SMD LED 19-237/R6GHBHC-A04/2T データシート - パッケージ 2.0x1.4x0.9mm - 電圧 1.7-3.0V - マルチカラー - 技術文書

1. 製品概要

19-237シリーズは、小型化と高信頼性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、コンパクトなマルチカラー表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は、従来のリードフレーム型LEDよりも大幅に小型であり、PCB占有面積の大幅な削減、実装密度の向上、保管要件の最小化を可能にします。軽量構造のため、特にスペースに制約のあるポータブルデバイスに適しています。

1.1 主要な特徴と利点

この製品ファミリーを定義する主な特徴には、7インチ径リール上の標準8mmテープとの互換性があり、自動ピックアンドプレース組立ラインに完全に適合することが含まれます。大量生産の電子機器製造で標準的な、赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスに耐えるように設計されています。本シリーズはマルチカラー構成（赤、緑、青）で提供され、鉛フリーかつRoHS準拠品として製造されており、環境規制への適合を保証します。

主な利点は、その小型SMDパッケージに由来します。これにより、最終製品サイズの小型化、回路基板上の部品密度の向上、最終機器のサイズと重量の全体的な削減が直接もたらされます。これらの特性は、民生用電子機器、自動車内装、通信機器などのアプリケーションにおいて極めて重要です。

2. 技術パラメータ詳細分析

信頼性の高い回路設計と性能予測には、電気的および光学的仕様の徹底的な理解が不可欠です。

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発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 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):全色タイプで25 mA。
• ピーク順方向電流 (I_FP):チップにより異なります：赤 (R6) は60 mA、緑 (GH) と青 (BH) は100 mA。これは、デューティサイクル1/10、周波数1 kHzで規定されています。
• 電力損失 (P_d):赤 (R6) は60 mW、緑 (GH) と青 (BH) は95 mW。この制限は熱管理において重要です。
• 静電気放電 (ESD) 人体モデル (HBM):赤 (R6) は2000V、緑 (GH) と青 (BH) は150V。これは赤チップがESDに対してより頑丈である一方、緑および青チップはより厳格な取り扱い注意が必要であることを示しています。
• 動作・保管温度:-40°C から +85°C (動作)、-40°C から +90°C (保管)。
• はんだ付け温度:リフローはんだ付けは最高260°Cで10秒以内、手はんだ付けは最高350°Cで3秒以内。

2.2 25°Cにおける電気光学特性

これらは、標準試験条件 (T_a=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):赤 (R6): 18.0-57.0 mcd; 緑 (GH): 28.5-112 mcd; 青 (BH): 11.5-28.5 mcd。緑バリアントが最も高い典型的な出力を提供します。
• 視野角 (2θ_1/2):120度 (代表値)。この広い視野角は、インジケータやバックライト用途に適しています。
• ピーク波長 (λ_p):赤: 632 nm; 緑: 518 nm; 青: 468 nm。
• 主波長 (λ_d):赤: 613-627 nm; 緑: 520-530 nm; 青: 465-475 nm。これは人間の目が知覚する色です。
• スペクトル半値幅 (Δλ):赤: 20 nm; 緑: 35 nm; 青: 25 nm。これは発光のスペクトル純度を示します。
• 順方向電圧 (V_F):赤: 1.7-2.2V; 緑 & 青: 2.6-3.0V。赤LEDのV_Fが低いのは、異なる半導体材料 (AlGaInP vs. InGaN) によるものです。
• 逆電流 (I_R):V_R=5Vで測定。赤: 最大10 μA; 緑: 最大50 μA; 青: 最大50 μA。

公差に関する注意:光度は±11%、主波長は±1nm、順方向電圧は±0.1Vの公差があります。設計時にはこれらを考慮する必要があります。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、主要パラメータに基づいて選別（ビニング）され、生産ロット内の一貫性を確保します。これにより、設計者は特定の輝度および電気的要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

各色には、I_F=5mAにおける光度の範囲を定義する特定のビンコードがあります。

• 赤 (R6):ビン M (18.0-28.5 mcd), N (28.5-45.0 mcd), P (45.0-57.0 mcd)。
• 緑 (GH):ビン N (28.5-45.0 mcd), P (45.0-72.0 mcd), Q (72.0-112 mcd)。
• 青 (BH):ビン L (11.5-18.0 mcd), M (18.0-28.5 mcd)。

3.2 順方向電圧ビニング (緑・青のみ)

緑 (GH) および青 (BH) LEDについては、順方向電圧に関する追加のビニングが行われます。

• ビン 1: V_F= 2.6 - 2.8V
• ビン 2: V_F= 2.8 - 3.0V

この電圧ビニングは、一貫した電流消費やバッテリー寿命が懸念されるアプリケーション、特に複数のLEDが並列接続される場合に重要です。

4. 特性曲線分析

データシートは、各LEDタイプ (R6, GH, BH) の特性曲線を提供し、様々な条件下での性能を示しています。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

