SMD ブルーLED 19-217 データシート - パッケージ 2.0x1.25x0.8mm - 電圧 2.6-2.9V - 電力 40mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-217は、信頼性の高いインジケータおよびバックライトソリューションを必要とする現代の電子機器応用向けに設計された、コンパクトな表面実装型ブルーLEDです。この部品は、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを利用して青色スペクトルの光を生成し、代表的なピーク波長は468ナノメートルです。その主な利点は、小型フットプリントにあり、プリント基板（PCB）上で大幅なスペース節約を可能にし、従来のリード部品と比較して高い実装密度を実現します。本デバイスは、RoHS（有害物質の使用制限）、EU REACH規制を含む現代の環境および製造基準に完全に準拠しており、ハロゲンフリーに分類されます。

1.1 中核的利点とターゲット市場

19-217 SMD LEDの設計は、エンジニアや設計者にいくつかの重要な利点を提供します。その小さなサイズと軽量性は、スペースと重量が重要な制約となる応用に理想的です。パッケージは、直径7インチのリールに巻かれた8mmテープで供給され、高速自動実装装置との完全な互換性があり、製造プロセスを効率化します。このLEDは、標準的な赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスとも互換性があります。主なターゲット市場には、自動車電子機器（ダッシュボードおよびスイッチのバックライト）、通信機器（電話機やファクシミリのインジケータ）、LCDバックライト用の民生電子機器、および汎用インジケータ応用が含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、適切な回路設計と信頼性評価に不可欠な、データシートに規定された主要な電気的、光学的、熱的パラメータの詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永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。これらは通常動作の条件ではありません。

• 逆電圧（VR）：5V。逆バイアス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。
• 連続順方向電流（IF）：10mA。連続的に印加できる最大DC電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：40mA。これは最大許容パルス電流であり、デューティ比1/10、周波数1kHzで規定されています。短時間の高強度パルスには適していますが、持続的な動作には適していません。
• 電力損失（Pd）：40mW。パッケージが熱として放散できる最大電力で、順方向電圧（VF）* 順方向電流（IF）として計算されます。この限界に近い状態で動作する場合は、注意深い熱管理が必要です。
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：150V。これは比較的低いESD耐性であり、デバイスが静電気に敏感であることを示しています。組立および取り扱い時には、適切なESD取り扱い手順が必須です。
• 動作温度（Topr）：-40°C から +85°C。デバイスが公表された仕様を満たすことが保証される周囲温度範囲です。
• 保管温度（Tstg）：-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度：このデバイスは、ピーク温度260°Cで最大10秒間のリフローはんだ付け、または端子ごとに350°Cで最大3秒間の手はんだ付けに耐えることができます。

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、標準試験条件Ta=25°C、IF=2mAで測定されます。これらはLEDの光学的性能を定義します。

• 光度（Iv）：最小7.2 mcdから最大18.0 mcdの範囲です。代表値は規定されておらず、性能はビニングシステム（セクション3参照）によって管理されていることを示しています。
• 視野角（2θ1/2）：120度。これは光度がピーク値の半分に低下する全角です。120°の角度は、広く拡散した放射パターンを提供し、面照明やバックライトに適しています。
• ピーク波長（λp）：468 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（λd）：465.0 nm から 470.0 nm。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、色ビニングに使用されるパラメータです。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：25 nm（代表値）。これは放射スペクトルの幅で、最大強度の半分の値（半値全幅 - FWHM）で測定されます。
• 順方向電圧（VF）：IF=2mAで2.60Vから2.90V。この範囲は電流制限回路の設計に極めて重要です。
• 逆電流（IR）：VR=5Vで最大50 μA。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おり、このパラメータは試験目的のみです。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫した性能を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。19-217は三次元ビニングシステムを使用しています。

3.1 光度ビニング

LEDは、2mAで測定された光度に基づいて4つのビン（K1、K2、L1、L2）に分類されます。

• ビン K1：7.2 - 9.0 mcd
• ビン K2：9.0 - 11.5 mcd
• ビン L1：11.5 - 14.5 mcd
• ビン L2：14.5 - 18.0 mcd

ビン限界には±11%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

この製品では、色は単一のビン内で管理されています。

• ビン X：465.0 - 470.0 nm。±1nmの厳しい許容差が規定されています。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、一貫した電流ドライバの設計を支援するために、3つのビンに分類されます。

• ビン 28：2.60 - 2.70V
• ビン 29：2.70 - 2.80V
• ビン 30：2.80 - 2.90V

±0.05Vの許容差が適用されます。

4. 性能曲線分析

データシートは、異なる動作条件下でのLEDの挙動を理解するために不可欠ないくつかの特性グラフを提供します。

4.1 相対光度 vs. 順方向電流

This curve shows that luminous output is not linear with current. It increases with current but will eventually saturate. Operating above the recommended continuous current (10mA) may lead to reduced efficiency and accelerated aging.

