イエロー SMD LED 0402 仕様書 - 外形寸法 1.0x0.5x0.4mm - 順電圧 1.7-2.4V - 電力 48mW - 技術データシート (英語版)

1. 製品概要

本書は、面実装技術 (SMT) アプリケーション向けに設計された、コンパクトで高性能な黄色発光ダイオード (LED) の仕様を詳細に記述しています。本デバイスは黄色半導体チップを用いて製造され、超小型0402パッケージフットプリントに封入されており、スペースが限られた最新の電子機器に最適です。

1.1 一般説明

本LEDは、黄色波長域に発光する単色光源です。主な構造は、樹脂パッケージ内に封入された黄色チップから構成されています。超小型のフォームファクター (1.0mm x 0.5mm x 0.4mm) は、民生用電子機器、自動車内装、産業用制御パネルなどで一般的な高密度PCB設計を実現する鍵となる要素です。

1.2 主な特徴と利点

• 極めて広い視野角：本デバイスは典型的に140度の視野角 (2θ1/2) を提供し、広い視角範囲から均一な光度と視認性を確保します。これはステータスインジケータやパネル照明において重要です。
• SMT適合性：本パッケージは、標準的な自動実装機および主流のSMT組立・リフローはんだ付けプロセスに完全に対応しており、大量生産を容易にします。
• 環境適合性：本製品はRoHS指令 (有害物質使用制限指令) に適合しています。また、湿気感受性レベル (MSL) はレベル3に分類され、リフロー工程前の特定の取り扱いおよびベーキング要件が定義されており、ポップコーン現象や層間剥離を防止します。
• 堅牢なESD保護：1.3 対象アプリケーションと市場

本LEDは、汎用インジケータおよびバックライト部品として設計されています。主な対象市場は以下の通りです：

光学インジケータ：

• ルーター、充電器、スマート家電などのデバイスにおける電源状態、接続アラート、機能モード表示。スイッチ及びシンボル照明：
• メンブレンスイッチ、キーパッド、計器パネルシンボルのバックライト。汎用照明：
• 装飾照明、アクセント照明、およびコンパクトな黄色光源が必要とされるその他のアプリケーション。2. 詳細技術パラメータ分析

LEDの性能は、通常、周囲温度 (Ts) 25°C、順電流 (IF) 5mAという特定の試験条件下で特性評価されます。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と性能予測にとって重要です。

2.1 電気・光学特性

主要な性能指標はデータシートの表にまとめられています。詳細な解釈を以下に示します：

主波長 (λD)：

• これはLEDの知覚色を定義します。本デバイスは主波長585nmから595nmの範囲のイエロー分級で提供されます。人間の目はこの範囲の光を純粋な黄色の色相として知覚します。光度 (IV)：
• ミリカンデラ (mcd) で測定され、知覚される明るさを定量化します。本製品は、5mA時にA00 (8-12 mcd) からF00 (65-100 mcd) までの複数の光度分級で提供されます。設計者は、アプリケーションの明るさ要件と駆動電流に基づいて適切な分級を選択する必要があります。順電圧 (VF)：
• 電流が流れるときのLED両端の電圧降下です。電源設計にとって重要なパラメータです。VFは、5mA時にA2 (1.7-1.8V) からD2 (2.3-2.4V) まで分級されます。VFの高い分級では、同じ電流を得るためにわずかに高い電源電圧が必要となり、システム全体の効率に影響を与える可能性があります。スペクトル半値幅 (Δλ)：
• このパラメータ (通常約15nm) は、発光のスペクトル純度を示します。半値幅が小さいほど、より飽和した純粋な色になります。視野角 (2θ1/2)：
• 光度がピーク光度の半分になる角度 (全角) です。指定された140°は非常に広く、ランバート型またはそれに近い放射パターンの特徴です。逆電流 (IR)：
• 5Vの逆バイアスが印加されたときの漏れ電流です。最大10µAであり、この種のデバイスでは標準的な値です。熱抵抗 (RθJ-S)：
• このパラメータ (450°C/W) は、消費電力1ワットあたりの半導体接合部からはんだ付け点 (またはケース) までの温度上昇を定義します。接合温度 (Tj) が最大定格を超えないようにするための熱管理計算において極めて重要です。2.2 絶対最大定格

これらの定格は、恒久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。この限界での動作は保証されません。

