SMD LED 19-213/GHC-XS1T1N/3T データシート - ブリリアントグリーン - 120°視野角 - ウォータークリア樹脂 - 2.7-3.7V - 25mA - 技術文書

1. 製品概要

19-213/GHC-XS1T1N/3Tは、現代のコンパクトな電子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。従来のリードフレームLEDと比較して、基板スペースの活用、組立効率、最終製品の小型化において大きな利点を提供する、重要な進歩を表しています。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

このLEDの主な利点は、その極小フットプリントにあり、これによりプリント基板（PCB）設計のさらなる小型化、部品実装密度の向上、保管スペース要件の低減が直接可能となります。軽量構造は、重量が重要な要素となるアプリケーションにおいて理想的な選択肢です。自動化された大量生産に適した、信頼性の高い汎用インジケータおよびバックライトソリューションとして位置付けられています。

1.2 ターゲット市場と用途

本デバイスは、コンパクトで効率的な照明を必要とする幅広い産業をターゲットとしています。主な用途分野は以下の通りです：

• 自動車内装：計器盤、スイッチ、制御パネルのバックライト。
• 通信機器：電話機、ファクシミリ、その他の通信デバイスにおける状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• 民生電子機器：液晶ディスプレイ（LCD）用フラットバックライト、スイッチ照明、シンボル表示灯。
• 汎用：小型で明るいグリーンのインジケータライトを必要とするあらゆるアプリケーション。

2. 技術仕様と客観的解釈

このセクションでは、データシートに定義されたLEDの電気的、光学的、熱的特性について、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ストレスの限界を定義します。これらの限界値以下または等しい状態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。
• 連続順電流（I_F）：25mA。信頼性の高い長期動作のための最大直流電流です。
• ピーク順電流（I_FP）：100mA（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、直流には適しません。
• 電力損失（P_d）：95mW。パッケージが熱的限界を超えずに放散できる最大電力です。
• 静電気放電（ESD）：150V（人体モデル）。中程度の感受性を示しており、標準的なESD取り扱い注意が必要です。
• 動作・保管温度：-40°C ～ +85°C（動作）、-40°C ～ +90°C（保管）。産業用および広い温度範囲のアプリケーションに適しています。
• はんだ付け温度：Reflow: 260°C for 10 seconds max. Hand soldering: 350°C for 3 seconds max per terminal.

2.2 電気光学特性（T_a=25°C）

これらは、標準試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_v）：180-360 mcd（I_F=20mA時）。これは知覚される明るさを定義します。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ています（セクション3参照）。
• 視野角（2θ_1/2）：120度（代表値）。この広い角度は、バックライトや様々な角度から見られるインジケータに適した、広く均一な照明パターンを提供します。
• ピーク波長（λ_p）：518 nm（代表値）。発光のスペクトルピークで、ブリリアントグリーン領域にあります。
• 主波長（λ_d）：515-530 nm。知覚される色相を定義します。この範囲もビニングの対象となります。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：35 nm（代表値）。ピーク強度の半分における発光スペクトルの幅です。
• 順電圧（V_F）：2.70-3.70 V（I_F=20mA時）。駆動回路設計と消費電力計算に重要です。このパラメータはビニングされています。
• 逆電流（I_R）：< 50 µA（V_R=5V時）。低いリーク電流仕様です。

重要な注意：データシートは、この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います。逆電圧定格は、リーク電流試験のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。19-213は三次元のビニングシステムを使用しています。

3.1 光度ビニング

ビン：S1（180-225 mcd）、S2（225-285 mcd）、T1（285-360 mcd）。設計者は、各ビン内の±11%の許容差を考慮し、アプリケーションで必要な明るさ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

ビン：W（515-520 nm）、X（520-525 nm）、Y（525-530 nm）。これにより、アレイ内の複数のLED間での色の一貫性が確保されます。ビン内の許容差は±1 nmです。

