2820 SMD LED データシート - パッケージ 2.8x2.0mm - アンバー色 - 3.0V 標準 - 0.45W @ 150mA - 日本語技術文書

1. 製品概要

2820-PA1501M-AM シリーズは、主に厳しい環境下での自動車照明用途向けに設計された高性能表面実装LEDです。フォスファー変換技術を採用し、安定したアンバー色の光を出力します。コンパクトな 2.8mm x 2.0mm SMD パッケージに収められ、サイズと光出力のバランスに優れています。中核的な利点として、厳格な自動車認定規格 AEC-Q102 への準拠、8KV (HBM) の高い静電気放電 (ESD) 保護性能、RoHS、REACH、ハロゲンフリーなどの環境規制への適合が挙げられます。信頼性、色の一貫性、過酷な条件下での性能が最重要視される自動車の内装・外装照明が主なターゲット市場です。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 測光・電気的特性

LEDの性能は、標準試験電流 150 mA において規定されています。標準光束は 45 ルーメン (lm) で、ビニング構造に基づき最小 39 lm、最大 60 lm の範囲にあります。この電流における順方向電圧 (Vf) は標準 3.00 ボルトで、2.75V から 3.5V の範囲です。このパラメータはドライバ設計と熱管理において極めて重要です。120度の広い視野角を提供し、広く均一な光分布を実現します。色度座標は CIE x=0.575、CIE y=0.418 を中心としており、特定のアンバー色調を定義しています。全ての測光測定値の許容差は ±8%、順方向電圧測定値の許容差は ±0.05V です。

2.2 絶対最大定格と熱特性

長期信頼性を確保するため、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は 350 mA、ピークサージ電流 (tp ≤ 10 μs) 耐量は 750 mA です。最大許容損失は 1225 mW です。接合温度 (Tj) は 150°C を超えてはならず、動作温度範囲は -40°C から +125°C です。熱抵抗値として2種類が提供されています：接合からはんだ付け点までの実測熱抵抗 (Rth JS real) は最大 22 K/W、電気的方法による算出値 (Rth JS el) は最大 15 K/W です。これらの値は、動作中に Tj を安全範囲内に維持するために必要な放熱設計を計算する上で重要です。

3. ビニングシステムの説明

アプリケーション設計における主要パラメータの一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。

3.1 光束ビニング

光束ビンは F3、F4、F5 と指定されます。F3 ビンは 39 lm から 45 lm、F4 ビンは 45 lm から 52 lm、F5 ビンは 52 lm から 60 lm の光束範囲をカバーします。これにより、設計者は特定のアプリケーションに必要な輝度レベルに基づいて LED を選択できます。

3.2 順方向電圧ビニング

電圧ビンは、複数LEDアレイにおける電流均等化のためにLEDをマッチングするのに役立ちます。ビンは 2730 (2.75V - 3.00V)、3032 (3.00V - 3.25V)、3235 (3.25V - 3.50V) です。同一または近い電圧ビンのLEDを使用することで、電流の不均衡を最小限に抑えることができます。

3.3 色ビニング

アンバー色は、主に YA と YB の2つのビン内で厳密に管理されています。各ビンは CIE 1931 色度図上の四角形領域で定義されます。ビン YA と YB には特定の座標境界があり、発光するアンバー色が視覚的に一貫した許容範囲内に収まることを保証します。提供される標準座標 (x=0.575, y=0.418) は中心参照点として機能します。

4. 性能曲線分析

4.1 IV特性曲線と相対光束

順方向電流対順方向電圧のグラフは、LEDに典型的な指数関数的関係を示しています。150 mA において、Vf は約 3.0V を中心としています。相対光束対順方向電流のグラフは、光出力が電流とともに非線形的に増加することを示しています。より高い電流で駆動するとより多くの光が得られますが、同時により多くの熱が発生し、効率と寿命に影響を与えます。

4.2 温度依存性

接合温度に対する性能グラフは、自動車アプリケーションにおいて重要です。相対光束対接合温度の曲線は、温度が上昇すると光出力が減少することを示しています。125°C では、相対光束は 25°C 時の値の約 70-80% になります。順方向電圧は負の温度係数を持ち、温度上昇とともに直線的に減少します。色度座標シフトのグラフは、電流と温度の増加による変化が最小限であることを示しており、良好な色安定性を示しています。

4.3 スペクトル分布と放射パターン

相対スペクトル分布グラフは、アンバーLEDに典型的な、広い発光ピークを持つフォスファー変換スペクトルであることを確認します。視野角図は、120° の半値全幅 (FWHM) を持つランバート型に近い放射パターンを図示し、広く均一な光分布を確認します。

