SMD LED イエロー 120度視野角 - 電気/光学特性 - 自動車アクセサリー用途 - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高性能表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の包括的な技術仕様を提供します。本デバイスは、特に自動車分野のアクセサリー用途において、過酷な環境下での信頼性と性能を実現するよう設計されています。その小型フォームファクタと標準化されたパッケージは、自動化されたプリント基板（PCB）実装プロセスおよびスペースに制約のある設計に適しています。

1.1 主要な特徴と利点

本LEDは、その堅牢性と統合の容易さに寄与するいくつかの主要な特徴を備えています：

• 環境適合性：本製品はRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。
• 自動ハンドリング：7インチ径リール上の12mmテープに梱包されて供給され、標準的な自動ピックアンドプレース装置と互換性があります。
• 高信頼性基準：本デバイスはJEDEC Level 2に加速されたプリコンディショニングを経ており、自動車用途における個別半導体部品の基準であるAEC-Q101 Rev D規格に適合しています。
• プロセス互換性：現代の電子機器製造において標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスと互換性を持つよう設計されています。
• 電気的インターフェース：本デバイスは集積回路（IC）互換であり、駆動回路設計を簡素化します。

1.2 ターゲット市場と用途

主な意図された用途は、自動車アクセサリーシステムです。これには、コアの安全クリティカルな照明システム（例：ヘッドライト、ブレーキランプ）に含まれない、車内外の照明機能が含まれます。例としては、ダッシュボードのインジケーターランプ、アンビエント照明、パドルライト、または各種車両サブシステムのステータスインジケーターなどが挙げられます。高輝度、広視野角、および自動車グレードの認定を組み合わせることで、これらの目的に適しています。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

本セクションでは、デバイスの電気的、光学的、および熱的特性の詳細な内訳を提供します。特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

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。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 電力損失（Pd）：530 mW。これはデバイス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)）：400 mA。これは最大許容パルス電流であり、接合温度を管理するために特定の条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で通常定義されます。
• 直流順電流（I_F）：5 mA から 200 mA。これは連続動作のための推奨範囲です。最小電流は安定した光出力を確保し、最大電流は過熱を防ぎます。
• 動作・保管温度範囲：-40°C から +110°C。この広い範囲は自動車グレード部品の特徴です。
• 赤外線はんだ付け条件：260°Cで10秒間耐えます。これは一般的な無鉛（Pbフリー）リフローはんだ付けプロファイルに適合しています。

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。これらのパラメータは、熱が半導体接合部からどのように伝わるかを定義します。

• 熱抵抗、接合部-周囲間（R_θJA）：標準 50 °C/W。16mm²の銅パッドを持つFR4基板（厚さ1.6mm）上で測定。この値は、周囲空気に対して、消費電力1ワットあたり接合温度がどれだけ上昇するかを示します。
• 熱抵抗、接合部-はんだ付け点間（R_θJS）：標準 30 °C/W。これは、主要な放熱経路であるPCBへの熱経路を記述するため、より有用な指標となることが多いです。値が低いほど優れています。
• 最大接合温度（T_J）：125 °C。半導体接合部の温度の絶対上限です。

2.3 電気的および光学的特性

これらは標準試験条件下（I_F= 140mA, Ta=25°C）での標準的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：4.5 cd（最小）から 11.2 cd（最大）。明所視（人間の目）応答曲線（CIE）に一致するようにフィルタリングされたセンサーを使用して測定。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）：標準 120度。これは光度がピーク（軸上）値の半分に低下する全角です。このような広い視野角は、広く均一な照射パターンを提供します。
• ピーク発光波長（λ_P）：標準 592 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）：583 nm から 595 nm。これは、CIE色度図から導出された、光の知覚色を最もよく表す単一波長です。一貫性を保つためにビニングされます。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：標準 18 nm。これはスペクトル純度を示します。幅が狭いほど、より飽和した純粋な色を意味します。
• 順電圧（V_F）：140mA時 1.90 V（最小）から 2.65 V（最大）。これは動作時のLED両端の電圧降下です。回路設計を支援するためにビニングされます。
• 逆電流（I_R）：V_R= 12V時 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。

3. ビニングシステムの説明

生産における一貫した色と性能を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。ロットコードは Vf / Iv / Wd の形式（例：D/DA/3）に従います。

