SMD LED 15-13D/R6GHBHC-A01/2T データシート - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - 赤/緑/青 - 英語技術文書

1. 製品概要

15-13Dは、小型化と高信頼性を求め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デバイス（SMD）LEDです。本シリーズは、異なる半導体材料に基づく3つの異なるカラーオプションを提供します：ブリリアントレッド（R6, AlGaInP）、ブリリアントグリーン（GH, InGaN）、ブルー（BH, InGaN）。パッケージは直径7インチのリールに巻かれた8mmテープで供給され、高速自動ピックアンドプレース組立装置に完全対応しています。

このLEDの主な利点は、従来のリードフレームパッケージと比較して占有面積が大幅に削減されていることです。これにより、設計者はプリント基板（PCB）上でより高い部品実装密度を実現でき、基板全体のサイズを小さくし、最終的にはよりコンパクトなエンド製品につながります。軽量構造であることも、重量とスペースが重要な制約条件となる携帯機器や小型アプリケーションに理想的です。

The product is manufactured to be Pb-free (lead-free), compliant with the EU RoHS and REACH directives, and meets halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). It is also produced using ESD (Electrostatic Discharge) safe processes, enhancing its handling reliability.

技術仕様詳細解説

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生じる可能性が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。

• Reverse Voltage (VR): すべてのカラーコードで最大5V。これ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 (IF): R6 (赤) および GH (緑) は 25 mA、BH (青) は 20 mA。これは最大連続直流電流です。
• ピーク順方向電流 (IFP): Applicable under pulsed conditions (1/10 duty cycle @ 1kHz). R6: 60 mA; GH & BH: 100 mA.
• 電力損失 (Pd): パッケージが放散可能な最大電力。R6: 60 mW; GH: 95 mW; BH: 75 mW。これは IF * VF として計算されます。
• 静電気放電 (ESD) HBM: すべてのバリアントは2000V人体モデルに適合しており、標準的な取り扱いにおいて優れた固有のESD耐性を示しています。
• Operating & Storage Temperature: 動作時：-40°C ～ +85°C、保管時：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度： リフローはんだ付けピーク温度：260°C（最大10秒間）。手はんだ付け：端子ごとに350°C（最大3秒間）。

2.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらは標準試験条件（特に指定がない限りIF=20mA）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）： ミリカンデラ (mcd) 単位での光出力。R6: 90-140 mcd; GH: 112-180 mcd; BH: 45-70 mcd。許容差は±11%です。
• 視野角 (2θ1/2): 約120度で、広い発光角度を提供します。
• ピーク波長 (λp): 発光強度が最も高い波長。R6: 632 nm (赤); GH: 518 nm (緑); BH: 468 nm (青)。
• 主波長 (λd): 人間の目が知覚する単一波長。R6: 624 nm; GH: 525 nm; BH: 470 nm。
• スペクトル半値幅 (Δλ): 最大強度の半値全幅。R6：20 nm；GH：35 nm；BH：25 nm。
• 順方向電圧（VF）： The voltage drop across the LED at the test current. R6: 1.70-2.40V (Typ. 2.00V); GH & BH: 2.70-3.70V (Typ. 3.30V). Tolerance is ±0.05V.
• 逆方向電流（IR）： Leakage current at VR=5V. R6: Max 10 μA; GH & BH: Not Applicable (NA).

3. ビニングシステムの説明

データシートによると、本製品は主要パラメータに基づいてLEDを分類するビニングシステムを採用しており、ロット内の一貫性を確保しています。包装のラベル説明には特定のランクが記載されています：

• CAT（光度階調）： 測定された光度出力に基づいてLEDをグループ分けします。
• HUE (Chromaticity Coordinates & 主波長 Rank): 色点または主波長に応じてLEDを分類し、アレイ内の色ばらつきを最小限に抑えます。
• REF（順方向電圧階調）： 順方向電圧降下によってLEDを分類します。これは直列または並列回路における電流マッチングに重要です。

アプリケーションにおいて色や強度のマッチングが重要な場合、設計者はメーカーの特定のビニングチャートを参照して詳細な選択を行うべきです。

4. 性能曲線分析

データシートには、各LEDタイプ（R6、GH、BH）の代表的な特性曲線が記載されています。これらのグラフは、非標準条件下でのデバイスの動作を理解するために不可欠です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V カーブ)

