2820-SR2001M-AM LED データシート - SMDパッケージ 2.8x2.0mm - スーパーレッド 632nm - 27lm @ 200mA - 自動車グレード

1. 製品概要

2820-SR2001M-AMシリーズは、過酷な自動車照明環境に特化して設計された高性能表面実装LEDコンポーネントです。このデバイスは、コンパクトな2820フットプリント（2.8mm x 2.0mm）を特徴とする製品ファミリーの一部であり、光束出力、信頼性、フォームファクターの魅力的なバランスを提供します。中核となるアプリケーションは自動車照明であり、過酷な条件下での安定した性能が最も重要です。その主な利点には、AEC-Q102のような厳格な自動車認定基準への準拠、高信頼性のはんだ付けプロセスに対応した堅牢な構造、動作温度範囲全体で安定した光出力を確保する熱管理に最適化された設計が含まれます。

1.1 中核的特徴と適合性

このLEDは標準的なSMD（表面実装デバイス）形式でパッケージングされており、自動化組立プロセスを容易にします。典型的な主波長632ナノメートルのスーパーレッドスペクトルを発光します。主な性能指標は、順方向電流200ミリアンペアで駆動した場合の典型的な光束27ルーメンです。デバイスは広い120度の視野角を提供し、広範囲の照明を実現します。静電気放電に対してある程度の耐性を持つように設計されており、2kV（人体モデル）の定格を持ちます。コンポーネントはMSL 2（湿気感受性レベル2）に定格されており、リフローはんだ付け前の保存寿命と取り扱い要件を示しています。最も重要な点として、AEC-Q102 Rev A規格に準拠して認定されています。これは、自動車アプリケーションにおける個別光電子半導体のストレステスト認定です。また、硫黄試験基準クラスA1を満たし、腐食性の硫黄を含む雰囲気に対する耐性を提供します。製品はRoHS（有害物質の制限）およびREACH規制に準拠しており、ハロゲンフリー（臭素および塩素含有量が規定の制限値未満：Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）で製造されています。

2. 技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに定義されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 測光および光学特性

主な光学特性は、光束（Iv）であり、順方向電流（IF）200mAにおける典型的な値は27ルーメンです。最小値と最大値は、同じ条件下でそれぞれ20 lmおよび33 lmと規定されています。この範囲は、後述のビニング構造に直接関連しています。主波長（λd）は典型的に632 nmであり、スーパーレッド光の知覚される色を定義し、その範囲は627 nmから639 nmです。視野角（φ）は120度と規定されており、これは光度がピーク光度の半分になる全角です。この広い角度は、集光ビームではなく拡散照明や面照明を必要とするアプリケーションに有益です。

2.2 電気的特性

The順方向電圧（VF）は、ドライバ設計における重要なパラメータです。200mAにおいて、典型的なVFは2.3ボルトで、範囲は2.00Vから2.75Vです。このばらつきは、一貫したシステム性能のために適切な電圧ビニングを必要とします。順方向電流（IF）の推奨動作範囲は25mAから250mAであり、200mAはほとんどの仕様の試験条件です。絶対最大定格250mAを超えると永久損傷を引き起こす可能性があります。このデバイスは逆方向動作用に設計されていません。つまり、逆電圧を印加すると即座に故障する可能性があるため、逆バイアスの可能性がある場合は回路保護（並列配列における直列ダイオードなど）が不可欠です。

2.3 熱および信頼性定格

熱管理はLEDの寿命と性能にとって極めて重要です。接合部からはんだ付け点までの熱抵抗は、実熱抵抗（Rth JS real）18 K/W（典型値）と電気的方法による値（Rth JS el）12 K/W（典型値）の2つの値で与えられます。設計者は、より正確な接合部温度計算のために実熱抵抗を使用すべきです。接合部温度（TJ）は150°Cを超えてはなりません。動作温度（Topr）の範囲は-40°Cから+125°Cであり、自動車のボンネット下および外部アプリケーションに適しています。消費電力（Pd）の絶対最大値は687.5 mWです。このデバイスは、非常に短いパルス（t <= 10 μs、デューティサイクル0.005）に対して1000 mAのサージ電流（IFM）に耐えることができ、突入電流や過渡状態に関連します。最大リフローはんだ付け温度は260°Cで30秒であり、組立中のピーク温度プロファイルを定義します。

3. ビニングシステムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するために、LEDはビンに仕分けられます。2820-SR2001M-AMは3次元のビニングシステムを使用しています。

3.1 光束ビニング

光束は3つのビンに仕分けられます：E8（20-23 lm）、E9（23-27 lm）、F1（27-33 lm）。品番中のMは中程度の輝度レベルを示し、通常は中央のビン（E9）に対応します。設計者は、アプリケーションに必要な最小光出力に基づいて適切なビンを選択する必要があり、8%の測定許容差を考慮する必要があります。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、特にLEDが並列接続される場合の電流マッチングを支援するためにビニングされます。ビンは次の通りです：2022（2.00-2.25V）、2225（2.25-2.50V）、2527（2.50-2.75V）。並列構成で同じ電圧ビンのLEDを使用することは、より均一な電流分布と輝度を確保するのに役立ちます。

3.3 主波長ビニング

色の一貫性は、主波長ビンを通じて管理され、3nmステップでグループ化されています：2730（627-630 nm）、3033（630-633 nm）、3336（633-636 nm）、3639（636-639 nm）。典型的な632 nmの値は3033または3336ビン内に収まります。正確な色合わせが重要なアプリケーションでは、狭い波長ビンを指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートには、デバイスの様々な条件下での動作を示すいくつかのグラフが提供されており、堅牢なシステム設計に不可欠です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（IV曲線）

このグラフは、順方向電流と順方向電圧の間の指数関数的関係を示しています。200mAの典型的な動作点では、電圧は約2.3Vです。この曲線は、単純な抵抗器を使用する場合でも定電流ドライバを使用する場合でも、電流制限回路を設計する上で極めて重要です。傾きはLEDの動的抵抗を示しています。

4.2 相対光束 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力がある点まで電流とともに超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、より多くの熱も発生し、効率と寿命を低下させる可能性があります。このデバイスにとって、200mAの試験点は出力と信頼性の良いバランス点です。

4.3 温度依存性グラフ

3つの重要なグラフが、接合部温度による性能変化を示しています：相対順方向電圧 vs. 接合部温度は、VFが温度の上昇とともに直線的に減少する（約-2 mV/°C）ことを示しており、これは大まかな温度センシングに使用できます。相対光束 vs. 接合部温度は、光出力が温度の上昇とともに減少することを示しており、これはすべてのLEDの特性です。安定した輝度を維持するには効果的な放熱が必要です。相対波長シフト vs. 接合部温度は、主波長が温度とともにわずかにシフトする（赤色LEDでは典型的に0.1 nm/°C）ことを示しており、ほとんどのアプリケーションでは無視できますが、色が重要な用途では関連する可能性があります。

4.4 順方向電流デレーティング曲線

これは信頼性にとって最も重要なグラフの一つです。これは、はんだパッド温度の関数としての最大許容順方向電流を示しています。パッド温度が上昇すると、最大許容電流は直線的に減少します。例えば、最大パッド温度125°Cでは、最大許容電流は250mA（絶対最大定格）です。長寿命を確保するためには、このデレーティングラインを大幅に下回って動作することが推奨されます。この曲線はまた、最小動作電流25mAも規定しています。

4.5 許容パルス処理能力

このグラフは、与えられたパルス幅（tp）とデューティサイクル（D）に対する最大許容非反復または反復パルス電流を定義します。これにより、設計者はLEDが短い高電流パルスを処理する能力を理解することができ、PWM調光や過渡状態に有用です。曲線は、非常に短いパルス（例：10 μs）では、電流がDC最大定格を大幅に超える可能性があることを示しています。

4.6 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、632 nm付近に狭いピークを示しており、高効率赤色LEDの特徴です。典型的な放射パターン図（提供された抜粋では完全には詳細化されていませんが参照されています）は光の空間分布を示し、ランバートまたは類似のパターンを持つ120°の視野角を確認します。

5. 機械的およびパッケージング情報

5.1 機械的寸法

このLEDは標準的な2820パッケージ外形を使用しています。寸法は詳細な図面（セクション3により暗示）で提供されます。主な特徴には、全長と全幅（2.8mm x 2.0mm）、レンズ形状、カソードおよびアノード端子の位置が含まれます。カソードは通常、パッケージ上のノッチ、切り欠き角、またはドットなどの視覚的指標でマークされています。非重要寸法の公差は±0.1mmです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