3.1 順電圧（Vf）ビニング

ビンにより、LEDが類似の電圧降下を持つことが保証され、並列回路での電流分配や予測可能なドライバ設計にとって重要です。

• ビンコード：C (1.90-2.05V), D (2.05-2.20V), E (2.20-2.35V), F (2.35-2.50V), G (2.50-2.65V)。
• 許容差：各ビン内で±0.1V。

3.2 光度（Iv）ビニング

これは光出力の明るさによってLEDをグループ化します。

• ビンコード：DA (4.5-5.6 cd), DB (5.6-7.1 cd), EA (7.1-9.0 cd), EB (9.0-11.2 cd)。
• 許容差：各ビン内で±11%。

3.3 主波長（Wd）ビニング

これにより、生産ロット全体で一貫した知覚イエロー色が保証されます。

• ビンコード：3 (583-586 nm), 4 (586-589 nm), 5 (589-592 nm), 6 (592-595 nm)。
• 許容差：各ビン内で±1 nm。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのLEDの動作に関する洞察を提供します。

4.1 空間分布（ビームパターン）

提供された極座標図（図2）は、120度の視野角を視覚的に表しています。中心軸からの角度の関数としての相対光度を示しています。このような広視野角LEDの場合、パターンは典型的にはランバートまたはそれに近く、強度が角度の余弦に従って減少することを意味します。

4.2 順電流 vs. 順電圧 / 光度

提供された抜粋には明示的にグラフ化されていませんが、AlInGaP LEDの典型的な曲線は非線形関係を示します。順電圧（V_F）は電流に対して対数的に増加します。光度（I_V）は、ある点までは順電流にほぼ比例しますが、その後、熱の増加やその他の半導体効果により効率低下が発生します。推奨の140mAでの動作は、高効率領域内にある可能性が高いです。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。接合温度が上昇すると：

• 順電圧（V_F）：わずかに減少します（負の温度係数）。
• 光度（I_V）：減少します。高温では光出力が大幅に低下する可能性があり、これが熱管理（低いR_θJS）が極めて重要である理由です。
• 主波長（λ_d）：わずかにシフトする可能性があり、特に厳密にビニングされた用途では、知覚色に影響を与える可能性があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と極性識別

LEDは標準的なEIAパッケージ外形を使用します。重要な寸法には長さ、幅、高さが含まれ、標準公差は±0.2mmです。重要な設計上の注意点は、アノードリードフレームがLEDの主要な放熱板としても機能することです。これは、PCB上のアノードパッドは、熱がLED接合部を離れてPCBに入る主要な経路であるため、放熱を最大化するように設計する必要があることを意味します。

5.2 推奨PCB実装パッド設計

IRリフローはんだ付け用のランドパターン図が提供されています。この推奨事項に従うことは、適切なはんだ接合部の形成、良好な電気的接続の確保、そして極めて重要なことに、アノード/放熱板パッドからPCBの銅層への熱伝達を最大化するために不可欠です。このパッドのサイズと形状は、実効熱抵抗（R_θJS）に直接影響します。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

無鉛プロセスに準拠したJ-STD-020に準拠した詳細なリフロープロファイルグラフが規定されています。主要パラメータは以下の通りです：

• 予熱：150-200°Cまで立ち上げ。
• ソーク/予熱時間：最大120秒。温度安定化とフラックス活性化のため。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間（TAL）：はんだの融点以上で過ごす時間は重要です。プロファイルは、部品への熱ダメージなく信頼性の高い接合部を形成するために、この時間が限界内（通常60-90秒）に収まるようにします。
• 通過回数：最大2回のリフローサイクル。

6.2 手はんだ付け（必要な場合）

手動リワークが必要な場合：

• はんだごて温度：最大300°C。
• はんだ付け時間：接合部あたり最大3秒。
• 修理回数：手はんだ付けは熱ストレスを最小限に抑えるため、1回のみ。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、LEDパッケージを損傷しないよう、指定された溶剤のみを使用してください。推奨剤は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は常温で1分未満浸漬してください。