4.2 相対光度 vs. 周囲温度

このグラフは、LED光出力の負の温度係数を示しています。接合温度が上昇すると、光度は減少します。19-217の場合、周囲温度が最大動作限界の85°Cに近づくと、出力が大幅に低下する可能性があります。これは、広い温度範囲で一貫した輝度を必要とする設計に考慮する必要があります。

4.3 順方向電流デレーティング曲線

これは信頼性にとって最も重要なグラフの一つです。周囲温度の関数としての最大許容連続順方向電流を示しています。温度が上昇すると、最大安全電流は減少します。85°Cでは、許容電流は25°Cでの定格10mAよりも大幅に低くなります。電流のデレーティングを行わないと、熱暴走やデバイスの故障を引き起こす可能性があります。

4.4 順方向電圧 vs. 順方向電流

このIV（電流-電圧）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。電圧は電流に対して対数的に増加します。この曲線は、適切な電流制限抵抗の選択や定電流ドライバの設計に不可欠です。

4.5 スペクトル分布と放射パターン

スペクトルグラフは、約25nmのFWHMで468nmを中心とした青色放射を確認します。放射パターン図は光の空間分布を示し、規定された120°視野角を持つランバート型に近い放射パターンを確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

19-217は標準的なSMDパッケージを採用しています。主要寸法（ミリメートル）には、本体サイズが長さ約2.0mm、幅約1.25mm、高さ約0.8mmが含まれます。データシートには、特に断りのない限り±0.1mmの許容差を持つ詳細な図面が提供されています。アノードとカソードは明確にマークされており、組立時の正しい向きにとって重要です。

5.2 極性識別

正しい極性はLED動作にとって極めて重要です。パッケージには、カソードを識別するための視覚的マーカー（通常は切り欠きまたは緑色のマーキング）が含まれています。設計者は、PCBフットプリントがこの向きと一致することを確認する必要があります。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、歩留まりと長期信頼性にとって重要です。

6.1 保管と湿気感受性

LEDは乾燥剤入りの防湿バッグに梱包されています。部品を使用する準備ができるまでバッグを開封しないでください。開封後、未使用部品は≤30°C、相対湿度（RH）≤60%で保管し、168時間（7日）以内に使用する必要があります。この期間を超えた場合は、はんだ付け前に60±5°Cで24時間のベーキング処理が必要です。これは、リフロー中の蒸気圧によるパッケージのクラック（"ポップコーン現象"）を防ぐためです。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーリフロープロファイルが規定されています：

• 予熱：150-200°Cで60-120秒間。
• 液相線以上時間（TAL）：217°C以上で60-150秒間。
• ピーク温度：最大260°C、最大10秒間保持。
• 昇降温速度：最大6°C/秒の加熱、3°C/秒の冷却。

6.3 手はんだ付けとリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を350°C以下に保ち、端子ごとに3秒以内で、定格電力25W以下のはんだごてを使用してください。端子間には少なくとも2秒の冷却間隔を設けてください。リワークは強く推奨されません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱してはんだ接合部への機械的ストレスを防ぐために、専用のダブルヘッドはんだごてを使用する必要があります。

7. 梱包と発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

部品は、データシートに寸法が記載されたエンボスキャリアテープで供給されます。テープ幅は8mmで、標準的な直径7インチ（178mm）のリールに巻かれています。各リールには3000個が含まれます。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、トレーサビリティと正しい応用のための重要な情報が含まれています：

• P/N：品番（例：19-217/BHC-XK1L2B11X/3T）。
• QTY：梱包数量（3000個）。
• CAT：光度ランク（例：K1、L2）。
• HUE：色度/主波長ランク（X）。
• REF：順方向電圧ランク（例：28、29、30）。
• LOT No：製造ロット番号（トレーサビリティ用）。

8. 応用提案と設計上の考慮事項

8.1 典型的な応用シナリオ

• 自動車室内照明：計器盤、ボタン、スイッチのバックライト。広い視野角と青色は、現代的な美的効果を作り出すのに適しています。
• 民生電子機器：リモコン、家電、オーディオ機器のキーの状態表示およびバックライト。
• 通信・ネットワーク機器：ルーター、スイッチ、モデムのリンクアクティビティ、電源、状態表示。
• 汎用パネルインジケータ：小型で信頼性が高く明るい青色インジケータライトを必要とするあらゆる応用。

8.2 重要な設計上の考慮事項

1. 電流制限は必須：LEDと直列に外部の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用する必要があります。順方向電圧には負の温度係数があり、温度が上昇すると減少することを意味します。電流制限がない場合、電圧または温度のわずかな上昇が、大きく、破壊的な可能性のある電流の増加を引き起こす可能性があります。
2. 熱管理：動作環境を考慮してください。特に周囲温度が高い場合やPCBの放熱性が悪い場合は、デレーティング曲線を使用して適切な動作電流を選択してください。
3. ESD保護：LEDがユーザーがアクセス可能な場合は入力ラインにESD保護を実装し、組立時にはESD安全な取り扱い手順を実施してください。
4. 光学設計：120°の視野角は広いカバレッジを提供します。集光した光が必要な場合は、外部レンズや導光板が必要になる場合があります。

