ミニトップビューLED 65-21シリーズ データシート - SMTパッケージ - 最大2.35V - 鮮やかな黄緑色 - 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

65-21シリーズは、表面実装技術（SMT）アプリケーション向けに設計されたミニトップビュー発光ダイオード（LED）のファミリーです。この特定のバリアントは、輝度・波長のビン分けを示す部品番号のサフィックスで識別され、鮮やかな黄緑色の光を発します。設計の核となる思想は、光がプリント基板（PCB）を貫通して上方に放射されるトップダウン実装構成にあります。このユニークな構造は、内蔵された相互反射器と組み合わさり、光出力の結合効率を最適化するように設計されており、ライトパイプや光導波路を利用するアプリケーションに特に適しています。

パッケージはコンパクトな白色の表面実装デバイスです。主要な性能特徴は、120度（半値全幅、2θ1/2）と規定される非常に広い視野角です。この広い放射プロファイルは、様々な角度からの高い視認性を保証し、インジケータ用途において重要な要素です。本製品は、RoHS（有害物質使用制限指令）、EU REACH規則などの主要な環境・安全指令に準拠し、ハロゲンフリー（臭素<900ppm、塩素<900ppm、合計<1500ppm）で製造されています。自動実装プロセスに対応するため、テープ＆リールに梱包されて供給されます。

1.1 中核的利点とターゲット市場

65-21シリーズの主な利点は、その機械的・光学的設計に由来します。トップビュー、PCB貫通型の発光はその定義的特徴であり、サイドファイアや直角実装を必要とせずにライトパイプへの効率的な結合を可能にします。パッケージ内に統合された反射器は、光の取り出し効率と指向性を向上させます。120度の広い視野角は、優れた全方向視認性を提供します。SMTパッケージは高密度PCBレイアウトを可能にし、標準的なリフローはんだ付けプロセスに対応しています。

ターゲットアプリケーションは多岐にわたり、小型サイズ、信頼性の高い表示、効率的な光導波が最も重要となる分野に焦点を当てています。これには以下が含まれます：民生電子機器や産業機器の光学式状態インジケータ、液晶ディスプレイ（LCD）、キーパッド、スイッチ、計器盤のバックライト、広告・看板の一般照明、自動車内装照明（ダッシュボードバックライトなど）。本コンポーネントはJEDEC J-STD-020D Level 3基準に基づいてプリコンディショニングされており、一般的な商業用はんだ付けプロセスに対する堅牢性を示しています。

2. 技術パラメータ分析

本セクションでは、データシートに定義された主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。これらの限界値と特性を理解することは、信頼性の高い回路設計とLEDの長期性能を確保するために不可欠です。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、LED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。これらは通常動作条件ではありません。

• 逆電圧（V_R）：12V。逆バイアス方向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。
• 連続順電流（I_F）：25mA。これは連続的に印加できる最大の直流電流です。
• ピーク順電流（I_FP）：60mA。これはパルス条件下（1kHz、デューティ比10%）でのみ許容され、直流動作には使用してはいけません。
• 消費電力（P_d）：60mW。パッケージが熱として放散できる最大電力で、順電圧（V_F）×順電流（I_F）として計算されます。
• 接合部温度（T_j）：115°C。半導体チップ自体の許容最大温度です。
• 動作・保管温度：-40°C ～ +85°C（動作）、-40°C ～ +90°C（保管）。
• 静電気放電（ESD）：2000V（人体モデル）。適切なESD取り扱い手順が必要です。
• はんだ付け温度：リフローの場合、ピーク260°Cを最大10秒間と規定されています。手はんだの場合、端子ごとに350°Cを最大3秒間許容されます。

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、周囲温度25°C、順電流（I_F）20mAの標準試験条件で測定されます。

• 光度（I_V）：最小36ミリカンデラ（mcd）から最大90 mcdの範囲。部品はビン分けされているため、代表値は指定されていません。許容差は±11%が適用されます。
• 視野角（2θ_1/2）：120度。これは、光度が0度（軸上）で測定されたピーク強度の少なくとも半分となる角度幅です。
• ピーク波長（λ_p）：約575ナノメートル（nm）。これはスペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：569.5 nm から 577.5 nmの範囲。これは、人間の目がLEDの色として知覚する単一波長であり、色のビン分けのための主要パラメータです。許容差は±1nmです。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：約20 nm。これはスペクトルの純度を示します。帯域幅が小さいほど、より単色に近い色となります。
• 順電圧（V_F）：20mA時に1.75Vから2.35Vの範囲。許容差は±0.1V。これはLEDと直列に接続する電流制限抵抗の設計において極めて重要です。
• 逆電流（I_R）：逆バイアス12V印加時に最大10マイクロアンペア（μA）。

