SMD LED 1206 赤色 639nm データシート - パッケージ 3.2x1.6x1.1mm - 順方向電圧 1.6-2.4V - 光度 18-180mcd - 技術文書

1. 製品概要

本ドキュメントは、赤色光を発する高性能表面実装型AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）LEDの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、コンパクトで業界標準の1206パッケージフットプリントにおいて、高輝度と高信頼性を必要とするアプリケーション向けに設計されています。主な利点は、自動ピックアンドプレース装置および赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性があり、大量生産に適している点です。

このLEDは、赤色、橙色、黄色の波長を生成する際の高効率と安定性で知られるAlInGaP半導体チップを採用しています。ウォータークリアレンズ材質は広い視野角を提供し、規定の光度達成に貢献します。本製品はRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

2. 技術パラメータ詳細解説

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限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 消費電力 (Pd):62.5 mW。これは、LEDパッケージが熱限界を超えずに熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順方向電流 (I_F(peak)):60 mA。これは、過熱を防ぐために通常パルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で規定される、許容される最大瞬間順方向電流です。
• DC順方向電流 (I_F):25 mA。これは、信頼性の高い長期動作のために推奨される最大連続順方向電流です。
• 逆電圧 (V_R):5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度範囲 (T_opr):-30°C から +85°C。LEDがその仕様に従って機能する周囲温度範囲です。
• 保管温度範囲 (T_stg):-40°C から +85°C。
• 赤外線はんだ付け条件:260°C、10秒間。リフローはんだ付け中にパッケージが耐えられる最大熱プロファイルです。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、標準試験条件Ta=25°C、I_F=20mAで測定されます。

• 光度 (I_V):18.0 - 180.0 mcd（ミリカンデラ）。軸上で測定される可視光の量です。広い範囲はビニングシステムが使用されていることを示します（セクション3参照）。
• 視野角 (2θ_1/2):130度。これは、光度がピーク（軸上）値の半分に低下する全角です。広い130°の角度は、面照明に適した拡散性で非集光性の発光パターンを示しています。
• ピーク発光波長 (λ_P):639 nm（標準）。スペクトルパワー出力が最大となる波長です。
• 主波長 (λ_d):631 nm（I_F=20mA時標準）。これは、CIE色度図から導き出され、LEDの色を最もよく表すと人間の目が知覚する単一波長です。
• スペクトル線半値幅 (Δλ):20 nm（標準）。ピーク強度の半分で測定された発光スペクトルの帯域幅です。20nmの値はAlInGaP赤色LEDの特徴です。
• 順方向電圧 (V_F):1.60 - 2.40 V（I_F=20mA時）。動作時のLED両端の電圧降下です。変動は半導体プロセスの公差によるものです。
• 逆電流 (I_R):10 μA（最大）（V_R=5V時）。LEDが逆バイアスされたときの小さなリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

アプリケーションでの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。このデバイスは主に光度でビニングされています。

3.1 光度ビニング

光度はいくつかのビンに分類され、各ビンには最小値と最大値があります。各ビンの許容差は+/-15%です。

• ビン M:18.0 - 28.0 mcd
• ビン N:28.0 - 45.0 mcd
• ビン P:45.0 - 71.0 mcd
• ビン Q:71.0 - 112.0 mcd
• ビン R:112.0 - 180.0 mcd

設計者は、自身の輝度要件に基づいて適切なビンを選択する必要があります。複数のLEDを並列接続する場合、各LEDと直列に電流制限抵抗を使用することが（駆動方法セクションで示すように）重要です。これは、V_Fのばらつきが電流の不均衡を引き起こす可能性があるため、アレイ内のすべてのデバイスで均一な電流、したがって均一な輝度を確保します。

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフが参照されていますが（例：図1、図5）、典型的な動作は技術に基づいて説明できます。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V 曲線)

AlInGaP LEDは、典型的なダイオードI-V特性を示します。順方向電圧 (V_F) は負の温度係数を持ち、接合温度が上昇するとわずかに減少することを意味します。電源設計では、20mA時の指定V_F範囲1.6Vから2.4Vを考慮する必要があります。

4.2 光度 vs. 順方向電流

光度は、通常の動作範囲（最大DC順方向電流定格25mAまで）では順方向電流にほぼ比例します。この電流を超えて動作すると、発熱の増加、効率低下、および光束減衰の加速につながります。

4.3 温度依存性

AlInGaP LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。この特性は、LEDが高温の周囲温度で動作する可能性がある設計や、熱管理が困難な設計において極めて重要です。-30°Cから+85°Cの動作温度範囲は、指定された性能を維持するための限界を定義します。

