SMD LED 19-117/BHC-ZL1M2RY/3T 仕様書 - ブルー 468nm - 2.8x3.5x0.8mm - 3.1V - 40mW - 英語技術文書

製品概要

19-117/BHC-ZL1M2RY/3Tは、高信頼性と効率的な実装を必要とする現代の電子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型青色LEDです。この部品は、従来のリードフレーム型LEDを大幅に進歩させたものであり、基板スペースの活用と製造効率において大きな利点を提供します。

1.1 中核的優位性と製品ポジショニング

このLEDの主な利点は、その極小フットプリントにあり、これにより直接的に小型プリント基板（PCB）の設計が可能になります。このサイズの縮小は、部品実装密度の向上に寄与し、限られたスペース内により複雑な機能を実現させます。さらに、部品自体および最終組み立て済み機器の保管要件が低減されることで、物流および製品ハウジングにおける全体的なコスト削減につながります。

軽量構造のため、重量が重要な設計要素となる携帯型および小型電子機器に特に適しています。この部品は業界標準の8mmテープに載せられ、直径7インチのリールに巻かれて供給されるため、大量生産に不可欠な高速自動実装装置との完全な互換性が確保されています。

1.2 ターゲットアプリケーションと市場

このLEDは汎用性が高く、いくつかの主要な用途分野で使用されます。主な使用例は、計器パネル、ダッシュボードインジケーター、メンブレンスイッチのバックライトであり、均一な青色発光により明瞭な照明を提供します。通信分野では、電話機やファクシミリなどの機器において、状態表示灯やキーパッドのバックライトとして機能します。

また、液晶ディスプレイ（LCD）、シンボル、各種スイッチインターフェースの背面におけるフラットなバックライトソリューションにも採用されています。その汎用性の高さから、信頼性の高い青色光源が必要とされる、幅広い民生用、産業用、自動車用インジケーターアプリケーションに適応可能です。

2. 技術仕様と詳細解釈

絶対最大定格を理解することは、アプリケーション回路におけるLEDの長期的な信頼性を確保し、早期故障を防ぐために極めて重要です。

2.1 絶対最大定格

このデバイスは、連続順方向電流（IF10 mAの定格順電流（ ）。この値を超えると過剰な発熱が生じ、内部半導体接合部が劣化し、発光出力が急速に低下して最終的に破壊的な故障に至ります。パルス動作の場合、ピーク順電流（IFP）40 mAが許容されますが、1 kHzの周波数で厳密に1/10のデューティサイクルの条件下のみです。これにより、過熱することなく短時間の高輝度動作が可能となります。

総消費電力（Pd) は40 mWを超えてはならず、これは順方向電流と電圧の関数です。動作温度範囲と保管温度範囲はそれぞれ-40°Cから+85°C、-40°Cから+90°Cと規定されており、過酷な環境への適合性を示しています。本コンポーネントは静電気放電（ESD）に対する一定の保護を備えており、人体モデル（HBM）に基づく定格は2000Vです。これは管理された環境での取り扱いにおける標準レベルですが、組立時には適切なESD対策が依然として必要です。

2.2 電気光学特性

標準試験条件（周囲温度Ta=25°C、順方向電流5 mA）下では、LEDは主要な性能パラメータを示します。光度 (Iv) には典型的な範囲があり、最小値と最大値は後述のビニングシステムによって定義されます。指向角 (2θ1/2) は広い120度の角度を持ち、集光ビームではなく、エリア照明に適した広く拡散した発光パターンを提供します。

スペクトル特性はその青色の中心的な要因です。ピーク波長 (λpは通常468ナノメートル（nm）であり、一方で主波長（λd）は465.0 nmから475.0 nmの間にあります。スペクトル帯域幅（Δλ）は約25 nmで、青色の純度を定義します。順方向電圧（VF5 mAの試験電流を達成するために必要な電圧は2.50Vから3.10Vの範囲です。このパラメータは、LED両端の電圧降下と必要な電流制限抵抗の値を決定するため、回路設計において極めて重要です。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは性能別のビンに仕分けられます。このシステムにより、設計者は自身の用途に合った特定の最低基準を満たす部品を選択することができます。

