SMD LED 48-213 ブルー データシート - サイズ 2.25x1.45x0.72mm - 電圧 2.7-3.2V - 電力 95mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

48-213は、小型化と高信頼性を求め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（SMD）LEDです。この単色ブルーLEDは、InGaNチップ技術を採用し、代表的なピーク波長468nmの光を発します。主な利点は、リード部品と比較して占有面積が大幅に削減され、PCB上の実装密度向上、保管スペースの削減、最終製品の小型化設計に貢献することです。軽量構造により、携帯機器や小型アプリケーションにも最適です。

1.1 主要機能と適合規格

• 梱包形態：7インチ径リールに8mmテープで供給され、標準的な自動実装機と互換性があります。
• はんだ付けプロセス：赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスの両方に対応しています。
• 環境規格適合：本製品は鉛フリー（Pbフリー）であり、EU RoHS指令に適合し、EU REACH規則を遵守しています。
• ハロゲンフリー：ハロゲンフリー要件（臭素<900 ppm、塩素<900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）に適合しています。

2. 技術パラメータ分析

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生じる可能性のある限界値を定義します。これら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、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 連続順電流（I_F）：25 mA。
• ピーク順電流（I_FP）：100 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）：95 mW。これは、周囲温度（T_a）25°Cにおいて、パッケージが熱として放散できる最大許容電力です。
• 静電気放電（ESD）：人体モデル（HBM）で150Vに耐えます。適切なESD取り扱い対策が不可欠です。
• 温度範囲：動作：-40°C ～ +85°C；保管：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度：リフロープロファイルピーク：最大260°C、10秒間。手はんだ：端子あたり最大350°C、3秒間。

2.2 電気光学特性（T_a=25°C）

これらのパラメータは標準条件（I_F= 5mA）で試験され、デバイスの性能を定義します。

• 光度（I_v）：22.5 mcd（最小）から57.0 mcd（最大）の範囲で、代表的な許容差は±11%です。実際の値はビンコード（M2, N1, N2, P1）によって決定されます。
• 視野角（2θ_1/2）：120度（代表値）。この広い角度は、バックライトやインジケータ用途に適した広い発光パターンを提供します。
• ピーク波長（λ_p）：468 nm（代表値）。
• 主波長（λ_d）：465 nm から 475 nm の範囲で、ビンZ（465-470nm）とY（470-475nm）に分類されます。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：35 nm（代表値）、発せられる青色光のスペクトル純度を定義します。
• 順電圧（V_F）：5mA時で2.7Vから3.2Vの範囲で、代表的な許容差は±0.05Vです。Q29からQ33のグループにビニングされます。
• 逆電流（I_R）：V_R= 5V時、最大50 μA。注：デバイスは逆電圧試験を行いますが、逆バイアス動作を意図したものではありません。

3. ビニングシステムの説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに選別されます。

3.1 主波長ビニング

LEDの知覚される色を定義します。2つのグループにより、アプリケーション内での色の均一性を確保します。

グループ Z：465 nm – 470 nm

グループ Y：470 nm – 475 nm

3.2 光度ビニング

5mA時の光出力に基づいてLEDを選別します。

M2：22.5 – 28.5 mcd

N1：28.5 – 36.0 mcd

N2：36.0 – 45.0 mcd

P1：45.0 – 57.0 mcd

3.3 順電圧ビニング

LEDを順電圧降下でグループ分けします。これは電流制限抵抗の計算や電源設計に極めて重要です。

Q29：2.7V – 2.8V

Q30：2.8V – 2.9V

Q31：2.9V – 3.0V

Q32：3.0V – 3.1V

Q33：3.1V – 3.2V

4. 性能曲線分析

データシートには、設計エンジニアにとって極めて重要ないくつかの特性曲線が提供されています。

4.1 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）

この非線形関係は、ニー電圧を超えるわずかな電圧増加が大きな電流増加をもたらすことを示しています。これは、熱暴走やデバイス故障を防ぐために、直列電流制限抵抗または定電流ドライバを使用することが絶対に必要であることを強調しています。

4.2 光度 vs. 順電流

光出力は順電流とともに増加しますが、線形ではありません。この曲線は、設計者が明るさと効率、デバイスの寿命をバランスさせる動作点を選択するのに役立ちます。

4.3 光度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。この曲線は、周囲温度が-40°Cから+100°Cに上昇するにつれて相対光度が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効果的な熱管理が不可欠です。

4.4 順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。周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、最大許容連続順電流が減少することを示しています。85°Cでは、最大接合温度を超えないようにし、長期信頼性を確保するために、最大許容電流が大幅に低減されます。

