SMD LED 91-21SYGC/S530-XX/XXX データシート - 2.0x1.25x1.1mm - 2.0V - 40mW - ブリリアントイエローグリーン - 日本語技術文書

1. 製品概要

91-21シリーズは、現代のコンパクトな電子機器アプリケーション向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品はAlGaInP半導体技術を利用してブリリアントイエローグリーンの光出力を生成し、ウォータークリア樹脂で封止されています。その主な設計目標は、信頼性の高い性能を維持しながら、小型化と高密度基板レイアウトを可能にすることです。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

91-21 LEDの主な利点は、従来のリード部品と比較してフットプリントが大幅に縮小されていることです。これにより、より小型のプリント基板（PCB）設計、より高い部品実装密度、保管スペースの削減が可能となり、最終的にはより小型のエンドユーザー機器の開発に貢献します。軽量であるため、特に小型・携帯機器アプリケーションに適しています。さらに、部品は自動実装機との互換性を考慮して設計されており、高い実装精度と製造効率を保証します。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

このLEDは、コンパクトで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幅広い民生用、産業用、オフィス機器をターゲットとしています。典型的なアプリケーションシナリオは以下を含みますが、これらに限定されません：

• 屋内機器の状態表示インジケータ。
• LCDパネル、メンブレンスイッチ、および制御パネル記号のバックライト。
• オフィスオートメーション機器（例：プリンター、スキャナー）におけるインジケータおよびバックライト機能。
• 携帯型バッテリー駆動機器におけるバッテリー状態表示およびキーパッドバックライト。
• オーディオ/ビデオ機器におけるインジケータランプおよびディスプレイバックライト。
• 自動車または制御パネルにおけるダッシュボードおよびスイッチのバックライト。
• 電話機やファクシミリなどの通信機器におけるインジケータおよびバックライト機能。

2. 技術仕様と詳細解説

このセクションでは、LEDの動作限界と性能を定義する電気的、光学的、および熱的パラメータの詳細な内訳を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、これを超えるとデバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレス限界を定義します。これらの限界付近での長時間の動作は推奨されません。

• 逆電圧（V_R)）：5 V。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。
• 連続順方向電流（I_F)）：20 mA。これは推奨される最大DC動作電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP)）：60 mA。パルス条件下（デューティサイクル 1/10 @ 1 kHz）でのみ許容されます。
• 電力損失（P_d)）：60 mW。パッケージが放散できる最大電力で、V_F* I_F.
• として計算されます。_{動作温度（T})opr）：-40°C から +85°C。信頼性のある動作のための周囲温度範囲です。
• 保管温度（T_{stg）：-40°C から +100°C。}): -40°C to +100°C.
• 静電気放電（ESD）：2000 V（人体モデル）に耐えます。適切なESD取り扱い手順が不可欠です。
• はんだ付け温度：リフロー：最大10秒間、ピーク260°C。手はんだ：端子ごとに最大3秒間、350°C。

2.2 電気光学特性（T_a= 25°C）

これらのパラメータは、指定された試験条件下でのLEDの典型的な性能を記述します。

• 光度（I_v)）：I_F= 20 mAで測定。複数のランク（E1からE4）で利用可能で、典型的な値は198 mcdから630 mcdの範囲です。±11%の許容差が適用されます。
• 指向角（2θ_{1/2）：25度。これは、光度がピーク強度の少なくとも半分である角度の広がりを定義します。}): 25 degrees. This defines the angular spread where luminous intensity is at least half of the peak intensity.
• ピーク波長（λ_p)）：575 nm（典型値）。スペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d)）：573 nm（典型値）、許容差±1 nm。これは、人間の目が光の色として知覚する単一波長です。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：20 nm（典型値）。最大強度の半分における発光スペクトルの幅です。
• 順方向電圧（V_F)）：2.0 V（典型値）、I_F= 20 mAで1.7 Vから2.4 Vの範囲、典型値に対して±0.1Vの許容差があります。
• 逆電流（I_R)）：V_R= 5 Vで10 μA（最大）。

3. ビニングシステムの説明

製品は、アプリケーション設計における一貫性を確保するために、異なる性能ビンに分類されています。選択ガイドは主要なビニングパラメータを示しています。

3.1 光度ビニング（CAT）

光出力は、E1からE4までのラベルが付けられたランクに分類されます。詳細は電気光学特性表に記載されています。設計者は、アプリケーションに必要な明るさに基づいて、指定された最小値と典型値を考慮し、適切なランクを選択する必要があります。

