SMD LED 19-218/GHC-YR1S2M/3T データシート - ブリリアントグリーン - 20mA - 3.2V 標準 - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、ブリリアントグリーン光を発する表面実装デバイス（SMD）LEDの技術仕様を詳細に説明します。この部品は、プリント基板（PCB）への高密度実装を目的として設計されており、小型化と自動組立プロセスにおける利点を提供します。

1.1 主な特徴と利点

LED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、標準的な自動実装機との互換性があります。赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスに適しています。これは単色タイプのLEDです。本製品は環境規制に準拠しています：鉛フリー（Pbフリー）、RoHS指令準拠、EU REACH規則準拠、ハロゲンフリー要件（臭素<900 ppm、塩素<900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）を満たしています。

コンパクトなSMDパッケージは、従来のリードフレーム部品と比較して、大幅な設計上の利点を実現します。これには、基板スペースの削減、部品実装密度の向上、保管要件の最小化、そして最終的にはより小型の最終製品機器の可能性が含まれます。パッケージの軽量性は、小型および携帯用途にも理想的です。

1.2 対象用途

このLEDは、以下のような様々なインジケータおよびバックライト機能に適しています：

• 自動車または産業用コントロー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状態表示およびキーパッドのバックライト。
• 液晶ディスプレイ（LCD）、スイッチ、シンボル用のフラットバックライト。
• 汎用インジケータ用途。

2. 技術仕様

2.1 デバイス選択と材料

LEDチップは、インジウムガリウムナイトライド（InGaN）半導体材料を使用して構築され、ブリリアントグリーンの発光色を生成します。封止樹脂はウォータークリアです。

2.2 絶対最大定格

以下の定格は、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）：5 V
• 順電流（I_F）：25 mA（連続）
• ピーク順電流（I_FP）：100 mA（デューティサイクル 1/10 @ 1 kHz）
• 電力損失（P_d）：110 mW
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：150 V
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +85°C
• 保管温度（T_stg）：-40°C ～ +90°C
• はんだ付け温度（T_sol）：
  • リフローはんだ付け：最大10秒間、ピーク温度260°C。
  • 手はんだ付け：最大3秒間、350°C。

2.3 電気光学特性

これらのパラメータは、周囲温度25°Cで規定され、典型的な動作性能を表します。

• 光度（I_v）：112 - 285 mcd（I_F= 20 mAで測定）。許容差は±11%。
• 指向角（2θ_1/2）：120度（標準）。
• ピーク波長（λ_p）：518 nm（標準）。
• 主波長（λ_d）：520 - 535 nm。許容差は±1 nm。
• スペクトル放射帯域幅（Δλ）：20 nm（標準）。
• 順電圧（V_F）：2.75 - 3.95 V（I_F= 20 mA）。許容差は±0.05 V。
• 逆電流（I_R）：最大50 μA（V_R= 5 V）。

3. ビニングシステムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。これにより、設計者は特定のアプリケーション要件に合致する部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mAでの測定光度に基づいて4つのビン（R1、R2、S1、S2）に分類されます。

• R1：112 - 140 mcd
• R2：140 - 180 mcd
• S1：180 - 225 mcd
• S2：225 - 285 mcd

3.2 主波長ビニング

知覚される色に関連する主波長は、3つのグループ（X、Y、Z）にビニングされます。

• X：520 - 525 nm
• Y：525 - 530 nm
• Z：530 - 535 nm

3.3 順電圧ビニング

順電圧は、グループM内で4つのコード（5、6、7、8）にビニングされます。これは定電流回路設計において重要です。

• 5：2.75 - 3.05 V
• 6：3.05 - 3.35 V
• 7：3.35 - 3.65 V
• 8：3.65 - 3.95 V

4. 特性曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの動作を示すいくつかの特性曲線が提供されています。これらは堅牢な回路設計に不可欠です。

4.1 相対光度 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度が上昇するにつれて光出力が減少する様子を示しています。設計者は、特に高温環境や高出力アプリケーションにおいて、十分な明るさが維持されるように、この熱的デレーティングを考慮する必要があります。

4.2 順電流デレーティング曲線

このグラフは、周囲温度の関数としての最大許容連続順電流を定義します。温度が上昇すると、過熱を防ぎ長期信頼性を確保するために、最大安全電流は減少します。25mAという絶対最大値は、周囲温度25°C以下でのみ有効です。

4.3 光度 vs. 順電流

この曲線は、駆動電流と光出力の非線形関係を示しています。電流を増やすと明るさは増しますが、電力損失と接合温度も増加し、効率と寿命に影響を与えます。

4.4 スペクトル分布

スペクトル出力曲線は、約518 nmのピーク波長を中心に、異なる波長にわたって放射される光の強度を示します。狭い帯域幅は、InGaNベースのグリーンLEDの特徴です。

