SMD LED 16-213/GHC-YR1S1/3T データシート - ブリリアントグリーン - 2.7-3.7V - 25mA - 日本語技術文書

1. 製品概要

16-213/GHC-YR1S1/3Tは、小型サイズ、高信頼性、優れた光学性能を必要とする現代の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。この部品は、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを利用してブリリアントグリーンの光出力を生成します。その主な利点は、従来のリードフレームLEDと比較して占有面積が大幅に削減され、プリント基板（PCB）上の実装密度の向上、保管要件の低減、最終的にはエンド機器の小型化に貢献することです。デバイスは軽量であり、特にスペースが制限されたポータブルアプリケーションに適しています。

主な製品ポジショニングは、高効率なインジケータおよびバックライト光源としての使用です。7インチ径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、標準的な自動実装機との互換性を確保しています。LEDはウォータークリア樹脂封止で構成されており、光出力を最大化し、クリーンで明るい外観を提供します。

2. 技術仕様詳細

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、Ta=25°Cの条件下で定義されます。これらの定格を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• ）：_R）：5V。これより高い逆電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 連続順電流（I_F）：25mA。これは連続動作に推奨される最大DC電流です。
• ピーク順電流（I_FP）：100mA。この定格は、1kHz、デューティ比1/10のパルス条件下で適用され、短時間の高輝度動作を可能にします。
• 電力損失（P_d）：110mW。これは、熱的限界を超えることなくパッケージが放散できる最大電力です。
• 静電気放電（ESD）：150V耐性（人体モデル）。実装時には適切なESD取り扱い手順が必須です。
• 動作温度（T_opr）：-40°C から +85°C。LEDは広範囲の環境条件での動作に対応しています。
• 保管温度（T_stg）：-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度（T_sol）：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

代表的な性能は、特に断りのない限り、Ta=25°C、I_F=20mAで測定されます。

• 光度（I_v）：最小112 mcdから最大225 mcdの範囲で、代表値はこのビン範囲内です。許容差は±11%です。
• 視野角（2θ_1/2）：120度。この広い視野角により、様々な視点からの良好な視認性が確保されます。
• ピーク波長（λ_p）：代表値518 nm。これは、発光強度が最も高い波長を示します。
• 主波長（λ_d):520 nmから535 nmの範囲で、知覚される色（緑）を定義します。許容差は±1 nmです。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：代表値35 nm。これは最大強度の半値全幅（FWHM）で測定されます。
• 順電圧（V_F）：2.7V（最小）から3.7V（最大）の範囲で、20mA時の代表値は3.3Vです。許容差は±0.05Vです。
• 逆電流（I_R）：逆電圧5V印加時、最大50 μA。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、アプリケーション設計における一貫性を確保するため、主要な光学・電気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

I_v=20mAにおけるI_Fのビン定義：

• R1：112 mcd から 140 mcd
• R2：140 mcd から 180 mcd
• S1：180 mcd から 225 mcd

特定のビンコード（例：GHC-YR1S1の一部）は、その個々のユニットが保証する強度範囲を示します。

3.2 主波長ビニング

I_d=20mAにおけるλ_Fのビン定義：

• X：520 nm から 525 nm
• Y：525 nm から 530 nm
• Z：530 nm から 535 nm

これにより、設計者は色合わせアプリケーション向けに、非常に特定の緑色の色合いを持つLEDを選択できます。

4. 性能曲線分析

データシートには、設計上重要な複数の特性曲線が提供されています。

4.1 相対光度 vs. 周囲温度

この曲線は、光度が-40°Cから約25°Cまでは比較的安定していることを示しています。25°Cを超えると、温度の上昇に伴い光度は徐々に減少します。これは、非発光再結合の増加やその他の熱的効果によるLEDの一般的な特性です。最大動作温度85°Cでは、室温と比較して出力が大幅に低下する可能性があります。これは、高い周囲温度が予想される設計では考慮に入れる必要があります。

4.2 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順電流を定義します。25°Cでは、フルの25mAが許可されます。周囲温度が上昇すると、デバイスの110mW電力損失限界を超えないように、また長期信頼性を確保するために、最大許容電流を直線的に低減する必要があります。これは、熱暴走や早期故障を防ぐために極めて重要です。

3.3 光度 vs. 順電流

この関係は、低電流では一般的に線形ですが、高電流（最大定格に近づく）では飽和や効率低下の兆候を示す可能性があります。この曲線により、設計者は所定の駆動電流に対する輝度を予測できます。

