SMD リフレクターLED 67-21シリーズ データシート - P-LCC-2パッケージ - 最大3.5V - 110mW - グリーン/イエロー/ブルー/オレンジ - 技術文書

1. 製品概要

67-21シリーズは、P-LCC-2パッケージ内に一体型リフレクターを備えた表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）のファミリーです。この設計は、広い視野角と最適化された光出力を提供するように設計されており、導光板やライトパイプへの効率的な光結合を必要とするアプリケーションに特に適しています。本シリーズは、ソフトオレンジ、グリーン、ブルー、イエローを含む複数の色で利用可能で、白色のパッケージ本体と無色透明のウィンドウを備えています。低い順方向電流要件は、携帯型電子機器などの電力に敏感なアプリケーションにおける理想的な選択肢となっています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDシリーズの主な利点は、そのパッケージ設計に由来します。一体型の内部リフレクターは、光の取り出し効率と指向性を大幅に向上させ、一貫性のある広い放射パターンを実現します。この特性は、均一な照明が求められるシンボル、スイッチ、LCDパネルのバックライトにおいて極めて重要です。本デバイスは標準的な自動実装機に完全に対応しており、大量生産のために8mmテープリールに供給されます。気相リフロー、赤外線リフロー、波はんだ付けなど、さまざまなはんだ付けプロセスへの適合性は、製造における柔軟性を提供します。本製品はRoHS指令に準拠し、鉛フリーです。ターゲット市場には、自動車内装（ダッシュボードおよびスイッチのバックライト）、通信機器（電話機/ファクシミリのインジケータおよびバックライト）、信頼性の高いインジケータライトまたはバックライトソリューションを必要とする一般民生用電子機器が含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

LEDの電気的および光学的性能は、通常、順方向電流（I_F）が20mA、周囲温度（T_a）が25°Cという特定の試験条件下で定義されます。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応力限界を定義します。連続動作のためのものではありません。主な限界値には、最大逆電圧（V_R）5V、連続順方向電流（I_F）30mA、およびパルス条件下（1kHz、1/10デューティサイクル）でのピーク順方向電流（I_FP）100mAが含まれます。最大許容損失（P_d）は110mWです。デバイスは-40°Cから+85°Cの温度範囲で動作可能で、-40°Cから+90°Cの間で保管できます。はんだ付け時の温度プロファイルも、組立中のパッケージ損傷を防ぐために規定されています。

2.2 電気光学特性

代表的な性能パラメータは、通常の動作条件下での期待値を提供します。文書で示唆されている特定のバリアント（波長データに基づくと、おそらくグリーンLED）の場合、光度（I_v）は最小900 mcdから最大1800 mcdの範囲です。視野角（2θ_1/2）（強度がピーク値の半分に低下する角度として定義）は通常120度であり、広角の主張を裏付けています。この例における主波長（λ_d）は520nmから535nmの間にあり、緑色スペクトルに位置します。順方向電圧（V_F）は20mA時で2.7Vから3.5Vの範囲です。LEDは非線形のI-V特性を示し、わずかな電圧上昇が大きく、破壊的な可能性のある電流サージを引き起こすため、最大順方向電流を超えないようにするために、アプリケーション回路には電流制限抵抗が必須です。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するために、LEDは主要なパラメータに基づいて性能ビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションの特定のニーズを満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

光出力は、V2（900-1120 mcd）、W1（1120-1420 mcd）、W2（1420-1800 mcd）の3つのビンコードに分類されます。光度の許容差は±11%です。設計者は、最小輝度要件を設計する際にこのばらつきを考慮する必要があります。

3.2 主波長ビニング

色（主波長）は、X（520-525 nm）、Y（525-530 nm）、Z（530-535 nm）の3つのコードにビニングされ、±1nmの厳しい許容差が設定されています。これにより、複数のLEDが隣接して使用されるアプリケーションにおいて重要な、ロット内での色の一貫性が確保されます。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、10（2.70-2.90V）、11（2.90-3.10V）、12（3.10-3.30V）、13（3.30-3.50V）の4つのビンに分類され、許容差は±0.1Vです。V_Fのビンを知ることは、特に低電圧または厳密に調整された電源で動作する場合に、所望の駆動電流を達成するための電流制限抵抗の正確な値を計算する上で重要です。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

