SMD LED 19-223/R7G6C-A01/2T データシート - パッケージ 2.0x1.25x0.8mm - 電圧 2.0-2.4V - マルチカラー - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-223は、高密度実装と信頼性の高い性能を要求す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を大幅に進歩させ、より小型、軽量、効率的な最終製品の開発を可能にします。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

19-223 SMD LEDの主な利点は、その極小フットプリントです。リード付き部品と比較して大幅に縮小されたサイズにより、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、そして最終的にはよりコンパクトな機器の製造が可能になります。軽量構造はさらに、重量が重要な要素となる携帯機器や小型アプリケーションに理想的です。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

このLEDは汎用性が高く、いくつかの主要なアプリケーション分野をターゲットとしています：

• 自動車・計測機器：ダッシュボードインジケータおよびスイッチのバックライト。
• 通信機器：電話機、ファクシミリ、その他の通信機器における状態表示およびバックライト。
• 民生電子機器：液晶ディスプレイ(LCD)のフラットバックライト、スイッチ照明、シンボル照明。
• 汎用表示：様々な産業における幅広い状態表示ニーズに対する信頼性の高いソリューション。

2. 技術仕様詳細解説

このセクションでは、データシートに定義されたLEDの主要な技術パラメータについて、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限界を定義します。これらの条件下またはその近傍での動作は保証されません。

• 逆電圧 (V_R)：5V。これは比較的低い値であり、このLEDが逆バイアス動作向けに設計されておらず、逆電圧が発生する可能性のある回路では保護が必要であることを強調しています。
• 連続順方向電流 (I_F)：R7 (ダークレッド) および G6 (ブリリアントイエローグリーン) チップ共に 25 mA。
• ピーク順方向電流 (I_FP)：60 mA (デューティサイクル 1/10 @ 1kHz)。これにより、より高い電流の短いパルスが可能となり、マルチプレクシングやより高い瞬間輝度の達成に有用です。
• 電力損失 (P_d)：60 mW。このパラメータは順方向電圧と組み合わさり、所定の熱条件下での最大持続可能順方向電流を決定します。
• 静電気放電 (ESD) 人体モデル (HBM)：2000V。これは中程度のESD耐性を示しますが、組立時には標準的なESD取り扱い注意事項が依然として必要です。
• 動作・保管温度：-40°C ～ +85°C (動作)、-40°C ～ +90°C (保管)。この広い範囲により、過酷な環境下での信頼性が確保されます。
• はんだ付け温度：リフローはんだ付け (ピーク260°C、最大10秒) および手はんだ付け (350°C、最大3秒) に対応。

2.2 電気光学特性

これらは、特に指定がない限り、Ta=25°C、I_F=20mAで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度 (I_v)：18.0 - 72.0 mcd (最小 - 最大範囲)。代表値はこのビニング範囲内に収まります (セクション3参照)。許容差は±11%が適用されます。
• 視野角 (2θ_1/2)：130度 (代表値)。この広い視野角は、広い視認性を必要とするアプリケーションに適しています。
• ピーク波長 (λ_p)：R7: 639 nm (代表値)、G6: 575 nm (代表値)。発光のスペクトルピークを定義します。
• 主波長 (λ_d)：R7: 631 nm (代表値)、G6: 573 nm (代表値)。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色に密接に関連しています。
• スペクトル帯域幅 (Δλ)：両方とも 20 nm (代表値)。発光色のスペクトル純度を示します。
• 順方向電圧 (V_F)：2.00V (代表値)、2.40V (最大)。この低い順方向電圧は、低電力および電池駆動デバイスに有利です。
• 逆電流 (I_R)：10 μA (最大) @ V_R=5V。

3. ビニングシステムの説明

LEDの発光出力は個体ごとに異なります。ビニングシステムは、主要な性能パラメータに基づいて部品を分類するために使用されます。

3.1 光度ビニング

R7およびG6チップは、I_F=20mAで駆動した場合、3つの強度ビン (M, N, P) に選別されます：

• ビン M：18.0 - 28.5 mcd
• ビン N：28.5 - 45.0 mcd
• ビン P：45.0 - 72.0 mcd

これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した輝度レベルのLEDを選択でき、マルチLEDアレイでの均一な外観を確保できます。

