SMD LED 19-21 ブルー データシート - 外形寸法 2.0x1.25x0.8mm - 電圧 2.7-3.7V - 電力 75mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-21 SMD LEDは、信頼性の高いインジケータまたは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。その主な利点は、従来のリードフレームLEDと比較して占有面積が大幅に削減されており、プリント基板（PCB）上での部品実装密度の向上を可能にすることにあります。この小型化は、エンド製品の設計の小型化、部品の保管要件の低減、および全体的な重量削減に直接貢献し、スペースに制約のあるポータブルデバイスに最適です。

本デバイスは、青色光を発するInGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを使用して構築されています。封止材はウォータークリア樹脂であり、最大の光出力を可能にします。単色タイプであり、高速自動実装機との互換性のために、7インチ径リールに装着された8mmテープ上で供給されます。本製品は、赤外線および気相リフローを含む、鉛フリーはんだ付けプロセスに完全準拠しています。さらに、主要な環境および安全基準に適合しています：RoHS（有害物質の使用制限）準拠バージョンであり、EU REACH規則に準拠し、ハロゲンフリー（臭素<900 ppm、塩素<900 ppm、合計<1500 ppm）です。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性がある限界を定義します。これらの条件下またはそれ以上の条件下での動作は保証されません。

• 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):20mA（連続）。これは、信頼性の高い長期動作のための推奨最大電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP):40mA、パルス条件（1kHz、デューティサイクル1/10）でのみ許容されます。
• 電力損失 (P_d):75mW。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）定格150V。組立時には適切なESD取り扱い予防策が不可欠です。
• 動作温度 (T_opr):-40°C ～ +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で機能します。
• 保管温度 (T_stg):-40°C ～ +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を3秒間超えてはなりません。

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、周囲温度(T_a) 25°C、順方向電流(I_F) 20mAの標準試験条件で測定されます。これらは、コアとなる光出力と電気的性能を定義します。

• 光度 (I_v):最小72.0 mcdから最大180.0 mcdの範囲。代表値はこのビニング範囲内に収まります（セクション3参照）。
• 指向角 (2θ_1/2):約100度。これは、光度がピーク値の半分になる全角です。
• ピーク波長 (λ_p):代表値 468 ナノメートル (nm)。これは、スペクトル放射が最も強い波長です。
• 主波長 (λ_d):465.0 nm から 475.0 nm の範囲。これは、人間の目が知覚する単一波長であり、色を定義します。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):代表値 25 nm。これは、最大強度の半分における放射スペクトルの幅を測定します。
• 順方向電圧 (V_F):20mA時、2.70Vから3.70Vの範囲。これは、動作時のLED両端の電圧降下です。
• 逆電流 (I_R):逆電圧5V印加時、最大50 μA。本デバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。

重要な注意事項:許容差は、光度で±11%、主波長で±1nm、順方向電圧で±0.1Vと規定されています。5V逆電圧条件は、I_R only.

3. ビニングシステムの説明

生産アプリケーションで一貫した色と明るさを確保するために、LEDは主要パラメータに基づいてビンに仕分けされます。これにより、設計者は特定のアプリケーション要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

I_F= 20mAでビニング。コードは昇順の明るさレベルを示します。

• Q1:72.0 – 90.0 mcd
• Q2:90.0 – 112.0 mcd
• R1:112.0 – 140.0 mcd
• R2:140.0 – 180.0 mcd

3.2 主波長ビニング

I_F= 20mAでビニング。青色の正確な色調を定義します。

• X:465.0 – 470.0 nm
• Y:470.0 – 475.0 nm

3.3 順方向電圧ビニング

I_F= 20mAでビニング。電流制限回路の設計および並列接続時の均一な明るさ確保に重要です。

• 10:2.70 – 2.90 V
• 11:2.90 – 3.10 V
• 12:3.10 – 3.30 V
• 13:3.30 – 3.50 V
• 14:3.50 – 3.70 V

4. 性能曲線分析

データシートには、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曲線が提供されています。

4.1 相対光度 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力が順方向電流とともに増加するが線形ではないことを示しています。高電流では飽和する傾向があります。推奨される20mAを大幅に超えて動作すると、明るさの向上が頭打ちになり、発熱が増加し、劣化が加速する可能性があります。

4.2 相対光度 vs. 周囲温度

LEDの効率は、接合部温度が上昇すると低下します。この曲線は通常、周囲温度が-40°Cから+85°Cに上昇するにつれて、光出力が徐々に低下することを示しています。一貫した明るさを維持するには、アプリケーションにおける適切な熱管理が必要です。

4.3 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、デバイスの電力損失限界内に留まり、過熱を防ぐために、最大許容電流を低減する必要があります。

4.4 順方向電圧 vs. 順方向電流

このIV（電流-電圧）特性は本質的に指数関数的です。順方向電圧の小さな変化が電流の大きな変化をもたらすため、定電流ドライバまたは適切に計算された直列抵抗の必要性が強調されます。

