SMD ミドルパワー ブルーLED 67-21S データシート - PLCC-2 パッケージ - 150mA - 3.2V 標準 - 540mW - 技術文書

1. 製品概要

67-21Sは、一般照明用途向けに設計された表面実装型（SMD）ミドルパワーLEDです。PLCC-2（Plastic Leaded Chip Carrier）パッケージを採用し、自動組立プロセスに適したコンパクトな形状を提供します。主な発光色は青色で、InGaNチップ技術により実現され、光出力を最大化するためにウォータークリア樹脂で封止されています。このLEDは、高効率と広い120度の視野角を特徴とし、様々な照明ニーズに対応できる汎用性を備えています。RoHS指令に準拠し、鉛フリー（Pb-free）部品として製造されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、性能と消費電力のバランス、いわゆるミドルパワーにあります。一般的な低電力インジケータLEDよりも高い光束を提供しながら、一部の高電力LEDと比較して優れた熱管理と効率を維持します。広い視野角は均一な光分布を保証し、エリア照明において重要です。主なターゲット市場は、色や拡散光が重要な装飾・エンターテインメント照明、および特定の光スペクトルが植物の成長に影響を与える農業照明です。また、民生品や商業製品における汎用照明にも適しています。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、特定の条件（はんだ付け点温度25°C）で定義されます。最大連続順方向電流（I_F）は150 mAです。ピーク順方向電流（I_FP）300 mAに耐えられますが、これはデューティサイクル1/10、パルス幅10 msのパルス条件下のみです。最大許容損失（P_d）は540 mWです。動作温度範囲（T_opr）は-40°Cから+85°C、保存温度範囲（T_stg）は-40°Cから+100°Cです。接合部からはんだ付け点までの熱抵抗（R_{th J-S}）は50 °C/Wであり、熱設計における重要なパラメータです。最大許容接合温度（T_j）は125°Cです。デバイスは静電気放電（ESD）に敏感であり、適切な取り扱い手順が必要です。

2.2 電気光学特性

標準試験条件（T_soldering= 25°C、I_F= 150 mA）下でのLEDの標準的性能が規定されています。光束（Φ）は最小9.0 lmから最大15.0 lmの範囲で、標準的な許容差は±11%です。順方向電圧（V_F）は通常2.9 Vから3.6 Vの間にあり、製造許容差は±0.1Vと狭くなっています。視野角（2θ_1/2）（光束がピーク値の半分に低下する角度として定義）は標準的に120度です。逆方向電流（I_R）は、逆方向電圧（V_R）5V印加時に最大50 μAと規定されています。

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は主要性能パラメータに基づいてビンに分類されます。

3.1 測光（光束）ビニング

光束出力は複数のビンコード（B8、B9、L1-L5）に分類されます。各コードは150 mAで測定された特定の光束範囲を表します。例えば、ビンB8は9.0から9.5 lmをカバーし、ビンL5は14.0から15.0 lmをカバーします。これにより、設計者は用途に応じた希望の輝度レベルのLEDを選択できます。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧はコード36から42にビニングされます。各コードは0.1Vの範囲を表し、ビン36の2.9-3.0Vからビン42の3.5-3.6Vまでです。複数のLEDを並列接続する場合、均一な電流分配を確保するために、同じまたは隣接する電圧ビンからのLEDを選択することが重要です。

3.3 主波長ビニング

色（主波長）は2つの範囲にビニングされます：B54（465-470 nm）およびB55（470-475 nm）。これにより、特定の青色調が必要な用途において、ある程度の色の一貫性が提供されます。主波長/ピーク波長の測定許容差は±1 nmです。

4. 性能曲線分析

4.1 スペクトル分布

提供されているスペクトルグラフは、青色InGaN LEDの典型的な発光曲線を示しています。ピークは青色波長領域（約465-475 nm）に集中しており、比較的狭いスペクトル幅を持っています。これはこの半導体材料の特徴です。

