SMD3528 単一チップ グリーンLED データシート - サイズ3.5x2.8mm - 電圧3.2V - 電力0.108W - 日本語技術文書

1. 製品概要

SMD3528は、業界標準の3528パッケージフットプリント内に単一チップのグリーン光源を封止した表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。このLEDは、一貫した緑色の発光と信頼性の高い性能が求められる汎用インジケータ照明、バックライト用途、装飾照明向けに設計されています。そのコンパクトなサイズと表面実装設計により、プリント基板（PCB）上の自動実装プロセスに適しています。

2. 技術パラメータの詳細解釈

2.1 光電特性および電気的特性

LEDのコア性能は、標準試験条件（T_s=25°C）で定義されます。典型的な順方向電圧（V_F）は、駆動電流20mAにおいて3.2Vで、最大許容値は3.6Vです。このパラメータは、定電流回路の設計において極めて重要です。主波長（λ_d）は525nmに規定され、その緑色の発光色を定義します。本デバイスは120度（2θ_1/2）の広い視野角を示し、面照明に適した広い発光パターンを提供します。

2.2 絶対最大定格および熱特性

長期信頼性を確保するため、デバイスは絶対最大定格を超えて動作させてはなりません。最大連続順方向電流（I_F）は30mAです。特定の条件下（パルス幅≤10ms、デューティサイクル≤1/10）では、より高いパルス順方向電流（I_FP）60mAが許容されます。最大許容損失（P_D）は108mWです。接合温度（T_j）は125°Cを超えてはなりません。動作周囲温度範囲は-40°Cから+80°Cで、保管温度範囲も同様です。はんだ付けに関しては、ピーク温度200°Cまたは230°Cで最大10秒間のリフロープロファイルが規定されています。

3. ビニングシステムの説明

製品は、アプリケーション内での色および輝度の一貫性を確保するために、ビンに分類されます。ビニングシステムは、光束、波長、順方向電圧という3つの主要パラメータをカバーしています。

3.1 光束ビニング

光束は、20mAにおけるルーメン（lm）で測定され、複数のビン（例：A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2）に分類されます。各ビンは最小値と代表値を規定します。例えば、ビンB1は最小1.5 lm、代表値2.0 lmです。測定許容差は±7%です。

3.2 波長ビニング

主波長は、緑色の正確な色調を制御するためにビニングされます。ビンはG5（519-522.5nm）、G6（522.5-526nm）、G7（526-530nm）として定義されます。これにより、設計者は非常に特定の色度座標を持つLEDを選択することができます。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧（V_F）は、電圧駆動アプリケーションの回路設計や、直列接続されたLEDのマッチングを支援するためにビニングされます。ビンは以下の通りです：コード1（2.8-3.0V）、コード2（3.0-3.2V）、コード3（3.2-3.4V）、コード4（3.4-3.6V）。測定許容差は±0.08Vです。

4. 性能曲線分析

4.1 IV特性曲線

順方向電圧（V_F）と順方向電流（I_F）の関係は、ダイオードに典型的な非線形です。この曲線は、オン電圧を超えるわずかな電圧の増加が電流の急激な増加につながることを示しています。これは、熱暴走を防止し安定した光出力を確保するために、定電圧源ではなく定電流ドライバを使用することの重要性を強調しています。

4.2 相対光束 vs. 電流

光出力は駆動電流とともに増加しますが、線形ではありません。より高い電流では、熱効果の増加やその他の非理想的な半導体の挙動により、効率は通常低下します。推奨される20mAを大幅に超えてLEDを動作させると、輝度の向上が限定的になる一方で、寿命が劇的に短くなる可能性があります。

3.3 スペクトル特性および熱特性

相対分光エネルギー分布曲線は、光出力が波長にわたってどのように分布しているかを示します。このグリーンLEDの曲線は約525nmでピークを示します。相対分光エネルギーと接合温度の関係を示すグラフは、発光スペクトルと強度が温度とともにシフトする可能性があることを示しています。接合温度が25°Cから125°Cに上昇すると、相対分光エネルギーは一般的に減少します。これは、高出力または高密度実装アプリケーションにおける熱マネジメントの重要な考慮事項です。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 外形寸法および外形図