曲線は、電流と電圧の間の指数関数的関係を示しています。赤LED (R6) は、緑および青LED (~3.0V) と比較して低い膝電圧 (~1.8V) を持ち、材料の違いと一致しています。この曲線は、電流制限回路を設計する上で不可欠です。

4.2 光度 vs. 順方向電流

このグラフは、典型的な動作範囲（最大約20mAまで）では、光出力が電流とほぼ直線的に増加することを示しています。ただし、推奨連続電流を超えて動作すると、発熱の増加により効率と寿命が低下する可能性があります。

4.3 光度 vs. 周囲温度

すべてのLEDは、周囲温度が上昇すると光出力が低下します。このデレーティングは大きく、温度が最大動作限界 (+85°C) に近づくと、出力が50%以上低下する可能性があります。一貫した輝度を維持するには、PCB上での適切な熱設計が必要です。

4.4 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許容される最大連続順方向電流を規定します。信頼性を確保するためには、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、動作電流を減らす必要があります。

4.5 スペクトル分布

グラフは、波長全体にわたって発せられる光の相対強度を示します。これらはピーク波長と主波長を確認し、色純度に影響を与えるスペクトル半値幅を示します。

4.6 放射指向性パターン (視野角パターン)

極座標プロットは、光強度の空間分布を視覚化し、120度の視野角を確認します。パターンはほぼランバート分布であり、正面から見たときに強度が最も高く、より広い角度では減少することを意味します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは、以下の主要寸法 (mm単位) のコンパクトな表面実装パッケージに収められています：長さ: 2.0 ±0.2、幅: 1.4 ±0.2、高さ: 0.9。カソードはパッケージ上のマーキングで識別されます。寸法図には、レンズ形状やリード位置などの重要な特徴が含まれています。

5.2 推奨パッドレイアウトと極性識別

参考として推奨PCBランドパターン（パッドレイアウト）が提供されています：パッド幅: 0.8mm、パッド長: 1.35mm、パッド間ギャップ: 0.35mm。設計者は、特定の組立プロセスと熱要件に基づいてこれを変更することをお勧めします。逆バイアス取り付けを防ぐため、アノードとカソードパッドの明確な識別が重要です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

はんだ付け仕様の遵守は、長期信頼性とLEDエポキシレンズや半導体ダイへの損傷防止に不可欠です。

• リフローはんだ付け:最高ピーク温度260°C、持続時間10秒以内。標準的な鉛フリーリフロープロファイルが適用可能です。
• 手はんだ付け:必要な場合、はんだごて先端温度は350°Cを超えず、接触時間はリードごとに3秒以内に制限してください。可能であればヒートシンクを使用してください。
• 保管:部品は防湿バッグに梱包されています。開封後は、指定された時間内に使用するか、周囲湿度にさらされた場合はIPC標準に従ってベーキングを行い、リフロー中のポップコーン現象を防止してください。

7. 梱包および発注情報

製品は、自動組立装置と互換性のある7インチ径リールに巻かれた8mm幅エンボスキャリアテープ上で供給されます。リールの標準寸法は：リール外径: 180.0mm、リール幅: 12.4mm、ハブ穴径: 44.0mm。

リールのラベルには、トレーサビリティと識別のための必須情報が含まれており、品番、数量、光度ランク (CAT)、色度/波長ランク (HUE)、順方向電圧ランク (REF)、ロット番号などの項目があります。特定の部品番号19-237/R6GHBHC-A04/2Tは、シリーズ、カラーミックス (R6=赤、GH=緑、BH=青)、およびおそらくビニングまたはバリアントコードを示すコーディングシステムに従っています。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• バックライト:自動車ダッシュボード、産業用コントロール、民生用機器のスイッチ、シンボル、小型LCDパネルのバックライトに最適です。
• 状態表示灯:通信機器（電話、ファックス、ルーター）、コンピュータ周辺機器、医療機器の電源、接続、機能状態表示灯に最適です。
• 汎用照明:小型で信頼性が高く、低電力のカラー光源を必要とするあらゆるアプリケーションに適しています。

8.2 設計上の考慮事項と注意点

• 電流制限:常に直列の電流制限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、電源電圧、LEDの順方向電圧（安全設計のため最大V_Fを使用）、および所望の順方向電流（例：5-20mA）に基づいて計算してください。
• 熱管理:低電力ですが、特に高電流または高周囲温度では、放熱を考慮する必要があります。LEDの熱放散パッド（存在する場合）またはリードに接続されたPCB上の十分な銅面積を確保してください。
• ESD保護:PCB入力ラインにESD保護対策を実装し、特にESD定格が低い緑および青バリアントについては、組立中の適切な取り扱い手順を実施してください。
• 光学設計:広い120度の視野角は、オフアクシスでの良好な視認性を提供します。集光が必要な場合は、外部レンズや光導波路が必要になる場合があります。