3.3 順電圧ビニング

ビン：10（2.70-2.90V）、11（2.90-3.10V）、12（3.10-3.30V）、13（3.30-3.50V）、14（3.50-3.70V）。同じV_FビンからLEDを選択することで、並列接続時の均一な電流分担と予測可能な電源要件の達成に役立ちます。ビン内の許容差は±0.1Vです。

4. 性能曲線分析

データシートは、様々な条件下でのデバイスの挙動を理解するために不可欠ないくつかの特性曲線を提供しています。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

この曲線は、電流と電圧の指数関数的関係を示しています。典型的なLEDでは、オン電圧を超えるわずかな電圧の増加が、電流の大幅な増加を引き起こします。これは、熱暴走を防ぐために電流制限抵抗または定電流ドライバを使用する必要性を強調しています。

4.2 相対光度対周囲温度

光出力は、周囲温度が上昇するにつれて減少します。この曲線は、高温環境（例：自動車のダッシュボード内）で動作するアプリケーションにとって極めて重要です。設計者は、動作温度に基づいて期待される明るさをデレートする必要があります。

4.3 相対光度対順電流

光出力は一般に順電流に比例しますが、特に高電流では完全に線形ではありません。非常に高い電流では、熱的影響の増加により効率が低下する可能性があります。

4.4 順電流デレーティング曲線

このグラフは、周囲温度の関数としての最大許容連続順電流を定義します。温度が上昇すると、接合温度限界を超えないように、最大安全電流は減少し、長期信頼性が確保されます。

4.5 スペクトル分布

この曲線は、518 nm付近を中心とする単一のピークを示し、単色のグリーン出力であることを確認しています。35 nmの帯域幅は、比較的純粋なグリーン色を示しています。

4.6 放射パターン図

光強度の空間分布を示し、典型的なランバートまたは準ランバート放射パターンを持つ120度の視野角を確認します。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには詳細な寸法図が含まれています。主な特徴には、全長、幅、高さ、はんだパッドレイアウト、および極性インジケータ（通常は切り欠きまたはマークされたカソード）が含まれます。特に指定がない限り、すべての寸法は±0.1mmの標準公差を持ちます。信頼性の高いはんだ付けとリフロー中の適切な位置合わせのためには、推奨されるパッドレイアウトを正確に遵守することが不可欠です。

5.2 極性識別

正しい極性接続は必須です。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（例：緑色の点、切り欠き角、カソードマーク）が含まれています。LEDを逆バイアスで接続すると損傷する可能性があります。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

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

無鉛（Pb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。
• 液相線以上時間（TAL）：>217°C、60-150秒間。
• ピーク温度：最大260°C、最大10秒間保持。
• 昇降温速度：加熱：最大3°C/秒。冷却：最大6°C/秒。

重要：リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。

6.2 手はんだ付け手順

手はんだが避けられない場合：

• 先端温度<350°Cの半田ごてを使用してください。
• 端子ごとはんだ付け時間を3秒以内に制限してください。定格電力<25Wの半田ごてを使用してください。各端子のはんだ付けの間隔を最低2秒空けてください。データシートは、損傷が手はんだ付け中にしばしば発生すると警告しています。

6.3 保管と湿気感受性

この部品は湿気感受性です。

• 使用前：使用準備が整うまで防湿バリアバッグを開封しないでください。
• 開封後：168時間（7日）以内に使用してください。未使用部品は≤30°C、≤60% RHで保管してください。
• 再乾燥：暴露時間を超えた場合、または乾燥剤が湿気を示した場合は、60±5°Cで24時間乾燥してください。

6.4 重要な注意事項

• 過電流保護：外部の電流制限抵抗は必須です。わずかな電圧変化が大きな電流変化を引き起こし、即座に故障する可能性があります。
• 機械的ストレス：はんだ付け時または最終アプリケーションでLED本体にストレスを加えないでください。組立後にPCBを反らせないでください。
• 修理：推奨されません。どうしても必要な場合は、両方の端子を同時に加熱して熱ストレスを避けるために、両頭半田ごてを使用してください。修理後はデバイスの機能を確認してください。

