SMD LED 19-217/R6C-P1Q2/3T データシート - ブリリアントレッド - 20mA - 2.0V - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-217は、汎用インジケータおよびバックライト用途向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDです。AlGaInPチップを利用して鮮やかな赤色光を出力します。コンパクトなSMDパッケージにより、基板スペースの削減、部品実装密度の向上、最終機器全体の小型化など、現代の電子設計において大きな利点を実現します。本デバイスは、RoHS、REACH、ハロゲンフリー要件を含む主要な環境および安全基準に準拠しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、その小型SMDフォームファクタに起因します。従来のリードフレームLEDと比較して、より小さなプリント基板（PCB）設計、保管スペースの削減、最終製品の軽量化を可能にします。これは、スペースと重量が重要な制約条件となるアプリケーションに特に適しています。本デバイスは、信頼性の高いコンパクトな赤色光源が必要とされる、民生電子機器、通信機器（電話、ファクシミリなど）、自動車の計器盤およびスイッチのバックライト、汎用インジケータアプリケーションなど、幅広い市場をターゲットとしています。

2. 詳細技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに定義されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。これらの限界値と代表値を理解することは、信頼性の高い回路設計にとって極めて重要です。

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のあるストレスの限界を定義します。これらは動作条件ではありません。

• 逆電圧 (VR): 5V- 5Vを超える逆バイアス電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 順電流 (IF): 25mA- LEDに流すことができる最大連続DC電流です。
• ピーク順電流 (IFP): 60mA- 短時間の高輝度フラッシュ用のパルス電流限界値（1/10デューティサイクル、1kHz）です。適切なパルス化なしに連続電流定格を超えると、過熱を招きます。
• 電力損失 (Pd): 60mW- 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。
• ESD (HBM): 2000V- このLEDは、人体モデル静電気放電耐量が2kVです。組立時には適切なESD取り扱い予防策が必要です。
• 動作・保管温度: -40°C ～ +85°C / -40°C ～ +90°C- 使用時および非動作時の保管における完全な環境温度範囲を規定します。
• はんだ付け温度:本デバイスは、ピーク温度260°Cで最大10秒間のリフローはんだ付け、または端子ごとに350°Cで最大3秒間の手はんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、Ta=25°C、IF=20mAの標準試験条件で測定されます。これらはLEDの代表的な性能を定義します。

• 光度 (Iv): 45.0 - 112 mcd (代表値は指定なし)- 発せられる可視光の量です。広い範囲はビニングシステムが使用されていることを示します（セクション3参照）。試験電流は20mAです。
• 指向角 (2θ1/2): 120° (代表値)- 光度が0°（軸上）の強度の半分になる角度です。これは非常に広い指向角であり、広い視認性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): 632 nm (代表値)- 光出力が最大となる波長です。AlGaInP赤色LEDの場合、これは通常、橙赤色から赤色の領域に位置します。
• 主波長 (λd): 624 nm (代表値)- 人間の目がLED光の色と一致すると知覚する単一波長です。赤色LEDでは、ピーク波長よりわずかに短いことが多いです。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 20 nm (代表値)- 最大パワーの半分（半値全幅）における発光スペクトルの幅です。20nmの値は、比較的純粋な色を示しています。
• 順電圧 (VF): 1.7V - 2.4V (代表値 2.0V)- 20mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。設計者はこれを使用して必要な電流制限抵抗値を計算する必要があります。代表値2.0Vは重要な設計パラメータです。
• 逆電流 (IR): 10 μA 最大- 指定された逆電圧（5V）が印加されたときに流れる小さなリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、生産アプリケーションでの輝度の一貫性を確保するための光度ビニングシステムの概要を示しています。品番の特定のデバイスコードP1Q2は、そのビンを指します。

• ビンコード P1:光度 45.0 mcd から 57.0 mcd。
• ビンコード P2:光度 57.0 mcd から 72.0 mcd。
• ビンコード Q1:光度 72.0 mcd から 90.0 mcd。
• ビンコード Q2:光度 90.0 mcd から 112 mcd。

品番の接尾辞P1Q2/3Tは、この特定のデバイスが光度に関してQ2ビンに分類されることを示しています。設計者は、アプリケーションに必要な輝度レベルに基づいて適切なビンを選択できます。データシートはまた、ビン内での光度の一般的な許容差が±11%であることも注記しています。

4. 性能曲線分析

PDFでは代表的な電気光学特性曲線が参照されていますが、具体的なグラフは本文には提供されていません。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線には通常以下が含まれます：