4. 性能曲線分析

データシートは、異なる動作条件下でのLEDの挙動を理解する上で重要な代表的な特性曲線を提供します。

4.1 光度 vs. 順方向電流

この曲線は非線形の関係を示しています。光度は一般的に電流と共に増加しますが、効率 (ワット当たりのルーメン) は、発熱の増加により高電流では低下する可能性があります。最大連続電流 (25mA) 付近での動作には、注意深い熱管理が必要です。

4.2 光度 vs. 周囲温度

光度は周囲温度の上昇と共に減少します。この熱的デレーティングは、特に高温環境でのアプリケーションやLEDを高電流で駆動する場合の重要な設計上の考慮事項です。順方向電流デレーティング曲線は、電力損失限界を超えないようにするために、高温下での最大許容電流を提供します。

4.3 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

この指数関数的な曲線は基本的なものです。LEDは特定のしきい値電圧 (これらのデバイスでは約1.8V) で導通し、発光を開始します。この点を超えるわずかな電圧の増加は、電流の大幅な増加を引き起こします。これは、熱暴走を防ぐために電流制限抵抗または定電流ドライバを使用する必要性を強調しています。

4.4 スペクトル分布

グラフは相対スペクトルパワー分布を示しています。R7チップは赤色領域 (~639nmピーク) で発光し、G6チップは黄緑色領域 (~575nmピーク) で発光します。20nmの帯域幅は、中程度に飽和した色を示しています。

4.5 放射パターン

極座標図は130度の視野角を確認し、強度が0° (チップに対して垂直) で最も高く、端に向かって減少するほぼランバート型の放射パターンを示しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

このLEDはコンパクトなSMDパッケージを採用しています。主要寸法 (mm単位、特に指定がない限り許容差±0.1mm) には、本体サイズが長さ約2.0mm、幅約1.25mm、高さ約0.8mmが含まれます。データシートには、PCBフットプリント設計に不可欠なパッドレイアウトを含む詳細な寸法図が提供されています。

5.2 極性識別

カソードは、通常、パッケージ上のマーキングまたは面取りされたコーナーによって識別されます (寸法図に示す通り)。組立時には正しい極性を守る必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

この部品は、赤外線および気相リフロープロセスに対応しています。推奨される無鉛プロファイルは以下を含みます：予熱段階 (150-200°C、60-120秒)、液相線以上時間 (217°C、60-150秒)、最大260°Cのピーク温度 (最大10秒)、および制御された冷却速度。リフローは2回以上行わないでください。

6.2 保管および湿気感受性

LEDは乾燥剤入りの防湿バッグに梱包されています。以下の注意事項が重要です：

• 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、≤30°C、≤60% RHで保管した場合、168時間 (7日) 以内に使用してください。
• 暴露時間を超えた場合は、はんだ付け前にベーキング処理 (60±5°C、24時間) が必要です。これはリフロー中のポップコーン現象による損傷を防ぐためです。

6.3 設計上の注意点

• 電流制限：動作電流を設定するために、外部直列抵抗は必須です。急峻なI-V曲線は、わずかな電圧増加が破壊的な電流サージを引き起こす可能性があることを意味します。
• 機械的ストレス：はんだ付け時や基板取り扱い時にLED本体にストレスを加えないでください。組立後にPCBを反らせないでください。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ&リール仕様

製品は、直径7インチのリールに巻かれた8mmテープで供給され、標準的な自動実装機に対応しています。各リールには2000個が含まれます。キャリアテープおよびリールの詳細寸法はデータシートに記載されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルには以下のコードが含まれます：

• 品番 (P/N)
• 梱包数量 (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.)

