SMD LED 19-21/G6C-FP1Q1L/3T データシート - サイズ 2.0x1.25x0.8mm - 電圧 1.7-2.3V - 電力 60mW - ブリリアント黄緑色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-21 SMD LEDは、高密度実装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コンパクトな表面実装デバイスです。このLEDはAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）チップを使用してブリリアントな黄緑色光を出力し、ウォータークリア樹脂パッケージに封止されています。その主な利点は、従来のリードフレームLEDと比較してフットプリントが大幅に縮小されていることであり、よりコンパクトなPCB設計、より高い実装密度、そして最終的にはより小型のエンドユーザー機器を実現します。軽量構造はさらに、小型・携帯機器アプリケーションに理想的です。

1.1 主要特長と適合規格

本デバイスは、直径7インチのリールに巻かれた8mmテープに供給され、標準的な自動実装機との互換性を確保しています。赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスの両方での使用を想定して設計されています。製品は単色タイプであり、鉛フリー（Pbフリー）で、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格（臭素<900 ppm、塩素<900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）などの主要な環境・安全規格に適合しています。

1.2 主な用途

このLEDは、様々な照明および表示目的に適しています。一般的な用途には、計器盤、スイッチ、シンボルのバックライト、電話やファックスなどの通信機器における状態表示灯やキーパッドバックライト、LCDディスプレイのフラットバックライト、明るく信頼性の高い光源が必要な汎用インジケータなどが含まれます。

2. 技術仕様の詳細解説

このセクションでは、絶対最大定格表および電気光学特性表で定義されているデバイスの電気的、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。これらは推奨動作条件ではありません。

• 逆電圧 (V_R):5V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部破壊を引き起こす可能性があります。
• 順方向電流 (I_F):25 mA (連続)。
• I_FP):60 mA、パルス条件（デューティサイクル 1/10 @ 1kHz）でのみ許容されます。
• 電力損失 (P_d):60 mW。これはパッケージが熱として放散できる最大許容電力であり、V_F* I_F.
• 静電気放電 (ESD) HBM:2000V。この人体モデル定格は中程度のESD感受性を示しており、適切な取り扱い手順が必要です。
• 動作温度 (T_opr):-40°C から +85°C。本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 から +90°C。
• はんだ付け温度 (T_sol):リフロープロファイルのピークは260°Cで最大10秒間。手はんだごて先端温度は<350°Cで、端子ごとに最大3秒間。

2.2 電気光学特性

特に断りのない限り、周囲温度25°C、順方向電流(I_F) 20 mAの標準試験条件で測定。

• 光度 (I_v):45.0 mcd (最小) から 90.0 mcd (最大) の範囲で、典型的な許容差は±11%です。このパラメータはLEDの知覚される明るさを定義します。
• 指向角 (2θ_1/2):約100度 (標準)。この広い指向角はウォータークリアドームレンズの特徴であり、広い放射パターンを提供します。
• ピーク波長 (λ_p):標準 575 nm。これは分光パワー分布が最大となる波長です。
• 主波長 (λ_d):570.0 nm から 574.5 nm の範囲で、許容差は±1 nmです。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色（黄緑）を定義します。
• 分光帯域幅 (Δλ):標準 20 nm。これは発光の分光純度を示します。
• 順方向電圧 (V_F):I_F=20mA時、1.70 V から 2.30 V の範囲で、許容差は±0.05Vです。これは電流が流れているときのLED両端の電圧降下です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時、最大 10 μA。本デバイスは逆バイアス動作用に設計されておらず、このパラメータはリーク電流試験専用です。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、光度、主波長、順方向電圧という3つの主要パラメータに基づいてビンに分類されます。このビニングにより、製造ロット内の一貫性が確保され、設計者は特定の性能基準に合致するLEDを選択することができます。

3.1 光度ビニング

Binned at I_F= 20 mAでビニング。ビンコード (P1, P2, Q1) は、最小および最大光度値を分類します。

• P1:45.0 - 57.0 mcd
• P2:57.0 - 72.0 mcd
• Q1:72.0 - 90.0 mcd

3.2 主波長ビニング

I_F= 20 mAでビニング。ビンコード (CC2, CC3, CC4) は、色の一貫性を制御するための狭い主波長範囲を定義します。

• CC2:570.0 - 571.5 nm
• CC3:571.5 - 573.0 nm
• CC4:573.0 - 574.5 nm

3.3 順方向電圧ビニング

I_F= 20 mAでビニング。ビンコード (19, 20, 21, 22, 23, 24) は、順方向電圧降下を0.1Vステップで分類します。これは、特に複数のLEDが直列接続される場合に均一な電流分布を確保するため、電流制限抵抗ネットワークを設計する上で重要です。