消費電力 (Pd)：

• 許容される最大消費電力は48mWです。この限界を超えると、熱暴走やデバイス故障のリスクがあります。順電流 (IF)：
• 最大連続順電流は20mAです。ピーク順電流 (IFP)：
• 特定の条件 (デューティサイクル 1/10、パルス幅 0.1ms) 下では、より高い60mAのパルス電流が許容されます。これはマルチプレクシングや短時間の高輝度化に有用です。温度範囲：
• 動作温度 (Topr) および保管温度 (Tstg) はともに-40°Cから+85°Cまで規定されており、産業用および自動車用途に適しています。最大接合温度 (Tj)：
• 半導体接合部で許容される絶対最大温度は95°Cです。設計者は、周囲温度と自己発熱の複合効果がこの値を超えないようにする必要があります。3. 分級システムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいて分級されます。本デバイスは多次元の分級システムを採用しています。

3.1 順電圧 (VF) 分級

LEDは7つの電圧分級 (A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2) に分類されます。これにより、一連の複数LED間で電流消費や電圧マッチングの一貫性が重要なアプリケーションにおいて、設計者はより厳密な電圧公差を持つ部品を選択できます。

3.2 主波長 (λD) 分級

黄色発光は4つの波長分級 (D10, D20, E10, E20) に分類されます。これにより、単一の製品ロット内での色の均一性が確保されます。正確な色の一貫性を要求するアプリケーションでは、単一の波長分級を指定することが不可欠です。

3.3 光度 (IV) 分級

6つの光度分級 (A00 から F00) が定義されています。これにより柔軟性が提供されます。設計者は、控えめなインジケータには低輝度の分級を、高い視認性を必要とするアプリケーションには高輝度の分級を選択できます。分級公差 (±10%) は輝度計算に考慮する必要があります。

4. 性能曲線分析

提供されるグラフは、さまざまな条件下でのデバイスの挙動についてより深い洞察を提供します。

4.1 順電圧対順電流 (IV曲線)

このグラフは非線形の関係を示しています。順電圧は電流とともに増加しますが直線的ではなく、ダイオードの指数関数的なI-V特性に典型的です。この曲線は、電流制限回路 (多くの場合単純な抵抗器) を設計し、電源電圧変動にわたって安定した動作を確保するために不可欠です。

4.2 順電流対相対光度

この曲線は、光出力が駆動電流とともに増加するが、特に高電流時には必ずしも完全に線形には増加しないことを示しています。設計者が輝度と効率、デバイスの寿命をバランスさせる動作電流を選択するのに役立ちます。

4.3 温度依存性

二つの重要なグラフが熱的影響を示しています：

端子温度対相対光度：光出力は一般的に周囲 (または端子) 温度が上昇すると減少することを示しています。この熱消光効果は高温環境で考慮する必要があります。端子温度対順電流：順電圧 (固定電圧での電流によって暗示される) が温度とともにどのように変化するかを示しています。LEDは順電圧に対して負の温度係数を持ち、一部のアプリケーションでは温度センシングに利用できます。4.4 スペクトル特性

順電流対主波長：

駆動電流の変化に伴うピーク波長のシフトが最小限であることを示しており、良好な色安定性を示しています。相対光度対波長：スペクトル分布曲線は、発光が指定された半値幅で黄色領域 (約590nm) を中心としており、顕著なサイドバンドのない単一の明確なピークを示していることを確認しています。5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と公差

外形は上面、底面、側面図によって定義されています。主要寸法には全長1.0mm、幅0.5mm、高さ0.4mmが含まれます。特に断りのない限り、寸法公差は±0.2mmです。ランドパターン (はんだ付けフットプリント) の推奨案が提供されており、寸法0.6mm x 0.5mmの二つのパッドとそれらの間の0.22mmのギャップが特徴です。このパターンに従うことは、リフロー中の適切なはんだ接合部形成とセルフアライメントにとって重要です。

5.2 極性識別

カソード (負極) は明確にマーキングされています。組立時に適切な極性識別を行うことは、デバイスを損傷する可能性のある逆バイアスを防ぐために不可欠です。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

6.1 SMTリフローはんだ付けプロセス

本LEDは、標準的な赤外線または対流式リフローはんだ付けプロセス用に設計されています。提供された抜粋には特定のピーク温度と液相線以上時間 (TAL) プロファイルの詳細は記述されていませんが、MSLレベル3部品に対する一般的なベストプラクティスが適用されます。これらには以下が含まれます： - ドライパック開封後、指定されたフロアライフ内で部品を使用するか、MSLレベルのガイドラインに従って湿気を除去するためにベーキングを行う。 - 推奨されるリフロープロファイル (徐々に加熱する予熱、制御されたピーク温度への立ち上がり (通常数秒間で260°Cを超えない)、熱衝撃を最小限に抑えるための制御された冷却) に従う。 - はんだペースト量とステンシル開口設計が推奨ランドパターンと一致していることを確認し、ブリッジやトゥームストーン現象を起こさずに信頼性の高いはんだフィレットを形成する。

