SMD LED 19-213/G6W-FN1P1B/3T データシート - ブリリアントイエローグリーン - 2.0x1.25x1.1mm - 最大2.35V - 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-213/G6W-FN1P1B/3Tは、高密度電子アセンブリ向けに設計された表面実装デバイス(SMD) LEDです。コンパクトなフォームファクタにより、より小さなプリント基板(PCB)設計、保管要件の削減が可能となり、最終的にはエンド機器の小型化に貢献します。軽量構造のため、スペースと重量が重要な制約となるアプリケーションに特に適しています。

このLEDは単色タイプで、ブリリアントイエローグリーンの光を発します。AlGaInP(アルミニウムガリウムインジウムリン)半導体材料を用いて構成されており、黄色から赤色の波長スペクトルにおいて高い効率で知られています。デバイスは水拡散樹脂パッケージに収められており、広い視野角を実現するのに役立ちます。

本製品は、Pbフリー(鉛フリー)、RoHS準拠、EU REACH準拠、ハロゲンフリーといった主要な環境・安全基準に準拠しており、臭素(Br)および塩素(Cl)含有量は厳密に規定された限界値以下に制御されています(Br<900 ppm、Cl<900 ppm、Br+Cl<1500 ppm)。

2. 技術パラメータ詳細解説

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発生する可能性がある限界値を定義します。これらの定格は周囲温度(Ta)25°Cで規定されており、いかなる動作条件下でも超えてはなりません。

• 逆電圧 (VR):5 V。逆方向にこの値を超える電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 連続順方向電流 (IF):25 mA。これはLEDに連続的に流すことができる最大の直流電流です。
• ピーク順方向電流 (IFP):60 mA。この定格は、1kHz、デューティサイクル1/10のパルス条件下で適用されます。マルチプレクシング回路など、短時間の高い瞬時電流を可能にします。
• 電力損失 (Pd):60 mW。これはデバイスが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、過熱や寿命の短縮を招く可能性があります。
• 動作温度 (Topr):-40°C ～ +85°C。LEDはこの周囲温度範囲内で機能するように設計されています。
• 保管温度 (Tstg):-40°C ～ +90°C。動作していない状態では、この範囲内でデバイスを保管できます。
• 静電気放電 (ESD) 人体モデル (HBM):2000 V。これはLEDの静電気に対する感度を示します。組立および取り扱い時には適切なESD対策手順に従う必要があります。
• はんだ付け温度 (Tsol):デバイスは、リフローはんだ付けでは最大10秒間260°C、手はんだ付けでは端子ごとに最大3秒間350°Cに耐えることができます。

2.2 電気光学特性

電気光学特性は、代表的な試験条件であるTa=25°C、IF=20mAで測定されます。これらのパラメータは、LEDの光出力と電気的動作を定義します。

• 光度 (Iv):最小28.5 mcdから最大57.0 mcdの範囲です。実際の値はビニングプロセスによって決定されます(セクション3参照)。光度には±11%の許容差が適用されます。
• 視野角 (2θ1/2):代表値130度。これは光度が0度(軸上)の強度の半分になる全角です。広い視野角は水拡散樹脂によるもので、広い照射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 (λp):代表値575 nm。これは発光のスペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長 (λd):570.0 nm ～ 574.5 nmの範囲です。これは人間の目が知覚する、発光色に最も一致する単一波長です。許容差は±1 nmです。
• スペクトル放射帯域幅 (Δλ):代表値20 nm。このパラメータは、最大強度の半分の値(半値全幅 - FWHM)で測定された発光のスペクトル幅を示します。
• 順方向電圧 (VF):IF=20mA時、1.75 V ～ 2.35 Vの範囲です。具体的な値は電圧ビンによって決定されます(セクション3参照)。許容差は±0.1Vです。
• 逆電流 (IR):逆電圧(VR)5Vを印加した場合、最大10 μAです。このデバイスは逆動作用に設計されていないことに注意することが重要です。この試験条件は特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

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、設計者は均一性に関する特定のアプリケーション要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、IF=20mAで測定された光度に基づいて3つのビン(N1、N2、P1)に分類されます。

• ビン N1:28.5 mcd (最小) ～ 36.0 mcd (最大)
• ビン N2:36.0 mcd (最小) ～ 45.0 mcd (最大)
• ビン P1:45.0 mcd (最小) ～ 57.0 mcd (最大)