4.5 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）

この基本的な曲線は、ダイオードにおける電圧と電流の指数関数的関係を示しています。"ニー"電圧は、導通が顕著に始まるポイントです。動作領域の傾きは動的抵抗を示します。

4.6 放射パターン

極座標図は、光強度の空間分布を示します。120度の指向角は、広い、ランバート型に近い放射パターンを示し、エリア照明や広視野角のインジケータに適しています。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには、LEDパッケージの詳細な寸法図が含まれています。重要な寸法には、本体の長さ、幅、高さ、およびカソード/アノード端子の配置が含まれます。特に指定のない公差は±0.1 mmです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性を確保するために、PCBの推奨フットプリントが提供されています。推奨パッド寸法は参考用です。設計者は、特定のPCB製造プロセスと熱要件に基づいて修正する必要があります。

6. ラベルおよび包装情報

6.1 ラベルの説明

リールラベルには、トレーサビリティと識別のためのいくつかのコードが含まれています：

• CPN：顧客の製品番号。
• P/N：メーカーの製品番号（例：19-218/GHC-YR1S2M/3T）。
• QTY：包装数量。
• CAT：光度ランク（例：R1、S2）。
• HUE：色度座標および主波長ランク（例：X、Y、Z）。
• REF：順電圧ランク（例：5、6、7、8）。
• LOT No：製造ロット番号（トレーサビリティ用）。

6.2 リールおよびテープ寸法

キャリアテープおよび直径7インチリールの寸法が規定されています。標準的な包装数量はリールあたり3000個です。

6.3 防湿包装

LEDは、周囲湿度を吸収する乾燥剤とともに、防湿バッグ（アルミ防湿バッグ）に包装されています。バッグ上のラベルには、湿気感受性レベル（MSL）と取り扱い指示が表示されています。この包装は、リフローはんだ付け中に湿気による損傷（"ポップコーン現象"）を受けやすい部品にとって重要です。

7. はんだ付けおよび組立ガイドライン

7.1 重要な注意事項

過電流保護：LEDは電流駆動デバイスです。外部の電流制限抵抗器を必ず直列に使用してください。順電圧のわずかな変化でも電流が大きく変動し、即座に故障（焼損）を引き起こす可能性があります。

7.2 保管および取り扱い

• 部品を使用する準備ができるまで、防湿バッグを開封しないでください。
• 開封前：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管してください。
• 開封後："フロアライフ"（部品が工場の周囲空気にさらされる時間）は、温度≤30°C、相対湿度≤60%で1年です。未使用の部品は、乾燥剤とともに防湿包装に再密封してください。
• 乾燥剤インジケータの色が変わった場合、または保管時間を超えた場合は、ベーキング処理が必要です：60 ±5°Cで24時間。

7.3 はんだ付け条件

リフローはんだ付けプロファイル（鉛フリー）：

• 予熱：150-200°Cで60-120秒。
• 液相線以上（217°C）の時間：60-150秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• ピーク温度±5°C以内の時間：最大10秒。
• 加熱速度：最大3°C/秒（予熱からピークまで）。
• 冷却速度：最大6°C/秒。

リフローはんだ付けは2回以上行わないでください。加熱中のLEDへの機械的ストレスを避け、はんだ付け後のPCBを反らせないでください。

手はんだ付け：先端温度<350°Cのはんだごてを使用し、端子ごとに3秒以内で行ってください。はんだごての電力は25W以下であるべきです。各端子のはんだ付けの間には、少なくとも2秒の間隔を空けてください。手はんだ付けは熱損傷のリスクが高くなります。

修理：はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両方の端子を同時に加熱し、部品を均等に持ち上げるために、両頭はんだごてを使用してください。はんだパッドやLED自体を損傷しないように注意してください。修理後はデバイスの機能を確認してください。

8. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

8.1 回路設計

常に直列抵抗を使用して順電流を制限してください。抵抗値はオームの法則を使用して計算します：R = (V_電源- V_F) / I_F。最悪条件下でも電流が制限値を超えないように、ビンまたはデータシートの最大V_Fを使用してください。抵抗器の定格電力（P = I_F²* R）を考慮してください。複数のLEDを駆動する場合、電流マッチングのためには直列構成が望ましいですが、より高い電源電圧が必要です。並列構成では、電流の偏りを防ぐために、各LEDに個別の電流制限抵抗器が必要です。

8.2 熱管理

小型のSMD部品ですが、熱管理は長寿命と安定した性能にとって極めて重要です。デレーティング曲線は、温度による性能低下を明確に示しています。特に最大定格電流付近または高温環境で動作する場合、放熱のための十分なPCB銅面積（サーマルリリーフパッド）を確保してください。LEDを他の発熱部品の近くに配置しないでください。

