SMD LED 19-21/G6C-AL1M2LY/3T データシート - サイズ 2.0x1.25x0.8mm - 電圧 1.7-2.3V - ブリリアント黄緑 - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-21/G6C-AL1M2LY/3Tは、小型サイズ、高信頼性、安定した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表面実装デバイス(SMD) LEDです。この部品は19-21パッケージファミリーに属し、その極小フットプリントが特徴であり、スペースに制約のある設計に最適です。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

このLEDの主な利点は、従来のリードフレーム型部品と比較して大幅に小型化されていることです。この小型化により、設計者と製造者にいくつかの重要な利点がもたらされます：

• 小型ボードサイズ：よりコンパクトなPCBレイアウトを可能にします。
• 高パッキング密度：単一ボード上により多くの部品を配置でき、機能性を向上させます。
• 保管スペースの削減：部品本体とその梱包（7インチリール上の8mmテープ）の物理的サイズが小さいため、物流と在庫管理が最適化されます。
• 軽量設計：最小限の重量は、携帯型および極小アプリケーションにおいて、1グラム単位が重要な場合に極めて重要です。
• 製造互換性：このデバイスは、標準的な自動実装装置および主流のはんだ付けプロセス（赤外線および気相リフローを含む）と完全に互換性があり、大量生産を容易にします。

1.2 適合規格と環境基準

この製品は、現代の環境および安全規制を考慮して設計されており、幅広い市場での受け入れを確保しています：

• 鉛フリー：鉛を使用せずに製造され、RoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠しています。
• ハロゲンフリー：ハロゲンフリー要件に準拠し、臭素(Br)および塩素(Cl)含有量はそれぞれ900 ppm未満、その合計は1500 ppm未満です。
• REACH準拠：化学物質の登録、評価、認可および制限に関するEUのREACH規則に準拠しています。

2. 技術仕様と客観的解釈

このセクションでは、データシートに定義されたデバイスの電気的、光学的、熱的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発生する可能性のある応力限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、信頼性の高い設計では避けるべきです。

• 逆電圧 (V_R)：5V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の即時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)：25 mA。連続動作のための最大DC電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP)：60 mA (デューティ比 1/10 @1kHz)。短いパルス動作には適していますが、DCには適しません。
• 電力損失 (P_d)：60 mW。パッケージがTa=25°Cで放散できる最大電力です。周囲温度が高い場合はデレーティングが必要です。
• 静電気放電 (ESD) HBM：2000V。静電気に対するデバイスの堅牢性の尺度を提供し、人体モデル(HBM)に基づくクラス2に分類されます。
• 動作温度 (T_opr)：-40°C から +85°C。信頼性の高い動作のための周囲温度範囲です。
• 保管温度 (T_stg)：-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度：実装のための熱プロファイル限界を規定します。
  • リフローはんだ付け： ピーク温度260°C、最大10秒間。
  • 手はんだ付け： はんだごて先端温度350°C、端子あたり最大3秒間。

2.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらは、標準試験条件(I_F= 5mA)下で測定された典型的な性能パラメータです。

• 光度 (I_v)：11.5 mcd (最小) から 28.5 mcd (最大) の範囲で、典型的な許容差は±11%です。これは知覚される明るさを定義します。
• 視野角 (2θ_1/2)：100度 (典型値)。この広い視野角により、LEDが正面から見られない可能性のあるアプリケーションに適しています。
• ピーク波長 (λ_p)：575 nm (典型値)。スペクトル放射が最も強い波長です。
• 主波長 (λ_d)：569.5 nm から 577.5 nm。このパラメータは知覚される色（ブリリアント黄緑）により密接に関連しており、ビニングの対象となります。
• スペクトル帯域幅 (Δλ)：20 nm (典型値)。最大強度の半分の高さにおける放射スペクトルの幅(FWHM)です。
• 順方向電圧 (V_F)：I_F=5mAにおいて1.70Vから2.30V、典型的な許容差は±0.05Vです。この範囲は電流制限抵抗の計算に極めて重要です。
• 逆電流 (I_R)：V_R=5Vにおいて最大10 μA。データシートは、このデバイスが逆動作用に設計されていないことを明示しており、このパラメータは試験目的のみです。

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はビンに分類されます。このデバイスは3つの独立したビニングパラメータを使用します。

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グループ化されます。ビンコード(L1, L2, M1, M2)は、11.5-14.5 mcd (L1) から 22.5-28.5 mcd (M2) までの昇順の明るさレベルを表します。設計者は、特定の明るさ要件を満たすビンを選択できます。

3.2 主波長ビニング

このビニングは色の一貫性を確保します。主波長は2nmステップで分類され、ビンコードはC16 (569.5-571.5nm) から C19 (575.5-577.5nm) までです。より厳密なビン選択により、アレイ内の複数のLED間でより均一な色の外観が得られます。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は0.1Vステップでビニングされ、コード19 (1.70-1.80V) からコード24 (2.20-2.30V) までです。V_Fビンを知ることは、効率化のための電流制限回路の設計を最適化し、LEDを並列駆動する際の一貫した明るさを確保するのに役立ちます。