4.2 順方向電圧対接合温度

図1は、順方向電圧が接合温度の上昇とともにどのように変化するかを示しています。電圧は通常、温度が上昇するにつれて直線的に減少します（負の温度係数）。これは半導体ダイオードの一般的な特性です。定電圧駆動回路ではこの点を考慮する必要があります。

4.3 相対放射パワー対順方向電流

図2は、光出力パワーと順方向電流の関係を示しています。出力は電流とともに準線形的に増加し、非常に高い電流では発熱の増加やその他の非理想的な効果により効率が低下する可能性があります。

4.4 相対光束対接合温度

図3は、熱消光効果を示しています。接合温度が上昇すると、光束出力が減少します。光出力と寿命を維持するためには、適切な放熱が不可欠です。

4.5 順方向電流対順方向電圧（IV曲線）

図4は、25°Cにおける古典的なダイオードIV特性曲線を示しています。オン電圧を超えた後の電流と電圧の指数関数的関係を示しています。

4.6 最大駆動電流対はんだ付け温度

図5は、ディレーティング曲線を提供します。これは、はんだ付け点の温度（PCB温度に関連）に基づいて、接合温度を125°C限界以下に保つための最大許容順方向電流を示しています。周囲温度または基板温度が高い場合、電流を減らす必要があります。

4.7 放射パターン

図6は、光強度の空間分布を示す極座標図です。このパターンは、120°の視野角を持つ広いランバート型の発光プロファイルを確認しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには、PLCC-2パッケージの詳細な寸法図が含まれています。主要寸法には全長、幅、高さ、およびパッド間隔とサイズが含まれます。カソードは通常、パッケージ上のマークまたは面取りされた角で識別されます。指定されていないすべての公差は±0.15 mmです。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

このLEDはリフローはんだ付けに適しています。推奨される最大プロファイルは、ピーク温度260°C、持続時間10秒です。手はんだ付けの場合、はんだごて先端温度は350°Cを超えてはならず、接触時間はパッドごとに3秒に制限する必要があります。これらの制限は、プラスチックパッケージと内部ワイヤーボンドの損傷を防ぐために重要です。

7. 梱包および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

部品は、自動ピックアンドプレース組立用に防湿テープおよびリールに供給されます。リール寸法およびキャリアテープポケット寸法が提供されています。標準的な梱包数量はリールあたり4000個です。

7.2 湿気感受性および梱包

LEDは、湿気吸収がリフローはんだ付け中にポップコーン現象を引き起こす可能性があるため、保管および輸送中の環境湿度から保護するために、乾燥剤入りのアルミ防湿バッグに梱包されています。

7.3 ラベル説明

リールラベルには、品番（P/N）、数量（QTY）、および光束（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）の特定のビンコードなどの情報が含まれています。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

装飾およびエンターテインメント照明：青色と広い角度は、アクセント照明、看板、ステージ効果に適しています。
農業照明：青色光は園芸照明スペクトルの重要な構成要素であり、植物の形態形成や光合成に影響を与えます。
一般照明：パネルライト、ダウンライト、その他の拡散青色または白色（蛍光体と組み合わせた場合）光源が必要な器具のアレイに使用できます。

8.2 設計上の考慮事項

熱管理：R_{th J-S}が50 °C/Wであるため、全電流での信頼性の高い動作には、PCBを介した効果的な放熱（サーマルビア、銅面の使用）が必須です。
電流駆動：安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧源よりも定電流ドライバの使用を強く推奨します。
光学：広い視野角は、より焦点を絞ったビームが必要な場合、二次光学（レンズ、リフレクター）を必要とする可能性があります。
ESD保護：PCB入力にESD保護を実装し、組立中の適切な取り扱いを確保してください。

