SMD LED 19-21 ディープレッド データシート - 外形寸法 2.0x1.25x0.8mm - 電圧 1.7-2.3V - 電力 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、19-21パッケージフォーマットの小型表面実装ディープレッドLEDの仕様を詳細に説明します。現代の自動化組立プロセス向けに設計されたこの部品は、基板スペースの効率的な利用と設計の小型化において大きな利点を提供します。主な用途は、その高輝度と小型フットプリントにおける信頼性の高い性能を活かした、様々な電子機器におけるインジケータまたはバックライト光源です。

1.1 主要な特徴と利点

このLEDの主な利点は、SMD（表面実装デバイス）構造に由来します。従来のリード部品と比較して、以下の点を実現します：

• 基板サイズの縮小と高密度化：小型の19-21パッケージにより、部品配置をより密にすることができ、よりコンパクトなPCB設計が可能になります。
• 自動化との互換性：7インチリール上の8mmテープで供給され、高速ピックアンドプレース装置と完全に互換性があり、製造工程を効率化します。
• 環境規制対応：本製品は鉛フリーであり、RoHSおよびEU REACH規制に準拠し、ハロゲンフリー基準（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）を満たしています。
• 堅牢なはんだ付け：赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスの両方に適しています。

1.2 対象アプリケーション

このLEDは、信頼性の高い赤色インジケータまたはバックライトを必要とする様々なアプリケーションに適しています。例としては：

• 計器盤、スイッチ、シンボルのバックライト。
• 通信機器（電話機、ファクシミリなど）の状態表示およびバックライト。
• LCDパネルの一般的なバックライト。
• 民生用および産業用電子機器における汎用インジケータ。

2. 技術パラメータ分析

このセクションでは、LEDの性能範囲を定義する主要な電気的、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。

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がある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 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 (I_F)：25mA。信頼性の高い長期動作のための最大DC電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP)：60mA（デューティサイクル1/10、1kHz時）。パルス動作には適していますが、DCには適しません。
• 電力損失 (P_d)：60mW。Ta=25°Cにおいてパッケージが放散できる最大電力であり、順方向電圧と電流の組み合わせを制限します。
• ESD感受性 (HBM)：2000V。デバイスは静電気放電に対して中程度に頑健であると分類されますが、標準的なESD取り扱い上の注意は依然として必要です。
• 温度範囲：動作温度：-40°C ～ +85°C；保管温度：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度：ピーク260°Cで10秒間のリフロープロファイル、または端子ごとに350°Cで3秒間の手はんだ付けに耐えます。

2.2 電気・光学特性

Ta=25°C、I_F=20mAで測定した、典型的な性能パラメータです。

• 光度 (I_v)：36.0 mcd（最小）から90.0 mcd（最大）の範囲で、典型的な許容差は±11%です。これは知覚される明るさを定義します。
• 指向角 (2θ_1/2)：約100度（典型値）。この広い角度により、軸外れ方向からの良好な視認性が得られます。
• ピーク波長 (λ_p)：650 nm（典型値）。スペクトル出力が最も強くなる波長です。
• 主波長 (λ_d)：636.0 nm から 646.0 nm の間。これは知覚される色（ディープレッド）を定義します。
• スペクトル帯域幅 (Δλ)：約20 nm（典型値）。発光のスペクトル純度を示します。
• 順方向電圧 (V_F)：20mA時で1.70 Vから2.30 Vの間で、典型的な許容差は±0.05Vです。これは電流制限抵抗の計算に重要です。
• 逆電流 (I_R)：V_R=5V時で最大10 μA。デバイスは逆バイアスでの動作を意図していません。

3. ビニングシステムの説明

製品は性能ビンに選別され、生産ロット内の一貫性を確保します。品番19-21/R8C-FN2Q1/3Tにはこれらのビンコードが組み込まれています。

3.1 光度ビニング

I_F=20mAでビニングされます。品番中のコードQ1は最高輝度階層に対応します。

• N2：36.0 – 45.0 mcd
• P1：45.0 – 57.0 mcd
• P2：57.0 – 72.0 mcd
• Q1：72.0 – 90.0 mcd

