SMD 青色LED データシート - 0.8mm 薄型 - 最大3.8V - 76mW 消費電力 - ウォータークリアレンズ - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、超薄型の表面実装青色LEDコンポーネントの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、低プロファイルの光源を必要とする現代のコンパクトな電子アセンブリ向けに設計されています。主な用途は、民生用電子機器、オフィス機器、通信機器内のバックライト、状態表示、装飾照明です。

このコンポーネントの中核的な利点は、0.80mmという極めて薄いプロファイルであり、スペースに制約のある設計への統合を可能にします。高輝度の青色光を生成することで知られるInGaN（窒化インジウムガリウム）ダイチップを採用しています。本製品はRoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠しており、グリーン製品に分類されます。7インチ径のリールに巻かれた8mmテープに包装されており、量産で使用される高速自動実装機に完全に対応しています。

2. 技術パラメータの詳細な客観的解釈

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、周囲温度（Ta）25°Cで定義されています。これらの定格を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 消費電力（Pd）：76 mW。これは、性能や信頼性を劣化させることなくLEDパッケージが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：100 mA。これは、パルス条件下で許容される最大瞬間電流であり、デューティ比1/10、パルス幅0.1msで規定されています。連続電流定格よりも大幅に高くなっています。
• DC順電流（I_F）：20 mA。これは、通常動作における推奨最大連続順電流であり、長期信頼性と安定した光出力を保証します。
• 動作温度範囲：-20°C から +80°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保存温度範囲：-30°C から +100°C。デバイスは、このより広い温度範囲内で電源を印加せずに保存することができます。
• 赤外線はんだ付け条件：260°C、10秒間。これは、鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロセスにおけるピーク温度と時間許容値を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータはTa=25°Cで測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度（I_V）：28.0 - 180.0 mcd（ミリカンデラ） @ I_F=20mA。この広い範囲は、デバイスが異なる輝度ビンで入手可能であることを示しています（セクション3参照）。測定は、CIEの明所視感度曲線に近似したセンサー/フィルターを使用して行われます。
• 指向角（2θ_1/2）：130度。これは、中心軸（0°）での値の半分に光度が低下する全角です。拡散ドームのないウォータークリアレンズでは、広い指向角が典型的です。
• ピーク発光波長（λ_P）：468 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）：465.0 - 475.0 nm @ I_F=20mA。これは、人間の目が光の色として認識する単一波長であり、CIE色度図から導出されます。
• スペクトル半値幅（Δλ）：25 nm。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近くなります。25nmは青色InGaN LEDの典型的な値です。
• 順電圧（V_F）：2.8 - 3.8 V @ I_F=20mA。動作時のLED両端の電圧降下です。この範囲は異なる順電圧ビンに対応します。
• 逆電流（I_R）：10 μA（最大） @ V_R=5V。逆バイアスを印加したときのわずかなリーク電流です。重要：このデバイスは逆動作用に設計されていません。この試験条件は特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

生産ロット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ビンに分類されます。これにより、設計者は色や電気的性能に関する特定のアプリケーション要件を満たすコンポーネントを選択できます。

3.1 順電圧ビニング

単位：ボルト（V） @ 20mA。各ビンの許容差は±0.1Vです。
ビン D7: 2.80 - 3.00V
ビン D8: 3.00 - 3.20V
ビン D9: 3.20 - 3.40V
ビン D10: 3.40 - 3.60V
ビン D11: 3.60 - 3.80V

3.2 光度ビニング

単位：ミリカンデラ（mcd） @ 20mA。各ビンの許容差は±15%です。
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

3.3 主波長ビニング

単位：ナノメートル（nm） @ 20mA。各ビンの許容差は±1nmです。
ビン AC: 465.0 - 470.0 nm（やや緑がかった青）
ビン AD: 470.0 - 475.0 nm（やや純粋な青）

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線（例：図1、図6）が参照されていますが、その典型的な挙動は技術に基づいて説明できます。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

InGaN半導体は、約2.8V付近に特徴的なターンオン電圧を持ちます。この閾値を超えると、電圧のわずかな増加に対して電流が指数関数的に増加します。曲線は、ダイオードの動作に典型的な鋭い膝を示します。推奨の20mAで動作させることで、デバイスが安定した発光のために膝点を十分に超えていることを保証します。