4.5 スペクトル分布

波長全体にわたる相対放射パワーを表示し、468nmを中心とし、代表的な帯域幅は35nmです。これは、発光が単色の青色であることを確認します。

4.6 放射パターン

光強度の空間分布を示す極座標図で、120°の視野角を確認します。パターンは典型的にはランバートまたは準ランバートです。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

48-213は、以下の主要寸法（mm）を持つコンパクトなSMDパッケージを採用しています：

- 長さ：2.25 ±0.20

- 幅：1.45 ±0.10

- 高さ：0.72 ±0.10

- リード間隔：1.80（アノードとカソードパッド間）

組立時の正しい極性方向のために、パッケージ上にカソードマークが明確に表示されています。

5.2 推奨パッドレイアウト

はんだパッドの寸法を含む推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。データシートでは、これは参考情報であり、個々のPCB設計要件、はんだペースト量、組立プロセスに基づいて修正すべきであると明記されています。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル（Pbフリー）

詳細な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（217°C）の時間：60–150秒間。

- ピーク温度：最大260°C、最大10秒間保持。

- 加熱速度：最大3°C/秒（255°Cまで）、全体で最大6°C/秒。

- 冷却速度：プロセスによって定義されます。

このプロファイルを遵守することが極めて重要です。同一デバイスに対してリフローはんだ付けは2回までとします。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが避けられない場合：

- はんだごて先端温度は350°C未満でなければなりません。

- 端子あたりの接触時間は3秒を超えてはなりません。

- はんだごての電力は25W未満とします。

- 各端子のはんだ付けの間隔は2秒以上空け、熱衝撃を防ぎます。

データシートでは、損傷は手はんだ付け中にしばしば発生すると警告しています。

6.3 保管と湿気感受性

LEDは、乾燥剤と共に防湿バリアバッグに梱包されています。

- 開封前：≤30°C、≤90% RHで保管。

- 開封後：フロアライフは、≤30°C、≤60% RHの条件下で1年です。未使用のデバイスは防湿パッケージに再密封する必要があります。

- 乾燥剤インジケータが変色した場合、または保管時間を超えた場合は、ベーキング処理が必要です：リフロープロセス使用前に、60 ±5°Cで24時間。

6.4 重要な注意事項

• 電流制限：外部の電流制限抵抗は必須です。LEDの指数関数的なI-V特性は、わずかな電圧変化が大きな電流変化を引き起こし、保護がないと即座に焼損につながることを意味します。
• 機械的ストレス：はんだ付け時や最終アプリケーションにおいて、LED本体にストレスを加えないでください。はんだ付け後にPCBを曲げないでください。
• 修理：はんだ付け後の修理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熱ストレスを最小限に抑えるため、両頭はんだごてを使用してください。

7. 梱包と発注情報

7.1 リールとテープ仕様

デバイスはエンボスキャリアテープで供給されます：

- リール直径：7インチ。

- テープ幅：8mm。

- リールあたり数量：3000個。

自動供給装置との互換性を確保するため、キャリアテープのポケットとリールの詳細寸法が提供されています。

7.2 ラベルの説明

リールラベルには、いくつかの主要な識別子が含まれています：

- P/N：品番（例：48-213/BHC-ZM2P1QY/3C）。

- QTY：梱包数量。

- CAT：光度ランク（例：M2, P1）。

- HUE：色度/主波長ランク（例：Z, Y）。

- REF：順電圧ランク（例：Q29, Q33）。

- LOT No.：トレーサビリティロット番号。

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：広い視野角とコンパクトサイズのため、計器盤インジケータ、スイッチ照明、LCDやシンボルのフラットバックライトに最適です。
• 通信機器：電話機、ファクシミリ、その他の通信機器における状態表示やキーパッドバックライト。
• 一般的なインジケータ用途：信頼性の高いコンパクトな青色状態表示を必要とするあらゆるアプリケーション。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：電力は低いですが、特に高温環境や最大電流近くで駆動する場合には、PCBレイアウトにおいて放熱を考慮する必要があります。デレーティング曲線を使用してください。
• 電流駆動回路：常に定電流源または直列抵抗を伴う電圧源を使用してください。抵抗値は、ビンからの最大V_Fと希望するI_Fを使用して計算し、電流が絶対最大定格を決して超えないようにします。
• 光学設計：120°の視野角は広いカバレッジを提供します。より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。
• ESD保護：入力ラインにESD保護を実装し、デバイスが150V HBM定格であるため、組立エリアがESD安全であることを確認してください。

9. 技術比較と差別化

48-213 SMD LEDは、そのクラスにおいていくつかの重要な利点を提供します：

サイズの利点：2.25 x 1.45 mmの占有面積は、従来の3mmや5mmリードLEDよりも大幅に小さく、超コンパクト設計を可能にします。

プロセス互換性：標準SMTリフロープロセス（IRおよび気相）との完全な互換性により、スルーホールLED（手作業や波はんだ付けが必要）とは異なり、大量・低コストの自動組立が可能です。