• 19:1.70 - 1.80 V
• 20:1.80 - 1.90 V
• 21:1.90 - 2.00 V
• 22:2.00 - 2.10 V
• 23:2.10 - 2.20 V
• 24:2.20 - 2.30 V

品番19-21/G6C-FP1Q1L/3Tには特定のビンコードが組み込まれており、出荷製品の性能がこれらの定義された範囲内にあることを示しています。

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフデータが参照されていますが、AlGaInP LEDの典型的な性能傾向を推測することができ、設計上重要です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

順方向電圧 (V_F) は、順方向電流 (I_F) に対して対数的な関係を示します。ターンオン閾値（約1.7V）を超えて印加電圧がわずかに増加すると、電流が大きく、場合によっては破壊的なレベルまで増加します。これは、LEDと直列に定電流ドライバまたは電流制限抵抗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。

4.2 温度依存性

主要パラメータは温度に依存します。一般的に、順方向電圧 (V_F) は接合温度の上昇とともに減少します（負の温度係数）。逆に、光度は一般的に温度の上昇とともに減少します。設計者は、特に周囲温度の変動が大きい、または内部発熱が高いアプリケーションでは、これらの変動を考慮する必要があります。

4.3 分光特性

発光スペクトルは575 nm（黄緑）を中心としています。標準的な20 nmの分光帯域幅は、比較的純粋な色の発光を示しています。主波長は、接合温度や駆動電流の増加に伴ってわずかに（通常は長波長側に）シフトする可能性があります。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

19-21 SMD LEDはコンパクトな長方形パッケージを採用しています。主要寸法（mm単位、特に指定のない限り許容差±0.1mm）は、本体長2.0 mm、幅1.25 mm、高さ0.8 mmです。詳細図面には、適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するためにPCBレイアウトに不可欠なパッド間隔およびランドパターンの推奨事項が規定されています。

5.2 極性識別

カソードはパッケージ上に明確にマーキングされています。5Vを超える逆電圧を印加するとデバイスが瞬時に破壊される可能性があるため、組立時には正しい極性方向が必須です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

これらのガイドラインを遵守することは、信頼性の確保および製造プロセス中の損傷防止に極めて重要です。

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー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:最大 6°C/秒。
• 255°C以上時間:最大 30秒間。
• 冷却速度:最大 3°C/秒。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが避けられない場合は、先端温度が350°C未満のはんだごてを使用してください。端子ごとの接触時間は3秒を超えてはなりません。低出力（<25W）のこてを使用し、各端子のはんだ付けの間に少なくとも2秒の冷却間隔を設けて、熱衝撃を防止してください。

6.3 保管および湿気感受性

LEDは乾燥剤入りの防湿バリアバッグに梱包されています。

• 使用準備が整うまでバッグを開封しないでください。
• 開封後、未使用のLEDは温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管する必要があります。
• バッグ開封後のフロアライフは168時間（7日間）です。
• 暴露時間を超えた場合、または乾燥剤インジケータが飽和を示した場合は、リフローはんだ付け前に60°C ±5°Cで24時間のベーキング処理が必要です。

7. 梱包および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

本デバイスは、直径7インチのリールに巻かれたエンボスキャリアテープで供給されます。標準梱包数量はリールあたり3000個です。自動供給装置との互換性を確保するため、リール、テープ、カバーテープの寸法が提供されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、トレーサビリティと検証のための重要な情報が含まれています:

• CPN:顧客品番。
• P/N:メーカー品番 (例: 19-21/G6C-FP1Q1L/3T)。
• QTY:梱包数量。
• CAT:光度ランク (ビンコード)。
• HUE:色度座標 & 主波長ランク (ビンコード)。
• REF:順方向電圧ランク (ビンコード)。
• LOT No:製造ロット番号 (トレーサビリティ用)。

8. アプリケーション設計上の考慮点

8.1 電流制限は必須

外部の電流制限機構が絶対に必要です。最も簡単な方法は直列抵抗です。抵抗値 (R_s) はオームの法則を使用して計算できます: R_s= (V_supply- V_F) / I_F。最悪条件下でもI_Fが25 mAを超えないようにするため、ビンまたはデータシートの最大V_Fを使用してください。精度や安定性が必要な場合は、定電流ドライバ回路の使用を推奨します。

8.2 熱管理

パッケージは小型ですが、特に最大定格近辺で動作する場合、性能と寿命を維持するためにPCBパッドを通じた効果的な放熱が重要です。LEDパッド周囲に十分な銅面積を設け、ヒートスプレッダとして機能するようにPCBレイアウトを確保してください。

