SMD ミドルパワーLED 67-21S データシート - PLCC-2パッケージ - 遠赤色 720-750nm - 60mA 135mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、PLCC-2パッケージを採用した表面実装型（SMD）ミドルパワーLEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスはAIGaInPチップを利用して遠赤色スペクトルで発光し、一般照明を超えた特殊な照明用途に適しています。そのコンパクトなフォームファクター、広い視野角、環境規格（鉛フリー、RoHS）への適合が主な特徴です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、そのパワークラスにおける高い効率と、広い120度の視野角により、広く均一な光分布を確保することです。コンパクトなPLCC-2パッケージは、様々な照明器具への設計統合を容易にします。ターゲット市場は非常に専門的で、特定の光スペクトルが要求される用途に焦点を当てています。例えば、雰囲気効果を創出する装飾照明、舞台やスタジオ用のエンターテインメント照明、そして遠赤色波長が植物の生理、光形態形成、開花反応に影響を与えることが知られている農業照明（植物工場照明）などが挙げられます。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、これを超えると永久的な損傷が発生する可能性のある動作限界を定義します。デバイスは連続順電流（I_F）60 mA、パルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅10ms）で許容されるピーク順電流（I_FP）120 mAで定格されています。最大許容損失（P_d）は135 mWです。動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲はわずかに広い-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と規定されており、熱設計において重要です。最大許容接合温度（T_j）は115°Cです。はんだ付けガイドラインが提供されています：リフローはんだ付けは260°Cで10秒間、手はんだ付けは350°Cで3秒間です。重要な注意点として、デバイスは静電気放電（ESD）に敏感であるため、適切な取り扱い手順が必要であることが強調されています。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは標準試験条件（はんだ付け点温度 = 25°C、I_F= 60mA）で測定されます。主要な性能指標は放射束（Iv）であり、最小15 mWから最大50 mWの範囲で、この範囲内に典型的な値が示唆され、許容差は±11%です。順方向電圧（V_F）は1.5Vから2.2Vの範囲で、許容差は±0.1Vです。視野角（2θ_1/2）は典型的に120度です。逆方向電流（I_R）は、逆方向電圧（V_R）5Vにおいて最大1.5 µAと規定されています。

3. ビニングシステムの説明

一貫性を確保し、精密な選択を可能にするため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。

3.1 放射束ビン

放射束出力は、A3からB2までのラベルが付けられたビンに分類されます。ビンA3は15-20 mW、A4は20-25 mW、A5は25-30 mW、B1は30-40 mW、B2は40-50 mWをカバーし、いずれもI_F=60mAで測定されます。

3.2 順方向電圧ビン

順方向電圧は0.1V刻みでビニングされます。ビンコード22から28は、それぞれ1.5-1.6Vから2.1-2.2Vまでの電圧範囲に対応します（I_F=60mA時）。

3.3 ピーク波長ビン

これはスペクトル用途にとって重要なビンです。遠赤色発光はピーク波長によってビニングされます：FA3 (720-730 nm)、FA4 (730-740 nm)、FA5 (740-750 nm)。主波長/ピーク波長の測定許容差は±1nmです。

4. 性能曲線分析

データシートは、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかのグラフを提供します。

4.1 スペクトル分布

スペクトルグラフは、約645nmから795nmまでの波長にわたる相対光度を示し、遠赤色領域（720-750nm）に顕著なピークがあり、AIGaInPチップの発光特性を確認しています。

4.2 熱的・電気的特性

図1: 順方向電圧シフト vs. 接合温度は、V_Fが接合温度（T_j）が25°Cから115°Cに上昇するにつれて直線的に減少することを示しており、これは半導体接合の典型的な挙動です。

図2: 相対放射束 vs. 順方向電流は、駆動電流と光出力の間のサブリニアな関係を示し、高電流での効率低下を示唆しています。

図3: 相対光度 vs. 接合温度は、正規化された光出力をT_jに対してプロットし、温度上昇に伴う効率の低下を示し、熱管理の重要性を強調しています。

図4: 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）は、25°Cにおける基本的なダイオード特性を描いています。

図5: 最大駆動順方向電流 vs. はんだ付け温度はデレーティング曲線であり、与えられたR_{th j-s}=50°C/Wに基づき、周囲/はんだ付け点温度が上昇するにつれて最大安全動作電流を低減しなければならないことを示しています。

図6: 放射パターン図は空間的な強度分布を示す極座標プロットであり、広いランバート型に近い発光パターンを確認しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

PLCC-2パッケージの詳細な寸法図が提供されています。主要寸法には、全長と全幅、LEDチップキャビティのサイズと位置、アノード/カソードパッドの位置が含まれます。図面は特に断りのない限り、標準公差±0.1 mmを規定しています。パッケージはウォータークリア樹脂を使用しています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

絶対最大定格には、はんだ付け条件が規定されています：リフローは260°Cで10秒間、手はんだは350°Cで3秒間です。使用上の注意セクションでは、LEDと直列に電流制限抵抗を使用することを強く推奨しています。これは、ダイオードの指数関数的なI-V特性により、わずかな電圧変化が大きく、破壊的な可能性のある電流サージを引き起こす可能性があるためです。保管に関しては、吸湿によるリフローはんだ付け時のポップコーン現象を防ぐため、生産ラインで使用する準備が整うまで防湿バリアバッグを開封しないことが重要です。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは防湿テープ&リールで供給されます。キャリアテープの寸法が規定され、1リールあたり4000個を保持します。リールとキャリアテープの詳細図が含まれており、標準公差は±0.1mmです。梱包工程では、リールを乾燥剤と説明ラベルを入れたアルミ防湿バッグに収納します。

