SMD LED 19-213/Y2C-CQ1 R2/3T データシート - ブリリアントイエロー - 20mA - 2.2V 標準 - 技術文書

1. 製品概要

19-213/Y2C-CQ1 R2/3Tは、高密度電子実装向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDです。単色タイプで、ブリリアントイエローの光を発し、AlGaInP半導体材料をウォータークリア樹脂で封止した構造を採用しています。この部品は従来のリードフレームLEDよりも大幅に小型であり、PCB占有面積の大幅な削減、実装密度の向上を実現し、最終製品の小型化に貢献します。軽量構造のため、スペースと重量が重要な制約条件となるアプリケーションに特に適しています。

1.1 中核的特徴と利点

このLEDの主な利点は、そのSMDパッケージと材料構成に起因します。主な特徴には、7インチ径リール上の標準8mmテープとの互換性があり、自動ピックアンドプレース実装装置と完全に互換性がある点が挙げられます。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おり、現代の大量生産技術に適合しています。このデバイスは鉛フリー（Pbフリー）であり、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）を含む主要な環境・安全規制に準拠しています。製品自体はRoHS準拠仕様内で維持管理されています。

1.2 対象アプリケーション

このLEDは汎用性が高く、様々な照明および表示用途に使用されます。一般的なアプリケーションには、計器盤ダッシュボードやスイッチのバックライトが含まれます。通信機器では、電話機やファクシミリなどの機器のインジケータまたはバックライトとして機能します。また、LCD、スイッチ、シンボル用のフラットなバックライトの提供にも適しています。その汎用設計により、コンパクトで明るい黄色のインジケータを必要とする幅広い民生用および産業用電子製品の信頼性の高い選択肢となります。

2. 技術仕様と客観的解釈

このセクションでは、標準試験条件（Ta=25°C）下におけるデバイスの動作限界と性能特性について、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

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応力限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。最大逆電圧（VR）は5Vです。連続順電流（IF）は25 mAを超えてはなりません。パルス動作では、デューティサイクル1/10、1 kHz条件下で、ピーク順電流（IFP）60 mAが許容されます。最大許容損失（Pd）は60 mWです。このデバイスは人体モデル（HBM）に基づく2000Vの静電気放電（ESD）に耐えます。動作温度範囲（Topr）は-40°Cから+85°C、保管温度範囲（Tstg）はやや広く-40°Cから+90°Cです。はんだ付け温度限界は、リフロー（最大10秒間260°C）および手はんだ付け（先端温度最大3秒間350°C）について規定されています。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、代表動作条件（IF=20mA、Ta=25°C）下での光出力と電気的性能を定義します。光度（Iv）には代表的な範囲があり、具体的な最小値と最大値はビニングシステムによって定義されます。指向角（2θ1/2）は代表値120度で、広い放射パターンを示します。ピーク波長（λp）は約591 nmを中心とし、主波長（λd）は585.5 nmから591.5 nmの範囲で、知覚される黄色の色を定義します。スペクトル半値幅（Δλ）は約15 nmです。順電圧（VF）の代表値は2.20Vで、範囲は1.70Vから2.40Vです。逆電流（IR）は非常に低く、VR=5V時の最大値は10 μAです。このデバイスは逆バイアス下での動作を想定していないことに注意することが重要です。VR定格はIR試験条件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はビンに分類されます。このデバイスでは2つの独立したビニングパラメータが使用されています。

3.1 光度ビニング

20mA駆動時の光出力は、4つのビン（Q1、Q2、R1、R2）に分類されます。Q1ビンは72.0 mcdから90.0 mcdの範囲をカバーします。Q2は90.0 mcdから112.0 mcdの範囲です。R1は112.0 mcdから140.0 mcdをカバーします。最高出力のビンであるR2は、140.0 mcdから180.0 mcdの範囲です。各ビン内の光度には±11%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

色（主波長）は、色調のばらつきを制御するために2つのビン（D3およびD4）に分類されます。D3ビンには、主波長が585.5 nmから588.5 nmの間のLEDが含まれます。D4ビンには、588.5 nmから591.5 nmのLEDが含まれます。主波長には±1 nmの許容差が規定されています。

