SMD LED イエロー AlInGaP データシート - パッケージ寸法 - 順方向電圧 1.7-2.5V - 光度 140-450mcd - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、黄色光を発光するアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体材料を利用した表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。SMD LEDは、自動プリント基板（PCB）実装プロセス向けに設計されており、スペースが限られたアプリケーションに最適なコンパクトな形状を提供します。その主な機能は、多様な電子機器において、状態表示、信号灯、またはフロントパネルのバックライトとして使用されることです。

1.1 特徴

• RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠。
• 自動ハンドリング用に、7インチ径リールに巻かれた8mmテープに梱包。
• 設計互換性のための標準化されたEIAパッケージフットプリント。
• 集積回路（IC）ロジックレベルとの入出力互換性。
• 自動ピックアンドプレース実装装置との互換性を考慮した設計。
• 表面実装技術（SMT）で一般的に使用される赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに適しています。
• JEDEC Moisture Sensitivity Level 3に適合しており、密封バッグ開封後、<30°C/60% RHの環境下で168時間のフロアライフを保証します。

1.2 アプリケーション

本LEDは、信頼性の高い視覚的インジケータを必要とする様々な電子システムに適しています。主な適用分野は、通信インフラ、オフィスオートメーション機器（プリンタ、スキャナ）、家電製品、および産業用制御パネルです。具体的な用途としては、状態表示（電源オン、スタンバイ、動作中）、シンボル照明、フロントパネル表示やレジェンドのバックライトなどが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解釈

2.1 絶対最大定格

これらの値は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を表します。これらの限界値以下またはでの動作は保証されません。すべての定格は、周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 消費電力（Pd）：75 mW。これは、LEDパッケージが熱的限界を超えずに放散できる最大の電力です。
• ピーク順方向電流（I_FP）：80 mA。これは最大瞬間順方向電流であり、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）でのみ許容されます。
• 直流順方向電流（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方向電流です。
• 動作・保管温度範囲：-40°C から +100°C。デバイスはこの全温度範囲内で動作および保管可能です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、標準試験条件（Ta=25°C、I_F=20mA、特に記載がない限り）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：140 - 450 mcd（ミリカンデラ）。特定の視野角内で測定された、発せられる可視光の量。実際の値はビニングされます（セクション3参照）。
• 視野角（2θ_1/2）：120度（代表値）。これは、光度がピーク（軸上）値の半分になる全角です。120°の角度は、広い視認性に適した広く拡散した発光パターンを示します。
• ピーク発光波長（λ_P）：592 nm（代表値）。スペクトルパワー出力が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：586 - 596 nm。これは、色（黄色）を定義する人間の目が知覚する単一波長です。CIE色度座標から導出され、これもビニングされます。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（代表値）。最大パワーの半分での発光のスペクトル幅です。15nmという値はAlInGaP LEDの特徴であり、比較的純粋な色を示します。
• 順方向電圧（V_F）：1.7 - 2.5 V。20mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。この範囲は、通常の半導体製造上のばらつきを考慮しています。
• 逆方向電流（I_R）：V_R=5V時、10 μA（最大）。LEDは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータはリーク電流試験のみを目的としています。

3. ビンランクシステム説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。これにより、設計者は特定のアプリケーション要件に合致する部品を選択できます。

3.1 光度（I_V）ランク

LEDは、20mAでの測定光度に基づいてビンに分類されます。各ビン内の許容差は +/-11% です。

• R2：140.0 - 180.0 mcd
• S1：180.0 - 224.0 mcd
• S2：224.0 - 280.0 mcd
• T1：280.0 - 355.0 mcd
• T2：355.0 - 450.0 mcd

3.2 主波長（WD）ランク

LEDは色調を制御するため、主波長によってもビニングされます。各ビンの許容差は +/- 1 nm です。

• H：586.0 - 588.5 nm
• J：588.5 - 591.0 nm
• K：591.0 - 593.5 nm
• L：593.5 - 596.0 nm

完全な部品番号には、通常、明るさと色の両方を指定するこれらのビンコードが含まれます。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフィカルデータが参照されていますが、以下の解釈は標準的なLEDの動作と提供されたパラメータに基づいています。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

