SMD LED 3014 ホワイト データシート - 外形寸法 3.0x1.4x0.8mm - 電圧 2.4-3.6V - 電力 0.093W - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、トップビュー発光方式の3014パッケージ形式の表面実装デバイス（SMD）LEDに関する完全な技術仕様を提供します。主な発光色は白色であり、InGaNチップ材料と黄みがかった樹脂封止材の組み合わせによって実現されています。信頼性の高い性能と組立の容易さが最も重要となる汎用インジケータおよび照明用途向けに設計されています。

このLEDの中核的な利点は、高密度PCB実装を容易にするコンパクトなP-LCC-2パッケージにあります。光出力と指向性を向上させるための内蔵リフレクタと白色パッケージ本体を備えています。本デバイスは、鉛フリー、RoHS準拠、REACH準拠、ハロゲンフリーであり、現代の環境および製造基準に完全に準拠しています。また、JEDEC J-STD-020D Level 3に基づく耐湿性の事前調整が施されており、リフローはんだ付けプロセスにおける信頼性を確保しています。

ターゲット市場は、状態表示、バックライト、または一般的な照明を必要とする幅広い電子機器に及びます。その設計は、民生用および産業用電子機器の両方に適しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、標準周囲条件（Ta=25°C）下で定義されています。これらの定格を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 逆電圧（VR）：5 V。これは、LED端子間に逆方向に印加できる最大電圧です。
• 順電流（IF）：30 mA。信頼性の高い動作のために推奨される最大連続DC電流です。
• ピーク順電流（IFP）：60 mA。これは、1kHz、デューティサイクル1/10のパルス条件下でのみ許容されます。
• 電力損失（Pd）：93 mW。接合部温度限界を超えることなくパッケージが放散できる最大電力です。
• 接合部温度（Tj）：115 °C。半導体接合部の許容最大温度です。
• 動作温度（Topr）：-40 °C から +85 °C。デバイスが動作することが規定されている周囲温度範囲です。
• 保存温度（Tstg）：-40 °C から +90 °C。
• 静電気放電（ESD）：2000 V（人体モデル）に耐え、中程度の取り扱い感度を示します。
• はんだ付け温度：デバイスは、ピーク温度260°Cで10秒間のリフローはんだ付け、または端子あたり350°Cで3秒間の手はんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気光学特性

主要な性能パラメータは、標準試験条件である順電流（IF）20mA、Ta=25°Cで測定されます。

• 光度（Iv）：最小2240 mcdから最大3550 mcdの範囲であり、典型的な値はこの範囲内に含まれます。光度には±11%の許容差が適用されます。
• 指向角（2θ1/2）：光度がピーク強度の半分となる全角は、典型的に120度であり、拡散照明に適した広い視野パターンを示します。
• 順電圧（VF）：20mA時で2.40 Vから3.60 Vの範囲です。順電圧の許容差は±0.1Vと規定されています。このパラメータは、電流制限回路を設計する上で極めて重要です。
• 逆電流（IR）：逆電圧5Vを印加した場合、最大10 μAであり、良好なダイオード特性を示します。
• 色度座標許容差：CIE図上の色点の許容差は±0.01であり、複数のLEDを必要とするアプリケーションにおける色の一貫性にとって重要です。

3. ビニングシステムの説明

輝度と色の一貫性を確保するため、LEDは測定された性能に基づいてビンに分類されます。

3.1 光度ビニング

LEDは、IF=20mAで測定された光度に基づいて、主に2つのビンに分類されます：

• ビンコード BB：光度範囲 2240 mcd から 2800 mcd。
• ビンコード CA：光度範囲 2800 mcd から 3550 mcd。

各ビン内で±11%の許容差が適用されます。このビニングにより、設計者はアプリケーションで必要な輝度レベルに適したLEDを選択することができます。

3.2 色度座標ビニング

白色光の色は、CIE 1931色度図上の座標によって定義されます。データシートには、対応する最小および最大x、y座標値を持つビンコード（例：SB、J5、J6、K5、K6、L5、L6、M5、M6）の詳細な表が提供されています。例えば、ビンコードJ5は、(0.2800, 0.2566)から(0.2800, 0.2666)までの座標をカバーします。この精密なビニングは、ディスプレイのバックライトや建築照明など、複数のLED間での色の均一性が重要なアプリケーションにおいて不可欠です。これらの座標の許容差は±0.01です。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのLEDの動作をより深く理解するためのいくつかの特性曲線が含まれています。

4.1 分光分布

代表的な分光分布曲線は、異なる波長にわたって放出される光の相対強度を示します。白色LEDの場合、通常、青色領域（InGaNチップからの光）に広いピーク、黄緑色領域（蛍光体変換による光）により広い二次ピークが示されます。ピーク波長（λp）は重要なパラメータです。この曲線は、標準眼応答曲線V(λ)と比較されます。