4.2 光度対順電流（L-I曲線）

光出力（光度）は、ある点までは順電流にほぼ比例します。ただし、チップ内での発熱増加（ドループ効果）により、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。20mAの定格は、輝度と効率、寿命のバランスを取るために選択されています。

4.3 温度特性

LEDの性能は温度に依存します。一般的に、接合温度が上昇すると：
- 順電圧（V_F）がわずかに減少します。
- 光度が減少します。正確なデレーティング係数はアプリケーション固有ですが、高周囲温度または高駆動電流で動作する設計では考慮する必要があります。
- 主波長がわずかにシフトする可能性があります（青色LEDの場合、通常はより長い波長側へ）。

4.4 スペクトル分布

発光スペクトルは、ピーク波長（468 nm）を中心とし、半値幅25 nmのガウス分布に似た曲線です。白色LEDに使用される蛍光体コーティングを施したレンズとは異なり、ウォータークリアレンズはこのスペクトルを大きく変化させません。

5. 機械的・包装情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスはEIA（Electronic Industries Alliance）標準パッケージ外形に準拠しています。主要寸法には、全高（H）0.80mmが含まれ、極薄型コンポーネントとなっています。PCBフットプリント設計のためのその他の重要な寸法は、データシートの図面に提供されており、特に指定がない限り一般的な公差は±0.10mmです。

5.2 極性識別

すべてのダイオードと同様に、LEDにはアノード（陽極）とカソード（陰極）端子があります。パッケージは通常、カソード側にノッチ、ドット、面取りされた角などの視覚的マーカーを使用します。データシートに記載されている推奨はんだパッドレイアウトは、PCB設計のための正しい向きを示します。

5.3 テープおよびリール仕様

コンポーネントは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに包装され、7インチ（178mm）径のリールに巻かれています。標準リール数量は3000個です。包装はANSI/EIA-481仕様に従います。重要な注意点には、空のポケットはシールされる、残数の最小包装数量は500個、リールあたり連続して欠品が許容される最大数は2個、などが含まれます。

6. はんだ付け・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

デバイスは、鉛フリー実装に不可欠な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに対応しています。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
- 予熱時間：最大120秒（均一な加熱と溶剤の蒸発を可能にするため）。
- ピーク温度：最大260°C。
- 液相線以上時間（TAL）：推奨プロファイルは、重要なリフローゾーン内の特定の時間を示しています。データシートでは、ピーク温度での最大時間は10秒と規定されています。
- 通過回数：最大2回のリフローサイクル。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用してください。
- はんだごて温度：最大300°C。
- はんだ付け時間：パッドあたり最大3秒。
- 通過回数：1回のみ。過度の熱はプラスチックパッケージと半導体ダイを損傷する可能性があります。

6.3 保存条件

湿気感受性はSMDコンポーネントの重要な要素です。
- 密封パッケージ：30°C以下、相対湿度（RH）90%以下で保存してください。乾燥剤と共に包装されている場合、バッグの密封日から1年以内に使用してください。
- 開封済みパッケージ：防湿バッグから取り出したコンポーネントは、保存環境が30°C / 60% RHを超えないようにしてください。開封後1週間以内にIRリフローを完了することを推奨します。
- 長期保存（開封済み）：乾燥剤を入れた密閉容器または窒素デシケーターで保存してください。
- ベーキング：コンポーネントが周囲環境に1週間以上さらされた場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングを行い、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止してください。

6.4 洗浄

規定外の化学洗浄剤は使用しないでください。はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、LEDを常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分未満浸してください。強力な溶剤はプラスチックレンズとパッケージを損傷する可能性があります。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：キーパッド、小型LCDディスプレイ、アイコン照明。
• 状態表示：ポータブルデバイス、ルーター、家電製品の電源オン、スタンバイ、接続状態、バッテリー充電状態。
• 装飾照明：民生用電子機器のアクセント照明。
• パネル表示：機器のフロントパネル。