順方向電圧（V_F）は正の温度係数を持ち、電流に対して対数的に増加します。20mAでのV_F範囲1.7Vから2.5Vは、黄色AlInGaP LEDの代表的な値です。安定した光出力を得るには、定電圧ではなく定電流でLEDを駆動することが不可欠です。

4.2 光度 vs. 順方向電流

光出力（I_V）は、推奨動作範囲内では順方向電流（I_F）にほぼ比例します。ただし、非常に高い電流では発熱増加により効率が低下する可能性があります。絶対最大直流電流は30mAです。

4.3 温度特性

AlInGaP LEDの光度は、一般に接合温度が上昇すると減少します。-40°Cから+100°Cの動作範囲全体で信頼性の高い性能を確保するためには、PCB上の熱管理（十分な放熱用銅面積）を考慮する必要があります。特に最大電流付近または高周囲温度で動作する場合に重要です。

4.4 スペクトル分布

スペクトル出力は、ピーク波長592nm（黄色）を中心とし、代表的な半値幅は15nmです。主波長のビニングにより、知覚される色が狭い許容差内に収まることが保証されます。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的なSMDパッケージです。主な寸法上の注意点は以下の通りです：すべての寸法はミリメートル単位、特に指定がない限り一般公差は±0.2 mm。レンズ色はクリア、光源色は黄色（AlInGaP）です。

5.2 極性識別とパッド設計

部品にはアノード端子とカソード端子があります。赤外線または気相リフローはんだ付けのための推奨PCB実装パッドレイアウトが提供されており、適切なはんだ接合の形成と機械的安定性を確保します。実装時の正しい極性方向は、デバイス動作にとって極めて重要です。

5.3 テープおよびリール梱包

LEDは、8mm幅のエンボスキャリアテープに供給され、カバーテープで密封されています。テープは7インチ（178mm）径のリールに巻かれています。標準リール数量は5000個です。梱包はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。端数用に最小発注数量500個が利用可能です。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 推奨IRリフロープロファイル

鉛フリーはんだ付けプロセスの場合、プロファイルはJ-STD-020Bに準拠する必要があります。主なパラメータには、プリヒートゾーン（150-200°C、最大120秒）、260°Cを超えないピーク温度、およびはんだペーストに適した液相線以上時間（TAL）が含まれます。ピーク温度での総時間は最大10秒に制限し、リフローは最大2回までとします。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、300°Cを超えない温度の半田ごてを使用してください。接触時間は最大3秒に制限し、プラスチックパッケージや半導体チップへの熱ダメージを防ぐため、1回のみ行ってください。

6.3 保管条件

密封バッグ：30°C以下、相対湿度（RH）70%以下で保管。乾燥剤入りの防湿バッグ内での棚寿命は1年です。
バッグ開封後：部品の湿気感受性レベル（MSL）は3です。30°C/60% RH以下の環境にさらされてから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。開封後の長期保管には、乾燥剤入りの密閉容器または窒素パージデシケーターに保管してください。168時間を超えてさらされた部品は、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、リフロー中のポップコーン現象を防止する必要があります。

6.4 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分未満浸漬します。超音波洗浄や指定外の化学薬品は使用しないでください。エポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション回路

LEDは電流駆動デバイスです。特に複数のLEDを並列に駆動する場合、一貫した明るさを確保するために、各LEDまたは各並列ストリングと直列に必ず電流制限抵抗を使用してください。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F。ここで、V_Fは所望の電流I_F（例：20mA）におけるLEDの順方向電圧です。計算にデータシートの最大V_F（2.5V）を使用すると、部品間のばらつきがあっても電流が目標値を超えないことが保証されます。

7.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：特に高電流または高周囲温度で動作する場合、LEDの効率と寿命を維持するために、PCBレイアウトが十分な放熱対策を提供していることを確認してください。
• ESD保護：明示的に敏感とは記載されていませんが、すべての半導体デバイスに対して標準的なESD予防策を講じて取り扱うことを推奨します。
• 光学設計：120°の広い視野角により、広い視認性を必要とするアプリケーションに適しています。集光ビームが必要な場合は、二次光学系（レンズ）が必要になります。

7.3 意図された用途と制限

このLEDは、通常の電子機器での使用を目的として設計されています。航空機、交通制御、医療生命維持システム、または重要な安全装置など、故障が直接生命や健康を脅かす可能性のあるアプリケーションには定格されていません。そのようなアプリケーションでは、適切な信頼性認定を持つ部品についてメーカーにご相談ください。