9. 信頼性および試験

データシートには、信頼水準90%、LTPD（ロット許容不良率）10%で実施された包括的な信頼性試験の一覧が記載されています。試験には、リフローはんだ付け耐性、熱衝撃、温度サイクル、高温高湿保管および動作、低温保管および動作、および様々な条件（25°C、55°C、85°C、異なる電流）での複数の高温動作寿命試験が含まれます。これらの試験は、典型的な環境および動作ストレス下でのLEDの堅牢性を検証します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを300 mAで連続駆動できますか？
A: できません。300 mAの定格はパルス動作のみ（デューティサイクル1/10、パルス幅10 ms）です。最大連続電流は150 mAです。これを超えるとLEDが過熱し損傷する可能性が高いです。

Q: 順方向電圧のビニングが重要なのはなぜですか？
A: 複数のLEDを並列接続する場合、順方向電圧の違いにより電流の不均一な分配が生じます。V_Fが低いLEDはより多くの電流を引き、早期故障につながる可能性があります。同じ電圧ビンからのLEDを使用することで、このリスクを最小限に抑えることができます。

Q: 熱抵抗値（50 °C/W）はどのように解釈すればよいですか？
A: これは、LED接合部で消費される電力1ワットごとに、接合温度がはんだ付け点の温度より50°C上昇することを意味します。例えば、150 mA、V_F3.2Vでは、電力は約0.48Wです。これにより、PCBパッドから接合部まで24°Cの温度上昇が生じます。

Q: 防湿バッグの目的は何ですか？
A: SMDパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部圧力を生み出してパッケージを割る（ポップコーン現象）可能性があります。防湿バッグと乾燥剤は、使用前の吸収を防ぎます。

11. 実践的設計事例

シナリオ：67-21S LED 20個を使用した直線型ライトバーの設計。
設計ステップ：
1. 電気設計：直並列構成を決定します。例えば、10ストリングを並列に接続し、各ストリングに2個のLEDを直列に接続します。これには約6.4V（2 * 3.2V）の駆動電圧と合計1.5A（10ストリング * 150mA）の電流が必要です。1.5Aに設定され、7V以上の出力が可能な定電流ドライバが必要です。
2. 熱設計：総消費電力を計算します：20個のLED * 0.48W ≈ 9.6W。PCBは放熱板として機能する必要があります。2オンスの銅層、各LEDパッドの下から大きな内部グランドプレーンに接続するサーマルビアを使用し、より良い熱拡散のためにアルミコアPCB（MCPCB）を検討してください。
3. 光学設計：直線型バーの場合、元の120°ビームで十分な場合があります。拡散カバーを使用する場合は、効率を維持するために高い透過率を持つことを確認してください。
4. 部品選択：均一な輝度と電流分担を確保するために、同じ光束ビン（例：L2）および順方向電圧ビン（例：38）からのLEDを指定します。

12. 技術原理紹介

67-21S LEDは、窒化インジウムガリウム（InGaN）から作られた半導体ヘテロ構造に基づいています。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。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。InGaN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—この場合は青色です。PLCC-2パッケージは、半導体ダイをリードフレーム上に配置し、細いワイヤで接続し、ダイを保護し一次光学素子として機能する透明なエポキシまたはシリコーン樹脂で封止します。

13. 技術トレンド

67-21SのようなミドルパワーLEDの市場は進化し続けています。主なトレンドは以下の通りです：
効率（lm/W）の向上：チップ設計、エピタキシャル成長、およびパッケージ光取り出し効率の継続的な改善により、同じ電力入力に対してより高い光出力が得られます。
色の一貫性の向上：より厳しいビニング公差と高度な製造管理により、生産ロット内およびロット間の色のばらつきが減少します。
信頼性の向上：より堅牢なパッケージ材料（例：高温シリコーン）およびダイ取り付け技術の開発により、より高い動作温度と過酷な環境に耐えられます。
用途特化型最適化：LEDは、植物の光受容体に最適化されたスペクトルを持つ園芸用、または概日リズムを考慮した人間中心の照明など、特定の市場向けにますます調整されています。