SMD LED 19-213/BHC-AP1Q2/3T ブルー データシート - 青色 - 順電流20mA - 消費電力75mW - 技術文書

1. 製品概要

19-213/BHC-AP1Q2/3Tは、小型、高効率、信頼性の高い光源を必要とする現代の電子機器アプリケーション向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は単色タイプで、特に青色光を発光し、鉛フリー材料を使用して構築されており、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー要件（Br<900 ppm、Cl<900 ppm、Br+Cl<1500 ppm）などの現代の環境および安全基準への適合を保証しています。

このSMD LEDの主な利点は、従来のリードフレーム型LEDよりも大幅に小型化されたフットプリントにあります。このサイズの縮小により、設計者はより小さなプリント基板（PCB）レイアウト、より高い部品実装密度、保管スペースの削減、そして最終的にはよりコンパクトなエンドユーザー機器の開発を実現できます。さらに、軽量構造であるため、重量を最小限に抑えることが重要な要素であるアプリケーションに理想的な選択肢となります。

本デバイスは、業界標準の8mmテープに巻かれた7インチ径リールで供給され、量産で一般的に使用される高速自動実装機との互換性を確保しています。また、標準的な赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスとの互換性を考慮して設計されており、自動組立ラインへの容易な統合を促進します。

2. 技術パラメータ詳細解説

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生じる可能性がある限界値を定義します。これらの値は周囲温度（Ta）25°Cで規定されており、いかなる動作条件下でも超えてはなりません。

• 逆電圧（VR）：5 V。このLEDは逆動作用に設計されていません。この電圧を超えると即座に故障する可能性があります。
• 順電流（IF）：20 mA。これは推奨される連続動作電流です。
• ピーク順電流（IFP）：40 mA。これは、1kHz、デューティサイクル1/10のパルス条件下でのみ許容されます。
• 消費電力（Pd）：75 mW。これは、熱的限界を超えることなくパッケージが放散できる最大電力です。
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：150 V。潜在的な損傷を防ぐため、適切なESD取り扱い手順が不可欠です。
• 動作温度（Topr）：-40°C ～ +85°C。デバイスはこの広い温度範囲内での動作に対して定格されています。
• 保管温度（Tstg）：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度（Tsol）：リフローはんだ付けでは、最大10秒間、ピーク温度260°Cが規定されています。手はんだ付けでは、端子ごとに最大3秒間、はんだごて先端温度が350°Cを超えないようにする必要があります。

2.2 電気光学特性

電気光学特性は、Ta=25°C、IF=20mAで測定され、標準動作条件下でのデバイスの代表的な性能を示します。

• 光度（Iv）：代表値は単一の数値で指定されておらず、代わりにデバイスはビニングされます。範囲は最小45.0 mcdから最大112.0 mcdまでです。指向角（2θ1/2）は通常120度で、広いビームパターンを提供します。
• ピーク波長（λp）：通常468 nm。これはスペクトル放射が最も強い波長を示します。
• 主波長（λd）：464.5 nm ～ 476.5 nmの範囲です。これは人間の目が知覚する単一波長であり、これもビニングの対象となります。
• スペクトル放射帯域幅（Δλ）：通常25 nm。これは最大強度の半分（半値全幅）における放射スペクトルの幅を定義します。
• 順電圧（VF）：IF=20mAで2.7 V ～ 3.7 Vの範囲です。このパラメータは±0.1Vの許容差を持ち、これもビニングされます。
• 逆電流（IR）：逆電圧（VR）5Vを印加した場合、最大50 μA。この試験条件は特性評価のみを目的としています。

重要な注意事項：主要パラメータに対して許容差が規定されています：光度（±11%）、主波長（±1 nm）、順電圧（±0.1 V）。このデバイスは明示的に逆動作用に設計されていません。VR定格はIR試験にのみ適用されます。

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は光度と主波長に基づいてビンに分類されます。

3.1 光度ビニング

ビンは英数字コード（P1、P2、Q1、Q2）で定義され、それぞれがIF=20mAで測定されたミリカンデラ（mcd）単位の特定の光度範囲をカバーします。

• ビン P1：45.0 mcd（最小） ～ 57.0 mcd（最大）
• ビン P2：57.0 mcd ～ 72.0 mcd
• ビン Q1：72.0 mcd ～ 90.0 mcd
• ビン Q2：90.0 mcd ～ 112.0 mcd

3.2 主波長ビニング

波長ビンは英数字コード（A9、A10、A11、A12）で定義され、それぞれがIF=20mAで測定されたナノメートル（nm）単位の特定の主波長範囲をカバーします。

• ビン A9：464.5 nm ～ 467.5 nm
• ビン A10：467.5 nm ～ 470.5 nm
• ビン A11：470.5 nm ～ 473.5 nm
• ビン A12：473.5 nm ～ 476.5 nm

