ミニトップビューLED 65-21シリーズ データシート - ブリリアントレッド - 20mA - 120°視野角 - 技術文書

1. 製品概要

65-21シリーズは、コンパクトな表面実装型トップビュー発光ダイオード（LED）のファミリーです。これらの部品は、広い視野角と効率的な光結合を必要とするアプリケーション向けに設計されています。本資料で説明する主要モデルは、ブリリアントレッド色を発光し、これは水色透明樹脂に封止されたAlGaInP半導体チップを使用して実現されています。ユニークなパッケージ設計は、光がプリント基板（PCB）を通して放射される上向き実装方向を特徴としており、ライトパイプや導光板との使用に特に適しています。

このシリーズの主な利点は、IRリフローはんだ付けなどの自動組立プロセスへの適合性、大量生産向けのテープ＆リールでの供給、RoHSおよび鉛フリー環境基準への準拠です。120度の広い視野角は、様々な角度からの良好な視認性を保証し、インジケータやバックライト用途にとって重要です。

2. 詳細技術パラメータ分析

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の条件下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。

• 逆電圧（V_R）：5 V。この限界を超える逆電圧を印加すると、接合破壊のリスクがあります。
• 連続順方向電流（I_F）：50 mA。これはLEDが連続的に扱える最大DC電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP）：100 mA。このパルス電流定格（1/10デューティサイクル、1 kHz）により、短時間の過電流状態が許容され、マルチプレクシングや輝度パルス制御に有用です。
• 電力損失（P_d）：110 mW。これはパッケージが熱として放散できる最大電力であり、順方向電圧と電流から計算されます。
• 静電気放電（ESD）HBM：2000 V。この人体モデル定格は中程度のESD感受性を示しており、適切な取り扱い上の注意が必要です。
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +85°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• 保管温度（T_stg）：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度：リフローはんだ付けの場合、ピーク温度260°Cで10秒が規定されています。手はんだ付けの場合、350°Cで3秒が限界です。

2.2 電気光学特性

性能は、Ta=25°C、標準試験電流（I_F）20 mAで測定されます。

• 光度（I_v）：最小72 mcdから最大180 mcdの範囲で、代表値はこの範囲内です。許容差は±11%が適用されます。
• 視野角（2θ_1/2）：120度（代表値）。これは光度がピーク値の半分に低下する全角です。
• ピーク波長（λ_p）：632 nm（代表値）。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）：616.5 nm ～ 634.5 nmの範囲で、許容差は±1 nmです。これは知覚される色（ブリリアントレッド）を定義します。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：20 nm（代表値）。これは最大パワーの半分における放射スペクトルの幅です。
• 順方向電圧（V_F）：20mA時で1.75 V ～ 2.35 Vの範囲で、許容差は±0.1 Vです。
• 逆電流（I_R）：逆電圧5V印加時、最大10 μAです。

3. ビニングシステムの説明

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ビンに仕分けられます。

3.1 主波長ビニング（グループA）

これは色度点を定義します。ビンはE4からE7までラベル付けされ、それぞれ6 nmの範囲をカバーします（例：E4: 616.5-622.5 nm, E5: 620.5-626.5 nm）。これにより、設計者はアプリケーションに応じて非常に特定の赤色調のLEDを選択できます。

3.2 光度ビニング

これは輝度出力を定義します。ビンはQ1（72-90 mcd）、Q2（90-112 mcd）、R1（112-140 mcd）、R2（140-180 mcd）です。より高いビンコードはより高い輝度を示します。

3.3 順方向電圧ビニング（グループB）

これは電気的特性によってLEDをグループ化します。ビンは0（1.75-1.95 V）、1（1.95-2.15 V）、2（2.15-2.35 V）です。電圧ビンを一致させることで、並列回路における電流制限抵抗の設計を簡素化できます。

4. 性能曲線分析

データシートには、設計に不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

この曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。推奨動作点である20 mAでは、順方向電圧は1.75V-2.35Vのビニング範囲内に収まります。設計者は、電圧のわずかな増加が大きく、破壊的な可能性のある電流増加を引き起こすため、電流を制限する直列抵抗または定電流ドライバを使用する必要があります。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力が最大定格連続電流まで電流とほぼ線形に増加することを示しています。20mA以上で動作すると輝度は高くなりますが、電力損失と接合温度も増加し、寿命に影響を与えます。