7. パッケージングと発注情報

7.1 標準パッケージング

デバイスは、標準的な自動実装機と互換性のある、直径7インチのリールに8mmテープで供給されます。各リールには3000個が含まれています。

7.2 防湿パッケージング

長期保存寿命のため、リールは乾燥剤と湿度指示カードを入れたアルミニウム防湿バッグに梱包されています。

7.3 ラベル説明

リールラベルには以下の主要情報が含まれています：

• CPN：顧客部品番号。
• P/N：メーカー部品番号（例：19-213/GHC-XS1T1N/3T）。
• QTY：リール上の数量。
• CAT：光度ビンコード（例：S1、T1）。
• HUE：色度/主波長ビンコード（例：W、X、Y）。
• REF：順電圧ビンコード（例：10、11、12）。
• LOT No.：トレーサビリティロット番号。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮点

8.1 駆動回路設計

このLEDは常に定電流で駆動するか、最悪ケースの順電圧（最大V_Fビン）と電源電圧に基づいて計算された直列抵抗を使用し、電流が25mA DCを超えないようにしてください。例えば、5V電源と3.7VのV_Fの場合、少なくとも（5V - 3.7V）/ 0.025A = 52オームの直列抵抗が必要です。安全マージンのためにより高い値を使用してください。

8.2 熱管理

パッケージは小さいですが、PCB上の効果的な熱管理は長寿命と明るさの維持にとって重要です。特に最大電流付近または高い周囲温度で動作する場合、放熱のために、サーマルパッド（存在する場合）またはアノード/カソードトレースに接続された十分な銅面積を使用してください。

8.3 光学設計

120度の視野角とウォータークリア樹脂により、このLEDは広角インジケータに適しています。集光された光や特定のビームパターンの場合は、二次光学素子（レンズ、導光板）が必要になります。クリア樹脂は最高の光出力を提供しますが、目に見えるホットスポットを引き起こす可能性があります。均一な照明のためには、拡散樹脂の代替品（この部品ではありません）がより適しています。

9. 適合性と環境仕様

この製品は、いくつかの主要な国際規格に準拠しており、グローバル市場での使用を簡素化します：

• RoHS準拠：鉛、水銀、カドミウムなどの制限有害物質を含みません。
• EU REACH準拠：化学物質の登録、評価、認可および制限に関する規則に準拠しています。
• ハロゲンフリー：厳格な制限を満たします：臭素（Br）< 900 ppm、塩素（Cl）< 900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm。これは、火災時の有毒ガス排出を減らすために重要です。
• Pbフリー：はんだ付け仕上げと材料は無鉛です。

10. 技術比較と差別化

従来のスルーホールLED技術と比較して、このSMD LEDは以下を提供します：

• サイズ削減：大幅に小型化され、製品の小型化を可能にします。
• 製造効率：完全自動化されたSMT組立ラインと互換性があり、人件費を削減し、実装速度と精度を向上させます。
• 性能：多くのスルーホール設計よりもPCBへの熱経路が優れており、高電流での長寿命化に寄与する可能性があります。

他のSMDグリーンLEDと比較して、120°視野角、ウォータークリアレンズ、および光度、波長、電圧に対して定義されたビニング構造の組み合わせが、予測可能な性能を必要とする設計者にとっての主要な差別化要因です。

11. よくある質問（FAQ）

Q: このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？A: いいえ。直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。順電圧は約3Vであり、GPIOピンは電圧降下を制御しながら20mAを安全に供給/吸収することはできません。トランジスタまたは専用のLEDドライバを使用してください。

Q: なぜ光度の範囲がこれほど広いのですか（180-360 mcd）？A: これは全生産範囲です。デバイスは特定のビン（S1、S2、T1）に選別されます。明るさの一貫性を確保するには、発注時に必要なビンを指定する必要があります。