7.2 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定電流ドライバを使用してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算します。最悪条件下でも電流が20mAを超えないようにするため、ビンまたはデータシートの最大V_Fを使用してください。
• ESD保護：LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。適切なESD対策（リストストラップ、接地された作業台）を講じて取り扱ってください。LEDが露出した場所にある場合は、PCBにESD保護ダイオードを組み込んでください。
• 熱管理：消費電力は低いですが、特に高周囲温度環境または最大電流近くで駆動する場合、LEDパッドの下に十分なPCB銅面積またはサーマルビアを設けて熱を逃がすようにしてください。
• 光学設計：130°の指向角は広いカバレッジを提供します。指向性のある光が必要な場合は、外部レンズや光導波路が必要になる場合があります。

8. 技術比較と差別化

従来のスルーホールLEDや大型のSMDパッケージ（例：0603、0805）と比較して、このデバイスの主な差別化要因は0.8mmの高さであり、より薄い最終製品を実現します。他のチップLEDと比較して、InGaN技術の採用により、従来技術よりも青色光発光において高い輝度と効率を提供します。薄型プロファイル、高輝度、自動化および高温鉛フリー実装との互換性の組み合わせにより、現代のコスト効率が高く信頼性の高い量産に適しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 抵抗なしで3.3VでこのLEDを駆動できますか？
A: できません。順電圧は2.8Vから3.8Vの範囲です。LEDのV_Fが範囲の下限（例：2.9V）にある場合、3.3Vを直接接続すると過剰電流が流れ、損傷する可能性があります。常に電流制限機構を使用してください。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？
A: ピーク波長（λ_P）は光スペクトルの物理的なピーク（468 nm）です。主波長（λ_d）は、人間の目が色として認識する単一波長（465-475 nm）であり、色座標から計算されます。この青色LEDのような単色LEDでは、これらは近いですが同一ではありません。

Q: 開封済みパッケージの保存湿度要件がより厳しいのはなぜですか？
A: プラスチックSMDパッケージは空気中の湿気を吸収します。リフローはんだ付けの高温中に、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部圧力が発生してパッケージが割れる（ポップコーン現象またはデラミネーション）可能性があります。より厳しい制限とベーキング手順は、この故障モードを防止します。

Q: 逆電圧表示にこれを使用できますか？
A: できません。データシートは、このデバイスが逆動作用に設計されていないことを明示しています。5V逆電流試験は特性評価のみを目的としています。連続した逆バイアスを印加すると、LEDを損傷する可能性が高いです。

10. 実践的な設計事例

シナリオ：USB給電デバイス（5V電源）の状態表示器を設計する。
ステップ1 - コンポーネント選択：輝度ビン（例：中輝度用のビンP）と順電圧ビン（例：設計計算用のビンD9）を選択します。
ステップ2 - 回路設計：直列抵抗を計算します。ビンD9の最大V_F（3.4V）と目標I_F20mAを使用：R = (5V - 3.4V) / 0.020A = 80オーム。最も近い標準値（82オーム）を選択します。実際の電流を再計算：I_F= (5V - 3.2V*) / 82Ω ≈ 21.95mA（安全）。*典型的なV_F.
ステップ3 - PCBレイアウト：82Ω抵抗をLEDアノードと直列に配置します。データシートの推奨はんだパッド寸法に従います。放熱のための小さなサーマルリリーフまたは追加の銅パターンを含めます。
ステップ4 - 実装：推奨リフロープロファイルに従います。すぐに使用しない場合は、開封済みリールを乾燥キャビネットに保管します。

11. 原理紹介

このLEDは、窒化インジウムガリウム（InGaN）で作られた半導体ヘテロ構造に基づいています。順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域に注入されます。それらが再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。InGaN合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を決定します—この場合は青色です。ウォータークリアエポキシレンズは、半導体ダイを封止保護するとともに、出力ビームを整形します。

12. 開発動向

表示用途のSMD LEDの動向は、より小さなフットプリント、より低いプロファイル、およびより高い輝度効率（単位電力あたりのより多くの光出力）に向かって続いています。また、鉛フリー指令に対応するため、より高温のはんだ付けプロセス下での信頼性向上に向けた強い推進力もあります。オンボードドライバーとの統合や、実装を簡素化するためのスマートな包装も開発分野となる可能性があります。基盤となるInGaN材料技術は成熟を続け、より優れた性能と安定性を提供しています。