SMD LED 黄緑色 AlInGaP 120度視野角 - パッケージ寸法 - 順方向電圧 1.8-2.4V @20mA - 光度 56-180mcd - 日本語技術データシート

1. 製品概要

本資料は、小型で高性能な表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。本デバイスは、アルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体材料を用いて黄緑色の光を出力します。標準的なEIAパッケージフォーマットで設計されており、自動実装機や標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性があります。LEDは、業界標準の12mmテープに実装され、直径7インチのリールに巻かれて供給され、大量生産を容易にします。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

本LEDの主な利点は、極小フットプリント、自動実装への適合性、および鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロファイルへの準拠です。信頼性の高い性能と効率的な実装が重要な、スペースに制約のあるアプリケーション向けに設計されています。ターゲット市場は、通信機器（コードレス電話、携帯電話など）、ポータブルコンピューティングデバイス（ノートパソコンなど）、ネットワークハードウェア、家電製品、屋内看板やディスプレイのバックライトなど、幅広い民生用および産業用電子機器に及びます。主な機能は、状態表示、信号灯、またはフロントパネル照明としての使用です。

2. 詳細な技術パラメータ分析

特に断りのない限り、すべての電気的および光学的特性は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と長期信頼性の確保に不可欠です。

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、設計上避けるべきです。

• 電力損失（Pd）：72 mW。これはパッケージが熱として放散できる最大電力です。
• 連続順方向電流（IF）：30 mA DC。信頼性のある動作のための最大定常電流です。
• ピーク順方向電流：80 mA、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。
• 逆方向電圧（VR）：5 V。本デバイスは逆バイアス動作用に設計されておらず、この電圧を超えると破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。通常機能する周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲：-40°C から +100°C。デバイスが通電されていない状態での安全な温度範囲です。

2.2 Ta=25°C（IF=20mA）における電気光学特性

これらは標準試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 光束（Φv）：最小0.17 lmから最大0.54 lmの範囲。全可視光出力です。
• 光度（Iv）：光束に対応し、56 mcd（ミリカンデラ）から180 mcdの範囲。これは特定方向での知覚される明るさの尺度です。
• 視野角（2θ1/2）：120度（代表値）。中心（0°）での光度の半分になる全角度として定義されます。これは広く拡散した光パターンを示します。
• ピーク発光波長（λp）：574 nm（代表値）。スペクトル出力が最も強い波長です。
• 主波長（λd）：564.5 nm から 576.5 nm の範囲で規定。これは色（黄緑）を定義する、人間の目が知覚する単一波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：15 nm（代表値）。ピーク強度の半分での発光スペクトルの帯域幅であり、色純度を示します。
• 順方向電圧（VF）：20mA時、1.8 V（最小）から2.4 V（最大）の範囲。LEDが導通時の両端電圧降下です。
• 逆方向電流（IR）：VR=5V時、最大10 μA。逆電圧が印加された時のわずかなリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

生産の一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。これにより、設計者は輝度、電圧、色の特定要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光束/光度ビニング

光出力は5つのビン（A2、B1、B2、C1、C2）に分類されます。例えば、ビンC2は光束0.42 lmから0.54 lm、光度140-180 mcdの最高出力を提供します。ビンA2は最低出力グレードです。設計者は、正確な光出力を予測するために、注文した品番の具体的なビニングをデータシートで確認する必要があります。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は3つのカテゴリ（D2、D3、D4）にビニングされ、各ビン内の許容差は±0.1Vです。

• ビン D2: VF = 1.8V - 2.0V
• ビン D3: VF = 2.0V - 2.2V
• ビン D4: VF = 2.2V - 2.4V

これは、特に電圧の一貫性が電流、ひいては輝度に影響するバッテリー駆動アプリケーションにおいて、電流制限回路を設計する上で重要です。

3.3 色相（主波長）ビニング

色相は、主波長を4つのグループ（B、C、D、E）にビニングすることで制御され、各グループの許容差は±1 nmです。

• ビン B: λd = 564.5 nm - 567.5 nm
• ビン C: λd = 567.5 nm - 570.5 nm
• ビン D: λd = 570.5 nm - 573.5 nm
• ビン E: λd = 573.5 nm - 576.5 nm