4.4 スペクトル分布

発光スペクトルは、ピーク波長639nm（標準）を中心とし、半値幅は20nmです。主波長（631nm）は知覚される赤色を定義します。このスペクトルは動作電流および温度範囲にわたって安定しており、色が重要なアプリケーションにおいて重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは業界標準の1206表面実装パッケージに収められています。主要寸法（ミリメートル単位）には、本体長約3.2mm、幅1.6mm、高さ1.1mmが含まれます。特に指定のない限り、すべての寸法公差は通常±0.10mmです。パッケージには、はんだ付け用の2つのアノード/カソード端子があります。

5.2 極性識別

カソードは通常、パッケージの対応する側の緑色の着色やプラスチック本体の切り欠きなどでマークされています。PCBレイアウトおよび実装時の正しい極性方向は必須です。

5.3 推奨はんだパッドレイアウト

適切なはんだ接合部の形成、機械的安定性、およびリフロー中の放熱を確保するために、推奨ランドパターン（はんだパッド設計）が提供されています。このレイアウトに従うことで、トゥームストーニング（部品が片側で立ち上がる現象）を防ぎ、信頼性の高い電気的接続を確保するのに役立ちます。

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プロファイル

このLEDは赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。鉛フリー（無鉛）実装のJEDEC標準に準拠した推奨プロファイルが提供されています。主要パラメータは以下の通りです：

• 予熱:150-200°C、最大120秒間。基板と部品を徐々に加熱し、フラックスを活性化させ、熱衝撃を最小限に抑えます。
• ピーク温度:最大260°C。
• 液相線以上時間:デバイスはピーク温度に最大10秒間さらされるべきです。リフローは最大2回まで実行してください。

プロファイルは、使用する特定のPCB設計、部品、はんだペースト、およびオーブンに対して特性評価を行う必要があります。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、最大300°Cに設定された温度制御はんだごてを使用してください。リードごとはんだ付け時間は3秒を超えてはならず、プラスチックパッケージおよび半導体ダイへの熱損傷を防ぐために、これは一度だけ行うべきです。

6.3 洗浄

はんだ付け後に洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。室温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することは許容されます。指定外の化学液体は使用しないでください。エポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

6.4 保管および取り扱い

• ESD（静電気放電）感受性:LEDはESDに敏感です。取り扱い中は、接地リストストラップ、帯電防止マット、接地設備の使用を含む適切なESD対策を講じる必要があります。
• 湿気感受性:このパッケージは湿気に敏感です。乾燥剤入りの元の密封防湿バッグで保管した場合、≤30°C、≤90% RHで1年間の保存寿命があります。バッグを開封したら、部品は≤30°C、≤60% RHで保管し、理想的には1週間以内にリフローしてください。元のバッグ外で長期間保管する場合は、乾燥剤入りの密封容器を使用してください。1週間以上開封状態で保管された部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングして吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防ぐ必要があります。

7. 梱包および発注

LEDは自動実装用の業界標準梱包で供給されます。

• テープ＆リール:部品は、7インチ（178mm）直径のリール上の8mm幅エンボスキャリアテープに梱包されています。
• 1リールあたりの数量:4000個。
• 最小発注数量 (MOQ):残数については500個。
• 梱包標準:ANSI/EIA-481仕様に準拠。テープの空きポケットはトップカバーテープで密封されています。

8. アプリケーションノートおよび設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション回路

LEDは電流駆動デバイスです。最も信頼性の高い駆動方法は、各LEDに直列電流制限抵抗を使用することです。特に複数のLEDを並列接続する場合に重要です。これは、LEDごとの順方向電圧 (V_F) の自然なばらつきを補償し、均一な電流、したがってアレイ内のすべてのデバイスで均一な輝度を確保します。定電流源でLEDを駆動すると、最も安定した光出力が得られます。

8.2 熱管理

消費電力は比較的低い（最大62.5mW）ですが、適切な熱設計はLEDの寿命を延ばし、輝度を維持します。特に最大DC電流付近または最大DC電流で動作する場合、放熱板として機能するように、LEDパッドに接続された十分な銅面積がPCBにあることを確認してください。範囲の上限付近の周囲温度で長時間動作することは避けてください。

8.3 適用範囲

このLEDは、ステータスインジケータ、バックライト、または装飾照明を必要とする一般的な電子機器に適しています。これには、民生電子機器、オフィス機器、通信機器、家電製品などのアプリケーションが含まれます。故障が生命や安全を危険にさらす可能性のあるアプリケーション（例：航空、医療生命維持、重要な交通制御）向けに特別に設計または認定されたものではありません。そのようなアプリケーションでは、メーカーに特別に認定された部品について相談する必要があります。