4.5 スペクトル分布

スペクトルプロットは、468 nm付近を中心とする単一のピークを示し、単色の青色出力を確認します。代表的な25nmの帯域幅は、放射光のスペクトル純度を示しています。

4.6 指向性パターン

この極座標プロットは指向角を視覚的に表し、LEDの中心軸からの異なる角度での相対光度を示し、約100度の指向角を確認します。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

19-21 SMD LEDはコンパクトな長方形のフットプリントを持ちます。主要寸法（ミリメートル）は、長さ約2.0mm、幅約1.25mm、高さ約0.8mmです。特に断りのない限り、公差は通常±0.1mmです。パッケージにはカソード識別マークがあり、PCB組立時の正しい向きに不可欠です。

5.2 極性識別

動作には正しい極性が必須です。パッケージには明確なカソードマークが含まれています。常にパッケージ図面を参照して、物理部品上のこのマークを識別し、PCBフットプリント上の対応するマーキングと合わせてください。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 電流制限の必要性

重要:LEDと直列に外部の電流制限抵抗または定電流ドライバ回路を使用しなければなりません。指数関数的なIV特性は、供給電圧のわずかな増加が、順方向電流の大きく、破壊的な可能性のあるサージを引き起こす可能性があることを意味します。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

本デバイスは鉛フリーリフローはんだ付けに適しています。推奨温度プロファイルは以下の通りです：

• 予熱:150–200°C、60–120秒間。
• 液相線温度以上（217°C）の時間:60–150秒間。
• ピーク温度:最大260°C。
• ピーク温度±5°C以内の時間:最大10秒間。
• 加熱速度:217°Cまで最大3°C/秒、その後ピークまで最大6°C/秒。
• 冷却速度:制御冷却が推奨されます。

注意:同一デバイスでのリフローはんだ付けは2回までとします。

6.3 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• 先端温度が350°Cを超えないはんだごてを使用してください。
• 端子ごとの接触時間は最大3秒間に制限してください。
• 定格電力25W以下のはんだごてを使用してください。
• 熱応力を避けるため、各端子のはんだ付けの間隔は最低2秒間空けてください。

6.4 保管および湿気感受性

部品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%で保管してください。
• バッグ開封後のフロアライフは168時間（7日間）です。
• 部品がこの時間を超えた場合、または乾燥剤インジケータが変色した場合は、ベーキングが必要です：リフロー前に60°C ±5°Cで24時間。

6.5 リワークおよび修理

はんだ付け後の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部品を均等に持ち上げるデュアルヘッドはんだごてを使用し、はんだ接合部やLEDパッケージへの機械的ストレスを防いでください。リワーク後は常にデバイスの機能を確認してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 標準梱包

LEDは、7インチ径リール上のエンボスキャリアテープで供給されます。各リールには3000個が含まれます。テープ幅は8mmです。

7.2 リールおよびテープ寸法

リールハブ、フランジ、キャリアテープポケットの詳細な機械図面がデータシートに提供されており、標準公差は±0.1mmです。

7.3 ラベル情報

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

• CPN:顧客部品番号（割り当てられている場合）。
• P/N:メーカー製品番号（例：19-21/BHC-ZQ1R2N/3T）。
• QTY:リールあたりの梱包数量。
• CAT:光度ビンコード（例：R1）。
• HUE:主波長/色度ビンコード（例：X）。
• REF:順方向電圧ビンコード（例：12）。
• LOT No:トレーサビリティのための製造ロット番号。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト:小型サイズと均一な指向角により、ダッシュボードインジケータ、メンブレンスイッチ、キーパッド、シンボル照明に最適です。
• 通信機器:電話機、ファクシミリ、ネットワークハードウェアのステータスインジケータおよびバックライト。
• LCDフラットバックライト:アレイとして使用し、小型LCDディスプレイのエッジライティングを提供できます。
• 汎用インジケータ:幅広い民生および産業用電子機器における電源ステータス、モード選択、アラートインジケータ。

8.2 設計上の考慮事項

• 回路設計:常に適切な電流制御を実装してください。単純な抵抗制限設計の場合、ビンからの最大順方向電圧(V_F)を使用して抵抗値を計算し、最悪条件下でも電流が20mAを超えないようにしてください。
• PCBレイアウト:はんだパッドパターンが推奨フットプリントと一致することを確認してください。LEDを最大定格付近で駆動する場合は、十分なサーマルリリーフを提供してください。
• 光学設計:ウォータークリアレンズは広い指向角を提供します。集光または拡散光が必要な場合は、外部レンズまたは光ガイドが必要になる場合があります。
• ESD保護:LEDがユーザーがアクセス可能な場所にある場合、150V HBM定格は比較的低いため、敏感なラインにESD保護ダイオードを組み込んでください。