4.4 スペクトル分布

スペクトルプロットは、518 nm（緑）を中心とした単一の支配的なピークと、特徴的な35 nmのFWHMを示しています。可視スペクトルの他の部分での発光は最小限であり、純粋な緑色であることを確認しています。

4.5 順電流 vs. 順電圧

このIV曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。順電圧は電流とともに増加します。指定されたV_F範囲（20mA時2.7V-3.7V）はこの曲線上で確認できます。設計者はこれを使用して、所定の電源電圧に対する必要な電流制限抵抗値を計算します。

4.6 指向性パターン

極座標図は120°の視野角を示しています。強度は中心の円錐内ではほぼ均一で、端に向かって減少します。このパターンは、特定の照射角度を必要とするアプリケーションで重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDはコンパクトなSMDフットプリントを有しています。重要な寸法には、ボディサイズ、リード間隔、全高が含まれます。詳細な寸法図がデータシートに提供されており、特に記載のない限り標準公差は±0.1mmです。また、信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性のために設計された、PCB上の推奨パッドレイアウトも示されています。設計者は、特定のPCB製造プロセスと熱要件に基づいてパッド寸法を変更することをお勧めします。

5.2 極性識別

部品にはアノードとカソードがあります。データシートの図面は、通常、切り欠き、ドット、または異なるリード形状で示される極性を示しています。PCBレイアウトおよび実装時には、正しい極性を遵守して正常な機能を確保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

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーリフローはんだ付けの詳細な温度プロファイルが提供されています：

• 予熱：150-200°C、60-120秒。
• 液相線以上時間（217°C）：60-150秒。
• ピーク温度：最大260°C、10秒以内。
• 加熱速度：最大6°C/秒。
• 冷却速度：最大3°C/秒。

LEDを2回以上のリフローサイクルにさらさないことを推奨します。加熱中のLEDボディへの応力や、はんだ付け後のPCBの反りは避けるべきです。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合、はんだごて先端温度は350°C未満とし、端子ごとの接触時間は3秒を超えないようにしてください。低電力（≤25W）のこての使用を推奨します。両端子のはんだ付けの間には、少なくとも2秒の冷却間隔を設けて熱衝撃を防いでください。

6.3 リワークおよび修理

はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱してLEDへの応力を最小限に抑えるため、両頭はんだごてを使用してください。リワークによるLED特性への潜在的な影響は事前に評価する必要があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

LEDは、データシートに寸法が指定されたエンボスキャリアテープで供給されます。各リールには3000個が含まれます。自動ハンドリング装置のセットアップ用に、リール寸法（7インチ径）が提供されています。

7.2 湿気感受性および保管

製品は、乾燥剤と湿度指示カードを封入した防湿アルミ袋で梱包されています。リフロー中の湿気による損傷（"ポップコーン現象"）を防ぐために：

• 開封前：≤30°C、≤90% RHで保管。
• 開封後：フロアライフは、≤30°C、≤60% RHの条件下で1年です。未使用部品は再密封してください。
• ベーキング：乾燥剤が飽和を示した場合、または保管時間を超えた場合は、使用前に60±5°Cで24時間ベーキングしてください。

7.3 ラベル説明

リールラベルには以下のコードが含まれます：

• 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）
• 順電圧ランク（REF）
• ロット番号（LOT No.）

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

• バックライト：ダッシュボードインジケータ、スイッチ照明、LCDパネルやシンボルのフラットバックライトに最適。
• 通信機器：電話機やファクシミリの状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• 汎用表示：多様な民生、産業、車載電子機器における電源状態、モード選択、その他のユーザーインターフェース表示。

8.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限：順電流を制限するための外部直列抵抗は絶対に必須です。LEDの指数関数的なV-I特性は、わずかな電圧上昇が大きく破壊的な電流サージを引き起こす可能性があることを意味します。
• 熱管理：順電流デレーティング曲線を遵守してください。高い周囲温度または最大電流付近で動作する場合は、十分なPCB銅面積または他の放熱対策を確保してください。
• ESD保護：敏感なラインにESD保護回路を実装し、実装時には適切な取り扱い手順に従ってください。
• 光学設計：所望の照明効果を得るために、光導波路、レンズ、または拡散板を設計する際に、120°の視野角と指向性パターンを考慮してください。

