SMD LED 19-237Bシリーズ データシート - パッケージ 2.0x1.6x0.9mm - 電圧 1.7-3.3V - マルチカラー - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-237B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を大幅に進化させたものであり、プリント基板（PCB）の占有面積を大幅に削減し、部品実装密度を向上させ、最終的にはより小型・軽量なエンドユーザー機器の開発に貢献します。軽量な構造は、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 中核的利点と製品ポジショニング

19-237B SMD LEDの主な利点は、そのミニチュアフットプリントと表面実装技術に由来します。パッケージは、直径7インチのリールに巻かれた8mmテープ上で供給され、大量生産で標準的な自動実装機との完全な互換性を確保します。この互換性により、生産プロセスが合理化され、組立時間が短縮され、人的ミスの可能性が最小限に抑えられます。さらに、このデバイスは赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスの両方での使用に適格であり、製造ラインのセットアップに柔軟性を提供します。主要な特徴は、異なる半導体チップ材料によって実現される、単一パッケージフットプリント内でのマルチカラー機能です。本製品は鉛フリーで製造され、有害物質使用制限（RoHS）指令に準拠するように設計されており、世界的な環境および規制要件に対応しています。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

19-237Bは、幅広い民生用、産業用、通信機器向けをターゲットとしています。主なアプリケーション分野には、計器盤ダッシュボードやメンブレンスイッチのバックライトとしての均一な照明が含まれます。通信機器では、電話機やファクシミリなどの機器における状態表示灯やキーパッドバックライトとして機能します。また、液晶ディスプレイ（LCD）、スイッチパネル、シンボルアイコン用のフラットなバックライト光源としても適しています。最後に、その汎用設計により、複数の業界にわたる様々な表示灯および低照度照明タスクにおける汎用的な選択肢となっています。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに規定された電気的、光学的、熱的パラメータについて、信頼性の高い回路設計とシステム統合に不可欠な詳細かつ客観的な分析を提供します。

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらは動作条件ではありません。19-237Bシリーズでは、すべての定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。最大逆電圧（V_R）は、すべてのカラーコードで5Vです。最大連続順方向電流（I_F）は25 mAです。デューティサイクル1/10、周波数1 kHzで適用されるピーク順方向電流（I_FP）は、R6（赤）チップで60 mA、GH（緑）およびBH（青）チップで100 mAと異なります。最大許容損失（P_d）は、R6で60 mW、GH/BHで95 mWです。人体モデル（HBM）静電気放電（ESD）耐圧は、R6で2000V、GH/BHで1500Vであり、赤色チップのESD保護が若干頑丈であることを示唆しています。動作温度範囲（T_opr）は-40°Cから+85°C、保存温度範囲（T_stg）は-40°Cから+90°Cです。はんだ付け温度プロファイルは重要です：リフローはんだ付けでは、デバイスは260°Cで10秒間耐えられます；手はんだ付けでは、350°Cで3秒間が限界です。

2.2 電気光学特性

電気光学特性は、Ta=25°C、標準試験電流（I_F）=5mAで測定され、設計のための主要な性能指標を提供します。

• 光度（I_v）：これは単位立体角あたりの知覚される光束です。代表的な範囲は以下の通りです：R6: 18.0-57.0 mcd；GH: 28.5-112 mcd；BH: 11.5-28.5 mcd。緑色バリアントが通常、最も高い出力を提供します。
• 指向角（2θ_1/2）：光度が最大光度の半分となる全角です。通常120度であり、面照明や表示灯に適した広く拡散した発光パターンを示しています。
• ピーク波長（λ_p）：スペクトル発光が最大となる波長です。代表値は以下の通りです：R6: 632 nm；GH: 518 nm；BH: 468 nm。
• 主波長（λ_d）：人間の目がLEDの色と一致すると知覚する単一波長です。範囲：R6: 613-627 nm；GH: 520-535 nm；BH: 465-475 nm。許容差は±1nmです。
• スペクトル放射帯域幅（Δλ）：半値全幅におけるスペクトル幅です。代表値：R6: 20 nm；GH: 35 nm；BH: 25 nm。緑色に見られるような広い帯域幅は、色純度に影響を与える可能性があります。
• 順方向電圧（V_F）：試験電流におけるLED両端の電圧降下です。範囲：R6: 1.7-2.2 V；GH: 2.6-3.3 V；BH: 2.6-3.3 V。許容差は±0.10Vです。このパラメータは、電流制限抵抗の計算に極めて重要です。
• 逆方向電流（I_R）：5Vの逆バイアスを印加したときのリーク電流です。最大値：R6: 10 μA；GH/BH: 50 μA。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、主要な光学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定義しており、大量生産における一貫性を確保します。設計者は、アプリケーションにおける色と輝度の均一性を保証するために、ビンを指定する必要があります。