6.2 取り扱いと保管上の注意

ESD対策：

• 接地済みリストストラップと導電マットを使用し、ESD保護環境下で取り扱う。湿気感受性：
• 乾燥剤と共に元の防湿バッグ内で保管する。MSLレベル3のフロアライフ (≤ 30°C / 60% RH で168時間) を順守する。これを超えた場合は、使用前に125°Cで24時間ベーキングする。機械的ストレス：
• LEDレンズに直接力を加えない。実装作業には真空または柔らかい先端のツールを使用する。洗浄：
• リフロー後の洗浄が必要な場合は、エポキシレンズを侵さない、穏やかで適合性のある溶剤を使用する。6.3 保管条件

本デバイスは、指定された保管温度範囲 (-40°C ～ +85°C) 内の乾燥した冷涼な環境で保管する必要があります。高湿度条件下での長期保管は避けるべきです。

7. 包装および発注情報

7.1 標準包装仕様

本デバイスは、自動組立に適したテープアンドリール包装で供給されます。

キャリアテープ：

• エンボス加工されたキャリアテープの寸法 (ポケットサイズ、ピッチ、テープ幅) が規定されており、標準フィーダーシステムとの互換性を確保します。リール寸法：
• 生産計画のために、リール直径、ハブサイズ、リールあたりの最大部品数が提供されています。ラベル仕様：
• リールラベルには、品番、数量、製造年月日コード、分級コードなどの重要な情報が含まれており、トレーサビリティと在庫管理を容易にします。7.2 防湿包装

湿気感受性部品の場合、テープアンドリールは、保管および輸送中に低湿度環境を維持するため、湿度指示カード (HIC) および乾燥剤と共に防湿バッグ (MBB) 内に密封されます。

7.3 外装

複数のリールは輸送用に段ボール箱に梱包され、物流中の損傷を防ぐために箱の寸法や梱包密度などの仕様が含まれる可能性があります。

8. アプリケーション推奨事項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

最も一般的な駆動方法は直列電流制限抵抗器です。抵抗値 (R) はオームの法則を使用して計算されます：R = (電源電圧 - LED順電圧) / 順電流、ここでLED順電圧は所望の順電流IFにおける順電圧です。分級から最大VFを使用することで、部品公差があっても電流が限界を超えないようにします。変動する電源電圧や温度にわたって一定の輝度を維持するには、単純な定電流源 (例：トランジスタまたは専用LED駆動ICを使用) の使用が推奨されます。

8.2 設計における熱管理

熱抵抗が450°C/Wであるため、消費電力は注意深く管理する必要があります。例えば、最大連続電流20mA、VF 2.4V (最大) では、消費電力 Pd = 0.020A * 2.4V = 48mW となります。はんだ付け点から接合部までの温度上昇は ΔT = Pd * RθJ-S = 0.048W * 450°C/W = 21.6°C です。PCB温度が70°Cの場合、接合温度は約91.6°Cとなり、最大95°Cの限界に近づきます。したがって、高周囲温度アプリケーションでは、動作電流を定格以下に抑える (デレーティング) 必要があります。

8.3 光学設計上の考慮点

広い140°の視野角は、全方向インジケータに理想的です。より指向性の高いビームを必要とするアプリケーションでは、外部レンズや光導波路を使用できます。黄色は人間の目によく見え、注意喚起や注目を引くインジケータによく使用されます。

9. 技術比較および差別化要素

他の製品との直接的な比較は提供されていませんが、本LEDの主な差別化要因は仕様から推測できます：

超小型サイズ (0402)：

• 0603や0805などの大型パッケージと比較して、本デバイスはより高いPCB密度を実現し、小型化が進む携帯機器において重要な利点となります。包括的分級：
• 多パラメータ分級 (Vf、波長、光度) により、設計者は最終製品における色の一貫性と明るさのマッチングを、より緩いまたは単一パラメータ分級の部品と比較して、より細かく制御できます。広視野角：
• 140°の視野角はSMD LEDとしては非常に広く、多くの競合品よりも優れたオフアクシス視認性を提供し、パネル取り付けインジケータにおいて価値があります。堅牢な熱・ESD仕様：
• 定義された接合温度、熱抵抗、および2000V ESD定格は、明確な設計限界を提供し、産業環境における良好な信頼性を示唆しています。10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

