オレンジSMD LED データシート - 0.55mm高さ - 1.8V標準順電圧 - 75mW電力損失 - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、高性能表面実装オレンジLEDの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、垂直方向のスペースが厳しい制約となるアプリケーションに適した、極めて低いプロファイルが特徴です。LEDはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を利用しており、オレンジ～赤色スペクトルにおいて高い発光効率と優れた色純度を実現することで知られています。RoHS準拠のグリーン製品として、現代の環境基準に適合しています。部品は、高速自動実装装置および赤外線リフローはんだ付けプロセスとの互換性を確保するため、業界標準の8mmテープに巻かれた7インチ径リールで供給されます。

2. 詳細技術パラメータ分析

特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。これらのパラメータを理解することは、信頼性の高い回路設計と性能予測に不可欠です。

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ストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、長期信頼性のためには避けるべきです。

• 電力損失（Pd）：75 mW。これはLEDパッケージが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、半導体接合部やエポキシレンズへの熱損傷のリスクがあります。
• 直流順方向電流（IF）：30 mA。印加可能な最大連続順方向電流です。
• ピーク順方向電流：80 mA。これは、デューティサイクル1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下でのみ許容されます。短時間の高輝度フラッシュに有用です。
• 逆電圧（VR）： V. Applying a reverse voltage beyond this rating can cause immediate and catastrophic failure of the LED junction.
• 動作温度範囲：-30°C ～ +85°C。デバイスが機能するように設計された周囲温度範囲です。
• 保管温度範囲：-40°C ～ +85°C。
• 赤外線はんだ付け条件：260°Cで10秒間耐えます。これは鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロファイルに典型的な条件です。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、通常動作条件下（典型的にはIF = 2 mA）での光出力と電気的挙動を定義します。

• 光度（Iv）：最小2.80 mcdから最大18.00 mcdの範囲です。実際の値は特定のビンコードに依存します（セクション3参照）。光度は、人間の目の明所視（CIE）応答曲線に一致するようにフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。
• 指向角（2θ_1/2）：130度。これは、光度が軸上（0度）で測定された値の半分に低下する全角です。このような広い指向角は、ステータスインジケータやバックライトに適した広く拡散した照明パターンを提供します。
• ピーク発光波長（λ_P）：611.0 nm。これは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）：605.0 nm。これはCIE色度図から導出される測色パラメータです。光の知覚色を最もよく表す単一波長を意味します。色指定にはより関連性の高いパラメータです。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：17 nm。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色（純色）の光を意味します。17 nmはオレンジ範囲のAlInGaP LEDに典型的な値です。
• 順方向電圧（V_F）：標準1.80V、2 mA時で1.60Vから2.20Vの範囲です。この低い順方向電圧はAlInGaP技術の主要な利点であり、高い効率に貢献します。
• 逆電流（I_R）：5V逆バイアス印加時、最大10 μA。

3. ビニングシステムの説明

半導体製造に内在するばらつきのため、LEDは性能ビンに分類されます。このシステムにより、設計者はアプリケーションの特定の許容要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順方向電圧ビニング

単位はボルト（V）、IF = 2 mAで測定。各ビン内の許容差は±0.1V。

• D1：1.60V（最小）～ 1.80V（最大）
• D2：1.80V（最小）～ 2.00V（最大）
• D3：2.00V（最小）～ 2.20V（最大）

より厳密な電圧ビン（例：D1のみ）を選択することは、低電圧バッテリーから直接駆動するアプリケーションでバッテリー放電時の輝度の一貫性を確保するため、または並列LEDアレイで電流均等化を確保するために重要となる場合があります。

3.2 光度ビニング

単位はミリカンデラ（mcd）、IF = 2 mAで測定。各ビン内の許容差は±15%。

• H：2.80 mcd（最小）～ 4.50 mcd（最大）
• J：4.50 mcd（最小）～ 7.10 mcd（最大）
• K：7.10 mcd（最小）～ 11.20 mcd（最大）
• L：11.20 mcd（最小）～ 18.00 mcd（最大）

このビニングは、マルチセグメントディスプレイやバックライトパネルなど、複数のLED間で均一な輝度を必要とするアプリケーションで重要です。

3.3 主波長ビニング

単位はナノメートル（nm）、IF = 2 mAで測定。各ビンの許容差は±1 nm。

• N：597.0 nm（最小）～ 600.0 nm（最大） – アンバーオレンジ
• P：600.0 nm（最小）～ 603.0 nm（最大） – オレンジ
• Q：603.0 nm（最小）～ 606.0 nm（最大） – オレンジ
• R：606.0 nm（最小）～ 609.0 nm（最大） – オレンジレッド
• S：609.0 nm（最小）～ 612.0 nm（最大） – レッドオレンジ