• IV曲線（電流対電圧）:順電圧と順電流の間の指数関数的関係を示します。膝の電圧は代表的なVFである2.0V付近です。この曲線はドライバ回路の設計に不可欠です。
• 光度対順電流:光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、動作範囲内ではほぼ線形関係にありますが、非常に高い電流では加熱により効率が低下します。
• 光度対周囲温度:接合温度が上昇するにつれて光出力が低下する様子を示します。ほとんどのLEDでは、温度が上昇すると出力が減少します。
• スペクトル分布:相対強度対波長のプロットで、約632nmにピークがあり、帯域幅は約20nmです。

設計者は、温度および駆動条件にわたって性能を最適化するために、これらの詳細な曲線についてはメーカーの完全なグラフィカルデータシートを参照する必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的なSMDパッケージに収められています。データシートの図面には、本体の長さ、幅、高さ、およびカソード/アノード端子の配置を含む重要な寸法が提供されています。カソードは通常、パッケージ上の切り欠き、緑色の点、または角の切り落としなどの視覚的マーカーで識別されます。特に断りのない限り、寸法公差は一般的に±0.1mmです。自動ピックアンドプレースおよびはんだ付けを成功させるには、正確なフットプリントレイアウトが必要です。

5.2 極性識別

LEDの動作には正しい極性が不可欠です。データシートのパッケージ図は、カソード（負極）端子を明確に示します。LEDを逆バイアスで実装すると点灯せず、逆電圧定格を超えた場合、デバイスを損傷する可能性があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

信頼性を維持するためには、適切な取り扱いが重要です。データシートには詳細な指示が記載されています。

6.1 保管および湿気感受性

LEDは乾燥剤入りの防湿バッグに梱包されています。部品を使用する準備ができるまでバッグは開封しないでください。バッグを開封して部品をすぐに使用しない場合、制御された条件（≤30°C、≤60% RH）下で1年間のフロアライフがあります。これを超えた場合、または乾燥剤インジケータの色が変化した場合は、リフローはんだ付け前にベーキング処理（60±5°C、24時間）が必要です。これは湿気の気化によるポップコーン現象による損傷を防ぐためです。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

無鉛リフロープロファイルが規定されています：

• 予熱:150-200°C、60-120秒間。
• 液相線温度以上時間 (217°C):60-150秒間。
• ピーク温度:最大260°C、10秒以内。
• 昇温速度:最大6°C/秒。
• 降温速度:最大3°C/秒。

6.3 手はんだ付けおよびリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先温度を350°C以下に保ち、端子ごとに3秒以内で行ってください。低電力（≤25W）のはんだごての使用を推奨します。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。リワークは強く推奨されませんが、やむを得ない場合は、専用の両頭はんだごてを使用して両方の端子を同時に加熱し、はんだ接合部への機械的ストレスを避けてください。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは、業界標準の8mm幅エンボスキャリアテープに供給され、7インチ径のリールに巻かれています。各リールには3000個が含まれています。リール、テープ、カバーテープの寸法は、自動組立装置との互換性を確保するためにデータシートに記載されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルにはいくつかの主要なフィールドが含まれています：

• P/N:品番（例：19-217/R6C-P1Q2/3T）。
• QTY:梱包数量（3000個）。
• CAT:光度ランク（例：Q2）。
• HUE:色度座標および主波長ランク。
• REF:順電圧ランク。
• LOT No:トレーサビリティのための製造ロット番号。

8. アプリケーション設計提案

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動方法は、単純な直列抵抗です。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (電源電圧 - VF) / IF。例えば、5V電源、代表的なVF 2.0V、希望するIF 20mAの場合：R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω。抵抗の電力定格は少なくとも(電源電圧 - VF) * IF = 0.06Wであるべきです。1/8Wまたは1/10Wの抵抗で十分です。この抵抗は必須です。LEDの指数関数的なIV特性により、わずかな電圧上昇が大きな電流サージを引き起こし、デバイスを瞬時に破壊する可能性があるため、過電流を防ぐためです。

8.2 設計上の考慮点

• 電流駆動:常に定電流源または直列抵抗を伴う電圧源で駆動してください。電圧源に直接接続しないでください。
• 熱管理:パッケージは小さいですが、サーマルパッド（もしあれば）周辺または基板全体の通気性を確保することで、より低い接合温度を維持し、光出力と寿命を保持するのに役立ちます。
• ESD保護:LEDがユーザーがアクセス可能な場所にある場合は入力ラインにESD保護を実装し、組立時にはESD安全な取り扱い手順に従ってください。