LEDはSMD 3528パッケージ規格に準拠しており、公称寸法は長さ3.5mm、幅2.8mmです。正確な寸法図には重要な公差が示されています：小数点以下1桁（例：.X）で指定された寸法の公差は±0.10mm、小数点以下2桁（.XX）で指定された寸法の公差はより厳しい±0.05mmです。パッケージ高さも図面で定義されています。

5.2 推奨パッドパターンおよびステンシル設計

適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するために、PCB設計用の推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。はんだペースト塗布用の対応するステンシル設計も提案されています。これらの推奨事項に従うことで、信頼性の高いはんだ接合、良好な位置合わせ、およびLEDの放熱パッド（存在する場合）からの効果的な放熱を実現できます。

5.3 極性識別

カソードは通常、デバイス上に緑色のドット、パッケージの切り欠き、または面取りされたコーナーなどでマーキングされています。パッドレイアウト図には、アノードとカソードのパッドが明確に示されています。正しい極性はデバイスの動作に不可欠です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

LEDは、標準的な赤外線または対流式リフローはんだ付けプロセスに対応しています。最大許容はんだ付け温度は、パッケージ本体で200°Cまたは230°Cと規定され、液相線温度以上の最大暴露時間は10秒です。熱衝撃を最小限に抑えるために十分に予熱し、適切なフラックス活性化とはんだ濡れを可能にし、制御された速度で冷却するプロファイルに従うことが重要です。

6.2 取り扱いおよび保管上の注意

LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。接地されたリストストラップと導電性マットを使用し、ESD保護環境で取り扱う必要があります。デバイスは、乾燥剤を入れた元の防湿バッグに保管し、規定された保管温度および湿度範囲を超えない条件下で保管してください。高湿度にさらされた場合、リフロー前にベーキング（"ポップコーン"現象、急速な蒸気膨張によるパッケージ割れを防ぐため）が必要になる場合があります。

7. パッケージおよび発注情報

7.1 テープ＆リールパッケージ仕様

LEDは、エンボス加工されたキャリアテープに巻き取られてリールに供給され、自動実装機に適しています。キャリアテープのポケット、カバーテープ、リールの詳細な寸法が提供されています。カバーテープの剥離強度は、10度の角度で剥離した場合に0.1Nから0.7Nの間であることが規定されており、輸送中は部品を確実に保持し、実装時には容易に剥離できることを保証します。

7.2 製品型番命名規則

詳細な英数字コードシステムにより、製品型番が定義されています。コード構造には以下のフィールドが含まれます：パッケージ外形（例：3528の場合は'32'）、チップ数（単一小電力チップの場合は'S'）、レンズ/光学系コード（レンズなしは'00'、レンズ付きは'01'）、色コード（グリーンの場合は'G'）、内部コード、光束ビンコード。これにより、特性の特定の組み合わせを正確に発注することが可能です。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

このLEDは、民生電子機器や産業機器のステータスインジケータ、LCDディスプレイやキーパッドのバックライト、看板や建築アクセントの装飾照明、チャンネルレター照明など、様々なアプリケーションに適しています。その広い視野角は、拡散光源が必要な面照明に適しています。

8.2 設計上の考慮事項

電流制限：常に直列の電流制限抵抗、またはできれば定電流駆動回路を使用してください。抵抗値は、電源電圧（V_supply）、LEDの順方向電圧（V_F、そのビンから）、および希望電流（I_F、通常20mA）に基づいて計算します。計算式：R = (V_supply- V_F) / I_F.
熱マネジメント：これは低電力デバイスですが、効果的なPCBレイアウトが重要です。特に最大定格付近または高温環境で動作する場合、放熱パッド（該当する場合）に接続された十分な銅面積を確保して放熱してください。
光学設計：120度の視野角を考慮してください。集光ビームが必要な場合は、二次光学系（レンズ）が必要になる場合があります。波長と光束のビニングは、単一製品内で均一な外観を得るために一致させる必要があります。

9. 信頼性および品質基準

9.1 信頼性試験基準

製品は、業界標準（JESD22、MIL-STD-202G）に基づく厳格な信頼性試験を受けています。主な試験は以下の通りです：
動作寿命試験：室温、高温（85°C）、低温（-40°C）で、それぞれ最大電流下で1008時間実施。
環境試験：高温高湿動作寿命（HHHTOHL：60°C/90% RH）、および湿度を伴う温度サイクル試験。
熱衝撃試験：-40°Cと125°Cの間でのサイクル試験。

