SMD LED 19-213 データシート - 鮮やかなグリーン - 120° 視野角 - 2.7-3.2V - 25mA - ウォータークリア樹脂 - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-213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。インジウム・ガリウム・ナイトライド（InGaN）チップ技術を採用し、鮮やかなグリーン光を出力します。この部品の主な利点は、その極小サイズにあり、PCB（プリント基板）の占有面積を大幅に削減し、部品実装密度の向上を可能にし、エンドユーザー機器全体の小型化に貢献します。軽量構造も、スペースと重量が重要な制約となるアプリケーションにおいて理想的な選択肢となります。

LEDは、直径7インチのリールに巻かれた8mmテープ上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ます。この互換性により、量産時の製造プロセスが効率化されます。

1.1 中核的利点とターゲット市場

19-213 SMD LEDの中核的利点は、そのSMDフォームファクタと材料の規格準拠に由来します。従来のリードフレームを排除することで、PCBへの接続がより堅牢になり、高振動環境での性能が向上します。本製品は鉛フリーに分類され、EUのRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠し、REACH（化学物質の登録、評価、認可および制限）規則に適合しています。またハロゲンフリーであり、臭素（Br）および塩素（Cl）含有量はそれぞれ900 ppm未満、合計で1500 ppm未満となっており、環境配慮型設計に適しています。

ターゲットアプリケーションは多岐にわたり、主にインジケータおよびバックライト機能に焦点を当てています。主要市場には、自動車内装（例：ダッシュボードやスイッチのバックライト）、通信機器（例：電話機やファクシミリのインジケータランプ）、および民生電子機器（例：LCD、スイッチ、シンボルのフラットバックライト）が含まれます。その汎用性の高さから、他の様々なインジケータ用途にも適しています。

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た主要な電気的、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不可欠です。

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらは通常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、接合部の即時破壊を引き起こす可能性があります。データシートは、デバイスが逆動作用に設計されていないことを明示しており、この定格は主にIR試験条件のためのものです。
• 順電流（IF）: 25mA- LEDを流すことができる最大連続DC電流です。この値を超えると過剰な熱が発生し、光束の急速な減衰や致命的な故障につながります。
• ピーク順電流（IFP）: 100mA: 2つのプロファイルを規定しています：リフローはんだ付け（ピーク260°C、最大10秒間）および手はんだ付け（はんだごて先端温度350°C、端子あたり最大3秒間）。
• 電力損失（Pd）: 95mW- パッケージが熱として放散できる最大電力で、VF * IFとして計算されます。この限界値付近で動作させる場合は、PCBの熱管理に注意が必要です。
• 静電気放電（ESD）: 150V (HBM)- この人体モデル定格は、中程度のESD感受性を示しています。潜在的なまたは即時の故障を防ぐため、組立および取り扱い時の適切なESD対策手順が必須です。
• 動作温度（Topr）: -40°C ～ +85°C- デバイスが公表仕様内で動作することが保証される周囲温度範囲です。
• 保管温度（Tstg）: -40°C ～ +90°C- 非動作時の保管温度範囲です。
• はんだ付け温度（Tsol）: Specifies two profiles: Reflow soldering (peak of 260°C for up to 10 seconds) and Hand soldering (iron tip at 350°C for up to 3 seconds per terminal).

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、標準試験条件Ta=25°C、IF=5mAで測定されます。これらはLEDの光学的性能を定義します。

