SMD LED 22-23/R6GHBHC-A01/2C データシート - マルチカラー - 電圧 2.0-3.7V - 電力 60-95mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

22-23シリーズは、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、コンパクトなマルチカラー表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は、従来のリードフレーム型LEDよりも大幅に小型であり、プリント基板（PCB）のサイズと機器全体の占有面積を大幅に削減することが可能です。軽量な構造は、特にスペースに制約のあるポータブル機器に適しています。

本シリーズは、異なる半導体材料に基づく3つの異なるカラーバリエーションで提供されています：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）。すべてのバリエーションは、ウォータークリア樹脂パッケージで供給されます。本製品は、鉛フリー（RoHS）製造要件に完全準拠しており、標準的な赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスと互換性があり、自動組立ラインへの容易な統合を可能にします。7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上に実装された状態で出荷されます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。これらは推奨動作条件ではありません。

• 逆電圧（V_R）：すべてのタイプで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。
• 順方向電流（I_F）：すべてのR6、GH、BHタイプの最大連続DC順方向電流は25mAです。
• ピーク順方向電流（I_FP）：デューティサイクル1/10、周波数1kHzで規定される最大許容パルス順方向電流は、タイプによって異なります：R6は60mA、GHは95mA、BHは100mA。このパラメータは、パルス動作アプリケーションにおいて重要です。
• 電力損失（P_d）：デバイスが消費できる最大電力は、R6で60mW、GHおよびBHで95mWです。この限界は、パッケージの熱特性によって決定されます。
• 動作・保管温度：デバイスの動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-40°Cから+90°Cです。
• 静電気放電（ESD）：すべてのバリエーションのESD耐圧は2000V（人体モデル）であり、標準的なESD感度レベルを示します。適切なESD取り扱い上の注意が必要です。
• はんだ付け温度：デバイスは、ピーク温度260°Cで10秒間のリフローはんだ付け、または350°Cで3秒間の手はんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、順方向電流（I_F）20mA、周囲温度（T_a）25°Cの条件下で測定され、典型的な動作条件を表しています。

• 光度（I_v）：典型的な光出力はタイプによって大きく異なります：R6（45-180mcd）、GH（112-450mcd）、BH（28.5-112mcd）。GH（グリーン）バリエーションが最も高い典型的な出力を提供します。
• 指向角（2θ_1/2）：すべての色で広い120度の指向角が典型的であり、インジケータやバックライト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・主波長（λ_p、λ_d）：発光色を定義します。典型的な値は以下の通りです：R6（λ_p632nm、λ_d615-630nm）、GH（λ_p518nm、λ_d510-540nm）、BH（λ_p468nm、λ_d460-480nm）。
• 順方向電圧（V_F）：20mA時のLED両端の電圧降下です。R6 LEDは典型的なV_Fが2.0V（最小1.7V、最大2.4V）と低い一方、GHおよびBHタイプは典型的なV_Fが3.3V（最小2.7V、最大3.7V）と高くなっています。これは、駆動回路設計と消費電力計算における重要なパラメータです。
• 逆電流（I_R）：逆バイアスで5Vを印加した時のリーク電流は、R6タイプで最大10μAと規定されています。

3. ビニングシステムの説明

製造時の色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはI_F= 20mA時の光度に基づいてビンに仕分けられます。各カラーバリエーションには独自のビニング構造があります。

• R6（レッド）：ビン P（45.0-72.0 mcd）、Q（72.0-112 mcd）、R（112-180 mcd）。
• GH（グリーン）：ビン R（112-180 mcd）、S（180-285 mcd）、T（285-450 mcd）。
• BH（ブルー）：ビン N（28.5-45.0 mcd）、P（45.0-72.0 mcd）、Q（72.0-112 mcd）。

データシートには、各ビン内での光度許容差が±11%であることが記載されています。正確な色合わせのため、主波長と順方向電圧もそれぞれ±1nmおよび±0.1Vの許容差で管理されています。これらは通常、パッケージラベル上のHUEおよびREFコードで示されます。

4. 特性曲線分析

データシートには、各LEDタイプ（R6、GH、BH）の典型的な特性曲線が提供されており、非標準条件下でのデバイスの挙動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曲線）

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。R6（レッド）LEDは、GH/グリーンおよびBH/ブルーLED（約3.0V）と比較して、より低いニー電圧（約1.8V）を持ち、これは異なる半導体材料（AlGaInP vs. InGaN）に起因します。このグラフは、適切な電流制限抵抗または定電流ドライバを選択する上で極めて重要です。