9. 技術比較と差別化

多くのSMDブルーLEDが存在しますが、19-217のパラメータの組み合わせは、特定の使用事例に適しています。より小さなパッケージ（例：0402）と比較して、より大きなサイズにより、より高い光出力と潜在的に優れた放熱性を提供します。高出力LEDと比較して、はるかに低い電流で動作し、より単純な駆動回路で済むため、インジケータ応用においてコスト効率が良くなります。ハロゲンフリーおよびREACH規制への明示的な準拠は、欧州連合などの厳しい環境規制を持つ市場における重要な差別化要因です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

LEDは電圧駆動ではなく、電流駆動デバイスです。V-I特性は指数関数的です。代表的な順方向電圧~2.8Vでは、供給電圧のごくわずかな変化や、加熱によるLEDのVfの低下により、電流が劇的に増加し、最大定格を超えてデバイスを破壊する可能性があります。抵抗はオームの法則（I = (供給電圧 - Vf) / R）に基づいて固定電流を設定します。

10.2 3.3Vまたは5Vのロジック出力からこのLEDを直接駆動できますか？

いいえ、直接はできません。マイクロコントローラのGPIOピンは、通常、LEDに対して安全かつ一貫して十分な電流（多くの場合20-25mAに制限）を供給できず、電流制御機能もありません。直列抵抗を使用する必要があります。供給電圧3.3V、目標電流5mA、Vf 2.8Vの場合、抵抗値は R = (3.3V - 2.8V) / 0.005A = 100 オームとなります。常にマイクロコントローラのピン電流供給能力を確認してください。

10.3 120°の視野角は、私の設計にとって何を意味しますか？

光が広い円錐状に放射されることを意味します。多くの角度からLEDが見える必要がある場合（例：パネルインジケータ）、これは理想的です。集光したビームが必要な場合（例：特定のスポットを照らす）、このLED単体では適しておらず、二次光学系が必要になります。

10.4 防湿バッグ開封後の7日間のフロアライフはどれほど重要ですか？

リフローはんだ付けにとって非常に重要です。プラスチックパッケージに吸収された湿気は、高温リフローサイクル中に蒸気に変わり、内部剥離やクラック（"ポップコーン現象"）を引き起こし、即時または潜在的な故障につながります。バッグが168時間以上開封されている場合は、ベーキング手順に従う必要があります。

11. 実践的設計と使用事例

シナリオ：民生用ルーターの状態表示の設計LEDは"電源オン"と"WANアクティビティ"（点滅）を表示する必要があります。システムは3.3V電源ラインを使用します。長寿命を確保し、マイクロコントローラへの過負荷を避けるために、外部トランジスタ（例：小型NPNまたはNFET）を使用してLEDをスイッチングします。直列抵抗は3.3V電源ラインとLEDアノードの間に配置し、トランジスタがカソードをグランドにスイッチします。連続"電源"表示には控えめな5mAの電流を選択し、計算には最大Vf 2.9Vを使用することで、すべての条件下で輝度を確保します： R = (3.3V - 2.9V) / 0.005A = 80 オーム（標準の82オーム抵抗を使用）。LEDでの電力損失は Pd = Vf * If = 2.9V * 0.005A = 14.5mWで、最大40mWを大幅に下回り、潜在的に暖かい筐体内でも優れた信頼性を確保します。

12. 動作原理の紹介

19-217 LEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。活性領域はInGaNで構成されています。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が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すると、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、これが直接放射光の波長（色）に対応します—この場合は青色（~468 nm）。エポキシ樹脂パッケージは、半導体ダイを保護し、機械的安定性を提供し、光出力を形成する一次レンズとして機能します。

13. 技術トレンドと背景

このデバイスは、LED技術の成熟した、コスト最適化されたセグメントを代表しています。青色放射へのInGaNの使用は確立されています。インジケータ型SMD LEDの現在のトレンドは、いくつかの分野に焦点を当てています： 1)小型化：19-217よりもさらに小さなパッケージ（例：0402、0201）が超高密度基板向けに利用可能です。 2)高効率化：新しいチップ設計と材料により、ワットあたりのルーメンが向上し続け、動作電流の低減と消費電力の削減が可能になります。 3)信頼性と一貫性の向上：高度な製造技術とビニング技術により、より厳密なパラメータ分布が得られます。 4)広範な環境適合性：この部品に見られるように、RoHS、REACH、ハロゲンフリー規制への準拠は、現在、グローバル市場へのアクセスのための基本的な期待となっています。19-217は、最先端の性能よりも、実績のある、信頼性が高く、標準化された部品が好まれる応用に適合します。