• 光度（Iv）: 45 - 112 mcd (最小 - 最大)- ミリカンデラで測定されるLEDの知覚される明るさです。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で詳細）。代表値は明記されておらず、この範囲内のどこかに位置します。
• 視野角（2θ1/2）: 120° (代表値)- 光度がピーク値の半分に低下する角度範囲です。これは非常に広い視野角であり、軸外位置からの視認性が求められるアプリケーションに理想的です。
• ピーク波長（λp）: 518 nm (代表値)- 発光スペクトルのパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長（λd）: 520 - 535 nm- LEDの出力と同じ知覚色を生み出す単色光の波長です。これは色指定のための主要パラメータであり、こちらもビニングされます。
• スペクトル帯域幅（Δλ）: 35 nm (代表値)- 発光スペクトルの幅で、最大パワーの半分の高さ（半値全幅 - FWHM）で測定されます。35nmという値はInGaNグリーンLEDの特徴です。
• 順電圧（VF）: 2.70 - 3.20 V- 試験電流5mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。この範囲もビニングの対象となります。このパラメータの許容差は、ビニングされた値から±0.05Vです。
• 逆電流（IR）: 50 μA (最大)- 規定の逆電圧（5V）を印加したときの最大リーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

製造時の色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは性能別にビンに分類されます。19-213では、3つの独立したビニングパラメータが使用されています。

3.1 光度ビニング

LEDは、IF=5mAで測定された光度に基づいて、4つのビン（P1, P2, Q1, Q2）に分類されます。各ビンの範囲は以下の通りです：P1 (45.0-57.0 mcd), P2 (57.0-72.0 mcd), Q1 (72.0-90.0 mcd), Q2 (90.0-112.0 mcd)。ビン値には±11%の許容差が適用されます。設計者は、アプリケーションに必要な輝度レベルを満たす適切なビンを選択する必要があります。

3.2 主波長ビニング

色の一貫性は、主波長を3つのグループにビニングすることで管理されます：X (520-525 nm), Y (525-530 nm), Z (530-535 nm)。±1nmの許容差が適用されます。これにより、特定のロット内のすべてのLEDが非常に類似した緑色の色調を発光することが保証されます。

3.3 順電圧ビニング

順電圧は、0.1V刻みの5つのグループにビニングされます：29 (2.70-2.80V), 30 (2.80-2.90V), 31 (2.90-3.00V), 32 (3.00-3.10V), 33 (3.10-3.20V)。許容差は±0.05Vです。VFビンを知ることは、特に複数のLEDを直列に駆動する場合に、より精密な電流制限回路の設計に役立ちます。

4. 性能曲線分析

データシートには、非標準条件下でのLEDの挙動を理解するために不可欠な、いくつかの代表的な特性曲線が含まれています。

4.1 相対光度 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度（Ta）が上昇するにつれて光出力が減少する様子を示しています。すべてのLEDと同様に、19-213も温度上昇に伴う光束減衰を経験します。設計者は、LEDまたはその周囲環境が高温になる可能性のあるアプリケーションにおいて、この熱による性能低下を考慮し、最大動作温度でも十分な明るさが維持されるようにする必要があります。

4.2 相対光度 vs. 順電流

このグラフは、駆動電流と光出力の非線形関係を示しています。電流を増加させると輝度は向上しますが、発熱の増加により、高電流では効率（ルーメン毎ワット）が一般的に低下します。また、電流が最大定格に近づくにつれて光出力が飽和することも示しています。

4.3 順電圧 vs. 順電流 (IV曲線)

IV曲線は回路設計の基礎となるものです。これはダイオードにおける電圧と電流の指数関数的関係を示しています。曲線のひざの部分、つまり代表的な順電圧付近で、LEDは著しく発光し始めます。この曲線は、適切な電流制限方法（例：抵抗値または定電流ドライバの設定）を選択する上で極めて重要です。

4.4 放射パターン

極座標図は、光強度の空間分布を描いています。19-213の120°視野角は、広くランバート型に近い放射パターンを生み出します。これは、広範囲の照明や様々な角度から視認する必要があるインジケータへの適合性を裏付けています。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには、主要寸法を含むLEDパッケージの詳細な2D図面が提供されています。主要な寸法には、全長、全幅、全高、はんだパッドのサイズと位置、およびカソード識別子（通常は角の切り欠きまたは緑色のマーク）の位置が含まれます。特に指定のない公差は±0.1mmです。この図面は、CADソフトウェアでPCBランドパターン（フットプリント）を作成するために不可欠です。