3.1 光度ビニング

LEDは、I_F=5mAで測定された光度に基づいてビンに分類されます。

• R6（赤）：ビン M (18.0-28.5 mcd)、N (28.5-45.0 mcd)、P (45.0-57.0 mcd)。
• GH（緑）：ビン N (28.5-45.0 mcd)、P (45.0-72.0 mcd)、Q (72.0-112 mcd)。
• BH（青）：ビン L (11.5-18.0 mcd)、M (18.0-28.5 mcd)。

ビン内での光度の許容差は±11%です。

3.2 主波長ビニング（GH 緑用）

GH（緑）LEDについては、主波長に対する追加のビニングが提供されています：ビン 1 (520-525 nm)、ビン 2 (525-530 nm)、ビン 3 (530-535 nm)。許容差は±1nmです。これにより、状態表示灯など色の意味が標準化されているアプリケーションにおいて重要な、精密な色選択が可能になります。

4. 特性曲線分析

データシートには、各LED色（R6、GH、BH）の代表的な特性曲線が含まれており、非標準条件下でのデバイス動作を理解するのに非常に貴重です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

この曲線は、順方向電流と順方向電圧の間の指数関数的関係を示しています。すべての色について、電圧は電流とともに増加します。赤色（R6）LEDは、緑色および青色LEDと比較して、所定の電流に対して順方向電圧が著しく低く、これは異なる半導体材料（AlGaInP vs. InGaN）の特性です。この違いは、特にマルチカラーアレイにおいて、駆動回路設計で考慮する必要があります。

4.2 光度 vs. 順方向電流

これらのプロットは、代表的な動作範囲（〜20mAまで）において、光度が順方向電流とほぼ線形に増加することを示しています。しかし、効率（ルーメン毎ワット）は特定の電流でピークに達し、その後加熱やその他の影響により低下する可能性があります。設計者は、輝度が無限に線形にスケールすると仮定すべきではありません。

4.3 光度 vs. 周囲温度

これは熱管理にとって重要な曲線です。すべての色の光度は、周囲温度が上昇すると減少します。特に、AlGaInP赤色LEDよりも一般的に温度に敏感なInGaNベースの緑色および青色LEDでは、この低下は顕著です。これにより、高温環境では輝度と寿命を維持するために、放熱対策や電流の低下率考慮が必要となります。

4.4 順方向電流低下率曲線

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規定します。温度が上昇すると、デバイスの許容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、最大許容電流を低減しなければなりません。信頼性のために、この曲線に従うことが不可欠です。

4.5 スペクトル分布

スペクトルプロットは、波長全体にわたって放出される光の相対強度を示しています。赤色LED（R6）は、632 nm付近でより狭く明確なピークを持ちます。緑色（GH）は518 nm付近でより広いピークを持ち、青色（BH）は468 nm付近にピークを持ちます。これらのスペクトルの形状と幅は、光の演色性と純度に影響を与えます。

4.6 放射パターン図

極座標放射パターンは、光の空間分布を示しています。各色について提供された図は、120度の指向角と一致する、典型的なランバートまたはニアランバートパターンを示しています。強度は0度（LED面に垂直）で最も高く、端に向かって減少します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

19-237B LEDはコンパクトな長方形パッケージです。主要寸法（mm単位）は以下の通りです：長さ：2.0 ±0.2、幅：1.6 ±0.2、高さ：0.9 ±0.1。カソードはパッケージ上のマーキングで識別されます。リード間隔やはんだパッド形状を含む詳細な寸法図が提供されています。

5.2 推奨パッドレイアウトと極性識別

PCB設計のための参考として、推奨ランドパターン（フットプリント）が含まれており、パッドの寸法は1.4mm x 0.8mmです。データシートは、これが推奨であり、設計者は特定の組立プロセスと信頼性要件に基づいて修正すべきであることを明示しています。誤った配置を防ぐために、パッケージ上面に明確な極性識別（アノードマーク）が示されています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、SMD部品にとって重要です。19-237Bは、ピーク温度260°Cで最大10秒間の標準リフローはんだ付けプロファイルに適合しています。手動修理のためには、350°Cのこて先での手はんだ付けが最大3秒間許容されます。過度の熱によるLEDチップやプラスチックパッケージへの損傷を防ぐために、これらのガイドラインに従うことが重要です。デバイスは、使用するまで元の防湿包装で保管する必要があります。仕様を超える周囲湿度にさらされた場合、リフロー前にポップコーン現象（はんだ付け中の蒸気圧によるパッケージ割れ）を防ぐためにベーキング処理が必要になる場合があります。

7. 包装および発注情報

LEDは、エンボス加工されたキャリアテープ上の防湿包装で供給されます。テープ寸法が規定されています。リールは標準的な直径7インチです。リール上のラベルには、トレーサビリティと検証のための主要情報が提供されます：顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、包装数量（QTY）、光度ランク（CAT）、色度/主波長ランク（HUE）、順方向電圧ランク（REF）、ロット番号（LOT No）。このラベリングシステムにより、正しい材料取り扱いと在庫管理が確保されます。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

