SMD LED 19-21/G PC-FL1M2B/3T データシート - 純緑色 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大2.35V - 60mW - 英語技術文書

1. 製品概要

19-21/G PC-FL1M2B/3Tは、コンパクトで効率的かつ信頼性の高いインジケータまたはバックライトソリューションを必要と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型（SMD）発光ダイオード（LED）です。この部品は、従来のリードフレーム型LEDに比べて大幅な進歩を遂げており、基板スペースの大幅な削減、実装密度の向上を可能とし、最終的にはエンドユーザー機器の小型化に貢献します。軽量構造により、サイズと重量が重要な制約条件となるアプリケーションへの適合性がさらに高まっています。

1.1 中核機能と利点

このSMD LEDの主な利点は、そのパッケージ設計と材料適合性に由来します：

• コンパクトなパッケージング： 直径7インチのリールに巻かれた8mmテープで供給され、高速自動実装装置との完全な互換性があり、製造プロセスを効率化します。
• 堅牢なプロセス互換性： 標準的な赤外線（IR）および気相はんだリフロー工程に耐える設計で、プリント回路基板（PCB）への確実な実装を保証します。
• 環境および規制適合性： The device is manufactured as a Pb-free (lead-free) component. It complies with the EU's RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, REACH regulations, and meets halogen-free standards (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• モノカラー・タイプ： 単一の純粋な緑色を発光し、インジケーター用途に一貫した色度を提供します。

1.2 ターゲットアプリケーション

このLEDは、以下のような多様なアプリケーション向けに設計されています：

• 自動車内装： 計器盤、ダッシュボード・インジケーター、スイッチパネルのバックライト。
• 通信： 電話機、ファックス、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のバックライト。
• 民生用電子機器： 液晶ディスプレイ（LCD）用フラットバックライト、スイッチ照明、シンボル表示灯。
• 汎用表示： 小型で明るく信頼性の高い緑色光源を必要とするあらゆる用途。

2. 技術仕様：詳細分析

LEDの性能と信頼性は、絶対最大定格および電気光学特性によって定義されます。規定された限界を超えてデバイスを動作させると、永久損傷や性能劣化を引き起こす可能性があります。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、いかなる動作条件下でも、一瞬たりとも超えてはならないストレスの限界を定義します。全ての値は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 逆電圧（VR）： 5 V。これを超える逆電圧を印加すると、接合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（IF）： 25 mA。LEDを連続的に流すことができる最大直流電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）： 60 mA。これは最大パルス順電流であり、1 kHz、デューティサイクル1/10の条件下でのみ許容されます。連続動作には適しません。
• 電力損失 (Pd): 60 mW。パッケージが熱として放散できる最大電力で、順電圧 (VF) × 順電流 (IF) として計算されます。
• 静電気放電 (ESD) 人体モデル (HBM): 2000 V。この定格は、LEDの静電気に対する感受性を示します。組立および取り扱い時には適切なESD対策手順が必須です。
• 動作温度 (Topr): -40°C ～ +85°C。LEDが確実に機能することが保証されている周囲温度範囲です。
• 保存温度 (Tstg): -40°Cから+90°C。電源オフ時のデバイス保管温度範囲。
• はんだ付け温度 (Tsol):
  • 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以下、端子あたり最大3秒間。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、通常動作条件（特に記載がない限り、Ta=25°C、IF=20mA）におけるLEDの光出力と電気的挙動を定義します。「Typ.」列は代表値または平均値を示し、「Min.」および「Max.」は保証限界値を定義します。

• 光度 (Iv): 11.5 mcd（最小）から28.5 mcd（最大）。これはミリカンデラで測定されるLEDの知覚される明るさです。特定のユニットの実際の値は、そのビンコードに依存します（セクション3を参照）。
• 視野角（2θ1/2）： 100度（代表値）。これは光度が0度（オンアクシス）での強度の半分になる全角です。100度の角度は広い視野円錐を提供します。
• ピーク波長（λp）： 561 nm（代表値）。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）： 557.5 nm（最小）から565.5 nm（最大）。これは、LEDの光の色に最もよく一致すると人間の目が知覚する単一波長です。色指定のための主要なパラメータです。
• スペクトル放射帯域幅（Δλ）： 20 nm（代表値）。ピーク強度の半分における放射スペクトルの幅（半値全幅 - FWHM）。帯域幅が狭いほど、スペクトル的に純粋な色を示します。
• 順方向電圧（VF）： IF=20mA時、1.75 V（最小）～2.35 V（最大）。LEDが電流を導通しているときの両端の電圧降下。このパラメータは電流制限回路の設計において重要です。
• 逆方向電流（IR）： VR=5V時、10 μA（最大）。LEDが逆バイアスされたときに流れるわずかなリーク電流。データシートは、このデバイスが逆方向動作用に設計されていないことを明記しています。この試験条件は特性評価のみを目的としています。

