SMD LED 19-21 ダークレッド データシート - 外形寸法 2.0x1.25x0.8mm - 順電圧 1.75-2.35V - 消費電力 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、19-21パッケージサイズのダークレッド発光表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。この部品は、現代の電子実装プロセス向けに設計されており、様々なインジケータおよびバックライト用途において、コンパクトな占有面積と信頼性の高い性能を提供します。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

この19-21 SMD LEDの主な利点は、従来のリードフレーム型LEDと比較して大幅に小型化されている点です。この小型化により、製品設計者に以下の主要な利点がもたらされます：

• 小型な基板サイズ：よりコンパクトなPCB設計を可能にします。
• 高パッキング密度：所定の面積により多くの部品を配置できます。
• 保管スペースの削減：小型部品は在庫スペースを少なくします。
• 軽量構造：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。
• 互換性：デバイスは7インチ径リール上の8mmテープにパッケージングされており、大量生産で使用される標準的な自動実装機と完全に互換性があります。

本製品は、汎用インジケータおよびバックライトソリューションとして位置付けられており、特にスペースと重量が制約となるアプリケーションに適しています。

1.2 ターゲット市場と用途

このLEDは、幅広い電子機器アプリケーション向けに設計されています。主なターゲット市場は以下の通りです：

• 自動車内装：計器盤、スイッチ、制御パネルのバックライト。
• 通信機器：電話機、ファクシミリ、その他の通信機器の状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• 民生用電子機器：LCDディスプレイのフラットバックライト、シンボル照明、スイッチバックライト。
• 汎用インジケータ用途：信頼性の高いコンパクトな赤色の状態表示灯またはインジケータライトを必要とするあらゆるアプリケーション。

2. 技術仕様の詳細分析

このセクションでは、LEDの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。これらの限界を理解することは、信頼性の高い回路設計に不可欠です。

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ストレスの限界を定義します。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、長期信頼性のためには避けるべきです。

• 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。
• 連続順電流 (I_F):25mA。連続動作時の最大DC電流です。
• ピーク順電流 (I_FP):60mA (デューティサイクル 1/10 @ 1kHz)。この定格はパルス動作専用であり、DC動作では一瞬でも超えてはなりません。
• 消費電力 (P_d):60mW。パッケージが熱として放散できる最大電力で、V_F* I_F.
• 静電気放電 (ESD) 人体モデル (HBM):2000V。デバイスの静電気に対する感度の尺度を提供します。適切なESD取り扱い手順が必須です。
• 動作温度 (T_opr):-40°C ～ +85°C。デバイスの動作が規定されている周囲温度範囲です。
• 保管温度 (T_stg):-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度：
  • 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（周囲温度25°C、I_F=5mA）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度 (I_v):7.2 mcd (最小) ～ 18.0 mcd (最大)。実際の出力はビニングされます（セクション3参照）。
• 指向角 (2θ_1/2):100度 (代表値)。光度がピーク値の半分に低下する全角度です。
• ピーク波長 (λ_p):639 nm (代表値)。スペクトル放射が最も強い波長です。
• 主波長 (λ_d):625.5 nm (最小) ～ 637.5 nm (最大)。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色を定義します。これもビニングされます。
• スペクトル半値幅 (Δλ):20 nm (代表値)。最大強度の半分における放射スペクトルの幅です。
• 順電圧 (V_F):1.75V (最小) ～ 2.35V (最大) (I_F=5mA時)。このパラメータは±0.1Vの厳しい公差を持ち、ビニングされます。
• 逆電流 (I_R):10 μA (最大) (V_R=5V時)。このデバイスは逆バイアス動作用に設計されていないことに注意することが極めて重要です。この試験はリーク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

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を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、5mA時の光出力に基づいて4つのビン（K1、K2、L1、L2）に分類されます。

• K1:7.2 - 9.0 mcd
• K2:9.0 - 11.5 mcd
• L1:11.5 - 14.5 mcd
• L2:14.5 - 18.0 mcd

各ビン内では±11%の公差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

色（色相）は、主波長を3つの範囲（E6、E7、E8）にビニングすることで制御されます。

• E6:625.5 - 629.5 nm
• E7:629.5 - 633.5 nm
• E8:633.5 - 637.5 nm

各ビン内では±1nmの公差が適用されます。

3.3 順電圧ビニング

特に並列接続時の電流制御設計を支援するため、順電圧がビニングされます。

• ビン 0:1.75 - 1.95 V
• ビン 1:1.95 - 2.15 V
• ビン 2:2.15 - 2.35 V

各ビン内では±0.1Vの公差が適用されます。

4. 性能曲線分析

データシートには、非標準条件下でのLEDの動作を理解するために不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

4.1 光度 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度が上昇すると光度が減少することを示しています。これは、高温では内部量子効率が低下するため、半導体光源の基本的な特性です。設計者は、LEDが高温環境で動作する場合、期待される光出力を減額する必要があります。