これにより、アレイやディスプレイで使用される複数のLED間の色の均一性が確保されます。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのデバイスの挙動についてより深い洞察を提供します。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

I-V曲線は非線形であり、ダイオードの特性です。順方向電圧は電流に対して対数的に増加します。代表的な動作電流20mAでは、VFは規定されたビニング範囲内に収まります。設計者は、特にVFが増加する低温時に駆動回路が十分な電圧を供給することを保証するために、この曲線を使用する必要があります。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流

この曲線は、標準動作範囲内では光出力が順方向電流にほぼ比例することを示しています。ただし、LEDを絶対最大DC電流（30mA）以上で駆動することは、加速劣化、寿命短縮、過熱による故障の可能性があるため推奨されません。

4.3 相対光度 vs. 周囲温度

AlInGaP LEDの光度は、周囲温度が上昇すると減少します。この曲線は、高温環境で動作するアプリケーションにとって極めて重要です。設計者は、広い温度範囲で一貫した輝度が必要な場合、期待される光出力を減額評価するか、熱管理を実施する必要があるかもしれません。

4.4 スペクトル分布

スペクトルグラフは、574 nm（黄緑）を中心とした狭いピークを示し、代表的な半値幅は15 nmです。これは、発光の色純度と特定の波長領域を確認します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 デバイスパッケージ寸法

LEDは標準的なSMDパッケージ外形に準拠しています。すべての重要な寸法はミリメートル単位で提供され、一般的な公差は±0.2 mmです。図面には、本体の長さ、幅、高さ、およびはんだパッド/端子の位置とサイズが含まれます。レンズはウォータークリアと規定されています。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

プリント回路基板（PCB）設計用のランドパターン図が提供されています。これは、リフロー時の適切なはんだ接合部形成、良好な機械的接着、LED端子からの効果的な放熱を確保するための推奨銅パッドサイズと間隔を示しています。

5.3 極性識別

データシートには、通常、マーキング、ノッチ、または異なるパッドサイズを介して、デバイスパッケージ上のカソード/アノード識別が示されるべきです。損傷を防ぐために、組立時に正しい極性を遵守する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（Pbフリー）プロセスに準拠した、J-STD-020Bに準拠した詳細なリフロー温度プロファイルが提供されています。主なパラメータは以下の通りです：

• 予熱/ソーク：150-200°Cまで上昇。
• 液相線温度以上時間（TAL）：推奨時間を維持。
• ピーク温度：260°Cを超えてはなりません。
• ピーク温度±5°C内時間：制限する必要があります（例：最大10秒）。

このプロファイルは、部品への熱衝撃を最小限に抑えるために、制御された昇温と冷却を強調しています。

6.2 手動はんだ付け（はんだごて）

手動リワークが必要な場合、はんだごて先端温度は300°Cを超えてはならず、リードごとのはんだ付け時間は最大3秒に制限する必要があります。パッケージや内部ダイボンドの損傷を避けるため、パッドごとはんだ付けは1回のみ行うべきです。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、エチルアルコールやイソプロピルアルコールなどの指定されたアルコール系溶剤のみを使用する必要があります。LEDは常温で1分未満浸漬するべきです。指定外の化学洗浄剤は、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。

6.4 保管および湿気感受性

LEDは湿気に敏感です。乾燥剤と共に元の防湿バッグに密封されている場合、保管条件は温度≤30°C、湿度≤70%RHとし、1年以内に使用する必要があります。バッグを開封するとフロアライフが始まります。部品は温度≤30°C、湿度≤60%RHで保管し、168時間（7日）以内にIRリフローすることを推奨します。この期間を超えて保管する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気中で保管する必要があります。フロアライフを超えた部品は、はんだ付け前にベーキング処理（約60°Cで少なくとも48時間）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。

7. 包装および注文情報

7.1 テープおよびリール仕様

デバイスは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに実装されて供給されます。テープポケット、ピッチ、リールの詳細寸法は、ANSI/EIA-481規格に準拠して提供されます。標準リールは直径7インチで、3000個入りです。残数注文の場合、最小包装数量は500個です。テープは高速自動実装機との互換性を確保します。

8. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

LEDには抵抗などの直列電流制限素体が必要です。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算できます：R = (電源電圧 - VF) / IF。ここでVFは所望の電流IFにおけるLEDの順方向電圧です。ビンからの最大VFを使用することで、部品公差があっても電流が限界を超えないことを保証します。高精度または可変輝度の場合は、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72mW）ですが、PCB上の効果的な熱設計は、特に高周囲温度または高電流駆動時において、長寿命化のために依然として重要です。LEDの熱パッドに接続された十分な銅面積を確保することで、放熱を助け、安定した光出力を維持します。

8.3 製造性を考慮した設計（DFM）

推奨されるPCBパッドレイアウトと規定されたリフロープロファイルに従ってください。実装機のノズルがパッケージサイズと互換性があることを確認してください。テープフィーダーの設定がテープおよびリール仕様と一致していることを確認してください。

9. 技術比較および差別化

リン化ガリウム（GaP）LEDなどの旧技術と比較して、AlInGaP LEDは著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力を実現します。120度の視野角は、狭視野角LEDと比較してより広く拡散した光パターンを提供し、様々な角度から視認性が必要な状態表示に理想的です。標準EIAパッケージにより、広範な実装ツールエコシステムおよび既存のPCB設計とのドロップイン互換性が確保されます。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 光束と光度の違いは何ですか？

光束（単位：ルーメン、lm）は、光源が全方向に放射する可視光の総量です。光度（単位：カンデラまたはミリカンデラ、mcd）は、特定の方向に放射される光の量です。本LEDのデータシートは両方を提供しており、光度は中心軸（0°）に沿って測定されています。

10.2 電流制限抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

いいえ。LEDは電流駆動デバイスです。電圧源に直接接続すると過剰電流が流れ、急速に破壊されます。常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。

10.3 高温で光出力が減少するのはなぜですか？

これは半導体材料の基本的な特性です。温度上昇は発光接合部の内部量子効率に影響し、電子あたりに生成される光子の数を減少させます。データシートの性能曲線はこの効果を定量化しています。

10.4 注文時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？

完全な品番には、光度（例：C2）、順方向電圧（例：D3）、主波長（例：E）の特定のビンを表す接尾辞が含まれる場合があります。メーカーの注文ガイドを参照してください。特定のビンが指定されていない場合は、指定されたビン全体の標準生産分布から部品を受け取ることになります。

11. 実用的な設計および使用例

11.1 低消費電力状態表示

バッテリー駆動のIoTセンサーノードでは、LEDを低消費電力のハートビート表示として使用できます。マイクロコントローラのGPIOピンを使用して、LEDを低デューティサイクル（例：10msオン、990msオフ）でパルス駆動し、デバイス動作を示しながら平均消費電流を最小限に抑え、バッテリー寿命を延ばすことができます。

11.2 キーパッド用フロントパネルバックライト

これらのLEDをアレイ配置し、拡散板の背後に配置することで、メンブレンキーパッドや制御パネルのレジェンドに均一なバックライトを提供できます。広い120度の視野角は、パネル表面全体の均一な照明を実現するのに役立ちます。設計者は、所望の輝度レベルを満たすために、適切な間隔と電流駆動を確保する必要があります。

12. 技術原理の紹介

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ます。それらが再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。結晶格子中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの特定の比率がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接発光の波長（色）を定義します—この場合は黄緑（約574 nm）。ウォータークリアエポキシレンズは半導体ダイを封止し、環境保護を提供し、光出力パターンを形成します。

13. 業界動向と発展

SMD LEDの一般的なトレンドは、より高い発光効率（電気入力ワットあたりのより多くの光出力）、より厳格なビニングによる改善された色の一貫性、過酷な環境条件下での強化された信頼性に向かっています。また、小型化（より小さなパッケージサイズ）と集積化（制御用の内蔵ICを備えたLEDなど）の開発も進行中です。表示用途では、コスト効率、信頼性、両面リフローなどの先進的な実装プロセスとの互換性に焦点が当てられ続けています。本データシートで説明されている技術は、標準的な表示ニーズに対する成熟した広く採用されているソリューションを表しています。