3.2 主波長ビニング

I_F=20mAでビニングされます。コードFN2はこの色度選別に関連している可能性があります。

• FF4：636.0 – 641.0 nm
• FF5：641.0 – 646.0 nm

3.3 順方向電圧ビニング

I_F=20mAでビニングされます。品番中の19-21は電圧ビンの範囲を示しています。

• 19：1.70 – 1.80 V
• 20：1.80 – 1.90 V
• 21：1.90 – 2.00 V
• 22：2.00 – 2.10 V
• 23：2.10 – 2.20 V
• 24：2.20 – 2.30 V

4. 性能曲線分析

具体的なグラフは提供されたテキストでは詳細に記述されていませんが、このようなデバイスの典型的な曲線には以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順方向電流：電流の増加に伴う輝度の増加を示します。高電流では発熱により典型的に準線形以下の挙動を示します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：ダイオードの指数関数的なI-V特性を示します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度の上昇に伴う光出力の低下を示します。これは熱管理における重要な考慮事項です。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係をプロットしたもので、650nmを中心に約20nmの帯域幅を持ちます。

設計者は、非標準条件（異なる電流、温度）下での性能を理解するために、これらの曲線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

19-21 SMDパッケージの公称寸法は、長さ2.0mm x 幅1.25mm x 高さ0.8mmです。正しい向きのために、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。指定のない公差はすべて±0.1mmです。正確な寸法図はPCBパッドレイアウト設計に不可欠です。

5.2 極性識別

正しい極性は非常に重要です。パッケージには明確なカソードマークが付いています。誤った挿入を行うと、LEDは逆バイアス状態となるため点灯しません。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

このLEDは鉛フリーリフローはんだ付けに対応しています。推奨プロファイルは以下の通りです：

• 予熱：150–200°Cで60–120秒間。
• 液相線以上時間 (217°C)：60–150秒間。
• ピーク温度：最大260°C、10秒以内。
• 昇温/降温速度：255°C以上での昇温速度は最大6°C/秒、降温速度は最大3°C/秒。

重要：熱ストレスによる損傷を避けるため、リフローは2回までとします。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合：

• 先端温度<350°Cのこてを使用してください。
• 端子ごとの接触時間は3秒以内に制限してください。電力≤25Wのこてを使用してください。
• 各端子のはんだ付け間隔は最低2秒空けてください。
• はんだ付け中に部品に機械的ストレスを加えないでください。

6.3 保管および湿気感受性

部品は乾燥剤入りの防湿バリアバッグに梱包されています。

• 使用前：組立準備が整うまで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≤60%で保管した場合、168時間（7日）以内に使用してください。
• 暴露制限：暴露時間を超えた場合、または乾燥剤が飽和を示した場合は、リフロー前に60±5°Cで24時間のベーキング（乾燥）が必要です。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは自動組立に適したテープ＆リール形式で供給されます。

• キャリアテープ幅： 8mm.
• リール直径：7インチ。
• リールあたり数量：3000個。
• 防湿バッグ：乾燥剤および湿度指示ラベルを含みます。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、トレーサビリティと検証のための重要な情報が含まれています：

• 顧客部品番号 (CPN)
• 製品番号 (P/N)
• 梱包数量 (QTY)
• 光度ランク (CAT)
• 色度/主波長ランク (HUE)
• 順方向電圧ランク (REF)
• ロット番号 (LOT No.)

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 電流制限は必須

LEDは電流駆動デバイスです。常に外部の電流制限抵抗を直列に使用する必要があります。順方向電圧は負の温度係数を持っています。適切に制限されていない場合、電圧のわずかな増加が、大きく、破壊的な可能性のある電流の増加を引き起こす可能性があります。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F.

の式を使用して計算してください。

8.2 熱管理

パッケージは小型ですが、電力損失（最大60mW）により熱が発生します。高電流での連続動作や高温環境下での使用では、LEDのソルダーパッドから熱を逃がすために、十分なPCB銅面積またはサーマルビアを使用し、より低い接合温度を維持して、最適な寿命と光出力の安定性を確保してください。

8.3 適用制限

この製品は一般的な商業用および産業用アプリケーション向けに設計されています。事前の認定なしでは、高信頼性アプリケーションには適さない場合があります。そのようなアプリケーションには、自動車の安全/セキュリティシステム、軍事/航空宇宙、生命維持医療機器などが含まれますが、これらに限定されません。デバイスは、このデータシートに記載された仕様の範囲外で動作させてはなりません。