4.4 デレーティングとパルス耐性

順方向電流デレーティング曲線は、はんだパッド温度 (Ts) に基づく最大許容連続電流を規定します。例えば、Ts=125°C では、最大 IF は 350 mA です。この曲線は、最小動作電流を 20 mA と規定しています。許容パルス耐性グラフは、非常に短いパルス幅 (tp) と様々なデューティサイクル (D) に対して許容されるピークパルス電流 (IFP) を定義しており、PWM 調光やストロボ用途に有用です。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形寸法

LEDパッケージの寸法は、長さ 2.8mm、幅 2.0mm です。機械図面には、全高、レンズ形状、リード寸法などの詳細な寸法が記載されています。特に指定がない限り、全ての公差は ±0.1mm です。コンパクトなサイズは、高密度PCBレイアウトを容易にします。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付けと最適な熱性能を確保するために、ランドパターン設計が提供されています。この設計には、2つの電極端子用のパッドと中央の熱放散パッドが含まれます。熱放散パッドは、LED接合部からPCBへの効率的な熱伝達に不可欠です。この推奨レイアウトに従うことで、トゥームストーニングを防止し、はんだ接合部の信頼性を向上させ、放熱を最大化するのに役立ちます。

5.3 極性識別

カソードは通常、機械図面に示されているように、ノッチ、ドット、またはパッケージ下面の緑色のマーキングなどでデバイス上に印字されています。デバイスの損傷を防ぐため、実装時の正しい極性方向は必須です。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

このLEDの最大はんだ付け温度は 260°C、30秒間です。詳細なリフロープロファイルに従う必要があり、通常は予熱、熱浸漬、リフロー（ピーク温度は 260°C を超えない）、冷却の各段階を含みます。このプロファイルは、湿気感受性レベル (MSL) 2 の部品に対する JEDEC 標準と互換性がなければなりません。これは、リフロー前に部品がフロアライフを超えて大気環境に曝された場合、ベーキングが必要であることを意味します。

6.2 使用上の注意

主な注意事項は以下の通りです：レンズへの機械的ストレスの回避、光学面の汚染防止、適切なESD取り扱い手順の使用、硫黄による腐食を防ぐためのPCBとはんだペーストの清浄性の確保（本デバイスは硫黄試験クラス A1 を満たしています）。

6.3 保管条件

保管温度範囲は -40°C から +125°C です。長期保管の場合、梱包袋が開封され、曝露時間が MSL 2 のフロアライフを超えた場合は、乾燥剤入りの元の防湿バッグに保管する必要があります。

7. 梱包と発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは自動実装用にテープ＆リールで供給されます。梱包情報には、リール寸法、テープ幅、ポケット間隔、テープ上の部品の向きが詳細に記載されています。

7.2 品番と型番命名規則

品番 2820-PA1501M-AM は論理的な構造に従っています：2820はパッケージサイズ、PAはおそらくフォスファー変換アンバー (Phosphor-converted Amber) を表し、150は標準試験電流 (mA) を、1Mは特定の光束/色ビンまたはバージョンを、AMはアンバー色を確認します。発注情報により、光束 (F3/F4/F5) と順方向電圧 (2730/3032/3235) の特定のビンを選択して、正確なアプリケーション要件を満たすことができます。

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例

主なアプリケーションは自動車照明です。これには、計器盤バックライト、スイッチ照明、アンビエント照明などの内装用途が含まれます。外装用途には、サイドマーカーランプ、方向指示器（地域規制と必要な光度に依存）、クラスター使用時または適切な光学系と組み合わせた場合のデイタイムランニングライト (DRL) などが含まれます。

8.2 設計上の考慮点

設計者は以下のいくつかの要素を考慮する必要があります：熱管理：熱抵抗値とデレーティング曲線を使用して、適切なPCB放熱体（銅箔パターン）を設計し、高電力または高周囲温度アプリケーションでは金属基板PCB (MCPCB) の使用を検討する必要があります。電流駆動：安定した光出力のために定電流ドライバを使用してください。ドライバは順方向電圧ビンの範囲に対応するように設計する必要があります。光学系：120° の視野角では、特定のアプリケーションで所望のビームパターンを実現するために、二次光学系（レンズ、導光板）が必要になる場合があります。PCBレイアウト：特に熱放散パッド接続については、推奨はんだパッド設計に厳密に従ってください。熱放散パッドは、熱拡散のために内部層またはボトム層への複数のビアを備えた広い銅箔領域に接続する必要があります。