8. 技術比較と差別化

この黄色AlInGaP LEDは、性能特性のバランスを提供します。従来技術の黄色LED（例：GaAsPベース）と比較して、AlInGaPはより高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい出力と、より良い色純度（狭いスペクトル幅）を実現します。120°の広い視野角は、ビームがはるかに狭いウォータークリアレンズLEDとの重要な差別化要因であり、追加の拡散板なしで広い角度範囲からインジケータを見る必要があるアプリケーションに最適です。MSL 3定格と標準的な鉛フリーリフロープロファイルとの互換性は、現代の大量生産SMT実装ラインにとって堅牢な選択肢となります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 5V電源で使用する抵抗値は？

最大V_F2.5V、目標I_F20mAを使用：R = (5V - 2.5V) / 0.02A = 125オーム。最も近い標準値である120オームまたは130オームが適しています。抵抗の定格電力は少なくともP = I²R = (0.02)²* 120 = 0.048Wであるため、標準的な1/8W（0.125W）または1/10W抵抗で十分です。

9.2 このLEDを30mAで連続駆動できますか？

はい、30mAは推奨される最大直流順方向電流です。ただし、絶対最大定格で動作すると、長期信頼性が低下し、接合温度が上昇して光出力が減少する可能性があります。最適な寿命と安定性のためには、光度がアプリケーション要件を満たす場合、20mA以下で駆動することをお勧めします。

9.3 発注時のビンコードとは何を意味しますか？

ビンコードは、光度（例：T1: 280-355 mcd）と主波長（例：K: 591.0-593.5 nm）の保証された最小値と最大値を指定します。ビンコードを指定することで、発注ごとに一貫した明るさと色のLEDを受け取ることができ、複数インジケータパネルや視覚的一様性が重要な製品にとって重要です。

9.4 バッグを開封後、これらのLEDをベンチ上にどのくらい置いておけますか？

信頼性のあるはんだ付けのためには、防湿密封バッグ開封後、工場フロア条件（≤30°C/60% RH）で168時間（7日）の猶予があります。この時間を超えた場合、LEDはリフローはんだ付けを試みる前に60°Cで48時間ベーキングする必要があり、急速な湿気蒸発による内部パッケージの損傷を防ぎます。

10. 実用的な使用例

シナリオ：ネットワークルーター用の状態表示パネルの設計パネルには、リンクアクティビティとシステム状態を示す10個の黄色LEDが必要です。均一な外観を確保するため、設計者は同じ光度ビン（例：S2: 224-280 mcd）と波長ビン（例：J: 588.5-591.0 nm）からLEDを選択します。各LEDは、マイクロコントローラのGPIOピンから120オームの電流制限抵抗を介して3.3Vレールで駆動され、順方向電流は約((3.3V - 2.1V代表値)/120Ω) ≈ 10mAとなり、十分な明るさを提供しながら電力を節約します。120°の広い視野角により、デバイス前面のどこからでもインジケータが見えます。PCBレイアウトには推奨されるはんだパッドフットプリントが含まれており、ピーク温度250°Cの標準的な鉛フリーリフロープロファイルを使用した実装用に設計されています。

11. 原理紹介

このLEDは、アルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体技術に基づいています。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に注入され、そこで再結合します。この再結合中に放出されるエネルギーは、光子（光）として放出されます。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を定義します—この場合は黄色（~592 nm）です。クリアエポキシレンズは半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、指定された120°の視野角を達成するために光出力パターンを形成します。

12. 開発動向

SMDインジケータLEDの一般的な動向は、より高い発光効率（単位電気入力あたりのより多くの光出力）に向かって続いており、同じ明るさでより低い消費電力を可能にします。パッケージサイズもさらに小型化しており、より高密度のインジケータアレイを可能にしています。視覚的一貫性が最も重要である民生電子機器の要求を満たすため、色と強度の両方でより厳しいビニング公差が重視されています。さらに、ますます厳格な環境規制（RoHSを超えて、REACHなど）との互換性と、より高温の鉛フリーはんだ付けプロファイルに耐える能力が、主要な開発の原動力であり続けています。この技術は成熟しており、製造歩留まりの向上、コスト削減、過酷な条件下での信頼性に焦点を当てた漸進的な改善が行われています。