9. 技術比較および差別化

より大型のスルーホールLEDと比較して、19-21 SMDパッケージは現代の電子機器に決定的な利点を提供します：

• サイズと重量:大幅に小型軽量化され、小型化を可能にします。
• 組立コスト:完全自動化された高速PCB組立を可能にし、人件費を削減します。
• 信頼性:表面実装構造は、一般にリードを持つデバイスよりも振動および機械的衝撃に対する耐性が優れています。
• 熱経路:SMDパッケージは、適切に設計されれば、PCBへのより直接的な熱経路を持つことができ、放熱に役立ちます。
• SMDブルーLEDセグメント内では、この部品の主要な差別化要因は、明るさ（最大180mcd）、正確な波長ビニング、および厳格なハロゲンフリーおよびREACH基準への準拠という特定の組み合わせであり、これは特定の市場および環境に配慮した設計にとって重要となる可能性があります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 5V電源で使用する場合の抵抗値は？

オームの法則 (R = (V_supply- V_F) / I_F) を使用し、電流が20mAを超えないようにするために最悪ケース（最低）のV_F2.7Vを仮定します：R = (5V - 2.7V) / 0.020A = 115オーム。最も近い標準的な高い値（例：120オーム）を使用する必要があります。常に、特定のビンの実際のV_Fで電流を確認してください。

10.2 明るさを上げるために30mAで駆動できますか？

推奨されません。連続順方向電流の絶対最大定格は20mAです。この定格を超えると、長期信頼性が低下し、接合部温度が上昇し、光束維持率の低下が加速し、早期故障につながる可能性があります。

10.3 保管およびベーキングプロセスが重要な理由は？

SMDプラスチックパッケージは大気中の湿気を吸収する可能性があります。高温リフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に膨張し、内部剥離またはポップコーン現象を引き起こし、パッケージを割ったり、ダイを損傷したりする可能性があります。湿気感受性ラベリングおよびベーキング手順は、この故障モードを防止します。

10.4 リール上のビンコード（例：Q1, X, 12）の解釈方法は？

これらのコードは、LEDの性能グループを指定します。例えば、Q1は光度が72-90 mcd、Xは主波長が465-470 nm、12は順方向電圧が3.10-3.30Vであることを意味します。同じビンからの部品を使用することで、製品全体で明るさと色の一貫性が確保されます。

11. 実践的設計および使用事例

シナリオ：複数LEDステータスパネルの設計設計者が10個の青色インジケータLEDを備えたコントロールパネルを作成しています。均一な明るさを確保するために、同じ光度ビン（例：R1）からのLEDを指定します。LEDは3.3Vレールから給電します。抵抗計算にビン14の最大V_F（3.7V）を使用すると負の抵抗になるため、より低いビンまたはより高い供給電圧を使用する必要があります。彼らはビン12（最大V_F3.3V）を選択します。代表的なV_F3.2Vを使用した計算は、R = (3.3V - 3.2V) / 0.020A = 5オームとなります。小さな抵抗が必要であり、実際の電流はV_Fの変動に非常に敏感になります。この場合、複数のLED用の定電流ドライバICは、個々の抵抗よりも堅牢なソリューションとなり、ユニット間の小さなV_Fの違いに関係なく安定した明るさを提供します。

12. 動作原理

19-21 LEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネ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。ダイオードのオン閾値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、これは直接、放射光の波長（この場合は約468 nmの青色光）に対応します。ウォータークリアエポキシ樹脂封止材は、半導体チップを保護し、機械的安定性を提供し、光出力パターンを形成するレンズとして機能します。

13. 技術トレンド

19-21パッケージのようなSMD LEDの開発は、電子機器製造における小型化、効率向上、および信頼性向上への継続的なトレンドによって推進されています。この分野の主要なトレンドは以下の通りです：

• 効率向上:継続的な材料科学研究は、InGaNチップの内部量子効率を向上させ、同じ入力電流（mA）でより高い光度（mcd）を、または同じ出力でより低い消費電力をもたらすことを目指しています。
• 熱管理の改善:パッケージ材料およびダイアタッチ技術の進歩により、チップからの放熱が改善され、より高い駆動電流または標準電流での寿命向上が可能になります。
• 色の一貫性の向上:より厳しいビニング公差およびより高度なウェハーレベル製造プロセスにより、主波長および光度のばらつきが減少し、均一な外観を必要とするアプリケーションにとって重要です。
• 環境適合性の拡大:この部品に見られるように、ハロゲンフリーおよびより厳格なRoHS/REACH準拠への移行は標準となりつつあり、業界の環境持続可能性および材料安全性への焦点を反映しています。
• 統合:より広範なトレンドとして、制御電子機器（定電流ドライバやPWMコントローラなど）をLEDダイと直接統合し、より高度なパッケージタイプにすることで、エンドユーザーの回路設計を簡素化することが挙げられます。