9. 技術比較および差別化

従来のスルーホールLED技術と比較して、このSMD LEDは以下のような大きな利点を提供します：

• サイズと密度：占有面積が大幅に小さくなり、小型化が可能。
• 自動化：高速SMT実装と完全互換で、製造コストを削減。
• 性能：InGaN技術により、従来の材料と比較してより高い効率と明るい緑色出力を実現。
• 信頼性：適切にはんだ付けされた場合、SMD構造はしばしばより優れた熱性能と機械的堅牢性をもたらします。
• 適合性：本デバイスは鉛フリー、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）を満たしており、環境配慮設計やグローバル市場に適しています。

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？

オームの法則（R = (V_電源- V_F) / I_F) を使用し、20mA時の代表的なV_Fを3.3Vと仮定すると：R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85オーム。標準的な82または100オームの抵抗が適切です。電流が最大定格を超えないようにするため、常に最小V_F(2.7V) で計算してください。

10.2 30mAで駆動して輝度を上げることは可能ですか？

いいえ。連続順電流の絶対最大定格は25mAです。この定格を超えると信頼性が損なわれ、即時または徐々に故障する可能性があります。より高い輝度が必要な場合は、より高い光度ビン（例：S1ビン）のLED、またはより高い電流定格の製品を選択してください。

10.3 温度は光出力にどのように影響しますか？

性能曲線に示されているように、光度は周囲温度の上昇に伴って減少します。85°Cでは、出力は25°C時の値のわずか60-70%になる可能性があります。これはシステムの光学設計で考慮する必要があります。

10.4 ヒートシンクは必要ですか？

20mAでの連続動作および中程度の周囲温度（<50°C）の場合、熱は通常、LEDのリードを介してPCBの銅に十分に放散されます。推奨パッドレイアウトに従うことでこれを改善できます。高い周囲温度または最大電流付近で駆動する場合は、LEDパッドに接続されたPCB銅面積を増やすことが効果的なヒートシンクとして機能します。

11. 設計および使用事例

シナリオ：産業用コントローラの状態表示パネルの設計。

1. 要件：システム準備完了状態を示す複数のブリリアントグリーンLED。パネルは最大60°Cの環境で動作。
2. 選択：高い視認性のために、S1ビン（180-225 mcd）の16-213/GHC-YR1S1/3Tを選択。
3. 回路設計：3.3Vシステム電源を使用。V_F= 3.3Vと仮定し、直列抵抗を計算：R = (3.3V - 3.3V) / 0.02A = 0オーム。これは無効です。したがって、LEDはより低い電流、例えば15mAで駆動します。R = (3.3V - 3.0V*) / 0.015A = 20オーム。（*IV曲線から15mA時のV_Fを低めに見積もり）。
4. 熱チェック：周囲温度60°Cでは、デレーティング曲線により最大電流を低減する必要があります。15mAで動作させることで、デレーティング限界を下回る十分な安全マージンを確保し、長期信頼性を保証します。
5. レイアウト：PCBパッド設計はデータシートの推奨に従い、放熱のためにカソードパッドに接続された追加の銅箔を設けています。
6. 結果：動作環境に適した、信頼性が高く一貫して明るい表示システム。

12. 動作原理の紹介

このLEDは、半導体PN接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。活性領域はInGaNで構成されています。ダイオードの閾値を超える順電圧が印加されると、電子と正孔がそれぞれN型層とP型層から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し、光子の形でエネルギーを放出します。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、これが直接、発光の波長（色）に対応します—この場合は緑色（約518 nm）です。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、光出力ビームを形成するレンズとして機能します。

13. 技術トレンド

このようなSMD LEDの開発は、光エレクトロニクスにおけるより広範なトレンドの一部です：

• 小型化：パッケージサイズの継続的な縮小（例：0603から0402、0201メトリックサイズへ）により、より小さなデバイスを実現。
• 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（入力電力あたりのより多くの光出力）を実現。
• 色の一貫性：より厳格なビニング仕様と高度な製造プロセスにより、生産ロット間で非常に均一な色と輝度を確保。これはマルチLEDアレイやディスプレイに重要。
• 信頼性の向上：改良されたパッケージ材料と熱管理設計により、動作寿命が延長され、より過酷な環境（高温、高湿度）での使用が可能に。
• 統合化：制御IC、電流制限抵抗、さらには複数の色チップ（RGB）を単一パッケージに統合するトレンドがあり、エンドユーザーの回路設計を簡素化。

これらのトレンドは、部品をより高性能で信頼性が高く、アプリケーションに優しいソリューションへと進化させています。