7. 保管および取り扱い上の注意

7.1 湿気感受性

本製品は、JEDEC J-STD-020に基づき、湿気感受性レベル（MSL）2に分類されます。

• 未開封パッケージ：30°C以下、相対湿度（RH）70%以下で保管。乾燥剤入りの元の防湿バッグに保管した場合、デートコードから1年間の棚寿命があります。
• 開封済みパッケージ：密封バッグから取り出した部品については、保管環境は30°C、60% RHを超えてはなりません。開封後365日以内にIRリフローはんだ付けを完了することを推奨します。
• 長期保管（開封済み）：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。
• ベーキング：部品が365日以上大気環境にさらされた場合、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間ベーキングし、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象による損傷を防止する必要があります。

7.2 適用上の注意

本LEDは、一般的な電子機器および自動車アクセサリー機器向けに設計されています。故障が直接生命や健康を脅かす可能性のある用途（例：航空機の主要システム、医療用生命維持装置、重要な安全装置）では、設計導入前に、特定の信頼性評価およびメーカーとの協議が必要です。

8. 梱包および注文情報

8.1 テープおよびリール仕様

本デバイスは、業界標準のエンボス加工キャリアテープに梱包されて供給されます。

• テープ幅：12 mm。
• リール直径：7インチ（178 mm）。
• リールあたり数量：標準1000個、リールあたりの最小注文数量は500個。
• カバーテープ：空のポケットはトップカバーテープで密封されています。
• 欠品部品：仕様上、連続する最大2個のLED（空ポケット）の欠品が許容されます。
• 標準：梱包はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。

8.2 ラベル情報

リールラベルには、Vf_ビン/Iv_ビン/Wd_ビンの形式（例：D/DA/3）でバッチ記述コードが含まれており、ロットの電気的および光学的特性のトレーサビリティを可能にします。

9. 適用提案および設計上の考慮事項

9.1 典型的な適用シナリオ

• 自動車内装：ダッシュボードインジケーターランプ、シフトレバー位置インジケーター、オーディオシステムステータスランプ、足元またはコンソールのアンビエント照明。
• 自動車外装：パドルライト、ドアハンドル照明、非クリティカルなマーカーまたはアクセント照明。
• 一般的なインジケーター用途：広い視野角と高輝度が有益な、その他の輸送機器や産業機器のステータスLED。

9.2 重要な設計上の考慮事項

1. 熱管理：これが最も重要な側面です。PCBレイアウトは、アノードパッドのサイズと熱的接続性（内層または背面層の銅層へのビア使用）を最大化する必要があります。これが主要な熱経路であるためです。これを怠ると、接合温度の上昇、光出力の低下、光束維持率の加速劣化、および寿命の短縮につながります。
2. 電流駆動：安定した一貫した光出力のために、可変電圧源に接続された単純な電流制限抵抗ではなく、定電流ドライバ回路を使用してください。ドライバが要求電流（5-200mA DC）を供給でき、使用するLEDの順電圧ビンを扱えることを確認してください。
3. 光学設計：120度の視野角は、広く拡散した光を提供します。集光ビームの場合は、二次光学系（レンズ）が必要になります。ウォータークリアレンズは、拡散なしにLEDの本来のイエロー色を発光することを意味します。
4. ESD保護：明示的に敏感とは記載されていませんが、LEDを駆動する制御ラインに基本的なESD保護を実装することは、堅牢性のための良い習慣です。

10. 技術比較と差別化

このデータシートでは他の型番との直接的な比較は提供されていませんが、このLEDの主要な差別化要因はその仕様から推測できます：

• 標準的な民生用LEDとの比較：主な差別化要因は、AEC-Q101認定および拡張温度範囲（-40°C から +110°C）であり、極端な温度と振動が一般的な自動車環境に適しています。
• 狭角LEDとの比較：120度の視野角は、多くのインジケーターLED（30-60度の場合が多い）よりも大幅に広く、エリア照明やLEDが軸外角度から見られる用途により適しています。is significantly wider than many indicator LEDs (which may be 30-60 degrees), making it better for area illumination or applications where the LED may be viewed from off-axis angles.
• 非ビニングLEDとの比較：包括的な3パラメータビニング（Vf, Iv, Wd）により、生産ロット内での輝度、色、電気的動作の一貫性がはるかに高く保証され、均一な外観や予測可能な回路性能を必要とする用途に不可欠です。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 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が最も多くの光パワーを発する物理的な波長です。主波長（λ_d）は、全発光スペクトルとCIE等色関数に基づいて、人間の目が知覚する色を表す計算値です。色の仕様にはλ_dがより関連します。