このビニングにより、設計者はアプリケーションの正確な明るさと色の一貫性要件を満たす部品を選択できます。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかの代表的な特性曲線が提供されています。これらは実際のシナリオでの性能を理解するために不可欠です。

• 相対光度 vs. 周囲温度：この曲線は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。所望の輝度レベルを維持するための熱管理設計にとって重要です。
• 相対光度 vs. 順電流：このグラフは、駆動電流と光出力の非線形関係を示しています。推奨される20mAを超えて動作すると、輝度の向上が頭打ちになる一方で、デバイスへの熱とストレスが増加する可能性があります。
• 順電流 vs. 順電圧（IV曲線）：この基本的な曲線は、ダイオードにおける電圧と電流の指数関数的関係を示しています。指定されたVF範囲（20mAで2.7V-3.7V）はこの曲線から読み取られます。
• 順電流ディレーティング曲線：この曲線は、周囲温度の関数としての最大許容順電流を規定します。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。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、代表的なピーク波長468 nmを中心に、約25 nmの帯域幅を持ちます。
• 放射指向性図：光強度の空間分布を描いた極座標プロットで、代表的な120度の指向角を確認できます。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには、LEDパッケージの詳細な機械図面が含まれています。図面には、長さ、幅、高さ、パッドサイズ、およびそれらの位置を含むすべての重要な寸法が規定されています。特に断りのない限り、寸法公差は±0.1 mmです。この情報は、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するためのPCBフットプリント設計（ランドパターン）にとって極めて重要です。

5.2 リールおよびテープ寸法

製品は防湿包装で供給されます。部品を確実に保持するためのキャリアテープ寸法が規定されています。各リールには3000個が収納されています。リール（7インチ径）、キャリアテープ、およびカバーテープの詳細図面が提供されており、特に断りのない限り、標準公差は±0.1 mmです。これにより、自動組立装置との互換性が確保されます。

5.3 ラベル説明

梱包ラベルには、トレーサビリティと正しいアプリケーションのための重要な情報が含まれています：

• CPN：顧客品番。
• P/N：品番（例：19-213/BHC-AP1Q2/3T）。
• QTY：梱包数量。
• CAT：光度ランク（光度のビンコード）。
• HUE：色度座標および主波長ランク（波長のビンコード）。
• REF：順電圧ランク。
• LOT No：製造ロット番号（トレーサビリティ用）。

防湿バッグには、保管および輸送中の湿気吸収から部品を保護するために、乾燥剤と湿度指示カードが含まれています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 保管および取り扱い

これらのLEDは湿気に敏感です。部品を使用する準備ができるまで、防湿バッグを開封してはいけません。開封後：

• LEDは、温度≤30°C、相対湿度≤60%の環境で保管する必要があります。
• 168時間（7日）以内に使用する必要があります。
• 未使用のLEDは、新しい乾燥剤とともに防湿包装に再密封する必要があります。
• 保管時間を超過した場合、または乾燥剤が高湿度を示した場合は、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。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーリフローはんだ付け温度プロファイルが規定されています：

• 予熱：150-200°C、60-120秒間。
• 液相線以上時間（217°C）：60-150秒間。
• ピーク温度：最大260°C。
• ピーク温度保持時間：最大10秒間。
• 加熱速度：255°Cまでは最大6°C/秒、その後ピーク温度までは最大3°C/秒。

重要な注意事項：リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。加熱中にLEDにストレスを加えてはならず、はんだ付け後にPCBが反ってはいけません。

6.3 手はんだ付けおよび修理

手はんだ付けが避けられない場合：

• 先端温度<350°C
• のはんだごてを使用してください。 端子ごとはんだ付け時間を≤3秒に制限してください。
• 電力≤25Wのはんだごてを使用してください。
• 各端子のはんだ付けの間には、最低2秒の間隔を空けてください。

はんだ付け後の修理は強く推奨されません。どうしても必要な場合は、両方の端子を同時に加熱して機械的ストレスを避けるために、両頭はんだごてを使用する必要があります。修理中にLEDの特性を損なう可能性を事前に評価する必要があります。