3.1 光度ビニング

光度出力は、L1、L2、M1、M2の4つの異なるビンに分類されます。L1ビンは最低出力範囲（11.5 - 14.5 mcd）を表し、M2ビンは最高出力範囲（22.5 - 28.5 mcd）を表します。設計者はビンコードを指定することで、製品の最低輝度レベルを保証でき、これは均一なパネル照明を必要とする用途や特定の視認性基準を満たすために不可欠です。

3.2 主波長ビニング

青色光の色調は、主波長ビニングによって制御されます。'X'（465.0 - 470.0 nm）と'Y'（470.0 - 475.0 nm）の2つのビンが定義されています。ビン'X'は波長がわずかに短く濃い青色を、ビン'Y'は波長がわずかに長く青緑色がかった色調を呈します。これにより、アレイ内の異なるLED間での色合わせや、ブランドまたは美的理由による特定の青色調の確保が可能となります。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は3つのカテゴリーにビニングされています：9 (2.50 - 2.70V)、10 (2.70 - 2.90V)、11 (2.90 - 3.10V)。電圧ビンを知ることは、効率的な駆動回路を設計する上で極めて重要です。個別の電流制御なしに複数のLEDを並列接続する場合、同じまたは既知の電圧ビンからのLEDを使用することで、電流と輝度のばらつきを最小限に抑えることができます。

4. 性能曲線分析

提供された特性曲線は、様々な動作条件下におけるLEDの挙動について深い洞察を提供し、堅牢なシステム設計に必要不可欠です。

4.1 相対発光強度 vs. 順方向電流

相対光束を順方向電流の関数として示す曲線は、一般的に非線形です。出力は電流とともに増加しますが、最終的には飽和します。さらに重要なことに、推奨電流を超えて動作させると接合温度が過度に上昇し、効率が低下するだけでなく、デバイスの寿命も短縮します。この曲線は、設計者が所望の輝度と動作寿命の間で最適なバランスを見つけるのに役立ちます。

4.2 相対光度 vs. 周囲温度

LEDの性能は温度に大きく依存します。周囲温度が上昇すると、通常、光束出力は低下します。この曲線はそのデレーティングを定量化したものです。高温環境下での使用（例：自動車のダッシュボード内や他の発熱部品付近）においては、全ての動作条件下でLEDが十分な明るさを維持することを保証するために、このデータが不可欠です。より高輝度のビンを設計に採用したり、熱管理戦略を実施する必要が生じる場合があります。

4.3 順方向電流ディレーティング曲線

これは、信頼性において最も重要な曲線と言える。これは、任意の周囲温度における最大許容連続順方向電流を定義する。温度が上昇すると、最大安全電流は減少する。このデレーティング曲線に従うことで、熱暴走を防止し、LEDがその安全動作領域（SOA）内で動作することを保証する。これは、規定の寿命を達成するための基本である。

4.4 スペクトル分布と放射パターン

スペクトル分布プロットは、468 nmを中心とした異なる波長における発光強度を示しています。放射パターン図（一般的には極座標プロット）は、パッケージから空間的に光がどのように放射されるかを図示しています。120度の広い視野角は、ランバートまたは準ランバート放射パターンを確認しており、強度はチップに対して垂直方向で最も高く、角度が広くなるにつれて減少します。

5. 機械的およびパッケージング情報

5.1 パッケージ寸法と公差

このLEDは標準的なSMDパッケージを採用しています。重要な寸法には、PCBのランドパターンを決定するボディサイズ、およびアノードとカソード端子の配置が含まれます。寸法図には、特に断りのない限り標準公差±0.1mmで全ての主要な寸法が規定されています。この情報はPCBフットプリントの作成に使用され、適切なはんだ付けと位置合わせを保証します。

5.2 極性識別とパッド設計

LEDの正常動作には正しい極性が不可欠です。データシートのパッケージ図面にはアノードとカソードが明確に示されています。通常、部品本体には拡大観察で視認可能なマーキングや形状の差異（切り欠きや面取りなど）が一方のパッドに施されています。推奨されるPCBパッドレイアウトは、信頼性の高いはんだ接合と適切な熱的・電気的接続を保証します。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