より狭いビン(例: P1のみ)を選択することで、アレイ内のすべてのLEDが非常に類似した明るさを持つことが保証されます。

3.2 主波長ビニング

LEDは、イエローグリーン光の正確な色合いを制御するために3つのビン(CC2、CC3、CC4)に分類されます。

• ビン CC2:570.0 nm (最小) ～ 571.5 nm (最大)
• ビン CC3:571.5 nm (最小) ～ 573.0 nm (最大)
• ビン CC4:573.0 nm (最小) ～ 574.5 nm (最大)

このビニングは、複数LEDインジケータやバックライトユニットなど、色の一貫性が最も重要となるアプリケーションにおいて重要です。

3.3 順方向電圧ビニング

LEDは、電源設計および直列/並列回路における電流マッチングを管理するために、3つの電圧ビン(0、1、2)にグループ分けされます。

• ビン 0:1.75 V (最小) ～ 1.95 V (最大)
• ビン 1:1.95 V (最小) ～ 2.15 V (最大)
• ビン 2:2.15 V (最小) ～ 2.35 V (最大)

同じ電圧ビンのLEDを使用することで、電流制限抵抗の計算が簡素化され、駆動電流の均一性が向上します。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのLEDの動作を示すいくつかの特性曲線が記載されています。これらを理解することは、堅牢な回路設計の鍵となります。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

I-V曲線は、電流と電圧の指数関数的な関係を示しています。このLEDの場合、代表的な動作電流20mAでは、順方向電圧はビンに応じて1.75Vから2.35Vの間になります。この曲線は、定電圧源ではなく電流制限デバイス(抵抗または定電流ドライバ)を使用することの重要性を強調しています。なぜなら、電圧のわずかな増加が、大きく、潜在的に破壊的な電流の増加を引き起こす可能性があるからです。

4.2 相対光度 vs. 周囲温度

この曲線は、光出力の温度依存性を示しています。光度は通常、周囲温度が上昇すると減少します。例えば、最大動作温度+85°Cでは、光出力は25°C時よりも大幅に低くなる可能性があります。設計者は、高周囲温度で動作する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、このデレーティングを考慮する必要があります。

4.3 相対光度 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力が順方向電流とともに増加することを示していますが、特に高電流では完全に線形ではありません。推奨連続電流(25 mA)を超えて動作すると、明るさの向上が鈍化する一方で、発熱が大幅に増加し、ルーメン減衰が加速する可能性があります。

4.4 スペクトル分布

スペクトル分布曲線は、LEDの単色性を確認し、約575 nm(イエローグリーン)付近に単一のピークを持ち、代表的なFWHMは20 nmです。狭い帯域幅はAlGaInPベースのLEDの特徴です。

4.5 順方向電流デレーティング曲線

この重要な曲線は、周囲温度の関数としての最大許容順方向電流を規定します。温度が上昇すると、デバイスの電力損失と熱限界内に収まるように、最大許容電流を低減する必要があります。長期的に信頼性の高い動作のためには、デレーティング曲線に厳密に従わなければなりません。

4.6 放射パターン

拡散パッケージの場合、放射パターン(または空間分布)は通常ランバートまたはニアランバートであり、広い130度の視野角を確認できます。このパターンは、集光ビームではなく、均一で広範囲の照射を必要とするアプリケーションに理想的です。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法

LEDはコンパクトなSMDフットプリントを持ちます。主要寸法(mm、特に指定がない限り許容差±0.1mm)は以下の通りです:

• 全長: 2.0 mm
• 全幅: 1.25 mm
• 全高: 1.1 mm
• リード(端子)寸法と間隔は、PCBランドパターン設計のために提供されています。

カソードは通常、パッケージ上のマーキングまたは特定のパッド形状(例: 切り欠きまたは緑色のマーキング)によって識別されます。設計者は、極性を正しく識別し、はんだパッドレイアウトを設計するために、詳細な寸法図を参照する必要があります。

5.2 防湿梱包およびリール情報

LEDは、周囲湿度からの損傷を防ぐために防湿梱包で供給されます。これはMSL(湿気感受性レベル)準拠にとって重要です。

• 梱包:デバイスは8mm幅のキャリアテープに梱包され、直径7インチのリールに巻かれています。
• 数量:リールあたり3000個。
• 防湿バッグ:リールは、乾燥剤と湿度指示カードとともにアルミニウム製防湿バッグ内に密封されています。
• ラベル情報:リールラベルには、品番(P/N)、数量(QTY)、および光度(CAT)、主波長(HUE)、順方向電圧(REF)の特定のビニングコードなどの重要な情報が含まれています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、信頼性にとって不可欠です。