4.3 相対光度 vs. 周囲温度

光度は周囲温度の上昇とともに減少します。この曲線はデレーティングを示しており、高温環境で動作するアプリケーションにとって重要です。LEDの出力は25°Cで規定されています。85°Cでは出力は大幅に低下します。

4.4 順方向電流デレーティング曲線

このグラフは、周囲温度の関数としての最大許容連続順方向電流を定義します。温度が上昇すると、過熱を防ぐために最大安全電流は減少します。85°Cでは、最大電流は25°Cでの50mA絶対最大定格よりも低くなります。

4.5 スペクトル分布

スペクトルは、632 nm（ピーク）を中心とし、20 nmの帯域幅を持つ狭いガウス状の曲線であり、単色のブリリアントレッド発光を確認できます。

4.6 放射パターン

極座標図は120度の視野角を示しています。強度分布は比較的ランバート的（余弦的）であり、広い視野円錐全体で均一な外観を提供し、インジケータに理想的です。

5. 機械的・パッケージング情報

5.1 パッケージ外形寸法

SMDパッケージには、特に明記されていない限り、典型的な許容差±0.1mmの特定の長さ、幅、高さの寸法（ミリメートル単位）があります。図面には、トップビューの形状、側面プロファイル、はんだ付け用の推奨PCBランドパターン（フットプリント）が詳細に示されています。

5.2 極性識別

カソードは通常、ノッチ、緑色のマーキング、またはパッケージ底部の異なるパッドサイズによってマークされています。組立時には正しい極性を守る必要があります。

部品は、自動ピックアンドプレースマシン用のキャリアテープに供給されます。主要寸法には、ポケットサイズ（LEDを保持するため）、テープ幅、ピッチ（ポケット間距離）、リール直径が含まれます。標準リールには2000個が収容されています。

The component is supplied on carrier tape for automated pick-and-place machines. Key dimensions include pocket size (to hold the LED), tape width, pitch (distance between pockets), and reel diameter. The standard reel contains 2000 pieces.

5.4 防湿包装

リールは、吸湿を防ぐために乾燥剤とともにアルミニウム防湿バッグに密封されています。これは、リフローはんだ付け時のポップコーン現象（パッケージクラック）を防止するために重要です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

推奨プロファイルには、予熱段階、ソークゾーン、ピーク温度260°Cを10秒超えないリフローゾーン、制御冷却段階が含まれます。プロファイルは最大Tsol定格に準拠する必要があります。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合、はんだごて先端温度は350°Cを超えず、接触時間はパッドごとに3秒に制限する必要があります。可能であればヒートシンクを使用してください。

6.3 保管および取り扱い上の注意

• ESD保護：接地された作業台とリストストラップを使用してください。
• 湿気感受性：使用準備が整うまで防湿バッグを開封しないでください。バッグを開封した場合は、指定されたフロアライフ内に部品を使用するか、適切な手順に従ってリベークしてください。
• 保管条件：未開封のバッグは、30°C以下、相対湿度90%以下の条件で保管してください。

7. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 光学インジケータ：民生電子機器、産業機器、自動車ダッシュボードの状態表示灯。
• ライトパイプ/導光板結合：トップビュー、PCB透過放射は、ボタンバックライトやパネル照明用にアクリルまたはポリカーボネート製導光板に光を入射させるのに理想的です。
• バックライト：LCD、キーパッド、スイッチ、メンブレンパネル用。
• 一般的な装飾照明：サイン、アクセント照明、イルミネーション広告など。
• 車室内照明：ダッシュボードバックライト、スイッチ照明など。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限は必須：外部直列電流制限抵抗または定電流ドライバを必ず使用してください。順方向電圧には許容差と負の温度係数があり、接合部が加熱されると減少することを意味します。電流制限がないと、熱暴走が発生し、急速な故障につながる可能性があります。
• 熱管理：パッケージは小さいですが、電力損失（最大110mW）により熱が発生します。特に高電流または高温環境で動作する場合、熱を逃がすための十分なPCB銅面積（サーマルリリーフパッド）を確保してください。
• 光学設計：ライトパイプアプリケーションの場合、LEDと導光板入口点との距離、および導光板の形状を最適化して結合効率を最大化する必要があります。
• 一貫性のためのビニング：複数のLED間で均一な色と明るさを必要とするアプリケーションでは、厳密なビン（例：単一の主波長ビンと光度ビン）を指定してください。