4. 特性曲線分析

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特性曲線が含まれています。これらは回路設計と熱管理に不可欠です。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

この曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧降下の関係を示します。ダイオードに典型的な非線形特性を示します。この曲線により、設計者は所定の駆動電流に対する動作電圧を決定でき、適切な電流制限抵抗の選択や定電流ドライバの設計に重要です。

4.2 相対光度対周囲温度

このグラフは、光出力の温度依存性を示しています。周囲温度（Ta）が上昇すると、光度は一般的に減少します。この特性は、高温環境で動作するアプリケーションにとって極めて重要であり、一貫した輝度を維持するために光学的または電気的な補償が必要となる場合があります。

4.3 相対光度対順電流

このプロットは、光出力が駆動電流にどのように比例するかを示しています。電流を増加させると一般的に輝度は増加しますが、関係は完全に線形ではなく、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。また、順電流ディレーティング曲線も示しており、これは許容損失限界内に収まるように、周囲温度の関数としての最大許容連続電流を示しています。

4.4 スペクトル分布と放射パターン

スペクトル分布曲線は、波長に対する相対強度をプロットし、ピーク波長と主波長の値を確認するとともに、発光スペクトルの形状を示します。放射図（極座標プロット）は120度の指向角を視覚的に表し、光強度が空間的にどのように分布するかを示しています。

5. 機械的・パッケージ情報

PCBレイアウトと実装には、正確な機械的データが必要です。

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寸法図が提供されています。特に指定のない公差はすべて±0.1 mmです。設計者は、PCB上に正しいランドパターン（フットプリント）を作成し、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するために、この図面を参照する必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いは信頼性にとって重要です。このデバイスは湿気に敏感であり、特定のはんだ付けプロファイルが必要です。

6.1 保管と湿気感受性

LEDは乾燥剤と共に防湿バッグに梱包されています。部品を使用する準備ができるまでバッグを開封してはいけません。開封後、未使用のLEDは温度30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管する必要があります。開封後のフロアライフは168時間（7日間）です。この時間を超過した場合、または乾燥剤インジケータが飽和を示した場合は、使用前に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（Pbフリー）リフロープロファイルが規定されています。主要パラメータには、150-200°C間の60-120秒間の予熱段階、液相線以上（217°C）の時間60-150秒、最大260°Cを超えないピーク温度（最大10秒間保持）、制御された立ち上がりおよび立ち下がり速度（それぞれ最大6°C/秒および3°C/秒）が含まれます。リフローはんだ付けは2回以上行わないでください。加熱中のLED本体への応力およびはんだ付け後の基板反りは避ける必要があります。

6.3 手はんだ付けと修理

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を350°C以下とし、端子ごとに3秒以内で行う必要があります。低電力のごて（<25W）を使用し、各端子のはんだ付けの間には少なくとも2秒の間隔を空けることを推奨します。初期はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両方の端子を同時に加熱して熱応力を最小限に抑えるため、ツインチップはんだごてを使用する必要があります。損傷の可能性は事前に評価する必要があります。

7. 梱包および発注情報

このデバイスは、自動実装向けの業界標準梱包で供給されます。

7.1 リールおよびテープ仕様

LEDは、7インチ径リールに巻かれた8mm幅のキャリアテープ上で供給されます。各リールには3000個が含まれます。キャリアテープおよびリールの詳細な寸法図が提供されており、特に記載のない限り標準公差は±0.1 mmです。

7.2 ラベル説明

梱包ラベルには、いくつかの主要な識別子が含まれています：CPN（顧客品番）、P/N（品番）、QTY（梱包数量）、CAT（光度ランク/ビン）、HUE（色度座標および主波長ランク/ビン）、REF（順電圧ランク）、およびLOT No（トレーサビリティのためのロット番号）。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 回路保護

基本的な設計ルールとして、直列電流制限抵抗の使用が必須です。LEDの順電圧は負の温度係数と生産ばらつきを持ちます。供給電圧のわずかな増加が、抵抗または定電流ドライバによって制限されない場合、順電流の大きく、破壊的となる可能性のある増加を引き起こすことがあります。