4. 性能曲線分析

データシートは、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ないくつかの特性曲線を提供します。

4.1 相対光度 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力が電流に比例して直線的に増加しないことを示しています。電流とともに増加しますが、より高い電流では飽和したり効率が低下したりする可能性があります。最大定格電流(25mA)付近で動作させても、比例した明るさの増加が得られず、発熱が増加します。

4.2 相対光度 vs. 周囲温度

LEDの効率は、接合温度が上昇すると低下します。この曲線は通常、周囲温度が25°Cから最大動作温度(+85°C)に向かって上昇するにつれて、光出力が低下することを示しています。これは高温環境向けの設計に考慮する必要があります。

4.3 順方向電流デレーティング曲線

これは熱管理のための重要なグラフです。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。Taが増加すると、接合温度が安全限界を超えないように、また長期信頼性を維持するために、最大I_Fを低減する必要があります。

4.4 スペクトル分布と指向性パターン

スペクトル分布プロットは、575nm付近を中心とする単色の黄緑色出力を確認します。指向性図（極座標プロット）は100度の視野角を視覚的に表し、光強度の角度分布を示します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

19-21パッケージの公称寸法は、長さ2.0mm、幅1.25mm、高さ0.8mmです（特に指定がない限り許容差±0.1mm）。データシートには、パッドレイアウト、部品外形、カソード識別マークを示す詳細な寸法図が含まれています。この図に基づいた正確なフットプリント設計は、適切なはんだ付けと位置合わせに不可欠です。

5.2 極性識別

カソードは、パッケージ図に示すように、デバイス上に明確にマークされています。正しい極性は、適切な回路動作を確保するために実装時に遵守する必要があります。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

詳細な鉛フリーリフロー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。
• ピーク温度保持時間：最大10秒間。
• 加熱/冷却速度：加熱最大6°C/秒、冷却最大3°C/秒。

6.2 重要な注意事項

• 電流制限：外部の電流制限抵抗は必須です。LEDは電流駆動デバイスであり、順方向電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こし、急速な故障（焼損）につながる可能性があります。
• リフローサイクル：過度の熱応力を防ぐため、リフローはんだ付けは2回以上行わないでください。
• 機械的応力：加熱中にLED本体に応力を加えたり、はんだ付け後にPCBを曲げたりしないでください。
• 手はんだ付け：必要な場合は、はんだごてを≤350°C、端子あたり≤3秒間、定格電力≤25Wで使用してください。端子間には≥2秒の冷却間隔を設けてください。手はんだ付けは損傷のリスクが高くなります。
• 修理：はんだ付け後のリワークは避けてください。絶対に必要な場合は、両方の端子を同時に加熱し、部品を均等に持ち上げてパッド損傷を防ぐために、両頭はんだごてを使用してください。

7. 保管と湿気感受性

この部品は湿気感受性です。不適切な取り扱いにより、吸収した湿気の急速な気化により、リフロー中にポップコーン現象（パッケージのひび割れ）が発生する可能性があります。

• 未開封バッグ：使用準備ができるまで防湿バリアバッグを開封しないでください。
• フロアライフ：開封後、LEDは≤30°Cかつ相対湿度≤60%で保管した場合、168時間（7日）以内に使用する必要があります。
• 再ベーキング：保管時間を超過した場合、または乾燥剤インジケータが飽和を示した場合は、使用前に60±5°Cで24時間のベーキングが必要です。
• 再梱包：未使用のLEDは、新しい乾燥剤とともに防湿バッグに再密封してください。

8. 梱包と発注情報

8.1 標準梱包

デバイスは防湿梱包で供給されます：

• キャリアテープ：幅8mmのテープ。
• リール：直径7インチのリール。
• 数量：リールあたり3000個。
• 梱包：乾燥剤を含み、適切なラベルが付いたアルミ防湿バッグに密封されています。

8.2 ラベル説明

リールラベルには、トレーサビリティと識別のための重要な情報が含まれています：

• CPN：顧客の製品番号。
• P/N：メーカーの製品番号（例：19-21/G6C-AL1M2LY/3T）。
• QTY：梱包数量。
• CAT：光度ビンコード（例：L1, M2）。
• HUE：色度/主波長ビンコード（例：C17, C19）。
• REF：順方向電圧ビンコード（例：20, 23）。
• LOT No：トレーサビリティのための製造ロット番号。

9. アプリケーション提案

9.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：広い視野角と一貫した色により、ダッシュボードインジケータ、スイッチバックライト、LCDやシンボルのためのフラットバックライトに最適です。
• 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灯およびキーパッドバックライト。
• 汎用表示：民生電子機器、家電製品、産業用コントローラにおける電源状態、モード表示、その他の汎用視覚フィードバック。