この曲線は、電流と電圧の指数関数的な関係を示しています。「膝」電圧は、LEDが実質的に発光を開始するポイントです。提供されている代表的なVF値は20mAで測定されたものです。設計者はこの曲線を使用して適切な電流制限抵抗を選択します。

4.2 光度 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力が一般的に順方向電流に比例することを示していますが、熱的影響や効率効果により、非常に高い電流では準線形になる可能性があります。所望の輝度を達成するために必要な駆動電流を決定する上で重要です。

4.3 光度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は、接合温度の上昇に伴って減少します。この減衰曲線は、高温環境で動作する用途において極めて重要です。これは、周囲温度の上昇に伴って残存する相対光度の割合を示しています。

4.4 順方向電流の減額曲線

過熱を防ぐため、最大許容連続順電流は周囲温度の上昇に伴って低減しなければなりません。この曲線は、デバイスの温度範囲全体における安全動作領域（SOA）を示します。

4.5 スペクトル分布

このプロットは、波長スペクトル全体にわたって放射される光の相対強度を示します。ピーク波長と主波長を確認し、放射色のスペクトル純度（狭さ）を図示します。

4.6 指向性パターン（放射パターン）

光強度の空間分布を示す極座標プロット。15-13Dは典型的なランバート（広角）パターンを持ち、中心軸からの角度が大きくなるにつれて強度が減少し、約±60度（全視野角120度）で半減する。

5. Mechanical & Package Information

5.1 パッケージ外形寸法

15-13Dパッケージの公称寸法は、1.5mm（長さ）x 1.3mm（幅）x 0.8mm（高さ）である。特に指定がない限り、公差は通常±0.1mmである。部品の上面には極性識別のためのアノードマーク（通常は切り欠き、緑色の点、またはその他の表示）がある。推奨PCBランドパターン（パッドレイアウト）が提供されているが、設計者は自身の特定のPCB製造プロセスおよび熱的・機械的要件に基づいて修正することを推奨する。

5.2 極性識別

LEDの動作には正しい極性が不可欠である。パッケージにはアノード（+）端子を示す視覚的マーカーが付いている。PCB設計および実装時には、このマーカーをボードレイアウト上の対応するアノードパッドと一致させ、正しい向きを確保しなければならない。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 湿気感受性と保管方法

LEDは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。湿気吸収はリフローはんだ付け時に「ポップコーニング」（パッケージクラック）を引き起こす可能性があります。

• 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、未使用部品は30°C以下、相対湿度60%以下の環境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。
• これを超えた場合、または乾燥剤インジケーターが変色した場合は、はんだ付け前に60±5°Cで24時間のベークアウトが必要です。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル (Pb-free)

鉛フリーはんだ（例：SAC305）用の推奨温度プロファイルを以下に示します：

• 予熱： 150-200°Cで60-120秒間。
• 液相線温度以上保持時間（TAL）： >217°C for 60-150 seconds.
• ピーク温度： 最大260°C、10秒以内の保持。
• 上昇レート： 255°Cまで最大3°C/秒、その後ピークまで最大6°C/秒。
• 下降レート： 熱衝撃を避けるため制御する。

重要注意： 同一LEDアセンブリに対し、リフローはんだ付けは2回までとする。

6.3 手はんだ付けの注意事項

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払うこと：

• Use a soldering iron with a tip temperature <350°C.
• 端子ごとの接触時間は3秒以内に制限すること。
• 定格電力が25W以下のはんだごてを使用すること。
• 熱の蓄積を防ぐため、各端子のはんだ付け間隔は最低2秒以上空けること。
• 半田付け中は、LED本体に機械的ストレスを加えないでください。

6.4 リワークと修理

初期半田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、専用の両頭半田ごてを使用して両端子を同時に加熱し、LEDダイおよびワイヤーボンドへの熱ストレスを最小限に抑えてください。LED特性への損傷の可能性は事前に評価する必要があります。