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

データシートに基づくと、このブルーSMD LEDは、以下のような様々な低～中電力のインジケータおよびバックライト用途に適しています：

• バックライト：民生電子機器、自動車内装（非重要部）、産業用制御パネルにおけるダッシュボード、スイッチ、シンボルのバックライト。
• 通信機器：電話機やファクシミリにおける状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• LCDバックライト：小型モノクロまたはセグメントLCDディスプレイ用のフラットなバックライト光源として。
• 一般表示：幅広い電子機器における電源状態、モード選択、その他のユーザーインターフェース表示灯。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限：外部の電流制限抵抗は必須です。順電圧には範囲（2.7V-3.7V）があり、供給電圧のわずかな変化でも、ダイオードの指数関数的なIV特性により、順電流に大きく、破壊的な変化が生じる可能性があります。抵抗値は、最悪ケースのVF（最小値）に基づいて計算し、電流が連続定格20mAを決して超えないようにする必要があります。
• 熱管理：パッケージは小型ですが、消費電力（最大75mW）とディレーティング曲線を考慮する必要があります。特に高周囲温度環境や密閉空間では重要です。十分なPCB銅面積（サーマルリリーフパッド）は放熱に役立ちます。
• ESD保護：150V HBMのESD定格は比較的低いです。これらのLEDを扱うPCB上にESD保護対策を実装し、組立および取り扱い中は常に適切なESDプロトコルに従ってください。

7.3 アプリケーション制限

データシートは、この製品が高信頼性アプリケーションには推奨されないことを明示しています。例えば、軍事/航空宇宙システムや自動車の安全/保安システム（ブレーキランプ、エアバッグ表示灯など）です。そのようなアプリケーションでは、対応する自動車（AEC-Q101）または軍用規格に適合したLEDを選択する必要があります。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

A1: LEDは電流駆動デバイスです。その順電圧（VF）には製造公差があり、温度によっても変化します。直列抵抗がない場合、電流は電源電圧とLEDの動的抵抗（非常に低い）のみによって決まります。供給電圧のわずかな上昇、またはVFの低下（温度上昇による）により、電流が最大定格20mAを超えて急増し、急速な過熱と故障を引き起こす可能性があります。抵抗は安定した、予測可能で安全な電流を提供します。

Q2: 自分のアプリケーションに適したビンをどのように選択すればよいですか？

A2: 選択は、輝度均一性と色の一貫性に対する要件によって異なります。複数のLEDを並べて使用する場合（例：アレイやバーグラフ）、同じ光度ビン（CAT）と主波長ビン（HUE）からLEDを選択することが、輝度や青色の色調の目に見える違いを避けるために重要です。重要度の低い単一インジケータ用途では、より広いビンが許容され、コスト効率が良くなる場合があります。

Q3: 20mAより高いパルス電流でこのLEDを駆動して、より明るくすることはできますか？

A3: はい、ただし厳格な制限内でのみ可能です。データシートは、1/10デューティサイクル、1kHz周波数でピーク順電流（IFP）40mAを規定しています。パルス駆動により、知覚される輝度を高めることができます。ただし、時間平均電流が連続定格を超えないこと、および接合温度がその限界を超えないことを確認する必要があります。ディレーティング曲線と消費電力定格は依然として遵守されなければなりません。

Q4: 防湿バッグを開封後、7日のフロアライフを超えた場合はどうなりますか？

A4: プラスチック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。リフローはんだ付け中に、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、パッケージのクラック、はんだ接合部の不良（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。フロアライフを超えた場合、部品を安全にはんだ付けする前に、湿気を除去するためにベーキング（60°C、24時間）する必要があります。

9. 動作原理の紹介

このLEDは、デバイス選択ガイドに示されているように、窒化インジウムガリウム（InGaN）材料から作製された半導体ダイオード構造に基づいています。ダイオードのオンしきい値（約2.7-3.7V）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。InGaN合金の特定の組成は、半導体のバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光の波長（色）を決定します。この場合、合金は可視スペクトルの青色領域（ピーク波長約468 nm）で光子を生成するように設計されています。透明樹脂封止材は半導体チップを保護し、レンズとして機能して、放射光を広い120度の指向角に形成します。

10. 技術トレンド

19-213/BHC-AP1Q2/3Tは、成熟したSMD LED技術を代表するものです。この部品を位置づけるLED業界の一般的なトレンドには、継続的な効率向上（ワットあたりのルーメン数の増加）の追求があります。これにより、同じ電流でより明るい出力、または同じ明るさでより低い消費電力と発熱が可能になります。また、より高い色の一貫性と厳しいビニングへのトレンドがあり、ディスプレイや照明アプリケーションの要求に応えています。さらに、小型化は継続しており、空間制約の厳しいアプリケーションでは、さらに小さなパッケージフットプリント（例：0402、0201メトリック）が一般的になっています。最後に、信頼性と堅牢性の向上は、より高いESD定格や防湿性の向上を含め、自動車照明などのより過酷な環境へのLEDの用途拡大のための重要な開発分野です。