性能の一貫性：波長、光度、電圧の詳細なビニングシステムにより、設計者は製品内のすべてのユニットで視覚的一貫性を確保する部品を選択できます。これはバックライトや多LEDアレイにとって極めて重要です。

堅牢性：SMDパッケージは、適切にはんだ付けされれば、リード部品と比較して優れた機械的安定性と振動耐性を提供します。

10. 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: 順電圧（V_F）には許容差があり、負の温度係数を持ちます。供給電圧のわずかな増加、または加熱によるV_Fの減少は、大きく制御不能な電流増加（熱暴走）を引き起こし、瞬時の故障につながる可能性があります。抵抗は電流を安定させます。

Q2: このLEDを25mAで連続駆動できますか？

A2: 周囲温度（T_a）が25°C以下の場合に限り可能です。順電流デレーティング曲線（セクション4.4）を参照してください。より高い周囲温度では、接合温度を安全限界内に保つために、最大許容連続電流を低減する必要があります。

Q3: ビンコード（例：ZM2P1QY）は何を意味しますか？

A3: これは複合コードです。'Z'または'Y'は主波長ビンを示します。'M2'、'P1'などは光度ビンを示します。'Q29'から'Q33'は順電圧ビンを示します。特定のビン組み合わせを選択することで、予測可能な色、明るさ、電気的動作が保証されます。

Q4: ピーク波長と主波長の違いはどのように解釈しますか？

A4: ピーク波長（λ_p）は、発せられる光パワーが最大となる波長です（代表値468nm）。主波長（λ_d）は、LEDの知覚される色に一致する単色光の単一波長です（465-475nm）。λ_dは色仕様により関連性が高いです。

11. 設計・使用事例研究

シナリオ：携帯型医療機器用の多LED状態表示パネルの設計

要件：10個のメンブレンスイッチ用の均一な青色バックライト、超低プロファイル、-10°Cから+60°Cでの信頼性動作、安定化5Vレールからの給電。

設計ステップ：

1. LED選択：小型サイズ、広い視野角（均一なバックライト用）、SMD互換性のため、48-213が選択されます。

2. ビン選択：色と明るさの均一性を確保するため、全発注に対して単一のビンを指定します（例：Y-P1-Q31）。

3. 電流設定：明るさと寿命のバランスを考慮し、I_Fを10mAに設定します。デレーティング曲線から、10mAは約85°Cまで安全であり、60°Cの要件をはるかに上回ります。

4. 抵抗計算：ビンQ31からの最悪ケース（最大）V_F（3.0V）と供給電圧（5V）を使用：R = (5V - 3.0V) / 0.01A = 200 Ω。標準の200 Ω、1/10W抵抗を選択します。

5. PCBレイアウト：推奨パッドレイアウトを出発点として使用します。電気的接続を維持しながらはんだ付けを容易にするため、カソードパッドに小さなサーマルリリーフを追加します。LEDは、導光板による均一な光拡散を可能にする間隔で配置します。

6. 組立：リールはピックアンドプレース機にロードされます。指定されたPbフリーリフロープロファイルがオーブンにプログラムされます。リフロー後、基板にはんだ付け後のストレスを加えません。

12. 技術原理の紹介

48-213 LEDは、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。ダイオードのニー電圧（約2.7-3.2V）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。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。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、それが直接発せられる光の波長（この場合、約468nmの青色光）に対応します。透明樹脂封止材は半導体チップを保護し、一次レンズとして機能して初期放射パターンを形成します。SMDパッケージは機械的保護、金属化パッドを介した電気的接続、およびチップからPCBへの放熱経路を提供します。

13. 業界動向と背景

48-213は、SMD LEDの進化における成熟した製品を代表しています。一般的な業界動向は以下の方向に進んでいます：

効率向上：新しいチップ設計と材料（高度なInGaN構造など）により、より高い発光効率（電気ワットあたりの光出力向上）が提供され、より明るい表示または低消費電力のいずれかを可能にします。

小型化：ウェアラブル技術や超薄型ディスプレイなどのスペース制約の厳しいアプリケーション向けに、さらに小さなパッケージ占有面積（例：1.0x0.5mm）が一般的になりつつあります。

色の一貫性向上：より厳しいビニング許容差と、より高い演色評価数（CRI）を持つ蛍光体変換白色LEDの使用が、ディスプレイバックライトでは標準となっていますが、この部品は単色青色デバイスのままです。

統合ソリューション：LEDドライバIC、電流制限抵抗、さらには制御ロジックを単一モジュールまたはパッケージに統合する傾向が高まっており、エンドユーザーの設計を簡素化しています。48-213は、最大の設計自由度を提供する基本的なディスクリート部品として残ります。