7.2 ラベル説明

リールラベルには以下の項目が含まれます：顧客品番（CPN）、品番（P/N）、梱包数量（QTY）、光度ランク（CAT）、主波長ランク（HUE）、順方向電圧ランク（REF）、ロット番号（LOT No）。

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：深紅の環境照明、建築アクセント、または舞台やスタジオ設定での特殊効果を作成するために使用されます。
• 農業照明（植物工場照明）：これは重要なアプリケーションです。遠赤色光（700-750nm）は植物の光受容体フィトクロムと相互作用し、種子発芽、避陰反応、開花に影響を与えます。植物の成長と発達を最適化するために、園芸照明システムにおいて赤色および青色LEDと組み合わせて使用されることが多いです。
• 一般用途：一般と呼ばれていますが、これは特定の赤色が望まれるインジケータランプやステータスランプを指す可能性が高いです。ただし、遠赤色スペクトルは標準的なインジケータにはあまり一般的ではありません。

8.2 設計上の考慮事項

設計者は、過電流を防ぐために適切な定電流駆動を実装するか、直列抵抗を使用する必要があります。熱管理は極めて重要です。50 °C/Wの熱抵抗は、はんだ付けパッドからヒートシンクまたはPCBの銅面への効果的な熱経路を必要とし、低い接合温度を維持して長期信頼性と安定した光出力を確保します。広い視野角は、所望のビームパターンを達成するための光学設計で考慮されなければなりません。

9. 信頼性および試験

90%の信頼水準と10%のロット許容不良率（LTPD）で実施される包括的な信頼性試験計画が概説されています。試験には以下が含まれます：耐はんだ熱性、温度サイクル（-40°C ～ +100°C）、高温高湿寿命（85°C/85% RH）、低温寿命（-40°C）、高温寿命（60°Cおよび85°C）、パルスON/OFFサイクル、サーマルショック、電力温度サイクル。各試験には特定の条件、期間（最大3000時間）、サンプルサイズ（8個）、合格基準（不良0個が合格、1個でも不良があればロット不合格）があります。

10. 技術比較および差別化

同じPLCC-2パッケージ（白色光によく使用される）の標準的なミドルパワーLEDと比較して、このデバイスの主な差別化要因は、遠赤色スペクトルで発光する特殊なAIGaInP半導体材料です。標準LEDは青色/緑色にInGaNを、標準赤色/琥珀色にAlGaInPを使用するかもしれませんが、この特定の波長ターゲット（720-750nm）は、ニッチな生物的および美的アプリケーションに対応しています。その性能パラメータ（効率、電圧）はこのスペクトル領域に最適化されています。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: なぜ電流制限抵抗が必須なのですか？

A: LEDの順方向電圧は負の温度係数と製造公差を持っています。抵抗がない場合、供給電圧のわずかな上昇や加熱によるV_Fの低下により、電流が指数関数的に増加し、絶対最大定格を超えてデバイスを破壊する可能性があります。

Q: 品番のビンコードをどのように解釈すればよいですか？

A: 品番には、特定の発注ロットが満たす放射束（例：A3、B2）、順方向電圧（例：22、28）、ピーク波長（例：FA4）の特定のビンがコード化されている可能性が高く、特性が密にグループ化されたLEDを受け取ることが保証されます。

Q: このLEDをピーク電流（120mA）で連続駆動できますか？

A: いいえ。ピーク順電流定格はパルス動作専用です（デューティサイクル1/10、パルス幅10ms）。連続動作は、高温時の図5で要求されるデレーティングを考慮し、60mAの順電流定格を超えてはなりません。

12. 実用的な使用例

シナリオ: 光周性の花を栽培する垂直農業ラック用の補助照明モジュールを設計する。

設計目標は、日々の光周期の終わりに短時間の遠赤色光を照射して開花を促進することです。これらのLEDのアレイは、最適な放熱のために金属基板PCB（MCPCB）上に配置されます。1ストリングあたり60mAに設定された定電流LEDドライバが使用されます。広い120度の視野角により、複雑な二次光学系なしで良好なキャノピーへの光到達が確保されます。特定の波長ビン（例：730-740nmのFA4）は、対象植物種のフィトクロム反応に基づいて選択されます。モジュールは、メインの白色光が消灯した後に15分間点灯するようにプログラムされます。

13. 動作原理

このLEDは順方向バイアスで動作する半導体フォトダイオードです。順方向電圧（1.5-2.2V）を超える電圧が印加されると、電子と正孔がそれぞれn型およびp型半導体層から活性領域に注入されます。AIGaInP（アルミニウムガリウムインジウムリン）で作られた活性領域内で、これらの電荷キャリアが再結合します。この再結合イベントの大部分は、エレクトロルミネセンスと呼ばれるプロセスを通じて光子（光）の形でエネルギーを放出します。AIGaInP合金の特定のバンドギャップエネルギーが放出される光子の波長を決定し、この場合はスペクトルの遠赤色部分（720-750 nm）になります。

14. 技術トレンド

この遠赤色デバイスのような狭帯域・波長特化型LEDの使用は、非一般照明分野で成長しているトレンドです。園芸では、研究が、青、赤、遠赤、時には緑やUV波長の正確な組み合わせを使用して、異なる植物特性（成長速度、形態、栄養成分、開花）を最適化する光レシピに向かって推進しています。これは、これらの特定のスペクトル帯域にわたる効率的で信頼性の高いLEDへの需要を高めています。さらに、半導体エピタキシーの進歩により、これらのより長い波長（歴史的に困難であった）でのより厳密な波長ビニングとより高い効率が可能になっています。このようなLEDを、適応型照明システムのためのスマートセンサーおよびコントロールと統合することは、主要な開発方向を表しています。