許容差に関する重要な注意事項： データシートは主要パラメータの製造許容差を規定しています：光度（±11%）、主波長（±1nm）、順方向電圧（±0.1V）。これらの許容差は各ビン内の値に適用されます（次のセクションを参照）。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは測定された性能に基づいて「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わせて厳密に管理された特性を持つ部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mAでの測定Iv値に基づき、4つの光度ビン（L1、L2、M1、M2）に分類されます。これにより、特定の輝度レベルを必要とするアプリケーション向けの選択が可能になります。

• ビン L1: 11.5 – 14.5 mcd
• ビン L2: 14.5 – 18.0 mcd
• Bin M1: 18.0 – 22.5 mcd
• Bin M2: 22.5 – 28.5 mcd

3.2 主波長ビニング

緑色光の色合いは、4つの波長ビン（C10からC13）に選別することで制御されます。これは、複数のインジケータ間で色の一貫性が重要な用途において極めて重要です。

• Bin C10: 557.5 – 559.5 nm
• Bin C11: 559.5 – 561.5 nm
• Bin C12: 561.5 – 563.5 nm
• Bin C13: 563.5 – 565.5 nm

3.3 順方向電圧ビニング

LEDは、20mA時の順方向電圧降下によってもビニングされます。これは、特に複数のLEDを直列に駆動する場合の電源回路や定電流回路の設計に役立ちます。

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

これら3つのビンコード（例：M2、C11、1）の組み合わせにより、特定のロットのLEDの性能特性が一意に定義されます。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのLEDの動作を示す特性曲線がいくつか記載されています。これらの曲線を理解することは、堅牢な回路設計に不可欠です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V カーブ)

この曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧との間の指数関数的関係を示しています。順方向電圧（VF）は電流とともに増加します。この曲線は、適切な電流制限抵抗の選択や定電流ドライバの設計に極めて重要です。20mAにおける代表的なVFは約2.0Vですが、ビニングに応じて1.75Vから2.35Vの間で変動する可能性があります。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流

このグラフは、駆動電流の増加に伴う光出力の変化を示しています。一般的に非線形の関係にあり、電流を2倍にしても光出力は2倍になりません。推奨値である20mA以下で動作させることで、最適な効率と長寿命を確保できます。

4.3 相対光度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は温度に依存します。この曲線は、周囲温度（Ta）が上昇するにつれて光度が低下することを示しています。例えば、最大動作温度である+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。高温環境で動作する設計では、この点を考慮する必要があります。

4.4 順方向電流デレーティング曲線

これは信頼性にとって最も重要な曲線の一つです。周囲温度の関数として、許容される最大連続順方向電流を示しています。温度が上昇すると、過熱と劣化の加速を防ぐために、最大安全電流は減少します。85°Cでは、許容される最大電流は25°Cでの定格25mAよりも低くなります。

4.5 スペクトル分布

スペクトルグラフは、異なる波長にわたって放出される光の相対強度を示しています。このPure Green AlGaInP LEDの場合、561 nmを中心とする単一の支配的なピークが示されており、典型的なFWHMは20 nmです。これにより、単色の緑色出力が確認されます。

4.6 放射パターン（空間分布）

この極座標プロットは、LEDから空間的に光がどのように放射されるかを示しています。ここで100度の視野角が確認され、強度がオンアクシス値の50％に低下する角度を示しています。パターンはほぼランバート（余弦分布）であり、拡散レンズを備えたSMD LEDでは一般的です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

