白色LED LTW-008ZDCG データシート - InGaN 白色 - 20mA - 3.6V - 120mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、表面実装技術（SMT）アプリケーション向けに設計された高輝度白色発光ダイオード（LED）の技術仕様を詳細に説明します。本デバイスは、インジウムガリウムナイトライド（InGaN）半導体材料を用いて白色光を生成し、黄色レンズを通して出力します。8mmテープにパッケージされ、7インチ径のリールに供給されるため、自動実装機との完全な互換性があります。本製品はグリーンに分類され、有害物質使用制限（RoHS）指令に準拠しており、鉛フリーです。主な設計は、コンパクトな形状で信頼性の高い一貫した白色照明を必要とするアプリケーションに対応しています。

2. 技術パラメータの詳細解釈

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。これらの条件下での動作は保証されません。

• 消費電力（Pd）：120 mW。これは、LEDパッケージが熱限界を超えずに放散できる最大の電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：100 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）で規定される最大許容瞬間順電流です。
• DC順電流（I_F）：30 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電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。この値を超える逆電圧を印加すると、ブレークダウンを引き起こしLED接合部を損傷する可能性があります。連続的な逆電圧動作は禁止されています。
• 動作温度範囲（T_opr）：-30°C から +85°C。LEDが正しく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（T_stg）：-40°C から +100°C。非動作時の保管温度範囲です。
• リフローはんだ付け条件：260°Cで10秒間耐えることができ、これは一般的な鉛フリーはんだリフロープロファイル（例：J-STD-020D）に準拠しています。

2.2 電気的・光学的特性

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= 20 mAで測定されます。

• 光度（I_V）：最小860 mcdから代表値1720 mcdの範囲です。これは、特定の方向に放射される光の知覚されるパワーを測定します。実際の値はビンニングされます（セクション3参照）。測定はCIEの眼応答曲線に従います。
• 視野角（2θ_1/2）：110度。これは、光度が最大値（軸上）の半分に低下する全角です。比較的広いビームパターンを示しています。
• 色度座標（x, y）：CIE 1931色度図上の代表値はx=0.295、y=0.280で、白色点の色を定義します。これらの座標には±0.01の公差が適用されます。
• 順電圧（V_F）：20mA時で2.9Vから3.6Vの範囲です。これは、動作時のLED両端の電圧降下です。実際の値はビンニングされます（セクション3参照）。
• ESD耐圧：2000V（人体モデル、HBM）。これは、デバイスの静電気放電に対する感受性を指定し、標準レベルの保護を示します。適切なESD対策（リストストラップ、接地設備）での取り扱いを強く推奨します。

3. ビンニングシステムの説明

生産における色と性能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。

3.1 順電圧（V_F）ビンニング

LEDは、I_F= 20 mA時の順電圧に基づいてビン（V0からV6）に分類されます。各ビンは0.1Vの範囲を持ち、V0（2.9-3.0V）からV6（3.5-3.6V）までです。各ビン内には±0.10Vの公差が適用されます。これにより、並列回路における電流均等化アプリケーションのために、電圧降下が密接に一致するLEDを選択することが可能になります。

3.2 光度（I_V）ビンニング

LEDは、I_F= 20 mA時の光度に従ってビン（S, T, A, B, C, D）に分類されます。ビンの範囲はS（860-1000 mcd）からD（1580-1720 mcd）までです。各ビンには±10%の公差が指定されています。これにより、特定の輝度レベルを必要とするアプリケーションや、複数のLED間での均一性を確保するための選択が可能になります。

3.3 色度座標ビンニング（カラーランク）

本資料は、CIE 1931色度図上の特定の四角形または三角形を定義する詳細なカラーランク表（例：A52, A53, BE1, BG3）を提供します。各ランクは、白色光出力の許容される（x, y）座標の境界を指定します。この精密なビンニングは、バックライトやサインなど、色の一貫性が最も重要であるアプリケーションにおいて極めて重要です。これらの座標の測定許容差は±0.01です。

4. 性能曲線分析

4.1 相対強度 vs. 波長

データシートの図1は、放射光のスペクトルパワー分布（SPD）を示しています。黄色蛍光体を備えた青色InGaNチップを使用する白色LEDの場合、曲線は通常、チップからの青色領域（約450-460 nm）での支配的なピークと、蛍光体によって生成される黄色/緑色領域（約550-600 nm）でのより広いピークまたはハンプを示します。これらのスペクトルの組み合わせにより、白色光として知覚されます。曲線の全幅は約400 nmから750 nmに及び、可視スペクトルをカバーしています。

5. 機械的・パッケージ情報

詳細な図面は、キャリアテープ寸法（ポケットサイズ、ピッチなど）とリール寸法（7インチ径）を指定します。包装はEIA-481-1-B仕様に従います。主な注意点には、リールあたり2000個、連続して最大2個の部品欠品が許容されること、および指定されたリーダー/トレーラーテープ長（開始時最小20 cm、終了時50 cm）が含まれます。