7. Packaging & Ordering Information

7.1 テープ＆リール仕様

部品は、15-13Dパッケージに合わせた寸法のエンボス加工キャリアテープに供給されます。テープは標準的な7インチ（178mm）直径のリールに巻かれています。各リールには2000個が収納されています。詳細なリール、キャリアテープ、およびポケット寸法はデータシートに記載されており、標準公差は±0.1mmです。

7.2 ラベルおよび防湿バリアバッグ

外側の防湿バッグには、顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、数量（QTY）、および光束（CAT）、色度（HUE）、順方向電圧（REF）のビニングコードといった重要な情報が記載されたラベルが含まれています。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。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト： ダッシュボードインジケータ、スイッチ照明、キーパッドバックライト。
• 通信機器： 電話機、ファクシミリ、ルーター、モデムのステータス表示灯。
• LCDフラットバックライト： 小型モノクロまたはカラーLCDディスプレイのエッジライト方式。
• 汎用表示灯の用途： 民生電子機器、家電製品、産業用制御装置における電源状態、動作モード表示、警告信号。

8.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限： 順方向電流を制限するため、外部直列抵抗は必須です。LEDの指数関数的なI-V特性により、わずかな電圧上昇が大きく破壊的な電流サージを引き起こす可能性があります。抵抗値は R = (電源電圧 - VF) / IF で計算されます。
• 熱管理: パッケージは小型ですが、特に高温環境や高駆動電流時には、電力損失(Pd)を考慮する必要があります。最大定格付近で使用する場合は、十分なPCB銅面積またはサーマルビアを確保してください。
• ESD保護: 2000V HBM定格を有していますが、敏感な入力ラインにESD保護を実装するか、生産工程でESD安全な取り扱い手順を採用することは、優れた慣行と見なされます。
• フローはんだ付け: データシートではリフローおよび手はんだ付けのみを規定しています。このタイプのSMD LEDでは、過度の熱暴露のため、フローはんだ付けは一般的に推奨されません。
• ボード曲げ: LEDを実装した後は、PCBを曲げたりたわませたりしないでください。ソルダージョイントやLEDパッケージ自体にストレスがかかる可能性があります。

9. Technical Comparison & Differentiation

15-13Dシリーズは、非常に小型の1.5x1.3mmフットプリントと、そのサイズに対して比較的高い光度（特に緑色および赤色バリアント）を組み合わせることで差別化を図っています。120度の広い視野角は、広範囲での視認性が求められる用途に適しています。標準的なSMD実装および無鉛リフロー工程との互換性は、近代的で環境規制に準拠した製造プロセスに対応しています。より大型のSMD LED（例：0603、0805）と比較すると、スペースを節約できますが、より精密な実装設備が必要になる場合があります。チップスケールパッケージと比較すると、より頑丈で封止された構造により、取り扱いや確実なはんだ付けが容易です。

10. よくあるご質問 (FAQ)

10.1 5V電源で緑色LEDを使用する場合、どの抵抗値を使うべきですか？

代表値を使用した場合：電源電圧 (Vsupply) = 5V、順方向電圧 (VF (GH, typ)) = 3.3V、順方向電流 (IF) = 20mA。R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85Ω。最も近い標準値は82Ωまたは91Ωです。あらゆる条件下で電流が規定範囲内に収まるよう、データシートの最小/最大VFを使用して常に再計算してください。

10.2 定電圧源を使用して、このLEDを電流制限抵抗なしで駆動できますか？

いいえ。 これはほぼ確実にLEDを破壊します。LEDは電流駆動デバイスです。定電圧源は、LEDの高度に非線形な接合部を流れる電流を制御できません。直列抵抗、またはより高性能を求める場合は定電流駆動回路が必要です。

10.3 青色（BH）LEDの最大順方向電流はなぜ異なるのですか？

最大連続電流が低い（赤/緑の25mAに対して20mA）のは、内部半導体構造（ブルー/グリーンはInGaN、レッドはAlGaInP）の違いと、それに伴う高電流密度での熱特性および効率の違いによる可能性が高く、その結果、ブルー版の許容電力損失(Pd)定格が低くなっています。