LEDの性能と信頼性を維持するには、適切な取り扱いとはんだ付けが極めて重要です。

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本コンポーネントは、赤外線および気相リフロープロセスに対応しています。特定の鉛フリー半田付け温度プロファイルが提供されています。主要パラメータには、プリヒート段階（150-200°C、60-120秒）、液相線温度（217°C）以上の時間（60-150秒）、ピーク温度260°Cを最大10秒以内とすることが含まれます。また、熱衝撃を防ぐため、最大昇温・降温速度も規定されています。内部のワイヤーボンドやエポキシレンズへの損傷を避けるため、リフロー半田付けは2回までに制限することが強く推奨されます。

6.2 手はんだ付けおよびリワークの注意事項

手はんだ付けが避けられない場合は、細心の注意を払う必要があります。はんだごて先端の温度は350°C以下とし、各端子との接触時間は3秒を超えてはなりません。低電力（≤25W）のこての使用を推奨します。重要な警告として、損傷は手はんだ付け時に頻繁に発生します。リワークには、SMD部品用に設計された専用の両頭はんだごてを使用し、両端子を同時に加熱して、はんだ接合部やLED本体にストレスをかけずに部品を持ち上げるべきです。

6.3 保管および湿気感受性

LEDは大気中の湿気吸収を防ぐため、乾燥剤を封入した防湿バリアバッグに梱包されています。このバッグは、生産工程で使用する準備が整うまで開封してはいけません。開封後、LEDは30°C以下かつ相対湿度60%以下の環境で保管された場合、168時間（7日）以内に使用する必要があります。この暴露時間を超えた場合は、高温リフロー工程での「ポップコーン現象」や層間剥離を防ぐために、湿気を除去するベーキング処理（60±5°Cで24時間）が必要です。

7. 梱包および注文情報

7.1 リールおよびテープ仕様

本製品は自動実装用のテープ・アンド・リール形態で供給されます。キャリアテープ寸法、ポケットサイズ、リール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。リールおよびテープ材料は防湿性を有し、保管および輸送中の部品保護を図っています。

7.2 ラベルの説明と型番体系

包装ラベルには、顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、梱包数量（QTY）、および光度（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）の特定のビンコードなど、いくつかの主要なフィールドが含まれています。トレーサビリティのため、ロット番号（LOT No.）も記載されています。このラベルを理解することは、受け取った部品が注文仕様と一致することを確認するために不可欠です。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 回路設計と電流制限

最も重要な設計ルールは、直列の電流制限抵抗（または高度な用途では定電流ドライバ）の必須使用である。LEDの順方向電圧は負の温度係数と製造公差を持つ。電流制限なしで電源電圧がわずかに上昇すると、電流が大きく、破壊的なレベルまで増加する可能性がある。抵抗値はオームの法則を用いて計算される：R = (V_supply - V_F) / I_F, ここで V_F および I_F は目標動作点である。

8.2 エンドユースにおける熱管理

LED自体は小型ですが、その熱を管理することは性能と寿命にとって重要です。設計者は、LEDのソルダーパッドからPCB、そして場合によってはヒートシンクに至るまでの熱経路を考慮すべきです。LEDフットプリント周囲に十分な銅面積（サーマルリリーフパッド）を持つPCBを使用することで、放熱を助けることができます。周囲温度が高いアプリケーションでは、デレーティングカーブを参照する必要があります。

8.3 光学統合

バックライトやインジケータ用途では、光路を考慮してください。広い視野角は、拡散板や導光板を均一に照らすのに有利です。LEDと被照射面との距離、および反射板やレンズの使用は、最終的な輝度と均一性に影響を与えます。青色光は、フォスファコートレンズやリモートフォスファ技術を用いて、用途によっては白色や他の色に変換されることもあります。

9. 技術的比較と差別化

従来のスルーホールLED技術と比較して、このSMD LEDは主要な分野で優れた性能を提供します。リード線がないため寄生インダクタンスが排除され、パルスモードで使用する場合（一般的な用途ではありませんが）より高周波のスイッチングが可能となります。SMDパッケージの熱容量が小さいため熱応答は速くなりますが、同時にPCBを介してより効率的に熱を放散させる必要があることも意味します。