4.2 光度 vs. 順方向電流

これらのプロットは、光出力が広い範囲で電流にほぼ比例して増加することを示しています。ただし、絶対最大定格を超えて動作させると、寿命が短縮され、故障を引き起こす可能性があります。これらの曲線は、設計者が信頼性を維持しながら所望の輝度を得るための駆動電流を最適化するのに役立ちます。

4.3 光度 vs. 周囲温度

すべてのLEDタイプは、周囲温度が上昇すると光出力が低下します。出力は通常、25°Cで100%に正規化されます。低下率は異なりますが、この熱的デレーティングを理解することは、広い温度範囲（例：自動車のダッシュボード）で動作するアプリケーションにおいて、高温時にも十分な輝度が維持されることを保証するために重要です。

4.4 順方向電流デレーティング曲線

この曲線は、周囲温度の関数としての最大許容連続順方向電流を示します。温度が上昇すると、デバイスの電力損失限界を超えたり、熱暴走を引き起こしたりするのを防ぐために、最大安全電流は減少します。信頼性の高い動作のためには、この曲線に従うことが必須です。

4.5 スペクトル分布

これらのグラフは、異なる波長にわたる発光の相対強度を示しています。LEDに典型的な狭い発光帯を、そのピーク波長（λ_p）を中心に示しています。スペクトル帯域幅（Δλ）は表で提供されています（例：R6は20nm）。

4.6 放射パターン図

これらの極座標プロットは、光強度の空間分布を示し、120度の指向角を確認します。パターンは一般的にランバート（余弦）的であり、シンプルなドームレンズを持つLEDでは一般的です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDはコンパクトなSMDフットプリントを持ちます。主要寸法（mm単位、特に記載のない限り許容差±0.1mm）には、本体サイズ約2.0mm x 2.0mm、および典型的な高さが含まれます。アノードとカソードのパッド位置を示す詳細な寸法図が提供されています。

5.2 パッド設計と極性識別

参考として推奨PCBランドパターン（パッドレイアウト）が含まれていますが、設計者は自身の特定のプロセス要件に基づいて修正することを推奨します。LEDのカソード側は、パッケージ本体にグリーンマスクで明確にマークされており、組立時の正しい向きを確保するために不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

本デバイスは、標準的な赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。重要なパラメータはピークはんだ付け温度であり、260°Cを10秒以上超えてはなりません。手はんだ付けの場合、はんだごて先端温度は350°Cに制限し、最大3秒間とします。これらの制限は、LEDの内部構造とエポキシレンズへの損傷を防ぎます。部品は湿気に敏感であり、乾燥剤入りの防湿包装で出荷されます。包装を開封した場合は、リフロー中のポップコーン現象を避けるために、標準的なMSL（湿気感受性レベル）取り扱い手順に従う必要があります。

7. 包装および注文情報

LEDは、幅8mmのエンボスキャリアテープに実装され、7インチ径のリールに巻かれて供給されます。各リールには2000個が含まれます。包装には乾燥剤を含む防湿アルミ袋が含まれます。リールラベルには、トレーサビリティとビン選択のための重要な情報、すなわち光度ランク（CAT）、主波長ランク（HUE）、順方向電圧ランク（REF）のコード、および品番（P/N）、ロット番号、数量が記載されています。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：家電製品、自動車ダッシュボード、産業用制御パネルにおけるシンボル、スイッチ、小型LCDパネルのバックライトに最適です。
• 状態表示：通信機器（電話、ファックス）、コンピュータ周辺機器、家電製品における電源、接続、モード表示に最適です。
• 一般照明：装飾照明、アクセント照明、およびコンパクトサイズと低消費電力が優先されるその他のアプリケーションに適しています。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に直列抵抗または定電流ドライバを使用して、順方向電流を所望の値（例：典型的な仕様では20mA）に制限してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F.
• 熱管理：電力は低いですが、高温環境または最大電流付近で動作する場合は、接合温度を安全限界内に維持するために、十分なPCB銅面積またはスルーホールを確保してください。
• ESD保護：LEDがユーザーがアクセス可能な場所にある場合、2000V HBM定格は控えめであるため、入力ラインにESD保護を実装してください。
• 光学設計：広い指向角のため、バックライトアプリケーションで均一な照明を実現するには、光ガイドまたは拡散板が必要になる場合があります。