19-21 SMD LEDは非常にコンパクトなフットプリントを有しています。主要寸法（単位mm、特に記載がない限り公差±0.1mm）には、本体サイズが長さ約2.0mm、幅約1.25mm、典型的な高さ0.8mmが含まれます。詳細図面には、パッド間隔（典型的に1.4mm）、ランドパターンの推奨事項、およびPCBレイアウト設計をガイドするためのパッケージ全体の輪郭が規定されています。

5.2 極性識別

正しい向きは極めて重要です。カソード（負極端子）は明確にマーキングされています。パッケージ上面には、特徴的なカソードマーク（通常は緑色の点、切り欠き、または面取りされた角）があります。底面のメタライゼーションも、アノードパッドとカソードパッドで異なる場合があります。PCB設計および実装時には、常にデータシートの図面を参照してください。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

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）

鉛フリーリフローはんだ付けの推奨温度プロファイルを以下に示します：

• プリヒート： 周囲温度から60〜120秒かけて150〜200°Cまで昇温し、基板を均一に加熱してフラックスを活性化させる。
• ソーク/リフロー： 液相線（217°C）以上の時間は60〜150秒とする。ピーク温度は260°Cを超えてはならず、255°C以上の時間は最大30秒に制限する。
• 冷却： 最大冷却速度は6°C/秒とする。

リフローサイクルは最大2回まで許可される。

6.2 手はんだ付けの注意事項

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払うこと：

• はんだごての先端温度は350°C以下で使用してください。
• 端子ごとの接触時間は3秒以下に制限してください。
• 定格電力25W以下のはんだごてを使用してください。
• 各端子のはんだ付けの間には、少なくとも2秒の冷却間隔を設けてください。
• はんだ付け中またははんだ付け後、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。やむを得ない場合は、専用の両頭はんだごてを使用し、両端子を同時に加熱して安全に取り外す必要があります。リワーク時の熱ダメージの可能性が高く、修理後はLEDの特性を確認すべきです。

7. 保管および湿気感受性

このLEDは、大気中の湿気を吸収してリフロー中に「ポップコーニング」（パッケージクラック）を引き起こすのを防ぐため、乾燥剤入りの防湿バリアバッグに包装されています。

• 使用前： 組立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： 開封後168時間（7日）以内にLEDを使用してください。開封済みのパッケージは、温度30°C以下、相対湿度60%以下で保管してください。
• リベイキング： 保管期間を超過した場合、または乾燥剤インジケータが飽和を示した場合は、リフロー前に60±5°Cで24時間のベイキングが必要です。

8. パッケージングおよび注文情報

8.1 テープおよびリール仕様

LEDは幅8mmのエンボス加工キャリアテープに供給されます。各リールは直径7インチで、3000個を収容します。自動組立装置との互換性を確保するため、キャリアテープのポケット寸法およびリールハブ/フランジ寸法の詳細図面が提供されています。

8.2 ラベル情報

リールラベルには、トレーサビリティと正しい適用のための重要な情報が含まれています：

• P/N: 品番 (例: 19-21/G PC-FL1M2B/3T).
• 数量: 包装数量 (3000個/リール).
• CAT (または Iv Rank): 光度ビンコード (例: M1).
• 色相: 主波長/色度ビンコード (例: C11).
• REF（またはVFランク）: 順方向電圧ビンコード（例：1）.
• 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

データシートは明確に警告している：「保護のため、顧客は抵抗器を適用しなければならない。」LEDは電流駆動デバイスである。順方向電圧のわずかな増加が、大きく、破壊的となる可能性のある電流の増加を引き起こす可能性がある。外部の電流制限抵抗または定電流駆動回路が絶対に不可欠である。抵抗値はオームの法則を用いて計算できる：R = (電源電圧 - VF) / IF。ここでVFは適切なビンからの代表値または最大値である。

9.2 熱管理

パッケージは小型ですが、最大60mWの電力損失により発熱が生じます。特に周囲温度や駆動電流が高い環境での長期信頼性を確保するためには：

• 電流デレーティング曲線に従ってください。
• LEDパッドに接続されたPCB上に、ヒートシンクとして機能する十分な銅面積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。

9.3 光学的考慮事項

100度の広い視野角により、このLEDはインジケータを様々な角度から視認する必要がある用途に適しています。指向性を高めるには、外部レンズや導光体が必要な場合があります。ウォータークリア樹脂は、明るく彩度の低い外観を実現します。