4.2 光度 vs. 順電流

電流 (I_F) と光出力の関係は、低電流では一般的に線形ですが、高電流では発熱と効率低下によりサブリニアになる可能性があります。推奨電流以上で動作させても、明るさは比例して増加せず、寿命を縮めます。

4.3 順電流 vs. 順電圧 (I-V曲線)

これはダイオードの基本的な特性です。曲線は指数関数的な関係を示しています。電圧の小さな変化が電流の大きな変化をもたらすため、サーマルランナウェイや破壊を防ぐための電流制限回路（直列抵抗や定電流ドライバなど）の必要性が強調されます。

4.4 順電流減額曲線

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、デバイスの消費電力限界内に収め、過熱を防ぐために、最大安全電流を減らす必要があります。

4.5 スペクトル分布

スペクトルプロットは、このAlGaInPベースのLEDの単色性を確認し、約639 nmを中心とする狭い放射ピークを示しており、これはダークレッド色に対応します。20nmの帯域幅はスペクトル純度を示しています。

4.6 放射パターン

極座標図は100度の指向角を示しています。強度は0度（LED面に垂直）で最も高く、このパッケージスタイルに典型的なほぼランバートパターンに従って、端に向かって対称的に減少します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

19-21 SMD LEDの主要寸法は以下の通りです（特に指定がない限り公差±0.1mm）：

• 長さ：2.0 mm
• 幅：1.25 mm
• 高さ：0.8 mm

組立時の正しい極性方向のために、パッケージ上にカソードマークが明確に示されています。

5.2 パッド設計と極性

推奨フットプリント（ランドパターン）は寸法図に示されています。はんだ付け時の逆接続を防ぐために、カソード（通常、緑色の着色、切り欠き、または図に示すような面取りされた角でマーク）を正しく識別することが不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

これらのガイドラインを遵守することは、はんだ接合部の信頼性を確保し、LEDへの損傷を防ぐために重要です。

6.1 リフローはんだ付けプロファイル（鉛フリー）

推奨温度プロファイルは、鉛フリー（SAC）はんだ合金にとって重要です：

• 予備加熱：150-200°C、60-120秒間。基板を徐々に加熱して熱衝撃を最小限に抑えます。
• 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±5°C内時間：最大10秒間。
• 最大昇温速度：6°C/秒。
• 最大降温速度：3°C/秒。
• リフロー制限：デバイスはリフローはんだ付けを2回以上行ってはなりません。

6.2 手はんだ付けの注意点

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります：

• 温度制御機能付きはんだごてを使用し、最大350°Cに設定します。
• 端子あたりの接触時間を3秒以内に制限します。
• 定格電力25W以下のはんだごてを使用します。
• 各端子のはんだ付けの間には、最低2秒の冷却間隔を設けます。
• 加熱中にLED本体に機械的ストレスを加えないでください。

6.3 リワークおよび修理

はんだ付け後の修理は強く推奨されません。どうしても避けられない場合は、両方の端子を同時に加熱して部品をねじらずに持ち上げることができる専用の両頭はんだごてを使用する必要があります。損傷の可能性が高く、リワーク後はLEDの特性を確認する必要があります。

7. 保管および湿気感受性

この部品は湿気に敏感です。不適切な取り扱いにより、急速な蒸気膨張によりリフロー中にポップコーン現象（パッケージクラック）が発生する可能性があります。

7.1 保管条件

• 部品を使用する準備ができるまで、防湿バリアバッグを開封しないでください。
• 開封後： 温度≤30°C、相対湿度（RH）≤60%で保管します。
• フロアライフ：バッグ開封後168時間（7日）以内に使用します。
• この期間内に使用しない場合は、乾燥剤とともに再密封するか、ベーキングを行ってください。

7.2 ベーキング指示

乾燥剤インジケータの色が変わった場合、またはフロアライフを超過した場合は、使用前に部品をベーキングして吸収した湿気を除去してください。

• 温度：60°C ±5°C
• 時間：24時間
• 注意：ベーキング温度が最大保管温度（90°C）を超えないようにしてください。

8. 包装および注文情報

8.1 包装仕様

• キャリアテープ：幅8mm。
• リールサイズ：直径7インチ。
• リールあたり数量：3000個。
• 包装：部品は乾燥剤と湿度指示カードを入れ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:顧客部品番号（割り当てられている場合）。
• P/N:メーカー部品番号（例：19-21/R7C-AK1L2BY/3T）。
• QTY:リール上の梱包数量。
• CAT:光度ビンコード（例：K1、L2）。
• HUE:主波長/色度ビンコード（例：E6、E7）。
• REF:順電圧ビンコード（例：0、1、2）。
• LOT No:トレーサビリティのための製造ロット番号。