9. 技術比較および差別化

このLEDはAlInGaP技術を使用しており、吸収基板上のAllnGaPや古いGaAsP LEDなどの他の技術と比較して、赤/橙/黄発光において明確な利点を提供します。

• 高効率 & 高輝度:AlInGaPは従来技術よりも高い発光効率（電気ワットあたりの光出力）を提供し、小型パッケージでの高輝度（最大180mcd）を可能にします。
• 色安定性:AlInGaP LEDの色点（主波長）は、一部の代替技術と比較して、動作電流および温度範囲、およびデバイスの寿命にわたってより安定しています。
• 広視野角:ウォータークリアレンズによる130°の視野角は、集光または狭角レンズと比較して、広く均一な照明を提供します。
• 表面実装互換性:1206パッケージとIRリフローとの互換性は、スルーホールLEDと比較して、現代的で製造可能なソリューションを表しています。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 どの抵抗値を使用すべきですか？

直列抵抗値 (R_s) はオームの法則を使用して計算されます： R_s= (V_電源- V_F) / I_F。最悪条件下でも電流が所望のI_F（例：20mA）を超えないようにするために、データシートの最大V_F（2.4V）を使用してください。5V電源の場合： R_s= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 オーム。標準の130Ωまたは150Ω抵抗が適切です。

10.2 PWM信号で駆動できますか？

はい、パルス幅変調（PWM）はLEDの調光に優れた方法です。これはアナログ（電流）調光よりもLEDの色特性を良好に維持します。PWM周波数が可視フリッカーを避けるのに十分高いこと（通常>100Hz）、および各パルスのピーク電流が絶対最大定格60mAを超えないことを確認してください。

10.3 なぜ光度の範囲がこれほど広いのですか？

範囲（18-180mcd）は、全生産ビンにわたる総広がりを表しています。個々のLEDは、はるかに狭い範囲を持つ特定のビン（M、N、P、Q、R）に選別されます。アプリケーションの輝度レベルを保証するためには、発注時に所望のビンを指定する必要があります。

10.4 LEDの寿命はどのくらいですか？

LEDの寿命（多くの場合、光出力が初期値の70%に低下する点として定義され、L70）は、このデータシートでは明示されていません。寿命は動作条件、主に接合温度と駆動電流に大きく依存します。最大定格を大幅に下回って動作させること（例：15-20mAで良好な熱管理を行う）は、動作寿命を大幅に延ばし、数万時間に達する可能性があります。

11. 実践的な設計および使用例

11.1 ステータスインジケータパネル

産業機器用のマルチステータスインジケータパネルでは、これらのLEDを数個（例：中高輝度用のビンPまたはQ）一列に配置できます。各LEDは、直列抵抗（例：3.3Vまたは5Vシステム用に150Ω）を介してマイクロコントローラのGPIOピンで駆動されます。広い視野角により、さまざまなオペレータ位置からステータスが見えるようになります。リフローとの互換性により、LEDとマイクロコントローラを含む基板全体を一度ではんだ付けすることができます。

11.2 メンブレンスイッチのバックライト

ビンR（最高輝度）の単一LEDを、半透明のメンブレンスイッチアイコンの隣に配置してバックライトを提供できます。ウォータークリアレンズからの拡散性の広角光は、アイコンを均一に照らすのに役立ちます。低プロファイル（高さ1.1mm）により、薄型デバイス設計に適合します。

12. 技術原理の紹介

このLEDの発光は、AlInGaPで作られた半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスに基づいています。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。電子と正孔が再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。結晶格子中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リン化物の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接発光の波長（色）を定義します—この場合、約639nmの赤色です。ウォータークリアエポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力パターンを形成し、半導体材料からの光取り出しを向上させます。

13. 技術トレンドおよび開発動向

このようなSMDインジケータLEDの一般的なトレンドは、さらなる高効率化（ワットあたりのルーメン数の向上）に向かっており、より低い駆動電流で同じ輝度を実現し、消費電力と発熱を削減します。また、光学的性能を維持または向上させながら小型化を進める動きも継続しています。さらに、パッケージ材料と製造プロセスの改善により、信頼性と、鉛フリー実装に必要なますます厳しいはんだ付けプロファイルとの互換性が向上しています。色の一貫性とより厳しいビニング公差も、正確な色合わせを必要とするアプリケーションのニーズを満たすための継続的な開発分野です。