これにより、特定の色調が規定されている交通信号、自動車照明、装飾照明などのアプリケーションで不可欠な、精密な色合わせが可能になります。

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、その意味は標準的です。順方向電流（I_F）対順方向電圧（V_F）曲線は指数関数的です。光度（I_V）は通常動作範囲では電流に対してほぼ線形ですが、熱効果と効率低下により非常に高い電流では飽和します。主波長はわずかな負の温度係数を持ち、接合温度が上昇すると色がわずかに長波長側（赤方偏移）にシフトする可能性があることを意味します。デバイスの寿命を通じて一貫した色と光出力を維持するには、適切な放熱と電流管理が必要です。

5. 機械的仕様とパッケージング情報

5.1 パッケージ寸法と極性

デバイスは業界標準のEIAパッケージフットプリントを備えています。カソードは通常、パッケージ上の緑色のマーキングまたはレンズの切り欠きで示されます。0.55mmの超薄型プロファイルは決定的な機械的特性です。PCBランドパターン設計のための詳細な寸法図がデータシートに提供されています。

5.2 テープ＆リール仕様

LEDは、トップカバーテープで密封された8mm幅のエンボスキャリアテープに供給され、7インチ（178mm）径リールに巻かれています。標準リール数量は5,000個です。パッケージングはANSI/EIA 481-1-A-1994仕様に従います。このフォーマットは自動組立ラインに最適化されており、効率的な取り扱いと実装を保証します。

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

鉛フリープロセス向けの推奨リフロー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：

• プリヒート：150°C ～ 200°C。
• プリヒート時間：最大120秒（適切なフラックス活性化と温度安定化のため）。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間：最大10秒（信頼性の高いはんだ接合のため推奨）。
• リフローサイクル数：最大2回。

このプロファイルはJEDEC標準に基づいています。生産で使用される特定のPCB設計、はんだペースト、およびオーブンに対してプロファイルを特性評価することが極めて重要です。

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付きはんだごてを使用してください。パッドごとの接触時間は最大3秒に制限してください。熱衝撃を防ぐため、LED本体に直接ではなく、PCBパッドに熱を加えてください。

6.3 洗浄

はんだ付け後の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。超音波洗浄や指定外の化学洗浄剤は使用しないでください。これらはエポキシレンズや内部ボンドを損傷する可能性があります。

7. 保管および取り扱い

適切な保管は、リフロー中のポップコーン現象（パッケージクラック）を引き起こす可能性のある湿気吸収を防ぐために不可欠です。

• 密封パッケージ：≤30°C、≤90% RHで保管。梱包日から1年以内に使用してください。
• 開封パッケージ：防湿バッグから取り出した部品については、保管環境は30°C、60% RHを超えないようにしてください。開封後672時間（28日）以内に赤外線リフローはんだ付けを完了することが強く推奨されます。
• 長期保管（開封後）：乾燥剤を入れた密閉容器または窒素デシケーターで保管してください。
• ベーキング：LEDが672時間以上暴露された場合は、はんだ付け前に吸収した湿気を除去するため、約60°Cで少なくとも20時間ベーキングする必要があります。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• ステータスインジケータ：広い指向角と明るい出力により、民生電子機器、ネットワーク機器、産業用制御パネルの電源、接続、動作インジケータに理想的です。
• バックライト：自動車のダッシュボード、家電製品、携帯機器の小さなパネル、アイコン、シンボルのエッジライトとして使用できます。
• 装飾照明：特定のオレンジ色が望まれる看板、建築物の特徴、おもちゃなどのアクセント照明に適しています。
• センサーシステム：光学センサー、インタラプタ、反射物体検出器の光源として機能できます。

8.2 回路設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。常に直列の電流制限抵抗または定電流駆動回路を使用してください。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F。保守的な設計のためには、データシートの最大V_Fを使用してください。
• 熱管理：電力損失は低いですが、ヒートパッド（もしあれば）周囲の十分なPCB銅面積を確保し、他の発熱部品の近くに配置しないことで、より低い接合温度を維持し、寿命の延長と安定した性能につながります。
• ESD保護：明示的に敏感とは記載されていませんが、LEDに接続された信号線に基本的なESD保護を実装することは、堅牢性のための優れた設計慣行です。