6.1 保管および取り扱い

• 使用準備が整うまで防湿バッグを開封しないでください。
• 開封後、未使用のLEDは、温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管してください。
• バッグ開封後の"フロアライフ"は168時間(7日間)です。これを超えた場合、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時間ベーキングする必要があります。
• 取り扱い時には常にESD(静電気放電)対策を遵守してください。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル (Pbフリー)

推奨リフロープロファイルは、Pbフリー(SAC)はんだ合金にとって重要です。

• 予熱:150-200°Cで60-120秒間。
• 液相線以上時間 (TAL):217°C以上で60-150秒間。
• ピーク温度:最大260°C、最大10秒間保持。
• 昇降温速度:ピーク温度までの最大加熱速度6°C/秒、最大冷却速度3°C/秒。
• 重要:同じデバイスに対してリフローはんだ付けは2回までとします。

6.3 手はんだ付け

手動修理が必要な場合は、細心の注意が必要です:

• 先端温度≤350°Cのはんだごてを使用してください。
• 各端子に≤3秒間熱を加えます。
• 低電力のはんだごて(≤25W)を使用してください。
• 各端子のはんだ付けの間には最低2秒間間隔を空け、熱衝撃を避けてください。
• 取り外しには、両端子を同時に加熱し、LEDへの機械的ストレスを避けるために、ツインチップはんだごての使用を推奨します。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト:自動車および民生電子機器におけるスイッチ、シンボル、小型ダッシュボードインジケータのバックライトに最適です。
• ステータスインジケータ:通信機器(電話、ファックス)、ネットワークハードウェア、産業用制御パネルにおける電源、接続、またはステータスインジケータに最適です。
• 一般照明:様々な電子機器における低レベルの一般インジケータ用途に適しています。
• LCDフラットバックライト:小型モノクロLCDディスプレイのエッジライティングを提供するためにアレイで使用できます。

7.2 設計上の考慮事項と注意点

• 電流制限は必須:外部の電流制限抵抗または定電流ドライバを必ずLEDと直列に使用しなければなりません。指数関数的なI-V特性は、わずかな電圧変化が大きな電流変化を引き起こすことを意味し、LEDを瞬時に破壊する可能性があります。
• 熱管理:パッケージは小さいですが、電力損失(最大60mW)により熱が発生します。特に高周囲温度または最大電流付近で動作する場合は、十分なPCB銅面積または熱ビアを使用することを確認してください。
• 光学設計:広い130度の視野角は広い放射を提供します。より指向性のある光が必要な場合は、外部レンズまたは光ガイドが必要になる場合があります。
• 一貫性のためのビニング:複数LEDアプリケーション(アレイ、バックライト)では、均一な色と明るさを実現するために、主波長(HUE)と光度(CAT)の狭いビンを指定してください。
• 機械的ストレスを避ける:はんだ付けされたLEDの近くでPCBを曲げたり力を加えたりしないでください。これは半導体ダイまたはパッケージ内部のワイヤボンドを破損する可能性があります。

8. 技術比較と差別化

19-213 LEDは、そのカテゴリにおいていくつかの重要な利点を提供します:

• サイズの利点:2.0 x 1.25 mmのフットプリントは、従来のリード型LED(例: 3mmまたは5mmラウンド)よりも大幅に小さく、PCB上の部品密度を高めることができます。
• 広い視野角:水拡散パッケージによる130度の角度は、多くのクリアレンズSMD LEDよりも優れており、二次光学系なしでより広い領域に均一な照射を提供します。
• 環境適合性:RoHS、REACH、ハロゲンフリー基準に完全準拠しており、最新の世界的環境規制や自動車内装などの敏感なアプリケーションに適しています。
• 堅牢なビニング:明確に定義された3x3x3ビニングマトリックス(強度、波長、電圧)により、設計者は最終製品の光学的および電気的性能を精密に制御でき、歩留まりと一貫性が向上します。
• 互換性:標準の8mmテープに梱包され、自動ピックアンドプレースマシンと互換性があるため、大量自動組立ラインにシームレスに適合します。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

9.1 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

LEDの順方向電圧には範囲(1.75V-2.35V)があり、負の温度係数(温度が上昇するとVFが低下)があります。VFをわずかに上回る電圧源に直接接続すると、電流は制御不能に上昇し、回路の寄生抵抗によってのみ制限され、ほぼ確実に絶対最大定格25mAを超え、即座に故障を引き起こします。抵抗は予測可能で安全な動作電流を設定します。