8.2 熱管理

小型のSMD部品ではありますが、許容損失（最大60 mW）および周囲温度に伴う順電流のディレーティングを考慮する必要があります。高温または高電流アプリケーションでは、性能と寿命を維持するために、放熱パッド（該当する場合）周辺の十分なPCB銅面積または一般的な基板冷却が必要となる場合があります。

8.3 光学設計

広い120度の指向角により、このLEDは広範囲の照明または複数の角度からの視認性を必要とするアプリケーションに適しています。集光が必要な場合は、二次光学系（レンズ）が必要となります。ウォータークリア樹脂パッケージは、拡散せずに真のチップ色を望むアプリケーションに最適です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源で使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

A: オームの法則（R = (電源電圧 - Vf) / If）と代表値（Vf=2.2V、If=20mA）を使用すると、R = (5 - 2.2) / 0.02 = 140 オームとなります。標準的な150オーム抵抗が安全な出発点となりますが、電流が最大定格を超えないことを確認するために、最小Vf（1.7V）をチェックする必要があります。

Q: 3.3VのマイクロコントローラピンでこのLEDを駆動できますか？

A: はい、可能ですが効率は低下します。Vf代表値=2.2V、電源3.3Vの場合、抵抗両端の電圧降下はわずか1.1Vです。20mAを達成するには、R = 1.1 / 0.02 = 55 オームとなります。マイクロコントローラピンが要求電流を供給/吸収できることを確認してください。

Q: 保管温度範囲が動作範囲よりも広いのはなぜですか？

A: 動作範囲は、動作中の半導体の挙動、光出力、および電気的ストレス下での長期信頼性を考慮しています。保管範囲は受動的な状態の部品を対象としており、材料の完全性と湿気吸収のみが懸念事項であり、わずかに広い温度ウィンドウが許容されます。

Q: "ブリリアントイエロー"の色は何を指しますか？

A: これはAlGaInP半導体材料によって生成される特定の色調を表し、585-592 nm範囲の主波長に対応します。広スペクトルや蛍光体変換による黄色と比較して、飽和した純粋な黄色です。

10. 設計および使用事例

シナリオ: 民生用機器の状態表示パネルの設計設計者は、高密度実装PCB上に複数の明るく一貫した黄色インジケータを必要としています。19-213 LEDは、その小型サイズ、自動実装互換性、および輝度（高輝度のために選択されたR1ビン）と波長（一貫した色のために選択されたD4ビン）の明確なビニングのために選択されました。PCBレイアウトでは、データシートの正確なパッケージ寸法が使用されています。5V電源ラインが利用可能なため、代表Vfに基づいて計算された150オームの0805抵抗が各LEDと直列に配置されます。実装業者には、指定されたリフロープロファイルに従い、使用前に防湿バッグが48時間以上開封されていた場合はリールをベーキングするよう指示されます。広い指向角により、最終製品内の様々な角度からインジケータが見えることが保証されます。

11. 技術原理の紹介

このLEDは、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体チップに基づいています。順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域で再結合し、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、それが直接発光の波長（色）に対応します—この場合は黄色（~591 nm）です。チップは導電性エポキシまたははんだで表面実装パッケージに実装され、ワイヤボンディングによってパッケージリードに接続されます。その後、チップを保護し、光出力を整形するレンズとして機能し、機械的安定性を提供する透明なエポキシまたはシリコーン樹脂で封止されます。

12. 技術動向と背景

19-213のようなSMD LEDは、製造効率とサイズの点でスルーホールLEDに取って代わり、インジケータおよびバックライトアプリケーションの業界標準を代表しています。AlGaInP材料の使用は、赤、オレンジ、黄色スペクトルにおいて高い効率と色純度を提供します。より広範なLED業界における現在の動向は、発光効率（ルーメン/ワット）の向上、演色性の改善、さらなる小型化（例：チップスケールパッケージ）、およびより高い温度と電流密度下での信頼性の向上に焦点を当て続けています。標準的なインジケータ用途では、この技術は成熟しており、コスト最適化された製造、一貫性のための厳格なビニング、および進化する環境規制（ハロゲンフリー、低炭素フットプリント）への準拠が重視されています。