SMD LED 19-213/GHC-YR1S2/3T データシート - 鮮やかなグリーン - 3.5V - 25mA - 120° 視野角 - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-213/GHC-YR1S2/3Tは、現代のコンパクトな電子機器アプリケーション向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDです。これは従来のリードフレーム型部品に比べて大きな進歩であり、基板サイズの大幅な削減、実装密度の向上、保管要件の最小化を可能にします。これにより、最終的により小型で効率的なエンドユーザー機器の開発に貢献します。

軽量構造のため、重量とサイズが重要な要素となる小型・狭スペースアプリケーションに特に適しています。このデバイスは単色タイプで、鮮やかな緑色光を発し、鉛フリー材料で構成されており、現代の環境・安全規制への準拠を保証しています。

1.1 中核的利点と規格準拠

このLEDの主な利点は、そのSMDパッケージングと材料構成に由来します。

• 小型化：スルーホールLEDと比較して大幅に小さな占有面積により、プリント回路基板（PCB）上での部品密度の向上が可能です。
• 自動化互換性：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、高速自動実装機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対応しており、組立ラインでの柔軟性を提供します。
• 環境規格準拠：本製品は鉛フリーであり、RoHS（有害物質使用制限指令）準拠仕様内に留まるように設計されています。また、EU REACH規則にも準拠し、ハロゲンフリー（臭素(Br)および塩素(Cl)含有量はそれぞれ900 ppm未満、合計1500 ppm未満）です。

2. 技術パラメータ詳細解説

本セクションでは、絶対最大定格表および電気光学特性表で定義されたLEDの電気的、光学的、熱的特性に関する詳細かつ客観的な分析を提供します。

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発生する可能性のある応力限界を定義します。信頼性の高い性能のため、これらの限界値付近での動作は推奨されません。

• 逆電圧 (V_R):5V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部破壊を引き起こす可能性があります。
• 順電流 (I_F):25mA（連続）。これは通常動作における最大推奨DC電流です。
• ピーク順電流 (I_FP):50mA（デューティサイクル1/10、1kHz時）。この定格により短パルス動作が可能ですが、過熱を避けるためにデューティサイクルを厳守する必要があります。
• 電力損失 (P_d):95mW。これは周囲温度(T_a)25°Cにおいてパッケージが放散できる最大電力です。高温時にはデレーティングが必要です。
• 静電気放電 (ESD):150V（人体モデル）。組立および取り扱い時には適切なESD対策手順が不可欠です。
• 動作温度 (T_opr):-40°C ～ +85°C。本デバイスは産業用温度範囲アプリケーションに対応しています。
• 保管温度 (T_stg):-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度 (T_sol):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

T_a=25°C、I_F=20mAで測定されたこれらのパラメータは、標準試験条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 光度 (I_v):最小112.0 mcdから最大285.0 mcdの範囲。実際の値はビニングされます（セクション3参照）。許容差は±11%です。
• 視野角 (2θ_1/2):120度（標準）。この広い視野角により、広範囲の照明や複数の角度からの視認性が求められるアプリケーションに適しています。
• データシートには、LEDの性能が動作条件によってどのように変化するかを示す代表的な特性曲線が記載されています。これらは堅牢な回路設計に不可欠です。_p):518 nm（標準）。これはスペクトル放射が最も強い波長です。
• 主波長 (λ_d):520.0 nm ～ 535.0 nmの範囲。これは光の知覚される色であり、同様にビニングされます。許容差は±1 nmです。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):35 nm（標準）。これはピーク波長周辺の放射スペクトルの広がりを示します。
• 順電圧 (V_F):3.5V（標準）、I_F=20mA時最大4.0V。許容差は±0.1V。このパラメータは電流制限回路の設計において極めて重要です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時最大50 μA。本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重要です。この試験条件は特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステム説明

製造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。

3.1 光度ビニング

LEDは、I_F=20mAで測定された光度に基づき、4つのビン（R1, R2, S1, S2）に分類されます。

• ビン R1:112.0 – 140.0 mcd
• ビン R2:140.0 – 180.0 mcd
• ビン S1:180.0 – 225.0 mcd
• ビン S2:225.0 – 285.0 mcd

複数のLED間で均一な輝度が求められるアプリケーションでは、適切なビンの選択が不可欠です。

3.2 主波長ビニング

LEDは色のばらつきを制御するため、主波長によってもビニングされます。3つのビン（X, Y, Z）が定義されています。

• ビン X:520.0 – 525.0 nm
• ビン Y:525.0 – 530.0 nm
• ビン Z:530.0 – 535.0 nm

正確な色合わせが重要なアプリケーション（例：状態表示灯、バックライトアレイ）では、狭い波長ビンを指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

The datasheet provides typical characteristic curves that illustrate how the LED's performance varies with operating conditions. These are essential for robust circuit design.