セクション4は、PCBのランドパターンデザインを提供します。この推奨フットプリントに従うことは、信頼性の高いはんだ付け、適切な熱伝達、およびリフロー中のトゥームストーニング防止に不可欠です。設計には、2つの電気端子用のパッドと中央の熱パッドが含まれます。熱パッドは、LED接合部からPCBの銅（ヒートシンクとして機能）へ熱を伝導するために不可欠です。寸法は、正しいはんだフィレットの形成と部品の位置合わせを確保します。

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

このデバイスは、標準的な赤外線または対流リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。規定された最大条件は、ピーク温度260°Cで30秒です。熱衝撃を避け、適切なはんだ接合を形成するために、予熱、ソーク、リフロー、冷却の各段階を注意深く制御した典型的な鉛フリープロファイルを使用する必要があります。MSL 2定格は、リフローを受ける前に、部品が規定のフロアライフ（通常、<10% RHおよび<30°Cで保管された場合1年）を超えて周囲空気にさらされた場合、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

一般的な取り扱い上の注意が適用されます：レンズへの機械的ストレスを避け、適切なESD対策（2kV定格があっても）を使用して静電気放電から保護し、MSL定格に従って乾燥した制御された条件下で保管してください。はんだ付け中は、熱パッドがPCBパッドと良好に接触して放熱を最大化するようにしてください。

7. パッケージングおよび注文情報

7.1 品番の解読

品番2820-SR2001M-AMは以下のように構成されています：2820：製品ファミリーおよびパッケージサイズ（2.8mm x 2.0mm）。SR：スーパーレッドのカラーコード。200：試験電流（ミリアンペア単位）（200mA）。1：リードフレームタイプ（1 = 金メッキ）。M：輝度レベル（M = ミディアム、特定の光束ビンに対応）。AM：自動車アプリケーションおよび認定を指定。

7.2 カラーコード参照

データシートには、カラーシンボルと説明（例：SR=スーパーレッド、UR=レッド、UG=グリーン、UB=ブルー、C=クールホワイト、WW=ウォームホワイト、PA=蛍光体変換アンバー）を対応付けた包括的な表が含まれています。これにより、同じ2820パッケージファミリー内の他のバリアントを識別できます。

7.3 パッケージング情報

LEDは、自動ピックアンドプレース組立用にテープおよびリールで供給されます。標準的なリール数量（例：リールあたり2000個または4000個）およびテープ寸法が提供されており、組立機のフィーダーを正しく設定できます。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

主なアプリケーションは自動車照明です。これには以下が含まれます：外部信号灯：センター・ハイマウント・ストップ・ランプ（CHMSL）、リアコンビネーションランプ（ストップ/テール/ターン）、サイドマーカーライト。室内照明：ダッシュボードバックライト、スイッチ照明、アンビエント照明。先進運転支援システム（ADAS）：特定の波長が必要なセンサー照明。そのAEC-Q102認定、広い温度範囲、および硫黄耐性は、これらの過酷な環境に適しています。

8.2 設計上の考慮事項

熱管理：最も重要な側面です。熱抵抗（Rth JS real = 18 K/W）を使用して、PCB温度に対する接合部温度上昇を計算します。PCB上に十分な銅面積（熱パッド）を確保し、場合によっては内層または背面プレーンへの熱ビアを設けて、はんだパッド温度を低く保つようにしてください。デレーティング曲線を参照してください。電流駆動：安定した光出力、特に温度変化に対しては、定電流ドライバを使用してください。直列抵抗を使用する場合は、順方向電圧ビンのばらつきと電源電圧の許容差を考慮してください。光学系：120°の視野角は、特定のアプリケーションのためにビームを形成する二次光学系（レンズ、導光板）を必要とする場合があります。ESD保護：取り扱いおよび組立中に標準的なESD対策を実施してください。回路では、LEDが長い配線やノイズの多い自動車バスに接続されている場合、過渡電圧サプレッションを検討してください。

9. 技術比較および差別化

データシート内に直接的な競合製品比較はありませんが、このシリーズの主な差別化要因は以下のように推測できます：自動車認定：AEC-Q102準拠は、商業グレードのLEDとの重要な差別化要因であり、温度サイクル、湿度、高温動作寿命などの厳格なストレステストを含みます。硫黄耐性：クラスA1硫黄試験基準は、大気中の硫黄が銀ベースの部品を腐食する可能性のある自動車および産業アプリケーションにとって重要です。ハロゲンフリー：多くのOEMが要求する環境および安全基準を満たしています。熱性能：指定された熱抵抗値により、最大消費電力定格のみを提供する部品と比較して、より正確な熱モデリングが可能になります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 実際に期待できる明るさはどれくらいですか？