5.2 極性識別

正しい極性は動作に不可欠です。パッケージには、カソード（-）端子を識別するための視覚的マーカーが含まれています。設計者および組立技術者は、寸法図面を参照して、PCB上で部品を正しい向きに配置する必要があります。

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、LEDを損傷することなく信頼性の高いはんだ接合を実現するために重要です。

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

推奨される鉛フリーリフロー温度プロファイルが提供されています。主要パラメータは以下の通りです：150-200°Cの予熱ゾーン（60-120秒）、液相線以上（217°C）の時間（60-150秒）、ピーク温度260°C以下、ピーク温度での最大時間10秒。最大昇温速度は6°C/秒、最大冷却速度は3°C/秒です。リフローはんだ付けは2回までとします。

6.2 手はんだ付けの注意点

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です。はんだごて先端温度は350°C以下とし、各端子との接触時間は3秒を超えてはなりません。低電力のごて（≤25W）の使用が推奨されます。各端子のはんだ付けの間には、放熱のために少なくとも2秒の間隔を空ける必要があります。

6.3 保管および湿気感受性

LEDは、乾燥剤と共に防湿バリア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、このバッグは開封してはいけません。開封後、未使用のLEDは、温度30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管し、168時間（7日）以内に使用する必要があります。保管時間を超過した場合、または乾燥剤が吸湿を示した場合は、リフロー時のポップコーン現象を防ぐために、使用前に60±5°Cで24時間のベーキング処理が必要です。

7. 梱包および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

部品は、データシートに規定された寸法のエンボス加工キャリアテープに供給されます。テープは標準的な直径7インチ（178mm）のリールに巻かれています。各リールには3000個が収容されています。自動実装機との互換性のために、リール寸法（ハブ径、フランジ径、幅）が提供されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、いくつかの主要なコードが含まれています：P/N（品番）、QTY（梱包数量）、CAT（光度ランク/ビン）、HUE（色度/主波長ランク）、REF（順電圧ランク）、LOT No（トレーサブルロット番号）。このラベルを理解することは、在庫管理および生産で正しい性能ビンが使用されていることを確認する上で重要です。

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

データシートは、外部の電流制限抵抗（または定電流ドライバ）を使用しなければならないと強調しています。LEDは、順電圧をわずかに超える電圧の小さな増加に対して、電流が急激に指数関数的に増加する特性を示します。電流制限がない場合、わずかな電源電圧の変動でも電流が最大定格を超え、即座に故障する可能性があります。

8.2 熱管理

パッケージ自体が熱を放散しますが、熱を除去する主要な経路は、はんだパッドを通じてPCBの銅へと伝わることです。高温環境下または最大電流付近で動作するアプリケーションでは、十分なサーマルリリーフを持つPCB、より広い銅配線、またはグランドプレーンに接続された専用の放熱パッドを使用することを検討し、放熱を助けるようにします。

8.3 ESD保護

150V HBMのESD定格を考慮すると、静電気放電が発生しやすい環境、特にLEDがユーザーが触れる可能性のある場所にある場合は、LEDに接続されるラインに基本的なESD保護（例：サージ保護ダイオードや直列抵抗の使用）を組み込むことが推奨されます。

9. 技術比較と差別化

19-213は、主に非常に広い120°視野角とウォータークリア樹脂の組み合わせによって差別化されています。多くのインジケータLEDは視野角を広げるために拡散樹脂を使用しますが、これは軸上のピーク強度を低下させます。19-213はクリア樹脂で広い視野角を実現しており、軸上ではより高い知覚輝度を提供しつつ、軸外からの良好な視認性を維持できます。現代の環境規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への完全準拠も、ほとんどの新規設計における標準的かつ必須の要件です。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

10.1 5V電源で使用する場合の抵抗値は？

抵抗値（R）は、希望する順電流（IF）と特定のLEDビンの順電圧（VF）に依存します。オームの法則を使用します：R = (電源電圧 - VF) / IF。例えば、5V電源、VF 3.0V（ビン31）、目標IF 20mAの場合：R = (5 - 3.0) / 0.020 = 100 オーム。常に抵抗での電力損失を計算してください：P_resistor = (電源電圧 - VF) * IF。この場合、P = 2V * 0.02A = 0.04Wなので、標準的な1/8W（0.125W）抵抗で十分です。