4.1 相対光度 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度の上昇に伴う光出力のデレーティングを示しています。すべてのLEDと同様に、発光効率は接合温度の上昇とともに低下します。設計者は、特に高温環境や大電流アプリケーションにおいて、所望の輝度を維持するためにこの熱デレーティングを考慮に入れる必要があります。

4.2 順電流 vs. 順電圧 (I-V曲線)

I-V曲線は、LEDが順バイアス状態にあるときの電流と電圧の指数関数的関係を示しています。20mA時の代表的な順電圧(V_F) 3.5Vは重要な設計ポイントです。電圧のわずかな増加は、電流の大きく、場合によっては破壊的な増加につながる可能性があり、電流制限抵抗または定電流ドライバの使用が絶対に必要であることを強調しています。

4.3 相対光度 vs. 順電流

この曲線は、光出力が電流とともに増加するが、全範囲で必ずしも線形ではないことを示しています。また、熱的および効率的な影響により、高電流域では飽和する傾向があります。最大定格電流（25mA）付近で動作すると、より高い輝度が得られる可能性がありますが、より多くの熱を発生させ、長期信頼性を低下させることになります。

4.4 放射パターン

放射パターン図は、120度の視野角を視覚的に確認します。強度は通常、0度（LED表面に対して垂直）で最も高く、視野角コーンの端に向かって減少します。このパターンは、光ガイド、レンズの設計、または表示灯の最適な配置を決定する際に重要です。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

このLEDは標準的なSMDパッケージを採用しています。外形図には、パッドサイズ、間隔、部品高さなど、PCBランドパターン設計に不可欠な寸法が記載されています。特に指定のない公差は±0.1mmです。PCBレイアウトでこれらの寸法を正確に遵守することは、信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性にとって極めて重要です。

5.2 極性識別

カソードは通常、デバイス上に刻印（ノッチ）、緑色の点、または異なるパッドサイズなどでマーキングされています。正しい回路動作を確保するため、実装時には正しい極性を確認する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、歩留まりと長期信頼性にとって重要です。

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。
• 加熱速度：最大6°C/秒。
• 255°C以上時間：最大30秒間。
• 冷却速度：最大3°C/秒。

同一デバイスに対してリフローはんだ付けは2回までとします。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが避けられない場合：

• 先端温度350°C以下のはんだご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。
• 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間隔は最低2秒空けてください。

手はんだ付けは熱ダメージのリスクが高くなります。

6.3 保管および湿気感受性

LEDは、乾燥剤入りの防湿バリアバッグにパッケージングされています。

• 使用準備が整うまでバッグを開封しないでください。
• 開封後、未使用のLEDは30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管してください。
• バッグ開封後のフロアライフは168時間（7日間）です。
• これを超えた場合、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）を行い、ポップコーン現象（気化した湿気によるパッケージ割れ）を防止してください。

7. パッケージングおよび発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

本デバイスはエンボスキャリアテープに供給されます：

• 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。

自動供給装置との互換性のために、リールおよびキャリアテープの詳細寸法が提供されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルにはいくつかの重要な識別子が含まれています：

• P/N：品番（例：19-213/GHC-YR1S2/3T）。
• QTY：梱包数量。
• CAT：光度ランク（ビンコード：R1, R2, S1, S2）。
• HUE：色度座標および主波長ランク（ビンコード：X, Y, Z）。
• REF：順電圧ランク。
• LOT No：トレーサブルな製造ロット番号。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

鮮やかな緑色、広い視野角、SMDフォームファクタに基づき、このLEDは以下に適しています：

• バックライト：ダッシュボード照明、スイッチバックライト、LCDおよびシンボルのフラットバックライト。
• 状態表示灯：通信機器（電話機、ファクシミリ）、民生電子機器、産業用制御パネル。
• 汎用表示：コンパクトで明るい緑色の視覚信号を必要とするあらゆるアプリケーション。

8.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限は必須：常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。順電圧は負の温度係数と製造公差を持つため、電圧源への直接接続は安全ではありません。
• 熱管理：電力損失は低いですが、十分なPCB銅面積またはサーマルパッド（存在する場合）下のサーマルビアを確保することで、接合温度を低く保ち、輝度と寿命を維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、信号線に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。
• 光学設計：120°の視野角は広いカバレッジを提供します。集光した光が必要な場合は、外部レンズまたは光ガイドが必要になる場合があります。

9. 技術比較および差別化

従来のスルーホールLEDと比較して、このSMDデバイスには明確な利点があります：

• サイズと密度：大幅に小型化され、現代の小型化された電子機器を可能にします。
• 製造効率：テープ＆リールパッケージングにより、完全自動化された高速組立が可能です。
• 性能：多くのラジアルリード型の同等品と比較して、通常、より優れた輝度の一貫性とより広い視野角を提供します。
• 信頼性：SMD構造は、振動および機械的衝撃に対する耐性が高いことが多いです。

鮮やかな緑色（InGaN材料使用）、120°視野角、標準SMDフットプリントという特定の組み合わせにより、広範なグリーンSMD LEDカテゴリの中で差別化されています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