19-237B LEDを使用して設計する際には、いくつかの要因を考慮する必要があります。第一に、LEDと直列に電流制限抵抗を必ず使用してください。電源電圧（V_supply）、LEDの順方向電圧（V_F - 信頼性のために最大値を使用）、および所望の順方向電流（I_F）に基づいて抵抗値を計算します。式：R = (V_supply - V_F) / I_F。抵抗の定格電力も考慮してください。第二に、熱的影響を考慮します。アプリケーションが高い周囲温度で動作する場合、提供された曲線に従って順方向電流を低下させ、寿命と安定した光出力を維持してください。第三に、マルチカラーまたはアレイアプリケーションでは、すべてのLED間で視覚的な均一性を確保するために、厳密なビニングコード（CAT、HUE）を指定してください。第四に、PCBパッド設計が適切なはんだフィレットと機械的強度を提供することを確認してください。最後に、アプリケーション用の光ガイドやレンズを設計する際には、指向角（120°）を考慮してください。

9. 技術比較および差別化

より大型のスルーホールLEDと比較して、19-237Bの主な利点は、自動組立と製品の小型化を可能にするミニチュアSMDフットプリントです。SMD LEDの分野内では、その主要な差別化要因には、特定の2.0x1.6mmパッケージサイズ、広い120度指向角、および単一パッケージ外形からの3つの異なる原色（赤、緑、青）の入手可能性が含まれます。マルチワット定格（赤用60mW、緑/青用95mW）および異なるESD定格も、一般的な製品との差別化要因です。標準IR/気相リフローとの互換性と明確なビニング構造により、試作と高品質を意識した大量生産の両方に適しています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λ_p）は、LEDが最も多くの光パワーを放出する物理的な波長です。主波長（λ_d）は、人間の目が見る色と一致する知覚上の単一波長です。これらはしばしば近いですが、特に広いスペクトルを持つLEDでは同一ではありません。

Q: なぜ赤色LEDの順方向電圧は緑色および青色と異なるのですか？

A: 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。赤色LEDは通常、緑色および青色LEDに使用されるInGaN（〜2.4-3.4 eV）よりも低いバンドギャップ（〜1.8-2.0 eV）を持つAlGaInPを使用します。より高いバンドギャップでは、電子を押し通すためにより高い電圧が必要です。

Q: リールラベル上のビニングコード（CAT、HUE、REF）はどのように解釈すればよいですか？

A: これらのコードは、データシートで定義された性能ビンに対応します。CATは光度ビン（例：緑用のN、P、Q）です。HUEは主波長/色度ビン（例：緑用の1、2、3）です。REFは順方向電圧ビンです。これらを指定することで、特性が密にグループ化されたLEDを受け取ることが保証されます。

Q: このLEDを20mAで連続駆動できますか？

A: 連続順方向電流（I_F）の絶対最大定格は25 mAです。したがって、20mAは仕様内です。ただし、特に高い周囲温度では、低下率曲線を参照して、結果として生じる電力損失（P_d = V_F * I_F）が定格の60 mW（R6）または95 mW（GH/BH）を超えないことを確認する必要があります。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：民生機器用マルチカラー状態表示灯の設計。この機器は、電源、スタンバイ、故障状態を示す単一の3色表示灯（赤/緑/青）を必要とします。19-237Bシリーズを使用して、設計者は3つのLED（R6、GH、BH）をPCB上に近接して配置します。色の一貫性を確保するために、例えばすべてにCAT=Pを指定して同様の高輝度を得、緑色LEDにHUE=2を指定して特定の色合いを得るなど、厳密なビンを指定します。各色の特定のV_F（例：5V電源、10mAで赤1.8V、緑/青3.0V）に対して計算された電流制限抵抗を持つ3つの別々の駆動回路を設計します。また、PCBレイアウトが適切な熱放散を提供し、自動組立中の信頼性の高いはんだ付けを容易にするために推奨パッド寸法に従っていることを確認します。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネセンスによって光を放出する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子が活性領域でp型材料からの正孔と再結合します。この再結合により、光子（光粒子）の形でエネルギーが放出されます。放出される光の色（波長）は、活性領域で使用される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。19-237Bは、赤色発光にAlGaInPを、緑色および青色発光にInGaNを使用しています。プラスチックパッケージは、脆弱な半導体チップを保護し、光出力を整形（レンズ）、表面実装のための電気接点を提供する役割を果たします。

13. 技術トレンド

SMD LED市場は、より高い効率（ワットあたりのルーメン数の増加）、電力密度の向上、さらにはより小さなパッケージサイズに向けて進化し続けています。演色性と一貫性の向上（より厳密なビニング）に向けた強いトレンドがあります。さらに、定電流ドライバやパルス幅変調（PWM）コントローラなどの制御電子機器をLEDパッケージに直接統合したスマートLEDがより一般的になりつつあります。環境規制は、有害物質の排除とリサイクル性の向上を引き続き推進しています。19-237Bに体現されている原理—小型化、自動化互換性、マルチカラー機能—は、固体照明および表示技術におけるこれらの継続的な発展の中心であり続けています。