9. 技術比較と差別化

22-23シリーズの主な利点は、非常に小さなフォームファクタ（高密度PCBレイアウトを可能にする）と、単一のパッケージ外形で3つの異なる明るい色が利用可能であることの組み合わせにあります。大型のスルーホールLEDと比較して、大幅なスペースと重量の節約を提供します。グリーンとブルーにInGaN技術を使用することで、従来技術よりも高い効率と輝度を実現しています。自動ピックアンドプレースおよびリフローはんだ付けとの互換性により、製造工程が合理化され、手動挿入と比較して組立コストを削減できます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λ_p）は、発光スペクトルの強度が最大となる単一波長です。主波長（λ_d）は、LEDの出力の知覚される色に一致する単色光の波長です。λ_dは、アプリケーションにおける色指定により関連性が高いです。

10.2 5V電源でLEDを直接駆動できますか？

できません。LED（特にV_Fが約2.0Vのレッドタイプ）に5Vを直接印加すると、過剰な電流が流れ、瞬時にデバイスを破壊します。常に電流制限機構（抵抗またはレギュレータ）が必要です。

10.3 なぜレッドとグリーン/ブルーの順方向電圧は異なるのですか？

順方向電圧は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まります。AlGaInP（レッド）はInGaN（グリーン/ブルー）よりもバンドギャップが低いため、発光に必要な順方向電圧が低くなります。

10.4 ラベル上のビンコード（CAT、HUE、REF）をどのように解釈すればよいですか？

これらのコードにより、厳密に制御されたパラメータを持つLEDを選択することができます。CATは光度ビン（例：レッドのP、Q、R）に対応します。HUEは主波長ビンに対応します。REFは順方向電圧ビンに対応します。同じビンからのLEDを使用することで、製品全体での輝度と色の一貫性が確保されます。

11. 実践的な設計と使用事例

シナリオ：ポータブル機器用マルチステータスインジケータの設計設計者は、充電中（赤）、充電完了（緑）、Bluetooth動作中（青）を示すためのコンパクトで低電力のLEDを必要としています。22-23シリーズは理想的な選択です。設計者は以下の手順を踏みます：

1. R6、GH、BHバリエーションを選択します。
2. 3つの独立した駆動回路を持つPCBを設計します。3.3Vシステム電源の場合、直列抵抗を計算します：R_赤= (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65Ω（標準68Ωを使用）。R_緑/青= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0Ω。これは、電源電圧が典型的なV_Fにあることを示しており、抵抗を用いた安定動作のためには、定電流ドライバまたはわずかに高い電源電圧が必要です。
3. 推奨パッドレイアウトに従って基板上にLEDを配置し、グリーンマスクマーカーを介して正しい極性を合わせます。
4. マイクロコントローラをプログラムして、GPIOピン（適切な電流シンク/ソース能力を持つ）を介してLEDを20mAで駆動します。
5. 調達時に同じ光度ビン（例：レッド/ブルーはQ、グリーンはR）を指定することで、輝度の均一性を確認します。

12. 原理紹介

発光ダイオード（LED）は、電流が流れると光を発する半導体デバイスです。この現象はエレクトロルミネセンスと呼ばれ、デバイス内で電子と正孔が再結合する際に光子の形でエネルギーを放出することで発生します。発光の色（波長）は、活性領域で使用される半導体材料のエネルギー・バンドギャップによって決まります。22-23シリーズは、赤色光にAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）、緑色および青色光にInGaN（インジウム・ガリウム・窒化物）を利用しています。これらの化合物半導体により、可視スペクトル全体で効率的な光生成が可能になります。SMDパッケージは、微小な半導体チップを透明なエポキシ樹脂で封止し、レンズとして機能させて光出力を整形し、機械的および環境的保護を提供します。

13. 開発動向

22-23シリーズのようなSMD LEDの一般的な動向は、より高い発光効率（電気入力ワット当たりのより多くの光出力）、改善された演色性、およびより高い動作温度での信頼性向上に向かっています。パッケージングは、より強力なチップからの光を効率的に取り出し、熱を管理するために進化し続けています。さらに小型化への強い推進力もあり、超コンパクト機器ではさらに小さなパッケージフットプリントが標準になりつつあります。さらに、制御電子機器（例：定電流ドライバ、PWMコントローラ）をLEDパッケージに直接統合する動きも成長しており、エンドユーザーにとっての回路設計を簡素化しています。基礎となる材料科学は進歩を続け、効率の限界を押し広げ、新たな波長範囲を可能にしています。