LEDのI-V特性は指数関数的です。供給電圧のわずかな増加、またはLEDの順電圧の低下（温度上昇による）は、大きく制御不能な電流サージを引き起こし、絶対最大定格を急速に超えてデバイスを破壊する可能性があります。抵抗は定義された安全な動作電流を設定します。

10.2 5V電源でこのLEDを駆動できますか？

はい、ただし直列抵抗を使用する必要があります。20mA時の代表的なV_Fが3.5Vの場合、抵抗にかかる電圧降下は1.5V（5V - 3.5V）になります。オームの法則（R = V/I）を使用すると、必要な抵抗値は1.5V / 0.020A = 75オームとなります。標準の75Ωまたは82Ω抵抗が適切ですが、抵抗の定格電力（P = I²R）も確認する必要があります。

10.3 ビンコード（R1, S2, X, Y）は私の設計にとって何を意味しますか？

設計で複数のLEDを使用し、均一な外観が求められる場合は、すべてのユニットに対して同じ輝度および波長ビンコードを指定する必要があります。ビンを混在させると、隣接するLED間で視覚的に異なる輝度や色合いが生じる可能性があります。単一LEDアプリケーションやばらつきが許容される場合は、より広いビン選択を使用しても構いません。

10.4 温度は性能にどのように影響しますか？

周囲温度が上昇すると：

• 光度低下：光出力が低下します（デレーティング曲線参照）。
• 順電圧低下：V_Fは負の温度係数を持ちます（InGaNの場合、約-2mV/°C）。考慮されない場合、単純な抵抗制限回路では電流が上昇する可能性があります。
• 波長のわずかなシフト：主波長がシフトする可能性があり、通常はより長い波長側（赤方偏移）に移動します。

高温環境向けの設計では、定電流ドライバを使用し、輝度計算において熱デレーティングを考慮する必要があります。

11. 実践的設計および使用事例

シナリオ： 複数LED状態表示パネルの設計

1. 要件：フロントパネル上で異なるシステム状態を示す、均一に明るい10個の緑色LED。
2. 選択：19-213 LEDを指定。均一性を確保するため、すべてのユニットを同じ光度ビン（例：S1）および同じ主波長ビン（例：Y）から発注します。
3. 回路設計：5V電源ラインを使用。直列抵抗計算：R = (5V - 3.5V) / 0.020A = 75Ω。抵抗電力：P = (0.020A)² * 75Ω = 0.03W、したがって標準の1/10W（0.1W）抵抗で十分です。個別制御のためにLEDごとに1つの抵抗を配置します。
4. PCBレイアウト：パッケージ外形寸法から推奨されるランドパターンに従います。所望の美的外観のためにLED間に十分な間隔を確保します。
5. 組立：指定されたリフロープロファイルを使用します。湿気感受性デバイスは、組立ラインで使用する瞬間まで密封バッグ内に保管してください。
6. 結果：制御された輝度と色を持つ、信頼性が高く一貫した外観の表示パネル。

12. 原理紹介

このLEDは、半導体ダイオード構造に基づいています。発光層は、直接遷移型半導体材料である窒化インジウムガリウム（InGaN）で構成されています。順電圧が印加されると、電子と正孔が発光層に注入され、そこで再結合します。InGaNのような直接遷移型材料では、この再結合イベントによりエネルギーが主に光子（光）の形で放出されます。このプロセスはエレクトロルミネセンスと呼ばれます。InGaN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、それが今度は放出される光の波長（色）を決定します—この場合、鮮やかな緑色（約518-535 nm）です。エポキシ樹脂封止材は半導体チップを保護し、光出力を形成するレンズとして機能し（120°視野角に寄与）、蛍光体や染料を含む場合もありますが、この単色タイプでは透明です。

13. 開発動向

19-213のようなSMD LEDの進化は、いくつかの明確な業界動向に従っています：

• 効率向上：継続的な材料科学およびチップ設計の改善により、ワットあたりのルーメン（効率）を増加させ、所定の光出力に対する消費電力を削減することを目指しています。
• 小型化：より小型のパッケージ（例：0402、0201メートルサイズ）への推進は、ますますコンパクトな電子機器を可能にし続けています。
• 色の一貫性向上：エピタキシャル成長およびビニングプロセスの進歩により、波長と強度の公差が狭まり、一部のアプリケーションでは厳格なビン選択の必要性が低減されています。
• 信頼性および電力処理能力の向上：パッケージ材料、熱経路、はんだ接合設計の強化により、同様のサイズのパッケージでより高い最大駆動電流および電力損失が可能になっています。
• 環境規格準拠の拡大：ハロゲンフリー、低VOC（揮発性有機化合物）、完全リサイクル可能材料への移行は、世界的な持続可能性イニシアチブと一致しています。

これらの動向は、ますます小型でコスト効率の高い部品から、より多くの性能、信頼性、環境配慮を提供することに焦点を当てています。