9. 技術比較と差別化

標準的な民生用グレードのLEDと比較して、2820-PA1501M-AM シリーズは、自動車グレード認定 (AEC-Q102) によって差別化されています。これには、温度サイクル、耐湿性、高温動作寿命 (HTOL) などのより厳格な試験が含まれます。8KV のESD定格は、一般的な民生用部品よりも高くなっています。その耐硫黄性 (クラス A1) は、大気中の硫黄が銀メッキ部品を腐食する可能性のある自動車および産業環境における重要な利点です。小型の 2820 パッケージから比較的高い光束出力 (標準 45 lm) を実現する組み合わせは、良好な発光効率と設計の柔軟性を提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを 350 mA で連続駆動できますか？

A: デレーティング曲線によれば、はんだパッド温度 (Ts) が 25°C 以下の場合にのみ 350 mA で駆動できます。実際のアプリケーションでは Ts が高くなるため、最大許容連続電流は低くなります。常にデレーティング曲線を参照してください。

Q: Rth JS real と Rth JS el の違いは何ですか？

A: Rth JS real は温度敏感パラメータ（順方向電圧など）を使用して測定され、実際の熱経路を表します。Rth JS el は電気的パラメータから計算され、しばしば低い値になります。保守的な熱設計のためには、より高い Rth JS real 値 (最大 22 K/W) を使用してください。

Q: 適切なビンはどのように選択すればよいですか？

A: 一貫した輝度を必要とするアプリケーションでは、狭い光束ビン (例: F4) を指定してください。電流均等化が重要なアレイでは、狭い順方向電圧ビンを指定してください。色が重要なアプリケーションでは、色ビン (YA または YB) を指定してください。

Q: このLEDはPWM調光に適していますか？

A: はい、パルス耐性グラフは、低デューティサイクルで高いピーク電流を扱えることを示しています。過熱を避けるために、パルス幅と周波数が規定の制限内にあることを確認してください。

11. 実践的設計と使用例

例1: 自動車内装アンビエント照明ストリップ：フレキシブルPCB上に20個のLEDを直列に配置した設計です。設計者は、一貫した輝度のために F4 光束ビンを、良好なマッチングのために 3032 電圧ビンを選択します。150 mA を供給する定電流ドライバを使用します。フレキシブルPCBは放熱のために金属シャーシに取り付けられ、Ts を 80°C 以下に保ち、デレーティング曲線に従って安全な動作電流を確保します。

例2: 外装サイドマーカーランプ：3個のLEDを使用した設計です。ボンネット内の周囲温度が高いため、設計者は金属基板PCB (MCPCB) を使用します。Rth JS real = 22 K/W と予想される周囲温度を使用して熱シミュレーションを実行し、Tj が 125°C 以下に保たれることを確認します。広い 120° 視野角により、二次拡散レンズが不要となり、筐体設計が簡素化されます。

12. 動作原理の紹介

このLEDはフォスファー変換型です。中核となる半導体チップは短波長（通常は青色または近紫外）の光を発します。この光は、チップ上またはその周囲に堆積されたフォスファー材料層に吸収されます。フォスファーはその後、より長い波長の光を再放射します。フォスファー組成を慎重に選択することにより、チップとフォスファーからの合成光はアンバー色として知覚されます。この方法により、色点を精密に制御でき、直接発光型のカラーLED（アンバー/赤色用のAlInGaPなど）と比較して、しばしばより優れた安定性と一貫性を提供します。表面実装パッケージは、チップ、フォスファー、および光出力を形成し環境保護を提供する成形されたシリコーンまたはエポキシレンズを統合しています。

13. 技術トレンドと発展

自動車LED照明のトレンドは、より高い効率（ワット当たりのルーメン数の向上）、より大きな電力密度（より小さなパッケージからのより多くの光）、極限条件下での信頼性の向上に向かっています。フォスファー技術は進歩を続けており、より高い変換効率と温度・時間に対するより良い色安定性を提供しています。パッケージング技術は熱性能を改善するために進化しており、寿命を損なうことなくより高い駆動電流を可能にしています。さらに、ドライバ電子回路と複数のLEDチップを単一モジュールに統合する傾向が高まっています。AEC-Q102 や特定の耐硫黄性試験などの規格への準拠は、過酷な自動車環境における定量化され保証された信頼性を求める業界の動きを反映しています。