9.2 3.3Vまたは5V電源でこのLEDを駆動できますか？

はい、ただし直列抵抗を使用する必要があります。例えば、3.3V電源、目標電流20mA、代表的なVF=2.1Vと仮定すると: R = (電源電圧 - VF) / IF = (3.3V - 2.1V) / 0.020A = 60オーム。最も近い標準値(例: 62オーム)を選択し、抵抗における実際の電流と電力損失を計算します。電流が低くなりすぎないようにするためにはビンの最大VFを、高くなりすぎないようにするためには最小VFを使用して、常に保守的な設計を行ってください。

9.3 LEDをピーク電流(60mA)で連続動作させるとどうなりますか？

パルスピーク電流定格で連続動作することは、絶対最大定格の違反です。深刻な過熱を引き起こし、ルーメン減衰を劇的に加速させ(LEDは急速に暗くなります)、短時間でほぼ確実に致命的な故障につながります。60mA定格は非常に短いパルスのみを対象としています。

9.4 リールラベルのビンコードはどのように解釈すればよいですか？

ラベルには、CAT:N2、HUE:CC3、REF:1などのコードが含まれています。これは、そのリール上のすべてのLEDが、光度36.0～45.0 mcd(N2)、主波長571.5～573.0 nm(CC3)、順方向電圧1.95～2.15V(1)であることを示しています。注文時にこれらの正確なビンを指定することで、アプリケーションの性能一貫性を保証できます。

9.5 保管とベーキングの手順がなぜそれほど重要なのですか？

SMDパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温リフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に蒸気に変わり、内部に巨大な圧力を生み出します。これは"ポップコーン現象"を引き起こす可能性があります。つまり、エポキシ樹脂がリードフレームから剥離したり、シリコンダイが割れたりします。防湿バッグと厳格なフロアライフ/ベーキングルールは、この故障モードを防ぎます。

10. 実践的な設計と使用例

10.1 複数LEDステータスインジケータパネルの設計

シナリオ:10個の同一のイエローグリーンステータスインジケータを備えた制御パネルの設計。

設計手順:

1. ビンの指定:10個すべてのLEDが同一に見えるようにするために、光度(例: P1: 45-57mcd)と主波長(例: CC3: 571.5-573.0nm)の両方について、単一の狭いビンを指定します。これはわずかにコストがかかるかもしれませんが、視覚的な均一性を保証します。
2. 回路設計:共通の5Vラインから、各LEDを独立して独自の電流制限抵抗で駆動することを計画します。これにより、並列接続で発生する可能性のある電流の偏りを回避できます。指定された電圧ビン(例: ビン1 最大VF=2.15V)の最大VFを使用して抵抗値を計算します。R = (5V - 2.15V) / 0.020A = 142.5Ω。150Ωの標準抵抗を使用します。実際のIFは約19mAとなり、安全でわずかなマージンを持ちます。
3. PCBレイアウト:LEDを一貫した向きで配置します。特にパネルが高温環境で動作する場合は、LEDの熱放散を助けるために、LEDの熱パッド(該当する場合)の下またはそのリード周囲に小さな銅面を設けてください。
4. 組立:リフロープロファイルに正確に従ってください。組立後、低倍率で目視検査を行い、適切なはんだフィレットと位置合わせを確認してください。

11. 動作原理の紹介

この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。活性領域はAlGaInP(アルミニウムガリウムインジウムリン)で構成されています。接合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ます。そこでそれらは再結合し、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、それが直接発光の波長(色)に対応します。この場合、約575 nm(イエローグリーン)です。水拡散樹脂封止材は光を散乱させ、放射パターンを広げて広い130度の視野角を実現します。

12. 技術トレンドと背景

19-213のようなSMD LEDは、光エレクトロニクスにおける小型化、信頼性向上、自動化された大量生産プロセスとの互換性への継続的なトレンドを表しています。スルーホールから表面実装パッケージへの移行は、より小型、軽量、堅牢な電子アセンブリの必要性によって推進されてきました。AlGaInP材料の使用は、アンバーから赤色スペクトルにおいて高い効率と優れた色飽和度を提供します。このクラスのデバイスの将来のトレンドには、さらなる小型化、発光効率の向上(電気ワットあたりの光出力の増加)、およびより高い駆動電流と明るさを可能にするための強化された熱性能パッケージが含まれる可能性があります。環境適合性(RoHS、ハロゲンフリー)への重点も、電子業界全体における永続的かつ成長しているトレンドです。