3.2 波長ビニング（HUE）

主波長は、典型値573 nmを中心に±1 nmの厳しい許容差で管理されています。これにより、異なる製造ロットやユニット間で非常に一貫した色知覚が保証されます。

3.3 順方向電圧ビニング（REF）

順方向電圧もビニングされており、典型値は2.0V、許容差は±0.1Vです。この情報は、特に電圧マージンが限られているバッテリー駆動アプリケーションにおいて、電流制限回路を設計する上で重要です。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフィカル曲線が参照されていますが、以下の分析は標準的なLEDの動作と提供されたパラメータに基づいています。

4.1 順方向電流対順方向電圧（I-V曲線）

LEDは、20mAで典型的な順方向電圧2.0Vを示します。すべてのダイオードと同様に、V_Fは負の温度係数を持ち、接合温度が上昇するとわずかに減少することを意味します。指定されたV_F範囲（1.7V-2.4V）は、適切な電流制御を保証するためにドライバ設計で考慮されなければなりません。

4.2 光度対順方向電流

光度は、動作範囲内では順方向電流にほぼ比例します。絶対最大電流（20mA DC）を超えて動作させると、光出力は増加しますが、より多くの熱を発生させ、ルーメン減衰の加速や致命的な故障につながる可能性があります。

4.3 温度特性

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると一般的に減少します。広い動作温度範囲（-40°Cから+85°C）は堅牢な性能を示していますが、設計者は、高周囲温度または高駆動電流で動作させる場合、一貫した明るさを維持するために熱管理を考慮する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法（91-21）

部品はコンパクトなSMDフットプリントを持っています。主要な寸法（mm単位）には、典型的なパッケージサイズが含まれます。カソードは通常、マーキングまたは特定のパッド形状（例：ノッチやラベル説明に示される緑色のマーキング）によって識別されます。PCBランドパターン設計のための正確な寸法図がデータシートに提供されています。

5.2 極性識別

正しい極性は非常に重要です。データシートには、パッケージ上の極性識別マーキングが示されています。カソードは通常マークされています。設計者は、PCBフットプリントがこの向きと一致することを確認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

これらのガイドラインに従うことは、信頼性と実装プロセス中の損傷防止に不可欠です。

6.1 リフローはんだ付けプロファイル（無鉛）

推奨温度プロファイルが提供されています：

• 予熱：150-200°C、60-120秒間。
• 液相線以上時間（217°C）：60-150秒間。
• ピーク温度：最大260°C、最大10秒間保持。
• 255°C以上時間：最大30秒間。
• 加熱/冷却速度：最大3°C/秒（加熱）、6°C/秒（冷却）。

6.2 手はんだ

手はんだが避けられない場合は、先端温度が350°C以下のはんだごてを使用し、各端子に3秒を超えて熱を加えないでください。低電力のごて（≤25W）を使用し、各端子のはんだ付けの間に少なくとも2秒の間隔を空けて、熱衝撃を防ぎます。

6.3 湿気感受性と保管

LEDは防湿バッグに梱包されています。

• 開封前：≤30°C、≤90% RHで保管してください。
• 開封後：フロアライフは、≤30°C、≤60% RHで72時間です。未使用部品は、乾燥剤とともに防湿パッケージに再密封する必要があります。
• ベーキング：保管時間を超えた場合、または乾燥剤が湿気を示した場合は、使用前に60±5°Cで24時間ベーキングしてください。

7. 梱包および注文情報

7.1 標準梱包

デバイスは、自動実装機と互換性のある、直径7インチのリール上の12mm幅エンボスキャリアテープで供給されます。袋詰め（1000個/袋）も利用可能です。

7.2 ラベル説明

リールまたはパッケージラベルには、いくつかの主要な識別子が含まれています：

• CPN：顧客の製品番号。
• P/N：メーカーの製品番号（例：91-21SYGC/S530-XX/XXX）。
• LOT No.：トレーサブルな製造ロット番号。
• QTY：パッケージ内の個数。
• CAT, HUE, REF：それぞれ、光度、主波長、順方向電圧のランクのコード。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 電流制限は必須