9. 技術比較と差別化

• この19-21ディープレッドLEDの主な差別化要因は、以下の属性の特定の組み合わせにあります：より大きなSMD LED（例：3528）との比較：
• スペースに制約のある設計に対して、総光出力は低いことが多いものの、大幅に小型のフットプリントを提供します。標準的な赤色LED（例：630nm）との比較：
• 650nmのディープレッド発光は、特定の美的または機能的な理由（例：特定のセンサーアプリケーション、特定のバックライト色要件）で必要とされる、明確な色座標を提供します。ビニングされていないLEDとの比較：

包括的なビニングシステム（輝度、波長、電圧）により、生産ロット内での色と輝度の一貫性が大幅に向上し、均一性が重要な複数のLEDを使用するアプリケーションにとって重要です。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 LEDに直列抵抗が必要な理由は？

LEDのI-V特性は非常に急峻です。電流を制限する抵抗がないと、電源電圧または順方向電圧降下（温度によって変化）のわずかな変動が、電流の大きな変化を引き起こし、絶対最大定格を超えてLEDを破壊する可能性があります。抵抗は安定した予測可能な電流を提供します。_F?

10.2 順方向電圧より高い電圧で駆動できますか？はい、ただし余分な電圧を降下させ、正しい電流を設定するために直列抵抗（または定電流ドライバ）を使用する場合に限ります。V_Fに等しい電圧源を直接印加することは、個体差や温度変動により現実的ではありません。

10.3 極性を逆にはんだ付けした場合どうなりますか？

LEDは逆バイアス状態となるため点灯しません。逆電圧が最大定格5Vを超えなければ、短時間の誤挿入による即時の損傷は発生しないはずです。ただし、機能しません。

10.4 防湿バッグ開封後7日以内の使用制限がある理由は？

SMD部品のプラスチックパッケージは空気中の湿気を吸収します。高温の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膨張し、内部剥離やポップコーン現象を引き起こし、LEDダイやパッケージを破損する可能性があります。7日間のフロアライフは適切な保管条件を前提としています。これを超える場合は、湿気を除去するためのベーキングが必要です。

11. 実践的な設計・使用例

シナリオ：5Vデジタルロジック電源から駆動する、均一なディープレッドLEDを10個使用した状態表示パネルの設計。

1. 電流の選択：駆動電流を選択します。良好な輝度と寿命のために、20mAが規定されています。15mAを使用すると、寿命が延び、発熱が減少します。
2. 抵抗計算：最悪ケースのV_F= 2.3V（データシート最大値）と仮定します。5VでI_F=20mAの場合：R = (5V - 2.3V) / 0.02A = 135 Ω。最も近い標準値は130Ωまたは150Ωです。150Ωを使用すると、I_F≈ (5-2.3)/150 = 18mAとなり、安全で仕様内です。
3. 抵抗での消費電力：P = I²R = (0.018)²* 150 = 0.0486W。標準の1/8W (0.125W) 抵抗で十分です。
4. PCBレイアウト：150Ω抵抗を各LEDのアノードと直列に配置します。パッドレイアウトにはパッケージ寸法に従ってください。PCBのシルクスクリーン上のカソードマークがLEDのマーキングと一致することを確認してください。熱性能のために、LEDパッドを小さな銅面に接続します。
5. 組立：生産ラインの準備が整うまでリールは密封したままにします。リフロープロファイルを正確に守ります。組立後は、LED付近でPCBを曲げないでください。

12. 動作原理

このLEDは、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体チップに基づいています。ダイオードの接合電位（V_F）を超える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、そこで再結合します。この特定の材料系では、再結合時に放出されるエネルギーは、可視スペクトルのディープレッド部分（約650nm）の光子に対応します。エポキシ樹脂パッケージは光取り出しを最大化するために透明であり、半導体ダイを環境から保護する役割も果たします。

13. 技術トレンド

19-21パッケージは、光エレクトロニクスにおける小型化と統合への継続的なトレンドを表しています。現在入手可能な最小のパッケージではありませんが、サイズ、製造性、性能のバランスを提供します。インジケータタイプLEDの業界トレンドは、以下の点に焦点を当て続けています：

• 効率向上：システムの消費電力を削減するために、より低い駆動電流でより高い光度（mcd）を達成すること。
• 信頼性向上：より高いリフロー温度や過酷な環境条件に耐えられるように、材料とパッケージングを改善すること。
• ビニングの精密化：フルカラーディスプレイやバックライトアレイなど、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、色と輝度のより精密な選別を提供すること。
• 規制対応の拡大：進化する世界的な環境および安全規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への準拠は、現在では標準的な要件となっています。