9. 技術比較と差別化

19-237シリーズは、非常にコンパクトな占有面積 (2.0x1.4mm)、標準化された広視野角パッケージ、および単一のパッケージファミリーからの三原色の可用性の組み合わせによって差別化されています。より大きなSMD LEDやスルーホールLEDと比較して、優れたスペース節約を提供します。光度と順方向電圧（緑/青用）の詳細なビニングデータの提供は、設計者が最終製品の色の一貫性と電気的性能をより細かく制御できるようにし、均一な外観や精密な電力管理を必要とするアプリケーションにおいて重要な利点となります。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q1: このLEDを25mAで連続駆動できますか？

A1: 絶対最大定格は25mAですが、この電流での連続動作は最大の発熱を生み、寿命を縮める可能性があります。最適な信頼性と効率のためには、仕様表で使用されているような典型的な動作電流5-20mAで設計し、高温時の順方向電流デレーティング曲線を参照してください。

Q2: なぜ赤LEDのESD定格は緑や青と異なるのですか？

A2: 異なる半導体材料（赤はAlGaInP、緑/青はInGaN）は、静電気放電に対する感度に本質的な違いがあります。InGaNベースのチップは一般に影響を受けやすく、より厳格な取り扱い（150V HBM vs. 2000V HBM）が必要です。

Q3: 発注時にビニングコードをどのように解釈すればよいですか？

A3: 希望する光度ビン（例：最も明るい緑の場合はGH in Bin Q）と、緑/青の場合は順方向電圧ビン（例：BH in Bin M, V_FBin 1）を指定してください。これにより、指定された狭い範囲内の性能を持つLEDを受け取ることが保証されます。

Q4: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A4: ピーク波長 (λ_p) は、発せられる光パワーが最大となる波長です。主波長 (λ_d) は、LEDの知覚される色に一致する単色光の単一波長です。λ_dは色仕様により関連性があります。

11. 設計および使用事例

シナリオ: ポータブル医療機器用の多状態表示パネルの設計。

パネルには、赤（エラー）、緑（準備完了）、青（動作中）の表示灯が必要です。19-237シリーズはその小さなサイズから選択され、3つのLEDを狭いスペースに収めることができます。設計者は以下を選択します：

- 一貫した中程度の明るさの赤のため、R6 in Bin N。

- 明るい緑と電源制約に合わせた低い電圧降下のため、GH in Bin P, V_FBin 1。

- 青のため、BH in Bin M, V_FBin 1。

単一の3.3V電源レールを使用します。各色に対して個別の電流制限抵抗を計算します：赤LED（低いV_F）には小さな抵抗、緑および青LED（類似のV_F）には同じ大きさの抵抗を使用します。PCBレイアウトには、各カソードリードに接続された小さなサーマルリリーフパッドを含め、放熱を助けます。ESD保護ダイオードは、LEDドライバにつながる信号ラインに配置されます。

12. 技術原理の紹介

これらのLEDの発光は、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスに基づいています。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入されます。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。光の色は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます：

- 赤 (R6):AlGaInP（アルミニウムガリウムインジウムリン）化合物半導体を使用しており、これは赤/オレンジ光に対応するバンドギャップを持っています。

- 緑 & 青 (GH, BH):InGaN（インジウムガリウム窒化物）を使用し、インジウム/ガリウムの比率を変えることで、それぞれ緑光と青光のバンドギャップを調整します。InGaNを用いた効率的な青および緑発光の実現は、重要な技術的進歩でした。

13. 業界動向と発展

19-237シリーズのようなSMD LEDの市場は、すべての電子セクターにおける小型化、エネルギー効率、高信頼性への需要によって引き続き牽引されています。動向には以下が含まれます：

- 効率向上:継続的な材料科学とエピタキシャル成長の改善により、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）がもたらされています。

- 色の一貫性の向上:より厳しいビニング公差と高度な製造管理により、生産ロット内およびロット間でのより良い色の均一性が確保されます。

- 信頼性の向上:パッケージ材料（エポキシ、シリコーン）およびダイアタッチ技術の改善により、より長い動作寿命と高温高湿下でのより良い性能がもたらされています。

- 統合:フルカラーアプリケーションのために複数のLEDチップ（RGB、RGBW）を単一パッケージに統合する傾向がありますが、19-237のようなディスクリート部品は、コスト効率の良い単色ソリューションにとって依然として不可欠です。