LEDはEIA標準のSMDパッケージ外形に準拠しています。すべての重要な寸法はミリメートルで提供され、特に指定のない限り標準公差は±0.05 mmです。主要な機械的定義は以下の通りです：

• 距離A：はんだパッドの底面とリフレクタ間の垂直距離。最小は0.05mm。
• 公差B：左右のはんだパッド間の位置合わせ公差。最大は0.03mm。
• 距離C：はんだパッドとリフレクタ壁間の横方向の距離。最小は0.05mm。

これらの寸法は、PCBパッド設計および適切なはんだ接合部の形成と光取り出しを確保するために極めて重要です。

5.2 テープ＆リール包装寸法

Detailed drawings specify the carrier tape dimensions (pocket size, pitch, etc.) and the reel dimensions (7-inch diameter). The packaging follows EIA-481-1-B specifications. Key notes include: 2000 pieces per reel, a maximum of two consecutive missing components allowed, and specified leader/trailer tape lengths (minimum 20 cm at start, 50 cm at end).

6. はんだ付け・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

LEDは、赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。J-STD-020Dに準拠した推奨鉛フリーリフロープロファイルが参照されています。重要なパラメータは、デバイスが260°Cのピーク温度を10秒間耐える能力です。推奨される立ち上がり、ソーク、冷却速度に従うことは、熱衝撃を防止し、信頼性の高いはんだ接合部を確保するために不可欠です。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、LEDパッケージを損傷しないように特定の化学薬品のみを使用してください。データシートでは、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分未満浸漬することを推奨しています。指定外の化学液体の使用は禁止されています。

6.3 保管と湿気感受性

本製品は、JEDEC J-STD-020に基づき、湿気感受性レベル（MSL）3に格付けされています。

• 密封パッケージ：≤30°C、≤90% RHで保管。乾燥剤入りの元の防湿袋で保管した場合の棚寿命は1年です。
• 開封パッケージ：≤30°C、≤60% RHで保管。部品は、周囲環境に曝露されてから168時間（7日）以内にはんだ付けする必要があります。
• ベーキング：湿度指示カードがピンクに変わった場合（>10% RHを示す）、または168時間のフロアライフを超えた場合は、再密封または使用前に60°Cで少なくとも48時間ベーキングすることを推奨します。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

この白色SMD LEDは、コンパクトで効率的な白色照明を必要とする幅広いアプリケーションに適しており、以下に限定されません：

• 家電製品（例：家電、オーディオ機器）のステータスインジケータおよびバックライト。
• 産業制御システムにおけるパネルインジケータおよびスイッチバックライト。
• 携帯機器における一般照明。
• 装飾照明およびサイン。

重要注意：データシートは、これらのLEDが通常の電子機器を対象としていることを明示しています。例外的な信頼性要件があるアプリケーション、または故障が生命や健康を危険にさらす可能性があるアプリケーション（航空、医療機器、安全システム）では、設計前にメーカーに相談する必要があります。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限：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。電圧源に直接接続しないでください。推奨される30 mA DC順電流以下で動作させてください。
• 熱管理：特に高電流または高周囲温度で動作する場合、120 mWの消費電力限界内に収まるように、PCBが十分な熱放散を提供することを確認してください。
• ESD保護：組立中は標準的なESD取り扱い手順を実施してください。LEDが露出した場所にある場合は、回路基板に過渡電圧サプレッション（TVS）ダイオードやその他の保護を追加することを検討してください。
• 光学設計：110度の視野角は広いビームを提供します。より集光した光が必要な場合は、二次光学素子（レンズ）が必要になる場合があります。

8. 技術比較・差別化

この単一のデータシートでは他の型番との直接的な比較は提供されていませんが、このLEDの主要な差別化機能は以下のように推測できます：

• 広視野角（110°）：狭い視野角のLEDと比較してより広い照明を提供し、スポット照明ではなくエリア照明に適しています。
• 詳細なビンニング：広範なV_F、I_V、および色度座標のビンニングは、複数のユニット間で一致した性能を必要とするアプリケーションに高い一貫性を提供します。
• 堅牢な包装：自動実装および標準的な鉛フリーリフロープロファイル（260°Cピーク）との互換性により、大量で信頼性の高い製造が容易になります。
• InGaN技術：現代の高輝度LED設計に典型的な効率的な白色光生成を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 ピーク順電流（100mA）とDC順電流（30mA）の違いは何ですか？

DC順電流（30mA）は、連続的、定常状態の動作のための最大電流です。ピーク順電流（100mA）は、LEDが非常に短いパルス（0.1ms幅）で低デューティサイクル（10%）でのみ扱うことができるはるかに高い電流です。これは、多重化やPWM調光などのアプリケーションで有用であり、短い高電流パルスによりLEDを過熱させることなくより高い瞬間輝度を達成します。DC定格電流を連続的に超えると、過剰な熱が発生し急速に劣化します。