Q2: なぜ最小順電流（5mA）があるのですか？
A: 非常に低い電流では、LEDの光出力が不安定で非線形になる可能性があります。最小値を規定することで、デバイスがその性能曲線の予測可能で安定した領域で動作することが保証されます。

Q3: 12V電源と抵抗でこのLEDを駆動できますか？
A: 技術的には可能ですが、最適な性能や信頼性のためには推奨されません。計算式 R = (12V - V_F) / I_Fは単純ですが、供給電圧やLEDの順電圧（ビニングや温度による）の変動は、電流、したがって輝度の大きな変動を引き起こします。定電流ドライバの使用を強く推奨します。

Q4: アノードが放熱板です。これはカソードパッドは熱的に重要ではないということですか？
A: その通りです。主要な熱経路は意図的にアノードを通るように設計されています。カソード接続もいくらかの熱を伝導しますが、PCBレイアウトでは、熱管理の努力（大きな銅面積、熱ビア）は最大の効果を得るためにアノードパッドに集中させるべきです。

12. 実践的な設計と使用事例

シナリオ: 自動車センターコンソールのアンビエントライトストリップの設計

1. 要件分析：30cmのストリップ全体に均一で柔らかいイエロー照明が必要。様々な座席位置から見える。動作電圧は車両の公称12Vシステム。温度環境はコールドスタートから高温の車室内まで。
2. 部品選定：本LEDは、自動車グレード、広い視野角（均一な拡散のため）、およびイエロー色により適しています。高輝度であるため、最大電流以下で駆動することで、より高い効率と長寿命を実現できます。
3. 回路設計：スイッチング定電流LEDドライバICを選択し、LEDあたり100mAを供給するように設定。これは140mAの試験点を下回り、熱による減額のための余裕を提供します。ドライバの電流設定は、車両の9-16V電気システムの変動から独立しています。
4. PCBレイアウト：設計ではLEDを直線状に配置します。最も重要なステップは、各LEDのアノードパッド用に大きくソリッドな銅面を設計し、それを複数の熱ビアを介して放熱板として機能する専用の内部グラウンドプレーンに接続することです。カソードパッドは細いトレースで接続します。
5. 光学統合：LEDは乳白色またはテクスチャ加工された光導波板/拡散板の背後に配置され、120度のビームを完全に均一な光の線に散乱させ、個々のLEDのホットスポットを隠します。
6. 検証：アセンブリは温度範囲全体でテストされ、高温時の光出力が要件を満たしていること、および湿度サイクル中に結露関連の故障が発生しないこと（MSL-2取り扱い手順が遵守されたことを検証）を確認します。

13. 技術紹介

本LEDは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）半導体材料システムを利用しています。この材料は、スペクトルのイエロー、オレンジ、レッド、アンバー領域で光を生成するのに特に効率的です。AlInGaPの主な利点には、高い内部量子効率と、他のいくつかの材料システムと比較して良好な温度安定性が含まれます。ウォータークリアレンズは通常、発光波長に対して透明な高温エポキシまたはシリコーンで作られており、半導体ダイの純粋な色が変更や拡散なしに見えるようにします。

14. 業界動向と発展

SMD LED、特に自動車および産業用途における一般的な傾向は以下の通りです：

1. 効率向上（lm/W）：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、同じ電力入力に対してより多くの光出力が得られ、電力消費と熱負荷が低減されます。
2. 高出力密度と改善された熱管理：新しいパッケージ設計では、より良い熱経路（ここでの専用アノード放熱板など）と材料が組み込まれ、より小さなフットプリントでより高い駆動電流を扱えるようになっています。
3. 信頼性の向上と厳格な認定：AEC-Q101などの規格は継続的に改訂され、部品はより厳格な試験を満たし、特に10-15年の寿命が一般的な自動車用途では、より長い寿命が期待されます。
4. より厳密なビニングと色の一貫性：アンビエント照明などの用途がより美的になるにつれて、生産バッチ間で極めて一貫した色座標（単純な主波長を超えて）と強度を持つLEDへの需要が高まっています。
5. 統合：複数のLEDチップ、制御回路、時には光学系を単一のよりスマートなLEDモジュールに統合し、エンドユーザーの設計を簡素化する傾向があります。