9.2 故障判定基準

以下のいずれかの現象がサンプルに発生した場合、試験は不合格とみなされます：順方向電圧シフト>200mV；InGaNベースのLED（このグリーンLEDを含む）の光束劣化>15%；逆方向リーク電流>10μA；または致命的故障（開放または短絡）。これらの厳格な基準により、高いレベルの製品堅牢性が確保されています。

10. 技術比較および差別化

従来のスルーホール型グリーンLEDと比較して、SMD3528はサイズ、自動実装への適合性、およびPCBがヒートシンクとして機能することによる通常より優れた熱性能において大きな利点を提供します。SMD3528カテゴリ内では、この特定の製品は、光束、波長、電圧に関する詳細なビニングシステムによって差別化されており、重要なアプリケーションでより厳密な性能マッチングを可能にします。その広い120度の視野角は、集光ビームを必要とする一部のアプリケーションでは不利になる可能性がありますが、拡散光源が必要な他のアプリケーションでは利点となります。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5V電源から直接駆動できますか？
A: できません。電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、5V電源、典型的なV_F3.2V（20mA時）の場合、必要な抵抗は（5V - 3.2V）/ 0.02A = 90オームです。次の標準値（例：91オーム）を使用してください。
Q: ビンG5、G6、G7の違いは何ですか？
A: これらは主波長の異なる範囲を表します。G5は最も短い波長（青みがかった緑、~520nm）、G7は最も長い波長（黄みがかった緑、~528nm）、G6はその中間です。希望する発光色に基づいて選択してください。
Q: このLEDの寿命はどのくらいですか？
A> LEDの寿命は、通常、光出力が初期値の一定の割合（例：70%または50%）に低下する時点として定義されます。ここでは明示されていませんが、厳格な信頼性試験（ストレス下で1008時間以上）は、仕様内で使用し、特に適切な熱マネジメントを行った場合に、長い動作寿命を示唆しています。
Q: レンズは必要ですか？
A: 標準製品にはレンズは内蔵されていません（コード'00'）。ランバート配光パターンを提供します。レンズ（コード'01'）は、特定のアプリケーションのために光束を平行光にしたり形状を変えたりするために使用されます。

12. 設計および使用事例

シナリオ：ステータスインジケータパネルの設計製品に10個の均一な緑色ステータスインジケータが必要です。設計手順：1. 同一の光束ビン（例：B2）および波長ビン（例：G6）からすべてのLEDを選択し、同一の輝度と色を確保します。 2. 推奨パッドレイアウトでPCBを設計します。 3. 12V電源ラインの場合、電流制限抵抗を計算します。安全のためにビン4の最大V_F（3.6V）を使用します：R = (12V - 3.6V) / 0.02A = 420オーム。430オームの抵抗が適切です。 4. 10個のLEDすべてが密集するため、放熱のための十分な銅箔面積をPCBに確保します。 5. 一貫性を保証するために、すべてのビンコードを含む正確な部品番号をサプライヤーに指定します。

13. 動作原理の紹介

光は、エレクトロルミネッセンスと呼ばれるプロセスを通じて生成されます。LEDチップは、緑色光を発光するように特別に設計された窒化インジウムガリウム（InGaN）材料で作られたp-n接合を持つ半導体ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域（接合部）に注入されます。電子が正孔と再結合すると、光子（光の粒子）の形でエネルギーが放出されます。InGaN材料の特定のエネルギーバンドギャップが、放出される光子の波長（色）を決定し、この場合は緑色（~525nm）です。エポキシまたはシリコーン封止材はチップを保護し、しばしば一次レンズとして機能します。

14. 技術トレンドおよび開発動向

3528のようなSMD LEDの一般的なトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン）に向かっており、同じ電力でより明るい出力、または同じ輝度でより低い消費電力と発熱を実現できます。また、時間および温度に対する色の一貫性と安定性も継続的に改善されています。これは成熟したパッケージサイズですが、基礎となる半導体材料と製造プロセスは絶えず改良されています。特にグリーンLEDについては、高い効率と純粋な色飽和度を達成することは歴史的に課題でしたが、進行中の材料科学の進歩により、性能の限界が押し広げられ続けています。