8.3 光学統合

広い120度の指向角により、このLEDは広い照明を必要とするアプリケーションに適しています。より指向性のある光が必要な場合は、外部レンズや光導波路が必要になる場合があります。ウォータークリア樹脂は、LEDがカラーフィルターや拡散板と併用される可能性のあるアプリケーションにおいて、中性のベースカラーを提供します。

9. 技術比較とポジショニング

このInGaNベースのグリーンLEDは、SMDインジケータLED市場における典型的なソリューションを提供します。その主な差別化要因は、現代の環境基準（ハロゲンフリー、REACH）への準拠と、鉛フリーリフロープロセスへの仕様です。提供されるビニング情報は、複数LEDアレイやディスプレイにとって重要な、一定レベルの色と明るさの一貫性を提供します。比較的高い光度（20mAで最大285 mcd）と標準的なSMDフットプリントの組み合わせにより、インジケータおよび低レベルバックライト用途の両方で汎用性の高い選択肢となります。設計者は、順電圧ビニングと光度ビンを、電圧マージンと明るさの均一性に関するアプリケーション固有の要件と比較する必要があります。

10. よくある質問（FAQ）

Q: ビニングコードの目的は何ですか？

A: ビニングは電気的および光学的な一貫性を確保します。例えば、同じV_FビンのLEDを使用することで、共通の電流制限抵抗で駆動した場合に均一な明るさが得られます。同じ波長ビンのLEDを使用することで、色合わせが確保されます。

Q: 電源電圧がちょうど3.2Vの場合、電流制限抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

A: できません。順電圧には範囲（2.75V-3.95V）があります。3.2Vの電源は、低いV_Fを持つLEDに過剰な電流を流し、故障を引き起こす可能性があります。定電圧駆動では、常に直列抵抗が必須です。

Q: "ピーク順電流"定格100mAはどのように解釈すればよいですか？

A: これはパルス電流定格です（1kHz、デューティサイクル1/10）。連続動作には使用できません。連続DC電流は25mAを超えてはなりません。

Q: なぜ湿気感受性包装が重要なのですか？

A: プラスチックパッケージに吸収された湿気は、高温のリフローはんだ付けプロセス中に急速に気化し、内部の剥離、クラック、または"ポップコーン現象"を引き起こし、部品を破壊します。

11. 設計使用例

シナリオ：10個の均一な明るさのグリーンLEDを使用した状態表示パネルの設計。

1. 電流設定：駆動電流を選択します。明るさと寿命のバランスを考慮し、I_F= 20 mAを選択します。
2. 電圧ビン選択：単一の電流制限抵抗値で均一な明るさを確保するために、同じ順電圧ビン（例：ビン6：3.05-3.35V）のLEDを指定します。最悪ケースの抵抗計算には、そのビンの最大V_F（3.35V）を使用します。
3. 明るさビン選択：必要な光度ビン（例：S1：180-225 mcd）を指定して、最低限の明るさレベルを保証します。
4. 回路設計：5V電源（V_電源）の場合、直列抵抗を計算します：R = (5V - 3.35V) / 0.020A = 82.5Ω。最も近い標準値である82Ωを使用します。抵抗器の電力：P = (0.020A)²* 82Ω = 0.0328W。標準の1/10W（0.1W）抵抗器で十分です。
5. レイアウト：推奨パッドレイアウトを使用して、LEDをPCB上に配置します。電流の不均衡を防ぐために、すべてのLEDを並列に接続し、それぞれに82Ωの直列抵抗を設けます。
6. 組立：リフロープロファイルガイドラインに従ってください。開封したリールは、すぐに使用しない場合はドライキャビネットに保管してください。

12. 動作原理

このLEDは、半導体フォトニックデバイスです。そのコアは、InGaN（インジウムガリウムナイトライド）材料で作られたチップであり、p-n接合を形成しています。接合の閾値を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が接合を横切って注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。InGaN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、それが直接放出光の波長（色）に対応します—この場合はブリリアントグリーン（約518-535 nm）です。ウォータークリアエポキシ樹脂はチップを封止し、機械的保護を提供し、放射パターンを形成し、屈折媒体として機能します。

13. 技術トレンド

このようなSMD LEDの開発は、電子機器の小型化、自動化、エネルギー効率の向上というトレンドによって推進されています。発光効率（電気ワットあたりの光出力）の向上は継続的に追求されており、システム効率を改善し熱負荷を軽減します。蛍光体技術とチップ設計の進歩により、LEDの色域と演色性が拡大しています。さらに、統合が重要なトレンドであり、マルチチップパッケージ（RGB、白色）やドライバICさえも単一モジュールに組み合わせる動きがあります。自動車および産業用途向けの環境適合性（ハロゲンフリー、REACH）と高信頼性製造プロセスへの重点は、部品仕様と試験要件を形成し続けています。