4.2 放射パターン

放射特性図（相対強度対角度）は、120度の指向角を視覚的に表し、光強度が中心（0度軸）から端に向かってどのように減少するかを示しています。

4.3 順電流対順電圧

この曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧降下との間の非線形関係を示しています。電圧の小さな変化が電流の大きな変化につながるため、ドライバ回路を設計する上で不可欠です。曲線は通常、指数関数的な上昇を示します。

4.4 色度対順電流

このグラフは、動作電流の変化に伴って色度座標（x, y）がどのようにシフトするかを示しています。この関係を理解することは、調光や電流変調が使用されるアプリケーションにおいて、色の一貫性に影響を与える可能性があるため重要です。

4.5 相対光度対順電流

この曲線は、光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示しています。一般的にある範囲では線形ですが、より高い電流では飽和します。線形領域を超えて動作することは非効率的であり、発熱を増加させます。

4.6 最大許容順電流対温度

このデレーティング曲線は、信頼性にとって極めて重要です。これは、LEDが扱える最大順電流を周囲（またはケース）温度の関数として示しています。温度が上昇すると、接合部が115°Cの限界を超えて過熱するのを防ぐために、最大許容電流は減少します。高温環境で動作する設計では、必ずこのグラフを参照する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準の3014パッケージで提供されます。主要な寸法（mm単位、特に指定がない限り典型的な許容差は±0.1mm）は以下の通りです：

• 全長：3.0 mm
• 全幅：1.4 mm
• 全高：0.8 mm
• PCBランドパターン設計のためのパッド寸法と間隔。

寸法図は、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するために正しいPCBフットプリントを作成するために不可欠です。

5.2 極性識別

トップビュー図は通常、カソードマークを示しており、組立時の正しい向きを決定するために不可欠です。極性を誤るとLEDは点灯せず、逆電圧が印加される可能性があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

推奨される鉛フリーリフローはんだ付け温度プロファイルが提供されています。主要なフェーズは以下の通りです：

• 予熱：周囲温度から150-200°Cまで最大3°C/秒の速度で上昇させ、60-120秒間保持します。
• リフロー：217°C以上の温度を60-150秒間維持し、ピーク温度は260°Cを超えず、最大10秒間保持します。
• 冷却：255°C以上から最大6°C/秒の速度で冷却します。

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。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を350°C未満にし、端子あたりの接触時間は3秒を超えないようにする必要があります。低電力（≤25W）のこてを使用し、各端子のはんだ付けの間隔を少なくとも2秒空けて冷却を図ることを推奨します。

6.3 保管および取り扱い

• LEDは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開封してください。
• 開封後の推奨環境は、温度<30°C、相対湿度<60%です。
• 耐湿性レベル（MSL）条件を超えた場合、または湿度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。
• 加熱中またははんだ付け後にLED本体に応力を加えず、回路基板を反らせないでください。

7. 梱包および注文情報

7.1 リールおよびテープ仕様

LEDは、エンボス加工されたキャリアテープに巻かれてリールで供給されます。リールあたりの標準梱包数量は250、500、1000、または2000個です。自動実装機との互換性を確保するために、キャリアテープポケット、ピッチ、リールの詳細な寸法が提供されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、顧客品番（CPN）、品番（P/N）、梱包数量（QTY）、光度ランク（CAT）、主波長/色調ランク（HUE）、順電圧ランク（REF）、ロット番号（LOT No）などの主要情報が含まれています。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 状態インジケータ：民生電子機器、家電製品、産業用制御パネルのスイッチ、シンボル、光学インジケータに最適です。
• バックライト：薄型プロファイルと広い指向角により、携帯電話、キーパッド、イルミネーション広告看板に適しています。
• 一般照明：屋内および屋外用途で、従来のインジケータランプの代替として使用できます。
• 導光板カップリング：パッケージ設計は、パネル照明用のエッジライト式導光板に光を結合させるのに適しています。

8.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限：外部の電流制限抵抗は絶対に必須です。指数関数的なI-V特性は、小さな電圧変化が大きな電流変化を引き起こすことを意味し、LEDを瞬時に破壊（"焼損"）する可能性があります。抵抗値は、電源電圧と所望の動作電流におけるLEDの順電圧に基づいて計算する必要があります。
• 熱管理：電力損失は低いですが、特に高温環境または最大電流付近で動作する場合、熱を放散するための適切なPCBレイアウトが重要です。デレーティング曲線を参照してください。
• ESD保護：2000V HBMに定格されていますが、取り扱いおよび組立中の標準的なESD予防措置を遵守する必要があります。

9. 技術比較と差別化

従来のスルーホールLEDと比較して、この3014 SMD LEDには以下のような大きな利点があります：

• サイズと密度：コンパクトな3.0x1.4mmのフットプリントにより、PCB上での実装密度を大幅に高めることができます。
• 組立コスト：完全自動化されたピックアンドプレースおよびリフローはんだ付けを可能にし、手動挿入と比較して組立時間とコストを削減します。
• 性能：自動製造とビニングにより、通常、より高い発光効率と一貫した光学特性を提供します。
• 信頼性：ソリッドステート構造と表面実装設計により、一般に耐衝撃性と耐振動性が高くなります。