10.1 適切な電流制限抵抗器はどのように選択しますか？

計算には、選択した (または予想される) 分級の最大順電圧 (VF) を使用して、部品公差が最悪の場合でも電流が所望の値を決して超えないようにします。例えば、5V電源、目標5mA、C2分級LED (VF最大 = 2.2V) の場合、R = (5V - 2.2V) / 0.005A = 560 Ω です。標準の560Ω抵抗器が適しています。

10.2 3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？

はい、ほとんどの電圧分級で可能です。例えば、VFが2.0V (標準) の場合、3.3V電源は直列抵抗に十分なヘッドルームを提供します。抵抗値は小さくなります (例：5mAの場合、R = (3.3V - 2.0V) / 0.005A = 260 Ω)。

10.3 なぜ光度は最大20mAではなく5mAで規定されているのですか？

5mAは、異なるLEDモデルおよびメーカー間での一貫した比較を可能にする標準的な試験条件です。より高い電流での光度は性能曲線から推定できますが、熱的影響により変動が大きくなる可能性があります。また、低い電流で動作させることは、寿命と効率の向上にもつながります。

10.4 最大接合温度を超えるとどうなりますか？

Tj最大 (95°C) を超える持続的な動作は、LEDの劣化を加速させ、光出力の恒久的な低下 (光束減衰) や時間経過に伴う色の変化を引き起こす可能性があります。極端な場合、致命的な故障を引き起こす可能性があります。

11. 実用例および実装例

11.1 民生用電子機器：スマートスピーカー ステータスリング

複数の黄色0402 LEDをスマートスピーカーの周囲に配置して、発光するステータスリングを作成できます。広い視野角により、部屋のどの方向からも光が視認できます。低消費電力と小型サイズは、このようなコンパクトなデバイスに最適です。均一な外観のために、一貫した光度の分級 (例：D00) を使用し、電流は中程度 (例：10mA) に設定されます。

11.2 自動車内装：ダッシュボードボタン バックライト

本LEDの動作温度範囲 (-40°C ～ +85°C) は自動車内装に適しています。エアコンやインフォテインメントシステムのボタンのバックライトとして使用できます。黄色は、特定の警告や機能専用のインジケータによく使用されます。ESDおよび振動に対する堅牢性 (SMT組立に固有) がここでの重要な利点です。

11.3 産業用制御パネル：故障インジケータ

工場機械の制御パネル上で、これらの黄色LEDをクラスター配置することで、非致命的な警告や待機モードを示すことができます。高輝度分級 (E00, F00) は、明るい産業環境での視認性を確保します。MSLレベル3定格により、制御基板製造で使用される一般的なSMTプロセスを耐え抜くことが保証されます。

12. 動作原理紹介

発光ダイオード (LED) は、電気エネルギーを直接光に変換する半導体デバイスで、この過程をエレクトロルミネセンスと呼びます。pn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 (光の粒子) の形で放出されます。放出される光の特定の波長 (色) は、活性領域で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まります。黄色光には、リン化アルミニウムガリウムインジウム (AlGaInP) などの材料が一般的に使用されます。エポキシパッケージは、繊細な半導体チップを保護し、光出力ビームを整形し、はんだ付けのための機械的構造を提供します。

13. 業界動向と背景

SMD LED市場、特に0402やそれより小さい (例：0201) ような超小型パッケージの市場は、電子機器の小型化によって引き続き成長しています。本コンポーネントに影響を与える主なトレンドには以下が含まれます： -

効率の向上：材料科学の継続的な研究により、有色LEDの発光効率 (ルーメン毎ワット) の改善が目指されていますが、黄色は歴史的に、蛍光体変換を用いた青色や白色LEDよりも効率が低い傾向にあります。 -信頼性要求の高まり：LEDがより重要なアプリケーション (自動車、医療) に使用されるにつれて、寿命、経時的な色安定性、過酷な条件下での性能に関する仕様はより厳格になっています。 -統合化とスマート照明：本デバイスは個別部品ですが、より広範なトレンドは、内蔵ドライバと制御ロジックを備えた統合LEDモジュールに向かっています。ただし、このような個別LEDは、単純なインジケータ機能や、カスタム光学レイアウトが必要な柔軟な設計において依然として不可欠です。 -色および光度分級の厳密化：大型ビデオウォールや均一なバックライトなどのアプリケーションの要求に応えるため、メーカーはますます厳密な分級公差を持つ製品を提供しており、これは本コンポーネントの詳細な分級システムに反映されている特徴です。To meet the demands of applications like large video walls or uniform backlighting, manufacturers are offering products with ever-tighter binning tolerances, a feature reflected in this component's detailed binning system.