A: 典型的な値は200mAで27 lmです。ただし、システム性能を保証するためには、受け入れ可能な最小ビン（例：E8ビンの20 lm）に基づいて設計する必要があります。特定のビンの入手可能性についてはサプライヤーにお問い合わせください。

Q: このLEDをPWMで駆動して調光できますか？

A: はい、LEDはPWM調光に理想的です。選択した周波数とデューティサイクルに対して、許容パルス処理能力グラフからの定格をオンパルス中のピーク電流が超えないようにしてください。可視フリッカーを避けるために、100Hz以上の周波数を推奨します。

Q: 必要なヒートシンクはどのように計算しますか？

A: 1) 動作電流（例：200mA）と対応するVF（例：2.3V）を決定します。電力 = 0.2A * 2.3V = 0.46W。2) はんだパッドでの予想PCB温度（Ts）を推定または測定します。3) Rth JS real（18 K/W）を使用：ΔT_接合部 = 電力 * Rth = 0.46W * 18 K/W ≈ 8.3K。4) 接合部温度 Tj = Ts + ΔT_接合部。Tj < 150°C、できれば長寿命のために< 100°Cを確保します。デレーティング曲線を使用して、推定Tsで電流が安全かどうかを確認してください。

Q: 電流制限抵抗で十分ですか？

A: 安定した電源電圧（Vcc）を持つ単純で非重要なアプリケーションでは、抵抗を使用できます：R = (Vcc - VF_led) / I_F。低VFのLEDが来た場合に電流が制限を超えないようにするために、最大ビン（2.75V）からVFを選択してください。この方法は非効率的であり、輝度はVccとLEDのVFによって変化します。自動車アプリケーションには定電流ドライバが推奨されます。

11. 設計および使用事例研究

シナリオ：CHMSL（センター・ハイマウント・ストップ・ランプ）の設計

設計者はCHMSLに15個のLEDを必要としています。要件：昼間視認性のための高輝度、一貫した色、-40°Cから+85°Cの周囲温度での信頼性の高い動作。

設計ステップ：1)電気的：同一の電流を確保するために直列構成（15個すべてのLEDを1ストリング）を選択します。約35V（15 * 2.3V）を200mAで供給するブースト定電流ドライバが選択されます。2)光学的：色と輝度の均一性を確保するために、狭い主波長ビン（例：3033または3336）と最小光束ビン（最高出力のF1）を指定します。3)熱的：PCBは2層基板で、各LEDの熱パッドの下に大きな銅充填を設けたトップ層と、太いトレースで接続されています。熱ビアがボトム層の銅プレーンに接続されています。熱シミュレーションを実行して、最大周囲温度ではんだパッド温度が80°C以下に保たれ、接合部温度が十分に制限内に収まるようにします。4)レイアウト：推奨はんだパッドレイアウトが使用されます。ESD保護ダイオードは入力電源ラインに配置されます。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネッセンスを通じて光を発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型領域からの電子が活性層でp型領域からの正孔と再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。放出される光の波長（色）は、使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。このスーパーレッドLEDでは、632 nmの波長を達成するために、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）などの材料が一般的に使用されます。SMDパッケージは、微小な半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、光出力を形成する一次レンズを収容し、リードフレームを介して熱的および電気的接続経路を提供します。

13. 技術トレンドと背景

2820パッケージは、業界で成熟し広く採用されているフォームファクターを表しており、光出力、熱性能、および基板スペースの間の良い妥協点を提供します。自動車LED照明のトレンドには以下が含まれます：効率向上：ワットあたりのルーメン（効率）を高め、電気的負荷と熱的課題を軽減するための継続的な開発。小型化スマート照明：制御電子機器または複数のカラーチップ（RGB）をパッケージに統合することが増えています。より高い信頼性基準：AEC-Q102のような自動車基準は進化を続け、より極端な条件下での長寿命予測と堅牢性を求めています。この特定のコンポーネントは、明確な自動車フォーカスと硫黄耐性により、現代の自動車のますます過酷で長寿命の要件に耐えられる部品に対する業界の需要に合致しています。