10.2 このLEDをPWM信号で駆動して調光できますか？

はい、パルス幅変調（PWM）はLEDを調光する優れた方法です。これはLEDを高速でオン/オフすることによって機能します。知覚される明るさは、デューティサイクル（LEDがオンになっている時間の割合）に比例します。PWM調光は、色ずれを引き起こす可能性のあるアナログ調光（電流を減らす）とは異なり、LEDの色の一貫性を維持します。可視フリッカーを避けるために、PWM周波数が十分に高い（通常>100Hz）ことを確認してください。

10.3 保管とベーキング処理が重要な理由は？

SMDパッケージは大気中の湿気を吸収する可能性があります。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気化し、パッケージ内部に蒸気圧を発生させます。これは、内部の剥離、樹脂のひび割れ、またはワイヤーボンディングの故障を引き起こす可能性があり、この現象はポップコーン現象として知られています。湿気感受性の梱包とベーキング手順は、この故障モードを防ぐために設計されています。

11. 実用的な設計および使用例

11.1 パネルバックライト用マルチLEDアレイ

小型LCDやスイッチパネルのバックライトには、複数の19-213 LEDをアレイ状に配置することができます。順電圧のビニングがあるため、直列接続よりも、各LEDに専用の電流制限抵抗を設けた並列接続の方が一般的に信頼性が高くなります。この構成により、個々のLED間のVFのばらつきによる電流分布や輝度の不均一が防止されます。複数の並列LEDチャネル用に設計された定電流ドライバICは、より大規模なアレイに対して最も均一で効率的なソリューションを提供します。

11.2 マイクロコントローラを用いた状態表示器

マイクロコントローラのGPIOピンから直接駆動する場合、ピンの電流供給/吸込み能力を確認する必要があります。多くのMCUピンは20-25mAの制限があり、これはこのLEDの最大値とよく一致します。回路は、LEDと直列抵抗をMCUピンとグランド（電流吸込み構成の場合）またはVCC（電流供給構成の場合）の間に接続して構成します。抵抗値は、MCUの出力電圧（例：3.3V）とLEDのVFを使用して計算します。

12. 動作原理の紹介

19-213 LEDは、インジウム・ガリウム・ナイトライド（InGaN）から作製された半導体ダイオード構造に基づいています。ダイオードの接合電位（約2.7-3.2V）を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合するとき、光子（光）の形でエネルギーを放出します。InGaN合金の特定の組成が半導体のバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接発光の波長（色）を決定します。この場合、合金は緑色スペクトル（520-535 nm）で光子を生成するように調整されています。ウォータークリアエポキシ樹脂封止材は、半導体チップを保護し、機械的安定性を提供し、発光を120°視野角に形成するレンズとして機能します。

13. 技術トレンドと背景

19-213は、SMD LED市場において成熟し広く採用されている技術を代表しています。この分野のトレンドは、いくつかの主要な発展に向けて継続しています。第一に、発光効率の向上（電気入力ワット当たりの光出力の増加）への絶え間ない追求があり、エネルギー効率が改善されています。第二に、特に緑色スペクトルにおける、より高い色純度と彩度の追求が活発に行われています。第三に、パッケージの小型化が進み、19-213よりもさらに小さなフォームファクタが超コンパクトデバイスで一般的になっています。最後に、統合化が成長トレンドであり、多色LED（RGB）や統合制御回路を内蔵したLED（I2Cアドレス指定可能LEDなど）が、複数の機能を単一パッケージに組み合わせ、設計と組立を簡素化しています。信頼性、入手性の広さ、規格準拠に焦点を当てた19-213は、膨大なインジケータおよび照明アプリケーションのエコシステムにおける基本的な構成要素として機能しています。