2.3 熱特性

別表として明示的にリストされていませんが、熱管理は消費電力（P_d）と接合部温度（T_j）の定格を通じて示唆されています。順電流の減衰曲線は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、115°Cの接合部温度限界を超えないように、許容最大連続順電流をどのように減らさなければならないかをグラフィカルに示しています。大電流または高周囲温度アプリケーションでは、十分な放熱対策を施した効果的なPCBレイアウトが必要です。

3. ビン分けシステムの説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。65-21シリーズでは、光度と主波長に対して別々のビンが使用されています。

3.1 光度ビン分け

光度は、I_F= 20mAで測定した場合、4つの異なるビン（N2、P1、P2、Q1）に分類されます。各ビンは特定の範囲をカバーします：

- N2：36 mcd ～ 45 mcd

- P1：45 mcd ～ 57 mcd

- P2：57 mcd ～ 72 mcd

- Q1：72 mcd ～ 90 mcd

部品番号（例：G6C-AN2Q1/3T）には、デバイスが属する輝度ビンと波長ビンを指定するコードが含まれており、設計者はアプリケーションに応じて厳密な性能公差を持つ部品を選択することができます。

3.2 主波長ビン分け

知覚される黄緑色を定義する主波長は、グループA内でビン分けされています。これは4つのコード（C16～C19）に分けられ、それぞれ2nmの範囲をカバーします：

- C16：569.5 nm ～ 571.5 nm

- C17：571.5 nm ～ 573.5 nm

- C18：573.5 nm ～ 575.5 nm

- C19：575.5 nm ～ 577.5 nm

この精密なビン分けにより、単一アセンブリ内のLED間の色変動を最小限に抑え、マルチLEDバックライトやインジケータアレイなどのアプリケーションにおいて極めて重要です。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのLEDの動作を示すいくつかの特性曲線が提供されています。これらは高度な設計検討に不可欠です。

4.1 相対光度 vs. 順電流

この曲線は、光度が順電流に比例して直線的に増加しないことを示しています。電流が増加すると光度は増加しますが、接合部温度の上昇と効率低下により、高電流域では比例関係が準線形に近づく傾向があります。推奨される20mAの試験電流を大幅に超えて動作させると、明るさの向上が鈍化し、劣化が加速する可能性があります。

4.2 相対光度 vs. 周囲温度

このグラフは、光出力の負の温度係数を示しています。周囲温度が上昇すると、LEDの光出力は減少します。これは半導体光源の基本的な特性です。この曲線により、設計者は高温環境での明るさの低下を推定し、必要に応じて補償することができます。

4.3 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）

I-V曲線は本質的に指数関数的であり、ダイオードの典型的な特性です。順電圧のわずかな増加は、順電流の大幅な増加をもたらします。これは、電圧源で駆動する場合、LEDと直列に電流制限デバイス（ほぼ常に抵抗器）を使用することが極めて重要であることを強調しています。定電圧でLEDを駆動すると、熱暴走と破壊を引き起こします。

4.4 スペクトル分布

スペクトル分布プロットは、波長全体にわたって放射される相対的な光パワーを示しています。この鮮やかな黄緑色LEDの場合、ピークは約575nm付近にあり、典型的な半値全幅（FWHM）は20nmです。このプロットは、特定のスペクトル成分に敏感なアプリケーションに有用です。

4.5 放射パターン

極座標放射図は、120度の広い視野角を視覚的に確認します。パターンはランバートまたは準ランバートである可能性が高く、強度は視野角の余弦にほぼ比例することを意味します。このパターンは、広範囲の照明やライトパイプ結合に理想的です。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法とランドパターン

データシートには、LEDパッケージの詳細な寸法図が含まれています。主要寸法には全長、全幅、全高、およびリード（端子）間隔とサイズが含まれます。PCB用の推奨はんだパッドレイアウト（ランドパターン）も提供されています。信頼性の高いはんだ接合を実現し、リフロー中の適切な位置合わせを確保し、熱応力を管理するためには、この推奨パターンに従うことが重要です。図面では、特に断りのない限り、公差は±0.1mmと規定されています。