9. アプリケーション設計上の考慮事項

9.1 電流制限は必須

これは最も重要な設計ルールです。LEDは定電流で駆動するか、電源電圧 (V_supply)、LEDの順電圧 (V_F、ビンから)、および所望の電流 (I_F≤ 25mA) に基づいて計算された直列抵抗を接続する必要があります。抵抗値の計算式は： R = (V_supply- V_F) / I_Fです。これがないと、電源電圧のわずかな増加が、破壊的な可能性のある大きな電流増加を引き起こします。

9.2 熱管理

パッケージは小さいですが、消費電力（最大60mW）により熱が発生します。特に最大電流付近または高温環境で動作する場合は、はんだパッド周囲に十分なPCB銅面積（サーマルリリーフパッド）を確保して放熱を助けるようにしてください。減額曲線を参照してください。

9.3 ESD保護

ESD HBM定格2000Vのこのデバイスは中程度の感度を持ちます。入力ラインがユーザー接触にさらされる場合はESD保護を実装し、組立および試作中は常に標準的なESD安全取り扱い手順に従ってください。

10. 技術比較と差別化

19-21パッケージは、サイズと性能の特定のバランスを提供します。

• vs. 大型SMD LED（例：3528）：19-21は大幅に小型で基板スペースを節約できますが、通常、最大電流と光出力定格は低くなります。
• vs. 小型SMD LED（例：0402）：19-21は手作業での取り扱いやはんだ付けが容易で、高い電力処理能力を持ち、多くの場合、より広い指向角を提供します。
• vs. スルーホールLED：SMDフォーマットは穴あけの必要性をなくし、自動組立を可能にし、重量を削減し、PCB上の部品密度を大幅に高めることができます。
• AlGaInP技術：この材料システムは、赤/オレンジ/琥珀色の範囲で高い効率で知られており、従来技術と比較して良好な明るさと色安定性を提供します。

11. よくある質問（FAQ）

11.1 このLEDを3.3Vまたは5V電源から直接駆動できますか？

No.直列電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、5V電源、V_Fが2.0V（20mA時）のLEDの場合： R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω。150Ωの抵抗が必要です。

11.2 光度が最大25mAではなく5mAで規定されているのはなぜですか？

5mAは、異なるLEDモデルやビン間で一貫した比較を可能にする標準試験条件です。より高い明るさを得るために高い電流（最大25mA）で動作させることはできますが、光度 vs. 順電流曲線を参照し、熱的限界を超えないようにする必要があります。

11.3 ビンコード（例：K1、E7、1）は私の設計にとって何を意味しますか？

アプリケーションで複数のLED間の一貫した明るさが必要な場合は、狭い光度ビン（例：L1のみ）を指定する必要があります。色の一貫性が重要な場合は、狭い波長ビン（例：E7のみ）を指定します。LEDが並列接続される設計では、狭い順電圧ビン（例：1のみ）を指定することで、電流分担がより均等になるのを助けます。

11.4 データシートに逆動作用に設計されていないとありますが、これはどういう意味ですか？

これは、LEDを決して意図的にカソードがアノードより高い電圧になるように動作させてはならないことを意味します。5Vの逆電圧定格は、偶発的な過渡事象に対する最大生存可能定格であり、動作条件ではありません。通常動作中に逆電圧が印加されると、永久的な損傷が生じる可能性が高いです。

12. 設計および使用事例

シナリオ：赤色バックライト付きコンパクトな自動車用スイッチの設計。

1. 部品選定：小型サイズ、適切な明るさ、自動組立との互換性から、19-21 ダークレッドLEDが選択されました。
2. 回路設計：車両の12Vシステムを使用します。直列抵抗を計算します。順電圧ビン2.0V、適切な明るさと長寿命のための所望電流15mAと仮定： R = (12V - 2.0V) / 0.015A ≈ 667 Ω。標準の680 Ω、1/8W抵抗が選択されます。
3. PCBレイアウト：コンパクトな19-21フットプリントがスイッチドームの下に配置されます。放熱のため、はんだパッドに少量の余分な銅が追加されます。
4. 製造：一貫した明るさのためのビンL1、一貫した色のためのビンE7のLEDが、自動実装用に7インチリールで発注されます。
5. 組立：密封リールは7日のフロアライフ内に使用されます。PCBは指定された鉛フリープロファイルを使用して単一のリフローパスを受けます。
6. 結果：信頼性が高く、均一に点灯するスイッチバックライトが、長い動作寿命で実現されます。

13. 技術原理の紹介

このLEDは、基板上に成長させたAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体材料に基づいています。p-n接合に順電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlGaInPのような直接遷移型半導体では、この再結合によりエネルギーが主に光子（光）の形で放出されます。結晶格子中のアルミニウム、ガリウム、インジウムの特定の比率がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接、放出される光の波長（色）を定義します—この場合はダークレッド（約639 nm）です。透明樹脂レンズはチップを封止し、放出された光を指定の100度の指向角に形成します。

LED仕様用語集

LED技術用語の完全な説明