Q: データシートに使用前に袋を開けないでくださいとありますが、開けたらどうなりますか？A: 湿気がプラスチックパッケージに吸収される可能性があります。リフローはんだ付け中に、この閉じ込められた湿気が急速に膨張し（ポップコーン効果）、内部の剥離やひび割れを引き起こし、即時または潜在的な故障の原因となります。

Q: 屋外アプリケーションに使用できますか？A: 動作温度範囲（-40°C ～ +85°C）は多くの屋外環境をサポートします。ただし、紫外線や天候への長期暴露は樹脂を劣化させる可能性があります。過酷な屋外使用の場合は、特に配合されたUV耐性封止材を持つLEDが推奨されます。

12. 設計・使用事例

シナリオ：産業用コントローラの状態表示パネルの設計。 要件：システム準備完了、通信中などを示す複数のグリーンLED。ユーザーの知覚にとって、均一な明るさと色が重要です。

設計手順：

1. ビニング選択：均一性を確保するために、すべてのLEDに対して単一の厳しいビンを指定します。例：光度ビンT1（285-360 mcd）、主波長ビンX（520-525 nm）、順電圧ビン12（3.10-3.30V）。これにより、すべてのLEDが非常に類似した挙動を示すことが保証されます。
2. 回路設計：複数チャネルを駆動可能な定電流LEDドライバICを使用します。これにより、わずかなV_Fの変動に関わらず、各LEDに同一の電流が供給され、完全な明るさの一致が確保されます。または、LEDごとに抵抗を使用する場合は、ビン内の最高V_F（3.30V）に基づいて抵抗値を計算し、どのLEDも過駆動されないようにします。
3. PCBレイアウト：LEDを一貫した向きで配置します。パネルが連続的に点灯する可能性があるため、放熱を助けるためにカソードパッドに接続された十分な銅箔を設けてください。
4. 組立：指定されたリフロープロファイルを正確に守ってください。湿気感受性レベル（MSL）要件に準拠するため、リールはピックアンドプレースマシンのフィーダーにロードされる瞬間まで密封したままにしてください。

このアプローチにより、一貫性があり信頼性の高い表示灯を持つ、プロフェッショナルな外観のパネルが実現します。

13. 動作原理の紹介

このLEDは、インジウムガリウムナイトライド（InGaN）半導体チップに基づいています。ダイオードのオン閾値（V_F）を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体接合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、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。InGaN材料の特定の組成が、発光の波長（色）を決定します。この場合、ピーク518 nmのブリリアントグリーン光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、繊細な半導体ダイを保護し、機械的安定性を提供し、一次レンズとして機能して初期の光出力パターンを形成します。

14. 技術トレンドと背景

19-213 LEDは、成熟し広く採用されているSMD LED技術を代表しています。このような部品に関連するLED開発の現在のトレンドには以下が含まれます：

• 効率向上：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、より高い発光効率（電気入力ワット当たりのより多くの光出力）が実現され、より明るいインジケータまたはより低い消費電力が可能になります。
• 小型化：より小さなデバイスへの追求は続いており、スペース制約のあるアプリケーションではさらに小さなパッケージフットプリント（例：0402、0201メトリック）が一般的になっていますが、光出力と熱性能とのトレードオフが伴うことが多いです。
• 信頼性向上：パッケージ材料とダイ接合技術の改善により、動作寿命、熱サイクルおよび湿度に対する耐性が継続的に向上しています。
• 統合ソリューション：より広範なトレンドとして、制御電子機器（電流ドライバ、PWMコントローラ）をLEDダイと直接統合してより複雑なモジュールにし、エンドユーザーの回路設計を簡素化することがあります。

この特定の部品は、最新の超小型またはスマートLED機能を組み込んでいないかもしれませんが、そのよく特性化された性能、堅牢なパッケージング、包括的なビニングにより、標準的なインジケータおよびバックライトアプリケーションの広範な範囲において信頼性が高く費用対効果の高い選択肢となっています。