SMD LEDファミリー内では、3014パッケージは光出力、サイズ、コストのバランスを提供し、0402/0603などのより小さなパッケージ（低出力）と2835/5050などのより大きなパッケージ（高出力）の中間に位置付けられます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源にはどの抵抗値が必要ですか？

A: オームの法則を使用します：R = (電源電圧 - Vf) / If。典型的なVfを3.0V、所望のIfを20mAと仮定すると：R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100オーム。電流が限界を超えないことを保証するための保守的な設計のためには、データシートの最大Vf（3.6V）を使用してください：R_min = (5V - 3.6V) / 0.030A ≈ 47オーム。68-100オームの値が一般的です。

Q: 3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？

A: はい、ただし注意が必要です。順電圧範囲（2.4V-3.6V）は、Vfが高い場合、一部のLEDが3.3Vで点灯しない可能性があることを意味します。点灯したとしても、ドライバ回路なしでは電流は適切に制御されません。3.3V動作では、定電流ドライバまたは非常に低い値の抵抗の使用を推奨します。

Q: 光度ビンコードBBとCAはどのように解釈すればよいですか？

A: ビンBBには低輝度（2240-2800 mcd）のLEDが含まれ、ビンCAにはより明るいLED（2800-3550 mcd）が含まれます。アレイ内で均一な外観を得るには、同じビンコードのLEDを指定して使用してください。

Q: データシートにColored Slightly green dotted resinとありますが、これは光の色に影響しますか？

A: 樹脂の黄みがかった/緑がかった色合いは、色変換システムの一部です。InGaNチップは青色光を発し、それが樹脂内の蛍光体を励起して黄色光を生成します。この組み合わせにより白色光が得られます。樹脂自体の色は、発光色ではありません。

11. 実用的な設計および使用例

例1: 複数LED状態インジケータパネル

制御パネルに10個の均一な白色インジケータが必要です。一貫性を確保するために、設計者は以下を行う必要があります：

1. すべてのLEDを同じ光度ビン（例：CA）および同じ色度ビン（例：K5）から指定します。

2. 各LEDに同じ電流制限抵抗を使用し、最大Vfを使用して計算します。

3. 各LEDパッドへのトレース長と熱放散を均等にするPCBレイアウトを行い、ばらつきを最小限に抑えます。

例2: 小型ディスプレイのバックライト

4個のLEDを導光板の端に配置してLCDを照明します。主要な手順：

1. 導光板への均等な結合を確保するために、LEDの配置と指向角（120°が適しています）を選択します。

2. 個々の抵抗の代わりに定電流LEDドライバICの使用を検討し、同一の輝度を確保し、PWMによる調光を可能にします。

3. デバイス筐体内の動作温度が、最大許容順電流対温度曲線を使用した順電流のデレーティングを必要としないことを確認します。

12. 動作原理

これはソリッドステート発光ダイオードです。特性順電圧（Vf）を超える順電圧が印加されると、電子と正孔がInGaN半導体材料内で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。チップからの主な発光は青色スペクトルです。この青色光は、封止樹脂に埋め込まれた蛍光体粒子に衝突します。蛍光体は青色光を吸収し、より広いスペクトル（主に黄色領域）で光を再放出します。人間の目は、直接の青色光と蛍光体変換された黄色光の混合を白色として知覚します。内蔵リフレクタと白色パッケージは、この放出光の多くをデバイスの上部に向けるのに役立ち、全体的な光度を高めます。

13. 技術トレンド

3014のようなSMD LEDの進化は、いくつかの明確な業界トレンドに従っています：

効率向上：半導体エピタキシーと蛍光体技術の継続的な改善により、発光効率（ルーメン/ワット）が向上し続けており、同じパッケージサイズでより明るい光またはより低い消費電力を実現しています。

色品質：複数蛍光体ブレンドとチップ設計の進歩により、演色評価数（CRI）が改善され、白色色温度（CCT）のより精密な調整が可能になっています。

小型化と統合：3014は依然として人気がありますが、同等の出力を持つさらに小さなパッケージへの傾向、およびLED、ドライバ、制御回路を単一パッケージに組み合わせた統合LEDモジュールへの傾向があります。

スマート照明：より広範な市場は、アドレス可能で調整可能（CCTおよび調光）なLEDに向かっていますが、これは通常、ここで説明されている基本的なインジケータLEDよりも複雑なパッケージを必要とします。

信頼性と標準化：試験、ビニング、信頼性（ルーメン維持率のLM-80など）に関する標準への継続的な準拠と開発により、設計者はより予測可能な長期性能データを得ることができます。