5.2 極性識別

正しい動作のためには極性を守る必要があります。データシートの図面には、アノード端子とカソード端子が示されています。通常、カソードはパッケージ本体上のドット、切り欠き、緑色のマーキング、または異なるリード形状（例：短いリード）によって識別されます。はんだ付け時の極性接続を誤ると、順バイアス時にLEDが点灯しません。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、これらのSMTコンポーネントの損傷を防ぐために重要です。

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

特定の鉛フリー（Pbフリー）リフロー温度プロファイルが提供されています。通常、以下が含まれます：予熱ランプ（例：150-200°C、60-120秒）、ピーク温度への制御ランプ、液相線以上での時間（例：217°C以上、60-150秒）、ピーク温度260°Cを最大10秒間、および制御冷却フェーズ。このプロファイルは、熱衝撃と極端な温度への曝露を最小限に抑えることを強調しています。

6.2 重要な注意事項

• 電流制限：外部直列抵抗は必須です。これがないと、供給電圧のわずかな増加でも、破壊的な大電流の増加を引き起こす可能性があります。
• リフローサイクル：LEDは、パッケージやワイヤボンドへの過度の熱応力を避けるため、リフローはんだ付けを2回以上行うべきではありません。
• 機械的応力：加熱中（はんだ付け中）や組立後のPCBの反りによって、LEDに物理的応力を加えないでください。
• 手はんだ：必要な場合は、先端温度<350°Cのはんだごてを使用し、各端子に≤3秒間熱を加え、端子間で≥2秒間の冷却間隔を設けてください。低電力（≤25W）のごてを使用してください。
• 修理：はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱する専用のダブルヘッドはんだごてを使用し、一方のパッドが浮き上がる機械的応力を防ぐ必要があります。

7. 梱包および注文情報

7.1 湿気感受性と保管

コンポーネントは、乾燥剤と湿度指示カードを封入した防湿バリアバッグに梱包されています。バッグは、使用直前にのみ、<30°C、相対湿度<60%の管理環境下で開封してください。指示カードが過度の湿気曝露を示している場合は、使用前に60°C ±5°Cで24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。

7.2 テープ＆リール仕様

LEDは、自動実装用にリールに巻かれたキャリアテープ上で供給されます。主要仕様には以下が含まれます：リール寸法（直径、幅、ハブサイズ）、キャリアテープポケット寸法、ピッチ（ポケット間距離）。標準梱包数量はリールあたり3000個です。リール、キャリアテープ、および防湿バッグ梱包プロセスの詳細図面はデータシートに提供されています。

7.3 ラベル説明

リールラベルにはいくつかのコードが含まれています：

- P/N：完全な製品番号。

- CAT：光度ビンコード（例：Q1）。

- HUE：主波長ビンコード（例：C18）。

- REF：順電圧ランク。

- LOT No：トレーサビリティロット番号。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も基本的で不可欠な回路は、電圧源（V_CC）、電流制限抵抗（R_S）、および直列接続されたLEDです。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R_S= (V_CC- V_F) / I_F。ここで、V_FとI_Fは所望の動作点です。電流が限界を超えないことを保証するため、最悪ケース設計にはデータシートの最大V_F（2.35V）を常に使用してください。例えば、5V電源、目標I_F20mAの場合：R_S= (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω。標準の130Ωまたは150Ω抵抗が適切で、定格電力はP = I_F²× R_S.

です。

8.2 ライトパイプおよび導波路結合

ライトパイプアプリケーションでは、PCBを貫通するトップビュー発光が理想的です。LEDはライトパイプの入力面の真下に配置する必要があります。広い視野角は、放射光の大部分をパイプ内に捕捉するのに役立ちます。LEDドームとライトパイプの間の隙間は最小限に抑え、光結合材料（例：シリコーン、透明接着剤）を使用してエアギャップでのフレネル反射損失を低減することができます。

8.3 PCBレイアウトにおける熱管理

小信号デバイスではありますが、熱管理は寿命を延ばします。推奨されるはんだパッド寸法を使用してください。サーモパッド（存在する場合）またはカソード/アノードパッドをPCB上のより大きな銅面積に接続することで、放熱が促進されます。パッケージ下の熱ビアは、熱を内層またはボトム層に伝達できます。LEDを他の発熱コンポーネントの近くに配置しないでください。