9. 技術比較と利点

GaAsP（ガリウムヒ素リン）などの古い技術と比較して、このAlInGaP LEDは以下のような大きな利点を提供します：

• 高効率：AlInGaPはワット当たりのルーメンが多く、同じ駆動電流でより明るい出力、または同じ明るさでより低い消費電力を実現します。
• 優れた色純度：スペクトル半値幅が狭く、より飽和した視覚的に鮮明なオレンジ色を生み出します。
• 低い熱劣化：AlInGaPは、古い技術と比較して、温度と時間に対して光出力と色安定性をより良く維持します。
• 超薄型プロファイル：0.55mmの高さは重要な差別化要因であり、ますます薄型化する民生機器やモバイルデバイスの設計を可能にします。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λ_P)）は、LEDが最も多くの光パワーを発する物理的な波長です。主波長（λ_d)）は、人間の目が色をどのように知覚するかに基づいて計算された値です。LEDのような単色光源では、これらはしばしば近い値ですが、λ_dが色指定とビニングに使用されるパラメータです。

10.2 このLEDを20mAで連続駆動できますか？

はい。絶対最大直流順方向電流は30 mAです。20 mAでの動作は規定限界内です。ただし、電力損失（V_F* I_F）が75 mWを超えないことを確認する必要があります。典型的なV_F1.8V、20mAでは、損失は36 mWであり安全です。

10.3 保管時の湿度がなぜ重要なのでしょうか？

エポキシ包装材料は空気中の湿気を吸収する可能性があります。リフローはんだ付けの急速加熱中に、この閉じ込められた湿気が蒸発して膨張し、巨大な内部圧力を生み出します。これは、デラミネーション（エポキシとリードフレームの剥離）やポップコーン現象として知られるパッケージのクラックを引き起こし、デバイスを破壊します。

11. 設計事例研究：低バッテリーインジケータ

シナリオ：3.0Vコインセルバッテリーを搭載したコンパクトな携帯型医療機器を設計中。バッテリー電圧が2.7Vを下回ると、明確で見やすいオレンジ色のLEDが点灯する必要がある。

設計選択：

1. 部品選定：低プロファイル（薄型筐体に収まる）、低順方向電圧（～1.8V）、高輝度のため、このLEDが理想的です。
2. ビニング：標準的なオレンジ色のため、主波長ビンPまたはQを選択。高い視認性のため、光度ビンKまたはLを選択。より厳密な順方向電圧ビンD1を選択することで、バッテリー電圧低下時のLEDの一貫した点灯を確保します。
3. 回路：シンプルなコンパレータ回路がバッテリー電圧を監視します。トリップすると、電流制限抵抗を介してLEDを駆動するトランジスタを有効にします。R = (2.7V - 1.8V) / 0.002A = 450Ω。470Ωの標準抵抗を使用し、I_F≈ 1.9mAを供給します。これは表示に十分です。
4. レイアウト：LEDはフロントパネルに配置されます。超薄型パッケージにより、非常に薄いベゼルや拡散板の後ろに設置できます。

12. 技術原理の紹介

このLEDはAlInGaP半導体技術に基づいています。活性領域は基板上にエピタキシャル成長した多重量子井戸構造です。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合して光子を放出します。結晶格子中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの特定の比率がバンドギャップエネルギー、したがって放出光の波長（色）を決定します—この場合はオレンジ色です。光はドーム型のエポキシレンズを通して取り出され、このレンズは半導体ダイとワイヤーボンドも保護します。

13. 業界動向と発展

インジケータおよび小信号LEDのトレンドは以下の方向に進んでいます：

1. 小型化：ウェアラブルや超小型電子機器での新規設計を可能にする、さらに薄く小さなパッケージ（例：0.3mm高さ）。
2. 高効率：エピタキシャル成長と光取り出し技術の継続的な改善により、ミリアンペア当たりの光出力が向上し、システムの消費電力が削減されます。
3. 改善された色の一貫性：より厳密なビニング許容差と高度なウェハーレベルテストにより、量産における色と輝度の均一性が向上します。
4. 統合：マルチチップパッケージ（RGB、2色）や、単一パッケージ内に統合ドライバまたは制御ロジックを備えたLEDモジュールの増加。

この部品は、AlInGaP SMD LED技術の進化における成熟かつ最適化されたポイントを表しており、幅広い一般照明および表示アプリケーションに対して、性能、サイズ、製造可能性のバランスを取っています。