8.3 ESD保護

ESD HBM定格が2000Vであるため、本デバイスは中程度の感受性を持ちます。取り扱い、組立時、およびLEDが外部インターフェースに接続されている場合は回路設計において、標準的なESD対策を実施してください。

9. 技術比較と差別化

19-21 LEDは、主にそのコンパクトな2.0x1.25mmのフットプリントによって差別化されており、これは0603や0805サイズなどの多くの従来のSMD LEDよりも小型であり、より高密度のレイアウトを可能にします。AlGaInP技術の使用により、黄緑スペクトルにおいて高効率で明るい出力を実現しています。ウォータークリアレンズによる広い100度の指向角は、拡散または狭角レンズを備えたデバイスと比較して、広く均一な照明を提供します。ハロゲンフリーおよびその他の環境規格への適合は、現代の環境配慮型設計に適しています。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 5V電源で使用する場合の抵抗値は？

最大V_F2.30V (ビン24) と目標I_F20 mAを使用: R = (5V - 2.30V) / 0.020A = 135 Ω。最も近い標準的な大きい値（例: 150 Ω）が安全な選択となり、I_F≈ 18 mAとなります。常に使用する特定のビンの実際のV_Fで確認してください。

10.2 定電圧源で抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

No.V_Fの負の温度係数により、熱暴走が発生する可能性があります。温度がわずかに上昇するとV_Fが低下し、定電圧で駆動されている場合には電流が増加し、さらなる加熱と潜在的に破壊的な故障を引き起こします。常に電流制限方式を使用してください。

10.3 品番19-21/G6C-FP1Q1L/3Tはどのように解釈しますか？

19-21はパッケージファミリーとサイズを示します。続くコード (G6C, FP1Q1L, 3T) は、データシートに提供されているビン表に従って、光度、主波長、順方向電圧特性を指定する内部ビニングおよび製品コードです。

10.4 このLEDは自動車内装照明に適していますか？

一部の非クリティカルな内装用途（スイッチバックライトなど）には使用される可能性がありますが、データシートにはアプリケーション制限の注記が含まれています。高信頼性が要求される自動車の安全・保安システム（例: ダッシュボード警告灯）、医療機器、または軍事・航空宇宙用途では、それらの過酷な環境に特化して認定された製品を調達する必要があります。常に意図する使用ケースへの適合性を確認してください。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ:3.3V電源ラインから駆動する、均一な明るさの黄緑色LEDを10個使用した状態表示パネルの設計。

設計手順:

1. 電流選択:明るさと消費電力のバランスを考慮し、I_F= 15 mAを選択。
2. 電圧ビン考慮:均一な明るさを確保するため、同じまたは隣接するV_Fビン（例: ビン20: 1.80-1.90V）のLEDを指定します。計算には最大V_F1.90Vを使用することで、最悪の変動があってもすべてのLEDが点灯することが保証されます。
3. 抵抗計算: R_s= (3.3V - 1.90V) / 0.015A ≈ 93.3 Ω。標準の100 Ω抵抗を使用します。実際のI_Fは、約14 mA（1.90VのLEDの場合）から約15.6 mA（より低いビンの1.75VのLEDを想定）の範囲となり、許容できる均一性が得られます。
4. PCBレイアウト:各LEDとその100Ω直列抵抗を、そのアノードパッドの近くに配置します。カソードパッドに接続された小さな銅面を設け、わずかな放熱を行います。
5. 組立:規定のリフロープロファイルに従います。バッグは生産ラインの準備が整うまで密封したままにし、開封後7日間のフロアライフ内にはんだ付けを完了してください。

12. 動作原理

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AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体材料で構成されています。接合の内蔵電位を超える順方向バイアス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。そこで、それらは放射再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。AlGaInP合金の特定のバンドギャップエネルギーが発光の波長を決定し、この場合は可視スペクトルの黄緑部分（約575 nm）です。ウォータークリアエポキシ樹脂封止材はレンズとして機能し、光出力を整形し、半導体チップに対して機械的および環境的保護を提供します。

13. 技術トレンド

19-21のようなSMD LEDの一般的なトレンドは、継続的な小型化、発光効率の向上（電気ワットあたりの光出力の増加）、および信頼性の向上に向かっています。また、この製品がRoHS、REACH、ハロゲンフリー規格に適合していることからも明らかなように、環境に優しい材料と製造プロセスのより広範な採用に向けた強い推進力もあります。パッケージングの面では、より小さなフットプリントでより高い駆動電流をサポートするために、チップからPCBへの熱管理を改善することを目的とした進歩があります。色の一貫性とより厳しいビニング許容差も、正確な色合わせを必要とするアプリケーションの要求を満たすための継続的な開発分野です。