本デバイスはP-LCC-2（プラスチック・リード・チップ・キャリア）パッケージを使用しています。詳細なパッケージ寸法図はデータシートに記載されており、長さ、幅、高さ、リード間隔、パッド形状が規定されています。これらの寸法はPCBフットプリント設計において重要です。パッケージは光反射を助ける白色の本体と無色透明のエポキシレンズを特徴としています。極性は、通常ノッチまたはマークされたカソードなど、パッケージの物理構造によって示されます。推奨されるPCBパッドパターンは、適切なはんだ付けと機械的安定性を確保します。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、デバイスの完全性と性能を維持するために極めて重要です。

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーはんだ付けの場合、特定の温度プロファイルに従う必要があります。予熱段階では、60〜120秒かけて150°Cから200°Cまで上昇させる必要があります。液相線温度（217°C）以上の時間は60〜150秒維持し、ピーク温度は260°Cを10秒以上超えてはなりません。最大加熱速度は3°C/秒、冷却速度は6°C/秒を超えてはなりません。同一デバイスに対してリフローはんだ付けは2回までとします。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります。はんだごて先の温度は350°C以下とし、各端子との接触時間は3秒を超えてはなりません。低電力のごて（≤25W）が推奨されます。熱衝撃を防ぐため、各端子のはんだ付けの間には最低2秒の間隔を設ける必要があります。

5.3 保管および湿気感受性

部品は、乾燥剤と湿度指示カードを封入した防湿バッグに梱包されています。バッグは、使用直前にのみ、30°C以下、相対湿度60%以下に制御された環境で開封する必要があります。開封後は、指定されたフロアライフ（抜粋では明示されていませんが、通常は湿気感受性レベル（MSL）によって定義されます）内に使用しなければなりません。指示カードが過剰な湿気を示している場合は、使用前に60°C ±5°Cで24時間ベーキングする必要があります。

6. 梱包および発注情報

LEDは8mm幅のエンボスキャリアテープに供給され、標準リールに巻き取られています。典型的なリールには2000個が含まれますが、最小発注数量として250個、500個、または1000個が利用可能な場合があります。リールとテープの寸法は、自動実装装置との互換性を確保するために正確に規定されています。梱包ラベルには、品番、数量、光度（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）の特定のビンコード、およびトレーサビリティのためのロット番号などの重要な情報が含まれています。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮点

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 自動車内装：ダッシュボード計器、操作ボタン、スイッチのバックライト。広い視野角により、異なる運転席位置からの視認性が確保されます。
• 通信機器/民生用電子機器：電話機、ファクシミリ、リモコンの状態表示灯およびキーパッドバックライト。低電流消費はバッテリー寿命に有利です。
• 汎用インジケータライト：各種電子機器における電源状態、モード選択、警告表示灯。
• ライトパイプアプリケーション：最適化された光出力と広い角度により、本シリーズはアクリルまたはポリカーボネート製のライトパイプへの結合に理想的であり、光をパネル上の所望の位置に導くことで、柔軟な機械設計を可能にします。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限：順方向電流を設定するために、常に直列抵抗を使用してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算します。データシート（または特定のビン）の最大V_Fを使用して、最悪条件下でも電流が最大定格を超えないようにします。
• 熱管理：損失電力は低いですが、高温環境または最大電流付近で動作する場合は、接合温度を限界内に維持するために、十分なPCB銅面積または熱ビアを確保してください。
• ESD保護：本デバイスのESD耐圧定格は1000V（HBM）です。取り扱いおよび組立中は標準的なESD対策を実施してください。敏感なアプリケーションでは、LEDに接続されるラインに過渡電圧抑制素子を追加することを検討してください。
• 光学設計：ライトパイプアプリケーションでは、LEDとパイプ入口間の距離と位置合わせが重要です。広い視野角は役立ちますが、結合効率を最大化するためにリフレクターカップまたは調整されたパイプ設計が必要になる場合があります。