9.2 設計上の考慮点

• 電流駆動：常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。抵抗値は R = (V_supply- V_F) / I_F を使用して計算し、最悪条件下でも電流が限界を超えないように、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。
• 熱管理：高温環境または最大電流付近での連続動作の場合は、放熱のためのPCBレイアウトを考慮してください。LEDを他の熱源の近くに配置しないでください。
• ESD保護：実装中は標準的なESD取り扱い手順を実施してください。デバイスは2kV HBM保護を備えていますが、高ESDリスク環境では追加の回路レベルの保護が必要になる場合があります。
• 光学設計：より焦点を絞ったビームが必要な場合は、広い視野角のために光ガイドや拡散板が必要になる場合があります。ウォータークリア樹脂レンズは良好な光取り出しを提供します。

10. 技術比較と差別化

従来のスルーホールLEDやより大きなSMDパッケージと比較して、19-21は小型化と性能の魅力的な組み合わせを提供します。その主な差別化要因は、低電力インジケータLEDカテゴリ内での非常に小さな2.0x1.25mmフットプリントと、AlGaInP半導体材料の使用です。これは黄緑色スペクトルにおいて高効率と鮮やかな色を提供します。他のいくつかの小型化パッケージと比較して、比較的標準的なパッドレイアウトと堅牢な湿気感受性レベルを維持しており、自動実装のための信頼性の高い選択肢となっています。

11. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: このLEDを3.3Vまたは5Vのロジック電源から直接駆動できますか？

A: いいえ。常に電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、3.3V電源、5mAでの典型的なV_Fが2.0Vの場合、(3.3V - 2.0V) / 0.005A = 260Ωの抵抗が必要です。保守的な設計のためには、常にデータシートの最大V_F(2.3V)を使用してください：(3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200Ω。

Q: 保管とベーキング手順がなぜそれほど重要ですか？

A: SMD部品は空気中の湿気を吸収します。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この湿気が急速に蒸気に変わり、エポキシパッケージを割る（ポップコーン現象）のに十分な内部圧力を発生させ、即時または潜在的な故障を引き起こす可能性があります。

Q: ビンコードは私の設計にとって何を意味しますか？

A: アプリケーションが均一な外観を要求する場合（例：LEDアレイ）、主波長(HUE)と光度(CAT)に対して厳密なビンを指定する必要があります。単一のインジケータの場合は、通常標準ビンで十分です。順方向電圧(REF)ビンは、多くのLEDを並列駆動して均一な電流分布を確保する場合に役立ちます。

12. 実践的設計と使用事例

シナリオ： 携帯機器用のマルチインジケータステータスパネルの設計。

設計者は、小型のバッテリー駆動ガジェット上で、バッテリー、接続性、モードの状態を示すために、同一の黄緑色LEDを5個必要としています。

1. 部品選択：小型サイズ、低消費電力、適切な色のため、19-21 LEDが選択されます。
2. ビニング指定：5個すべてのLEDが同一に見えるようにするため、設計者は発注書でCAT（例：M1のみ）とHUE（例：C18のみ）の両方に対して単一の厳密なビンを指定します。
3. 回路設計：デバイスは3.0Vコイン電池で駆動されます。最大V_F2.3V、目標I_F5mA（適切な明るさと長いバッテリー寿命のため）を使用して、電流制限抵抗を計算します：R = (3.0V - 2.3V) / 0.005A = 140Ω。標準の150Ω抵抗が選択されます。
4. PCBレイアウト：コンパクトな19-21フットプリントにより、5個のLEDを密接に配置できます。シルクスクリーン上のカソードマークにより、正しい向きが確保されます。
5. 実装：工場はリールを受け取り、生産ラインの準備ができるまで密封バッグ内で保管します。PCBは指定されたプロファイルを使用して単一のリフローサイクルを受けます。
6. 結果：適切なビン選択と回路設計により、最終製品は均一に明るく色が一貫したLEDを持つ、清潔でプロフェッショナルな外観のインジケータパネルを備えています。

13. 動作原理紹介

このLEDは、アルミニウムガリウムインジウムリン(AlGaInP)半導体技術に基づいています。ダイオードの接合電位を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔がそれぞれn型およびp型材料から活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合し、光子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、それが今度は放出される光の波長（色）を定義します—この場合はブリリアント黄緑（約575nm）です。ウォータークリアエポキシ樹脂封止材は、半導体ダイを保護し、光出力を形成するレンズとして機能し、チップからの光取り出しを向上させます。

14. 技術トレンドと背景

19-21パッケージは、電子機器における小型化と表面実装技術への継続的なトレンドを表しています。リード付きパッケージからこのようなSMDへの移行により、自動化された高速ピックアンドプレース実装が可能になり、手はんだ付け工程を排除することで製造コストを大幅に削減し、信頼性を向上させます。AlGaInP材料の使用は、GaAsPなどの古い技術に対する進歩を表し、より高い発光効率とより鮮やかで鮮明な色を提供します。さらに、鉛フリー、ハロゲンフリー、REACH規格への準拠は、環境に持続可能な製造プロセスと材料への業界全体の移行を反映しており、これは現在、世界市場へのアクセスのための重要な要件となっています。