10. 技術比較と差別化

19-21/G LEDは、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）技術に基づき、純緑色発光において特定の利点を提供します：

• 従来の緑色LEDとの比較： AlGaInP技術は、従来技術と比較して、緑色や黄色において一般的に高い効率と優れた色純度（狭いスペクトル）を提供します。
• 大型SMDパッケージとの比較： 19-21のフットプリントは、標準的なSMD LEDパッケージの中で最も小型の部類に属し、0603や0805サイズのLEDと比較して高密度なレイアウトを可能にします。
• 非対応コンポーネントとの比較： RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格への完全準拠は、厳格な環境規制が存在する市場における重要な差別化要因であり、世界的な販売を目的とした製品への組み込みを容易にします。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

11.1 5V電源にはどの抵抗器が必要ですか？

安全のため、最大VF 2.35V（Bin 2）と目標IF 20mAを使用した場合：R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω。最も近い標準値は130Ωまたは150Ωです。150Ωを使用するとIF ≈ 17.7mAとなり、安全でわずかに寿命が長くなります。必ずご使用の特定の電源電圧と選択した電流に基づいて計算してください。

11.2 3.3Vで駆動できますか？

はい、3.3V電源は適しています。抵抗器の計算は次の通りです：R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65Ω。68Ωの抵抗器が適切な選択です。電源が必要な電流を供給できることを確認してください。

11.3 高温時に光出力が低下するのはなぜですか？

これは半導体LEDの基本的な特性です。温度が上昇すると、発光接合部の内部量子効率が低下し、非発光再結合が増加するため、同じ駆動電流でも光出力が減少します。デレーティング曲線は、許容電流を減らして接合部温度を管理することで、この現象を補償します。

11.4 設計において「Pb-free」および「Halogen-Free」は何を意味しますか？

Pb-freeとは、部品リードのメッキおよび製造で使用される内部はんだに鉛が含まれていないことを意味し、国際的な環境規制に適合しています。Halogen-Freeとは、プラスチック成形材料が特定の限度値を超える臭素系または塩素系難燃剤を含まないことを意味し、デバイスが極度の高温や火災にさらされた場合の有毒ガスの発生を低減します。

12. デザインイン ケーススタディ：ダッシュボードスイッチのバックライト

シナリオ： 動作温度範囲-30°Cから+85°Cにおいて、日中と暗闇の両方で視認性が求められる自動車ダッシュボードスイッチのバックライトを設計する。 設計上の選択:

1. LEDの選定: 十分な輝度を確保するため、高い光度のビン（例：M2）を選択する。全てのスイッチ間で色の一貫性を保つため、狭い波長ビン（例：C11）を選択する。
2. 駆動回路: 単純な抵抗器の代わりに、自動車環境向けに設計された定電流ドライバICを使用する。これにより、バッテリー電圧の変動（例：9Vから16V）に関わらず、輝度の一貫性が確保される。高周囲温度を考慮し、寿命を延ばすために電流を15-18mAに設定する。
3. PCBレイアウト: LEDの熱放散パッド（アノードおよびカソード）に接続された広い銅面を設け、熱をPCBに放散させる。ボードが多層の場合は、熱ビアを使用する。
4. 光学設計: 100度の視野角は、ほとんどのスイッチ設計において十分です。スイッチアイコンの下で光を均一に広げるために、ライトパイプや拡散板を使用することがあります。
5. Storage & Assembly: 自動車用PCBアセンブリは複数回のリフロー工程を経ることが多いため、湿気感受性ガイドラインを厳格に遵守してください。

このアプローチにより、自動車グレード要件を満たす、信頼性が高く明るく一貫性のあるインジケータが保証されます。

13. 動作原理

このLEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスの原理で動作します。チップ材料はAlGaInP（アルミニウムガリウムインジウムリン化物）です。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、これらは再結合して光（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、それが直接、発光波長（色）を定義します。この場合、約561nmの純緑色です。ウォータークリアエポキシ樹脂封止材はチップを保護し、レンズとして光出力を整形し、蛍光体や拡散材を含む場合があります（ただし、単色タイプでは通常クリアです）。

LED Specification Terminology

LED技術用語の完全な説明