10.4 光束強度の許容差±11%はどのように解釈すればよいですか？

これは、製造ロットから取り出した個々のLEDの実際に測定された光度が、データシートに記載されている代表値または公称値から±11%変動する可能性があることを意味します。例えば、代表的なIvが180 mcdの緑色LEDの場合、約160 mcdから200 mcdまでの範囲で測定される可能性があります。均一な輝度を必要とする用途では、狭いビン（CATコード）からLEDを選別する必要があります。

10.5 このLEDは自動車の室内照明に適していますか？

一部の非クリティカルな自動車室内用途（スイッチのバックライトなど）には使用される可能性がありますが、データシートには「軍事/航空宇宙、自動車の安全/セキュリティシステム、医療機器などの高信頼性用途での使用は推奨されない」という具体的な用途制限の注意書きが含まれています。自動車用途、特に安全関連の用途には、自動車グレード規格（例：AEC-Q102）に適合認定された部品を必ず使用する必要があります。

11. デザインと使用事例の検討

シナリオ：コンシューマー向けルーター用のマルチステータスインジケーターパネルの設計。

設計者は、電源（緑）、インターネット活動（点滅緑）、イーサネットリンク（琥珀/赤）を示す必要があります。スペースは限られています。彼らは、電源用に15-13D/GH（緑）を1個、インターネット用（MCUで点滅）に1個、イーサネットインジケーター用に15-13D/R6（赤）を1個選択します（琥珀色は、赤色LEDを低電流で駆動するか、ディフューザーを使用することで近似できます）。

実装: MCUのGPIOピンは3.3Vです。緑色LED（順方向電圧VF 代表値3.3V）の場合、電圧降下は電源電圧とほぼ等しく、抵抗器に必要な余裕電圧がほとんどありません。設計者は、十分な輝度を確保しつつ確実な点灯を実現するため、より低い電流（例：10mA）を使用し、R = (3.3V - 3.3V)/0.01A = 0Ωと計算するかもしれません。これは問題があります。代わりに、トランジスタを使用するか、LEDのカソードに接続された電流シンクモードに設定されたGPIOピンを使用し、アノードは適切な抵抗器を介してより高い電圧レール（例：5V）に接続します。このケースは、駆動回路の電圧をLEDのVFに適合させることの重要性を示しています。

12. 動作原理

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネセンスと呼ばれるプロセスによって光を発する半導体p-n接合デバイスです。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接合部を越えて注入されます。これらの電荷キャリアは、接合部付近の活性領域で再結合します。高効率なLEDでは、この再結合は直接遷移型半導体材料で起こります。再結合時に放出されるエネルギーは光子（光の粒子）として放出されます。発光の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギー（Eg）によって決まります：E = hc/λ。ここで、hはプランク定数、cは光速、λは波長です。15-13Dは、赤色光にはAlGaInP（より低いエネルギー／より長い波長のための大きなバンドギャップ）、緑色および青色光にはInGaN（より高いエネルギー／より短い波長のための小さなバンドギャップ）を使用しています。エポキシ樹脂レンズは光出力を整形し、環境保護を提供します。

13. 技術トレンド

15-13Dは成熟したSMD LED技術の一例です。インジケータLED市場における一般的なトレンドは、以下の方向へ進み続けています：

• さらなる小型化： 発光効率を維持または向上させながら、より小型のパッケージ（例：1.0x0.5mm、チップスケール）を実現。
• 高効率化： ワット当たりのルーメン（lm/W）またはミリアンペア当たりのミリカンデラ（mcd/mA）を向上させ、同一輝度での消費電力を低減。
• 信頼性と堅牢性の向上： 最高接合温度の向上、耐湿性の改善、高温動作寿命（HTOL）試験における性能向上。
• 統合ソリューション： 単一パッケージ内に定電流抵抗、保護ダイオード（ESD、逆極性）、さらにはドライバICを内蔵したLED。
• 広色域化と均一性の向上： フルカラーディスプレイや視覚的一様性が極めて重要なインジケータアレイの要求を満たすため、色と輝度のビニングを厳密化。

新しいパッケージも存在するが、15-13Dはサイズ、性能、コストのバランスが最適な汎用インジケータ用途において、信頼性が高く広く使用される主力部品として残っている。