9. 技術比較と差別化

19-217の主な差別化要因は、非常に広い120度の指向角と、AlGaInP材料システムによる特定の鮮やかな赤色点（λd ~624nm）の組み合わせにあります。古い技術や狭い指向角のLEDと比較して、より均一なオフアクシス視認性を提供し、視聴者がデバイスの真正面にいない可能性があるパネルインジケータやバックライトに有利です。現代の環境基準（RoHS、ハロゲンフリー）への準拠も、現代の電子機器製造のほとんどにとって重要な要件です。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: より明るくするために、このLEDを30mAで駆動できますか？

A: できません。連続順電流の絶対最大定格は25mAです。この定格を超えると、過熱や早期故障のリスクがあります。より高い輝度が必要な場合は、より高い光度ビン（例：Q2）のLEDを選択するか、より高い電流定格の別の製品を選択してください。

Q: データシートには代表的なVFが2.0Vと記載されていますが、私の回路では2.2Vを測定しました。これは正常ですか？

A: はい。順電圧は1.7Vから2.4Vの範囲で規定されています。2.2Vの値は最大限界内に十分収まっており、製造上のばらつきによる正常な値です。電流制限抵抗の計算では、最悪条件下でも電流が25mAを超えないことを保証するために、最大VF（2.4V）を使用すべきです。

Q: バッグを開封して1週間経った場合、LEDをベーキングする必要がありますか？

A: 保管環境によります。フロアライフ条件（≤30°C、≤60% RH）を満たす制御された環境で保管されていた場合は、ベーキングは不要かもしれません。しかし、保管条件が不明または湿気が多い場合は、推奨されるベーキング（60°C、24時間）を行うことが、はんだ付け不良を防ぐ安全な方法です。

11. 実践的設計と使用事例

シナリオ: 複数の赤色LEDを使用した状態表示パネルの設計

設計者は、10個の均一な赤色状態インジケータを必要とする制御パネルを作成しています。一貫した輝度のために19-217/Q2ビンLEDを選択します。パネルは3.3V電源ラインで動作します。すべての条件下で安全な動作を確保するために最大VF 2.4Vを使用し、直列抵抗を計算します：R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ω。最も近い標準値は47 Ωです。代表的なVF 2.0Vでの実際の電流は約27.7mAとなり、絶対最大定格をわずかに超えます。したがって、すべての条件下で25mAの制限内に収めるためには、より大きな抵抗を使用すべきです。最大VFで20mAを目標に再計算：R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ω。代表的なVF（2.0V）では、電流は(3.3V-2.0V)/47Ω = 27.7mAとなり、高すぎます。より良いアプローチは、代表的なケースで設計し、最大電流を確認することです：R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65 Ω（68 Ωを使用）。VF最小値（1.7V）での最大電流 = (3.3V-1.7V)/68Ω = 23.5mA（安全）。この事例は、抵抗計算においてVFの全範囲を考慮することの重要性を強調しています。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネセンスを通じて光を発する半導体デバイスです。p-n接合に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。これらの電荷キャリア（電子と正孔）が再結合すると、エネルギーを放出します。19-217のようなAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）LEDでは、このエネルギーは主に可視スペクトルの赤色部分の光子（光）として放出されます。特定の波長（ピーク632nm、主波長624nm）は、結晶成長プロセス中に設計された半導体材料の正確なバンドギャップエネルギーによって決定されます。広い120度の指向角は、半導体チップを封止するエポキシレンズの形状と材料によって実現されています。

13. 技術トレンドと発展

SMDインジケータLEDのトレンドは、より高い効率、より小さなパッケージサイズ、および改善された信頼性に向かって続いています。19-217は赤色に実績のあるAlGaInP技術を使用していますが、新しい材料やチップ設計はより高い発光効率（電気ワットあたりのより多くの光出力）を提供できます。また、フルカラーディスプレイや自動車用照明クラスターなど、高い均一性を必要とするアプリケーションの要求を満たすために、色と強度の両方でより厳しいビニング公差への重点も高まっています。さらに、小型化への要請は続いており、従来の2.0mm x 1.25mmフットプリントよりも小さいパッケージを推進しています。このデータシートで強調されている環境準拠基準（ハロゲンフリー、REACH）は、現在、世界中で販売されるほぼすべての電子部品の基本的な要件となっています。