青色SMD LEDのカテゴリーにおいて、19-117は、パッケージサイズ（非常に高密度なレイアウトを可能にする）、広い視野角（広範囲の照明用）、包括的なビニングシステム（設計の柔軟性と一貫性のため）という特定の組み合わせによって差別化されています。RoHS、REACH、およびハロゲンフリー規格への適合により、厳しい環境規制を持つ世界市場に適しています。

10. 技術パラメータに基づくよくある質問（FAQ）

10.1 5V電源を使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

標準的な輝度を得るため、最大順方向電圧（ビン11の3.10V）と目標電流5 mAを使用する場合：R = (5V - 3.10V) / 0.005A = 380 Ω。最も近い標準値は390 Ωです。390 Ωで再計算すると、I_F = (5V - 3.10V) / 390 = ~4.87 mAとなり、安全です。常に最大V_F この計算のために選択したビンから、電流が制限値を超えないようにしてください。

10.2 より高い輝度を得るために、このLEDを20mAで駆動できますか？

いいえ。絶対最大連続順電流定格は10 mAです。20 mAでの動作はこの定格を超え、深刻な過熱、急速な光度減衰、ほぼ確実な故障を引き起こします。より高い輝度を得るには、より高い光度ビン（M1またはM2）のLEDを選択するか、より高い電流ではなく、複数のLEDを使用してください。

10.3 ラベルに記載されているビンコードはどのように解釈すればよいですか？

ラベルのフィールドCAT、HUE、REFはビンに対応しています。例えば、CAT: M2、HUE: X、REF: 10と表示されているラベルは、そのリール上のLEDが22.5～28.5 mcd（M2）の光度、465.0～470.0 nm（X）の主波長、2.70～2.90V（10）の順方向電圧を持つことを意味します。

11. 実用的な設計と使用例

11.1 ダッシュボード・インジケーター・クラスター

自動車のダッシュボードでは、ポリカーボネート製レンズの背後に複数の19-117 LEDが使用され、警告シンボル（例：ハイビーム、ターンシグナル）を照明することがある。設計者は、明るい日中条件下での視認性を確保するために、特定の輝度ビン（例：M1）を選択する。LEDは、車両の12Vシステムによって、電流制限抵抗ネットワークまたは専用のLEDドライバICを介して駆動される。広い視野角により、シンボルは均一に照らされる。広い動作温度範囲（-40～+85°C）は、この過酷な環境において必須である。

11.2 低電力ステータス・インジケーター

ルーターや充電器のような壁電源式の民生機器では、単一の19-117 LEDが明確な電源オン/状態表示を提供します。5V USBレールまたは3.3Vロジックレール（適切に計算された抵抗器と共に）から5 mAで駆動されるため、消費電力は非常に少なくなります。青色は「アクティブ」または「接続済み」状態を示すことが多いです。その小さなサイズにより、現代の電子機器のますます薄型化された筐体にも収まります。

12. 動作原理

19-117 LEDは半導体光源です。その中核は、窒化インジウムガリウム（InGaN）などの材料で構成されたチップであり、これがp-n接合を形成しています。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が接合部を横切って注入されます。これらの電荷キャリアが再結合する際、エネルギーが光子（光）として放出されます。InGaN材料の特定のバンドギャップエネルギーが放出される光子の波長を決定し、この場合、約468 nmで、これは青色光として知覚されます。エポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供するとともに、放出された光を所望の放射パターンに整形します。

13. 技術トレンドと背景

19-117 LEDは、電子機器の小型化とスルーホールから表面実装技術への移行という広範なトレンドの中に位置づけられます。この変化により、自動化された大量生産が可能となり、手作業のはんだ付け工程を排除することで製造コストを削減し、信頼性を向上させています。特にLED業界では、発光効率の向上（電力入力1ワットあたりの光出力増加）、色の一貫性と彩度の改善、高温・高電流条件下での信頼性向上に焦点を当てた継続的な開発が進められています。これは標準的な青色LEDですが、基礎となる材料科学とパッケージング技術は進化を続けており、次世代コンポーネントの性能向上を推進しています。