9. 技術比較と差別化65-21シリーズは、主にそのトップビュー、PCB貫通型光路

によって差別化されています。標準的なサイドビューや直角LEDと比較して、この設計はライトパイプとの機械的統合を簡素化し、光導波路における複雑な屈曲や90度ターンを不要にします。統合相互反射器は、特にこの結合方法のための光効率向上を目的とした機能です。120度の視野角はトップビューパッケージとしては非常に広く、多くの競合製品よりも優れたオフアクシス視認性を提供します。最新のハロゲンフリーおよび高温（鉛フリー）はんだ付け基準への準拠により、現代の環境配慮型電子機器製造に適しています。

10. よくある質問（FAQ）

Q1: このLEDを3.3Vや5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: いいえ。常に直列電流制限抵抗を使用する必要があります。I-V曲線は、電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こすことを示しています。マイクロコントローラピンの出力電圧は変動する可能性があり、LEDを直接接続すると破損する可能性が高いです。

Q2: 高温環境で使用すると、LEDが予想より暗いのはなぜですか？

A: これは正常な動作です。相対光度 vs. 周囲温度曲線を参照してください。LEDの光出力は温度が上昇すると減少します。補償するために、より高い輝度ビン（例：Q1）を選択するか、絶対限界内で駆動電流をわずかに増やす必要があるかもしれませんが、熱限界を超えないように注意してください。

Q3: バッグは昨日開封しました。今日、残りのLEDをベーキングせずに使用できますか？

A: 工場の環境条件とコンポーネントの湿気感受性レベル（MSL、ベーキング指示により示唆される）によります。環境が管理され（<30°C/60% RH）、曝露時間が短かった場合（おそらく指定されたMSLフロアライフ、例えばMSL 3の168時間未満）、おそらく安全です。疑わしい場合、または湿度指示カードが警告レベルを示している場合は、指定通りにコンポーネントをベーキングしてください。

Q4: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？_pA: ピーク波長（λ_d）は、LEDが最も多くの光パワーを放射する物理的な波長です。主波長（λ_d）は、人間の目がLEDの広いスペクトルと同じ色として知覚するであろう、計算上の単一波長です。λ

は、視覚アプリケーションにおける色合わせにより関連性があります。

11. 設計事例研究

1. シナリオ：産業用コントローラ向けにライトパイプを備えた状態表示パネルを設計する。要件：

2. 複数の黄緑色状態LEDが、個々のライトパイプを介してフロントパネルから見える必要がある。部品選定：

3. トップビュー発光により機械設計を簡素化するため、65-21シリーズが選定される。ライトパイプは、PCB上のLEDの真上に配置される垂直な直線要素とすることができる。ビン分け：

4. パネル全体で均一な明るさを確保するため、同じ光度ビン（例：すべてP2またはQ1）のLEDを指定する。均一な色を確保するため、同じ主波長ビン（例：すべてC18）のLEDを指定する。回路設計：_F共通の5Vラインを使用する。最大V_F2.35V、目標I

5. 20mAを使用し、各LEDに150Ωの直列抵抗を選択する。各抵抗の消費電力は60mW（0.06W）。1/8Wまたは1/10W抵抗で十分。PCBレイアウト：

6. LEDはライトパイプの位置に従って配置される。推奨ランドパターンを使用する。はんだ付けを助けながらグランド/電源プレーンへの熱伝導を維持するため、パッドに小さなサーマルリリーフ接続を使用する。結果：

65-21 LEDの特定の光結合利点により実現された、一貫した明るさと色を持つ、クリーンで信頼性の高いインジケータシステム。

12. 動作原理

このLEDは、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体チップに基づいています。ダイオードのオン電圧（約1.8-2.0V）を超える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。これらの電荷キャリアが再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlGaInP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、それが今度は発光波長を決定します。この場合は黄緑色スペクトル（約575nm）です。チップは、透明なエポキシドームを備えた白色の反射性プラスチックパッケージに封止されています。白色プラスチックは側面放射光を上方に反射し、ドームはレンズとして機能して放射パターンを形成し、環境保護を提供します。

13. 技術トレンド