外部の電流制限抵抗は絶対に必要です。LEDの指数関数的なI-V特性は、順方向電圧のわずかな増加が、大きく、破壊的になる可能性のある電流の増加を引き起こすことを意味します。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_supply- V_F) / I_F。常にデータシートの最大V_Fを使用して、最悪条件下でもI_Fが20mAを超えないことを保証する保守的な設計を行ってください。

8.2 熱管理

電力損失は低い（最大60mW）ですが、PCBパッドを通じて十分な放熱を確保することは、特に高周囲温度環境または最大電流で駆動する場合に良い習慣です。これは安定した光出力と長期信頼性の維持に役立ちます。

8.3 ESD保護

2000VのESD耐性定格を持つため、取り扱いおよび実装中の標準的なESD予防措置が必要です。過酷な環境では、最終アプリケーションの敏感なラインに過渡電圧抑制を組み込むことが必要になる場合があります。

9. 技術比較と差別化

91-21 LEDは、非常に小さな2.0x1.25mmのフットプリント、そのサイズに対して比較的高い光度（最大630 mcd 典型値）、およびAlGaInPチップ材料によって生成される特定のブリリアントイエローグリーン色の組み合わせによって差別化されています。従来のスルーホールLEDと比較して、大幅なスペース節約を提供します。他のSMD LEDと比較して、その主な利点は、光取り出しを最大化するためのクリア樹脂と明確に定義された指向角であり、指向性ビームが有益なインジケータとバックライトの両方の役割に適しています。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 5V電源で使用する抵抗値はいくつですか？

公式 R = (V_supply- V_F) / I_Fを使用し、最悪ケースのV_Fを2.4V、目標I_Fを20mAと仮定します：R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 オーム。最も近い標準的な高い値（例：150 オーム）を選択すると安全マージンが得られ、電流は約17.3mAになります。

10.2 定電圧源を使用して抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

No.これはほぼ確実にLEDを破壊します。順方向電圧は固定値ではなく、ダイオード接合部の特性です。典型的なV_F(2.0V)に設定された定電圧源は電流を制御せず、わずかな変動や温度変化により制御不能な電流が流れます。

10.3 カソードをどのように識別しますか？

データシートのパッケージ外形図を参照してください。カソードは通常、パッケージの上面または側面の緑色のマーキング、またはパッドレイアウトの特定の特徴（例：カソードパッドが正方形でアノードが丸い、またはその逆）によって示されます。

11. 実践的な設計と使用例

シナリオ：携帯機器の低バッテリーインジケータの設計。デバイスは3.3Vの安定化電源を使用します。目標は、バッテリーが低下したときにLEDが明るく点灯することです。良好な視認性のために、E3ビン（400-630 mcd）の91-21 LEDが選択されます。計算：R = (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 オーム。47オームの標準抵抗が選択されます。マイクロコントローラのGPIOピンはオープンドレイン出力として構成され、電流をグランドに流してLEDを点灯させます。91-21のコンパクトなサイズにより、携帯機器の混雑したPCB上の非常に小さな領域に収めることができます。

12. 動作原理

LEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。チップ材料はアルミニウムガリウムインジウムリン（AlGaInP）です。接合部の内蔵電位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、そこで再結合します。この再結合イベントは、光子（光）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、それが今度は発光の波長（色）を定義します。この場合はブリリアントイエローグリーン（約573 nm）です。ウォータークリアエポキシ樹脂封止材はチップを保護し、レンズとして機能して、光出力を指定された25度の指向角に形成します。

13. 技術トレンド

91-21 LEDは、電子機器の小型化というより広範なトレンドの中で、成熟した信頼性の高い技術を代表しています。SMD LEDにおける継続的な開発は、いくつかの主要な分野に焦点を当てています：発光効率の向上（電気入力ワット当たりの光出力の増加）、照明アプリケーションのための色の一貫性と演色性指数（CRI）の改善、より小さなパッケージサイズ（例：01005、マイクロLED）の開発、およびより高い温度・湿度条件下での信頼性の向上です。さらに、制御電子機器をLEDダイと直接統合すること（例：IC駆動LED）は、スマート照明アプリケーションの成長トレンドです。特定の色とコンパクトなインジケータ/バックライトの役割に焦点を当てた91-21は、この進化する状況の中で基本的で広く使用されている部品であり続けています。