い電流（例：0.1mA）でV_Fを測定してください。このAlInGaP製品の場合、良好なLEDは0.1mAでV_F> 1.4Vを持つはずです。

10. 技術比較と差別化

このLEDは、以下の主要な特徴により差別化されています：

• チップ技術：AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）を使用しており、赤、オレンジ、アンバー、イエローの色スペクトルで高効率と安定性で知られており、GaAsPなどの旧来技術と比較されます。
• 輝度：小型パッケージから高い光度（最高ビンで最大180 mcd）を提供します。
• 広い指向角：130度の指向角は、パネル表示灯に理想的な広く均一な照明を提供します。
• プロセス互換性：自動SMT実装および鉛フリーIRリフローはんだ付けに完全に対応しており、製造の複雑さとコストを削減します。
• 標準化：EIA標準のパッケージフットプリントにより、容易なセカンドソーシングと設計の移植性が確保されています。

11. よくある質問（FAQ）

Q1: ピーク波長（λ_P）と主波長（λ_d）の違いは何ですか？

A1: ピーク波長は、スペクトル出力が最も高い物理的な点です。主波長は、CIE色度図で定義される知覚される色を表す計算値です。これらはしばしば近い値ですが、同一ではありません。

Q2: このLEDを最大ピーク電流（80mA）で連続駆動できますか？

A2: できません。80mA定格は、低デューティ比（10%）での非常に短いパルス（幅0.1ms）用です。連続動作はDC順電流定格の30mAを超えてはならず、周囲温度が50°Cを超える場合はデレーティングする必要があります。

Q3: なぜ並列接続の各LEDに個別の直列抵抗が必要なのですか？

A3: 負のフィードバックを提供し、電流を安定化させるためです。もし1つのLEDのV_Fがわずかに低い場合、その抵抗にかかる電圧降下がわずかに増加し、電流の上昇を制限してすべてのLEDの輝度を均一化します。

Q4: 防湿バッグを開封した後の672時間のフロアライフはどの程度重要ですか？

A4: プロセス信頼性にとって非常に重要です。吸収した湿気はリフロー中に急速に気化し、内部剥離やクラック（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。このガイドラインを遵守するか、ベーキングサイクルを実行することは、高歩留まりのために不可欠です。

12. 設計導入事例

シナリオ：10個のイエロー状態表示灯を持つ制御パネルを設計します。システム電源は5Vです。

設計手順：

1. 電流選択：駆動電流を選択します。輝度と寿命のバランスを考慮し、データシートの試験条件から20mAを選択します。
2. 回路トポロジー：均一な輝度を確保するため、回路モデルAを使用します：LEDごとに1つの抵抗。
3. 抵抗計算：代表V_F= 2.4V、V_電源= 5V、I_F= 0.020Aを使用します。
   
   R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 2.6V / 0.02A = 130 Ω。
   
   最も近い標準5%抵抗値は130 Ωまたは120 Ωです。120 Ωを使用すると、I_F≈ (5-2.4)/120 = 21.7mAとなり、許容範囲内です。
4. 抵抗の電力定格：P = I²* R = (0.020)²* 120 = 0.048W。標準の1/8W（0.125W）または1/10W抵抗で十分な余裕があります。
5. レイアウト：最適なはんだフィレットと機械的強度のために、データシートの推奨はんだパッド寸法に従ってください。
6. 実装：推奨IRリフロープロファイルに従ってください。部品が672時間のフロアライフ内に使用されるか、それに応じてベーキングされていることを確認してください。

13. 技術原理の紹介

このLEDは、基板上に成長させたAlInGaP半導体材料に基づいています。順電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、この再結合はしばしば光子（光）の形でエネルギーを放出します。この過程をエレクトロルミネセンスと呼びます。発光の特定の波長（イエロー、~592-595nm）は、AlInGaP合金組成のバンドギャップエネルギーによって決定されます。ウォータークリアエポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力ビームを形成します（この場合、広い指向角用）。

14. 業界動向

SMD LEDの市場は進化し続けています。このような部品で観察される一般的な傾向には以下が含まれます：

• 効率向上：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、より高い発光効率（電気ワットあたりのより多くの光出力）が得られています。
• 小型化：これは標準パッケージですが、業界ではスペース制約のあるアプリケーション向けに、より小さなフットプリント（例：0402、0201）への推進が続いています。
• 信頼性向上：改良されたパッケージ材料とプロセスにより、より長い動作寿命と熱的・環境的ストレス下でのより良い性能が実現されています。
• 標準化と互換性：グローバル標準（EIA、JEDEC）への準拠とプロセス互換性（鉛フリー、リフロー）は、現代の電子機器製造へのシームレスな統合のために引き続き重要です。
• 色の一貫性：正確な色合わせを必要とするアプリケーションでは、より厳格なビニング仕様と高度な蛍光体技術（白色LED用）が求められています。