9.2 色度座標（x=0.295, y=0.280）はどのように解釈すればよいですか？

これらの座標は、CIE 1931色度図上に白色光の色をプロットします。この特定の点は通常、クールホワイトまたはデイライトホワイトの色温度に対応し、しばしば6000K-7000Kの範囲です。±0.01の公差は、このバッチの個々のLEDの色が収まるべきチャート上の小さな領域を定義し、色の均一性を確保します。

9.3 保管条件が厳しい（MSL 3）のはなぜですか？168時間のフロアライフを超えるとどうなりますか？

SMDパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に蒸気に変わり、内部の剥離、クラック、またはプラスチックパッケージのポップコーン現象を引き起こし、LEDを破壊する可能性があります。MSL 3と168時間の制限は、このパッケージの特定の吸湿率に対する安全な曝露時間を定義します。これを超えた場合、ベーキング（60°Cで48時間）により吸収された湿気が除去され、リフローに適した乾燥状態に部品が回復します。

10. 設計・使用事例

10.1 ステータスインジケータパネルの設計

シナリオ：10個の均一な白色LEDステータスインジケータを備えた制御パネルの設計。

設計手順：

1. 電流設定：動作点を選択します。例：I_F= 20 mA。信頼性の高い動作のため、およびデータシートのビンニングデータを直接使用するため。
2. 電圧計算：5V電源（V_CC）を想定します。同じV_FビンからLEDを選択します。例：V3（3.2-3.3V）。計算には代表値（3.25V）を使用します。必要な直列抵抗R = (V_CC- V_F) / I_F= (5 - 3.25) / 0.020 = 87.5 Ω。標準の91 Ωまたは82 Ω抵抗を使用でき、電流をわずかに調整します。
3. 輝度均一性：同じI_Vビン（例：ビンC: 1440-1580 mcd）からLEDを指定し、すべてのインジケータが同様の知覚輝度を持つことを確保します。
4. 色均一性：同じカラーランク（例：A63）からLEDを指定し、すべての光が同一の白色の色合いを発することを保証します。美的な一貫性にとって重要です。
5. PCBレイアウト：データシートの推奨パッド寸法に従ってください。パッド設計がLED本体/リフレクタへの最小距離（A, C）を尊重し、短絡を防止し適切なはんだフィレット形成を可能にすることを確認してください。
6. 組立：推奨されるIRリフロープロファイルを使用してください。LEDは組立準備ができるまで密封袋に保管してください。袋を開封した場合は、10個すべてのLEDのはんだ付けを168時間以内に完了してください。

11. 動作原理の紹介

この白色LEDは、半導体におけるエレクトロルミネッセンスの原理で動作します。コアはインジウムガリウムナイトライド（InGaN）で作られたチップであり、順電圧（通常2.9-3.6V）を印加すると、電子がバンドギャップを越えて正孔と再結合する際に青色光を放射します。白色光を生成するために、青色発光チップはセリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（YAG:Ce）蛍光体の層でコーティングされています。チップからの高エネルギーの青色光子の一部は蛍光体に吸収され、その後、光ルミネッセンスと呼ばれるプロセスを通じて低エネルギーの黄色光を再放射します。吸収されなかった残りの青色光は、放射された黄色光と混合され、人間の目はこの組み合わせを白色として知覚します。黄色レンズは、最終的な光出力をさらに拡散し成形します。

12. 技術トレンド

このデータシートで説明されている技術は、LEDで白色光を生成するための成熟し広く採用されているアプローチを表しています。このような部品に関連するより広範なLED業界における主要な進行中のトレンドには以下が含まれます：

• 効率向上（lm/W）：InGaNチップ設計、蛍光体効率、およびパッケージ構造の継続的な改善により、より高い発光効率がもたらされ、同じ電力入力に対してより多くの光出力が得られることを意味します。
• 色品質の向上：マルチ蛍光体ブレンド（例：赤色蛍光体の追加）の開発により、演色評価数（CRI）が向上し、LED光下でより正確で快適な色再現が提供されます。
• 小型化：家電製品におけるより小さなデバイスへの要望により、光出力を維持または増加させながら、さらに小さなパッケージフットプリントのLEDが求められています。
• 信頼性と寿命の向上：材料（エポキシ、蛍光体、基板）および熱管理設計の進歩により、LEDの動作寿命（L70, L90）が延長され、長期的なメンテナンスコストが削減されています。
• スマート＆コネクテッド照明：これは基本的な部品ですが、エコシステムは、調光、色調調整、および接続性のために互換性のあるドライバを必要とする、インテリジェントシステムの不可欠な部分であるLEDに向かって進化しています。