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も基本的な駆動回路は、電圧源 (V_CC)、電流制限抵抗 (R_S)、および直列接続されたLEDで構成されます。R_S= (V_CC- V_F) / I_F。温度および電源電圧変動にわたって安定した輝度を得るには、定電流ドライバの使用が推奨されます。

8.2 熱管理

小型ではありますが、電力損失 (最大60mW) は考慮する必要があります。特に高温環境または高電流で動作する場合、LEDの熱パッド (該当する場合) または周囲のグランドプレーンに接続されたPCB上に十分な銅面積を確保し、ヒートシンクとして機能させてください。

8.3 光学設計

広い130度の視野角は、より焦点の合ったビームが必要な場合、二次光学部品 (レンズ、導光板) を必要とする可能性があります。パッケージのウォータークリア樹脂色は、チップ本来の色が求められるアプリケーションに適しています。

9. 技術比較および差別化

19-223 LEDは、極小フォームファクタ、同じパッケージフットプリントからの2つの異なる色 (赤と黄緑) の入手可能性、および現代の環境規格 (RoHS、REACH、ハロゲンフリー) への準拠を組み合わせることで差別化を図っています。より大きなLEDと比較して、大幅なスペース節約を可能にします。両方の色にAlGaInP材料を使用することで、良好な発光効率を提供します。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

A: 順方向電圧は比較的安定していますが、電流はしきい値を超えるわずかな電圧増加に対して指数関数的に増加します。抵抗がないと、電流はすぐに最大定格 (25mA) を超え、LEDを破壊する可能性があります。

Q: このLEDを3.3Vまたは5Vのロジック電源で駆動できますか？

A: はい、ただし適切な直列抵抗を計算する必要があります。例えば、3.3V電源、目標I_F=20mA、代表的なV_F=2.0Vの場合：R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65オーム。標準的な68オーム抵抗が適しています。

Q: 光度の±11%許容差は私の設計にとって何を意味しますか？

A: 同じビンからの個体であっても、公称ビン値から最大11%輝度が異なる可能性があることを意味します。均一な外観が要求されるアプリケーション (例：バックライトアレイ) では、より厳密なビンを選択するか、電流キャリブレーションを実装する必要があるかもしれません。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：3.7Vリチウムイオン電池で駆動される携帯機器用に、4つのLED (赤2個、緑2個) を備えたコンパクトな状態表示パネルを設計する。

設計手順：

1. 電流選択：良好な輝度と低消費電力のバランス、およびバッテリー寿命延長のために、I_F= 15 mAを選択。
2. 抵抗計算：最悪ケースのV_F= 2.4Vを仮定。R_S= (3.7V - 2.4V) / 0.015A ≈ 86.7オーム。標準の91オームまたは100オーム抵抗を使用。
3. PCBレイアウト：正しい極性でLEDを配置。放熱を助けるために、カソードパッドに接続された小さな銅箔を設ける。
4. 熱チェック：LEDあたりの電力：P = V_F* I_F≈ 2.0V * 0.015A = 30mW、最大60mWを大幅に下回る。4つのLEDの合計は120mWで、小型基板上でも管理可能。
5. 保管/組立：防湿バッグ開封後7日以内にLEDリールを使用するようにPCB組立をスケジュールする。

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発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。この再結合プロセスは、光子 (光) の形でエネルギーを放出します。発光の特定の波長 (色) は、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定されます。19-223は、赤から黄緑スペクトルで効率的な発光体であるAlGaInP (アルミニウムガリウムインジウムリン) 材料システムを利用しています。

13. 技術トレンド

19-223のようなSMD LEDの進化は、いくつかの明確な業界トレンドに従っています：より小さな最終製品を可能にする継続的な小型化、発光効率の向上 (電力入力ワット当たりのより多くの光出力)、信頼性と寿命の向上、および環境規制への厳格な準拠 (ハロゲンフリー、RoHS)。高密度実装への動きは、パッケージレベルでの熱管理の進歩と、自動化された大量生産における色と輝度の一貫性を確保するためのより精密なビニングシステムを推進しています。