8. 技術比較と差別化

67-21シリーズの主な差別化要因は、P-LCC-2パッケージ内の一体型リフレクターです。この機能を持たない標準的なSMD LEDと比較して、優れた光出力効率とより制御された広いビームパターンを提供します。これにより、多くの設計で外部リフレクターが不要になり、スペースとコストを削減できます。広い120度の視野角と、同じパッケージフットプリント内での複数色の入手可能性の組み合わせは、設計の柔軟性を提供します。主要なはんだ付けプロセスすべてへの適合性も、さまざまな生産ラインにおける汎用的なドロップイン部品としての地位を確立しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

LEDは指数関数的な電流-電圧（I-V）関係を持つダイオードです。公称順方向電圧をわずかに超える電圧の小さな増加は、電流の非常に大きな増加を引き起こします。この電流を制限する抵抗がないと、電源電圧がわずかに高いだけでも、LEDはすぐに過剰な電流を引き込み、過熱と致命的な故障につながります。抵抗は、電流を安定させるための線形で予測可能な電圧降下を提供します。

9.2 このLEDを電圧源で直接駆動できますか？

できません。電圧源でLEDを直接駆動することは強く推奨されず、デバイスを破損する可能性が高いです。電流源、またはより一般的には上記のように電流制限抵抗と直列に接続した電圧源で駆動する必要があります。

9.3 パラメータのビニングは私の設計にとって何を意味しますか？

ビニングとは、LEDが性能に基づいて試験され、グループに分類されることを意味します。複数のユニット間で非常に一貫した輝度または色を必要とする設計の場合、発注時に必要なビンコード（例：最高輝度のW2、特定の緑色調のY）を指定する必要があります。設計がより大きなばらつきを許容できる場合は、より広い範囲のビンの混合を受け入れることができ、コスト効率が良くなる可能性があります。

9.4 この部品は何回リフローはんだ付けできますか？

データシートでは、リフローはんだ付けは2回までと規定されています。各リフローサイクルは部品に熱応力を加え、内部のワイヤーボンディングやエポキシ封止材を劣化させる可能性があります。リワークについては、局所的な加熱を最小限に抑えるために、両頭はんだごてを使用する具体的なガイドラインが提供されています。

10. 実践的な設計と使用事例

シナリオ：バックライト付きメンブレンスイッチパネルの設計設計者は、12個の点灯ボタンを持つコントロールパネルを作成しています。各ボタンは、メインPCBに実装されたSMD LEDからボタンキャップへ光を導くためにライトパイプを使用します。67-21シリーズは、ライトパイプの入口への効率的な結合を確保する広い視野角と、パネルが電流予算が限られた5Vラインで駆動されるため有利な低電流消費のために選択されました。設計者は、すべてのユニットで安全な動作を保証するために、最大V_F3.5Vを使用して電流制限抵抗値を計算します：R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75オーム。標準の75Ωまたは82Ωの抵抗が選択されます。PCBレイアウトでは、LEDをライトパイプ開口部の真下に正確に配置し、組立は指定されたリフロープロファイルに従います。狭い波長ビン（例：Y: 525-530nm）を指定することで、設計者はすべてのボタンが一貫した緑色を持つことを保証します。

11. 動作原理の紹介

発光ダイオードは、エレクトロルミネッセンスによって光を放出する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子が活性領域でp型材料からの正孔と再結合します。この再結合プロセスは、光子（光）の形でエネルギーを放出します。放出される光の特定の波長（色）は、使用される半導体材料（例：緑/青のInGaN）のバンドギャップエネルギーによって決定されます。67-21シリーズの一体型リフレクターは、半導体チップの周囲に形成された形状付きキャビティです。これにより、横方向に放出されたりパッケージに吸収されたりする光を上部の視野方向に反射し戻し、有効な光出力を増加させ、放射パターンをより広く均一なビームに形成します。

12. 技術トレンド

SMDインジケータLEDの一般的なトレンドは、より高い効率（単位電力あたりのより多くの光出力）、高度なビニングと製造管理による改善された色の一貫性、および強化された信頼性に向かって続いています。パッケージング技術は、より小さなフットプリントでさらに広い視野角とより良い熱管理を可能にするように進化しています。また、世界的な環境規制と自動車グレードアプリケーションの要求を満たすために、鉛フリーおよび高温はんだ付けプロセスへの適合性にも重点が置かれています。本シリーズのリフレクターのような光学機能をLEDパッケージに直接統合することは、最終製品の設計を簡素化し、光学性能を向上させる重要なトレンドです。