8. 技術比較および差別化

65-21シリーズは、その特定の属性の組み合わせによって差別化されています：

• 標準サイドビューLEDとの比較：トップビュー、PCB透過放射は、LEDを導光板の真下に基板に平らに実装できるため、ライトパイプアプリケーションにおいて明確な利点があり、機械設計を簡素化します。
• 狭角LEDとの比較：120度の視野角ははるかに広い視認性を提供し、視認位置が固定されていないフロントパネルインジケータにおいて優れています。
• 非自動化可能パッケージとの比較：SMTパッケージとテープ＆リール供給により、現代の高速自動組立ラインに非常に適しており、スルーホールLEDと比較して製造コストを削減します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを3.3Vまたは5Vのロジック電源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。抵抗値は R = (V_supply- V_F) / I_F で計算されます。電流が20mAを超えないようにするための保守的な設計には、データシートの最大V_F（2.35V）を使用してください。

Q: LEDを20mAではなく30mAで動作させるとどうなりますか？

A: 光度は高くなりますが、電力損失と接合温度が増加します。最大周囲温度で30mAが安全かどうかを確認するために、デレーティング曲線を確認する必要があります。長期信頼性は低下する可能性があります。

Q: 発注用の部品番号/コードはどのように解釈すればよいですか？

A: コード（例：ラベル説明から：CAT/HUE/REF）はビニング選択を指定します。必要な光度（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）のビンに基づいて発注します。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: 通常、20mAの単一LEDでは必要ありません。ただし、複数のLEDが近接して配置されている場合、または高電流/周囲温度で動作する場合、集合的な熱によりPCB上の熱管理が必要になる場合があります。

10. 実践的設計例

シナリオ：5Vレールで駆動されるデバイスの状態インジケータを設計します。LEDは標準の20mAで駆動する必要があります。

1. 直列抵抗の計算：推定に代表的なV_F2.0Vを使用： R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω。V_Fの変動に対する堅牢性のために、最小V_F（1.75V）を使用して最大電流を計算： I_max= (5V - 1.75V) / 150Ω ≈ 21.7mA、これは安全です。標準の150Ω、1/10W抵抗が適しています。
2. PCBレイアウト：推奨ランドパターンに従ってLEDを配置します。放熱のため、パッド周囲にいくらかの銅面積を含めてください。シルクスクリーンの極性マーキングがLEDのカソードインジケータと一致することを確認してください。
3. 光学インターフェース：ライトパイプを使用する場合は、距離と位置合わせをモデル化します。小さなエアギャップまたは透明シリコーンゲルの使用により、光結合効率を向上させることができます。

11. 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。ダイオードの接合電位を超える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、そこで再結合します。AlGaInP材料では、この再結合によりエネルギーが主に可視スペクトルの赤から琥珀色の部分（約590-650 nm）の光子として放出されます。AlGaInP層の特定の組成が主波長を決定し、このブリリアントレッドバリアントでは632 nmです。水色透明エポキシ樹脂封止材はチップを保護し、機械的安定性を提供し、光出力ビームを形成して120度の広い視野角を実現します。

12. 技術トレンド

65-21シリーズのようなミニチュアトップビューSMD LEDは、小型化、高効率化、自動製造とのより大きな統合に向けた光エレクトロニクスの広範なトレンドの一部です。このような部品に影響を与える業界の主要な進行中の開発には以下が含まれます：

• 効率向上：継続的な材料科学の改善により、同じチップサイズからより多くのルーメン毎ワット（より高い効率）を生み出すことを目指しており、より明るい出力またはより低い消費電力が可能になります。
• 色の一貫性の向上：エピタキシャル成長とビニングプロセスの進歩により、主波長と光度の許容差がさらに狭まり、設計者により均一な光源を提供します。
• 信頼性の向上：より優れた封止材とパッケージング技術の研究により、より長い動作寿命と熱サイクル、湿度、その他の環境ストレスに対する耐性の向上がもたらされます。
• ドライバとの統合：市場のトレンドとして、制御回路（定電流ドライバ、PWMコントローラ）を直接LEDパッケージに統合することがあり、エンドユーザーの回路設計を簡素化します。