SMD LED 19-117/T1D-AP2Q2QY/3T データシート - 純白色 - 5mA - 2.7-3.2V - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、19-117/T1D-AP2Q2QY/3Tとして識別される表面実装デバイス(SMD) LEDの仕様を詳細に説明します。この部品は、モノカラーの純白色LEDであり、現代の電子機器組立プロセス向けに設計されています。そのコンパクトなSMDパッケージは、従来のリードフレーム部品に比べて大きな利点を提供し、より小型のプリント基板(PCB)設計、より高い部品実装密度、そして最終的にはよりコンパクトなエンドユーザー機器の実現を可能にします。パッケージの軽量性は、さらに小型・携帯機器用途にも適しています。

1.1 主要機能と適合規格

このLEDは、7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上で供給され、大量生産用の標準的な自動実装機と完全に互換性があります。赤外線および気相リフローはんだ付け技術の両方を使用したプロセスに対応するように設計されています。このデバイスは、鉛フリー(Pb-free)材料を使用して構築され、静電気放電(ESD)保護を備えています。EUのRoHS(有害物質使用制限)指令、REACH(化学物質の登録、評価、認可および制限)規則などの主要な環境・安全規制に準拠しており、ハロゲンフリー(臭素(Br)および塩素(Cl)含有量がそれぞれ900 ppm未満、合計1500 ppm未満)に分類されます。

1.2 主な用途

このLEDは汎用性が高く、様々な照明および表示用途に使用されます。主な用途には、計器パネルダッシュボードやメンブレンスイッチのバックライトが含まれます。通信機器では、電話機やファクシミリなどの機器の状態表示灯やバックライトとして機能します。また、液晶ディスプレイ(LCD)、スイッチパネル、シンボルのフラットなバックライトとしても適しています。その汎用性により、コンパクトで信頼性の高い白色光源が必要とされる幅広い民生用および産業用電子機器での使用が可能です。

2. 技術仕様詳細

このセクションでは、LEDの電気的、光学的、および熱的限界と特性の詳細な分析を提供します。これらのパラメータを理解することは、信頼性の高い回路設計と長期性能の確保に不可欠です。

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。これらの定格は周囲温度(Ta)25℃で規定されており、いかなる動作条件下でも超えてはなりません。主な限界は以下の通りです：

• 逆電圧(VR)：5V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、LEDの半導体接合が破壊される可能性があります。
• 連続順方向電流(IF)：10mA。これはLEDを連続的に流すことができる最大の直流電流です。
• ピーク順方向電流(IFP)：100mA。これは最大許容パルス電流であり、デューティサイクル1/10、周波数1 kHzで規定されています。短時間の高輝度フラッシュに適しています。
• 電力損失(Pd)：40mW。これはデバイスが熱として放散できる最大電力であり、順方向電圧(VF) × 順方向電流(IF)として計算されます。
• ESD耐性(HBM)：2000V。このデバイスは、人体モデル(HBM)に基づき、このレベルまでの静電気放電に耐えることができ、取り扱いの堅牢性を示しています。
• 動作温度(Topr)：-40℃ ～ +85℃。LEDが機能するように設計されている周囲温度範囲です。
• 保管温度(Tstg)：-40℃ ～ +90℃。電源が入っていない状態でデバイスを保管する温度範囲です。
• はんだ付け温度：このパッケージは、ピーク温度260℃で最大10秒間のリフローはんだ付け、または350℃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

電気光学特性は、Ta=25℃、標準試験電流(IF)=5mAで測定されます。これらは代表的な性能パラメータを示します。

• 光度(Iv)：光出力は、最小57.0ミリカンデラ(mcd)から最大112.0 mcdの範囲です。代表値はこの範囲内に収まり、特定のビンが定義されています(セクション3参照)。許容差は±11%です。
• 指向角(2θ1/2)：代表的な指向角(強度がピーク値の半分に低下する角度として定義)は130度です。これは、面照明に適した広く拡散した放射パターンを示しています。
• 順方向電圧(VF)：5mAを流したときのLED両端の電圧降下は、通常2.70Vから3.20Vの範囲です。許容差は±0.05Vです。このパラメータは、電流制限回路の設計に重要です。

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は主要な性能パラメータに基づいてビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションに必要な特定の輝度および電気的要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

光出力は、IF=5mAで測定した場合、3つのビン(P2, Q1, Q2)に分類されます：

• ビン P2：57.0 mcd (最小) ～ 72.0 mcd (最大)
• ビン Q1：72.0 mcd (最小) ～ 90.0 mcd (最大)
• ビン Q2：90.0 mcd (最小) ～ 112.0 mcd (最大)

特定のビンコード(例：型番19-117/T1D-AP2Q2QY/3TのQ2)は、その特定ユニットの保証される最小光出力を示します。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、IF=5mAで5つのビン(29～33)に分類されます：

• ビン 29：2.70V ～ 2.80V
• ビン 30：2.80V ～ 2.90V
• ビン 31：2.90V ～ 3.00V
• ビン 32：3.00V ～ 3.10V
• ビン 33：3.10V ～ 3.20V

このビニングは、電源設計や、ロット内のLED全体の電流消費をより正確に予測するのに役立ちます。

3.3 色度座標ビニング

白色光の色は、CIE 1931色度図上の色度座標(x, y)によって定義されます。データシートでは6つのビン(1～6)が定義されており、各ビンは色度図上の四角形の領域を指定します。各ビンの四隅の座標が提供されています。これにより、発光する白色光が特定の制御された色空間内に収まることが保証されます。これらの座標の許容差は±0.01です。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのLEDの動作についてより深い洞察を提供します。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

I-V曲線は、電流と電圧の指数関数的関係を示します。このLEDの場合、周囲温度25℃で固定すると、順方向電圧は電流の増加とともに増加します。この曲線は、動作点および所望の電流を得るために必要な直列抵抗値を決定するために不可欠です。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力が順方向電流とともにどのように増加するかを示しています。通常、低電流域ではほぼ線形の関係を示し、高電流域では熱的および効率効果により飽和する可能性があります。曲線は片対数スケールでプロットされ、基準に対する10%から1000%の強度を示しています。

4.3 相対光度 vs. 周囲温度

LEDの効率は、接合温度の上昇とともに低下します。この曲線は、相対的な光出力を周囲温度(Ta)に対してプロットします。通常、室温付近でピークを示し、温度が大幅に上昇または低下すると出力が低下します。これは、理想的な熱環境ではない条件下で動作するアプリケーションにとって重要です。

4.4 順方向電流デレーティング曲線

過熱を防ぐため、最大許容連続順方向電流は、周囲温度の上昇に伴って低減する必要があります。このデレーティング曲線は、周囲温度が25℃を超え最大動作温度までの範囲での安全な動作電流を規定します。

4.5 スペクトル分布

スペクトルパワー分布曲線は、各波長で放出される光の強度を示します。黄色蛍光体を有するInGaN青色チップに基づく白色LED(デバイス選択ガイドに示されている通り)の場合、スペクトルは通常、チップからの支配的な青色ピークと、蛍光体からのより広い黄色/緑色の発光を示し、これらが組み合わさって白色光を生成します。

4.6 放射パターン

極座標図は、光強度の空間分布を示します。提供されている図(様々な角度での正規化強度値)は、広い130度の指向角を確認しており、強度が0度(発光面に対して垂直)で最も高く、側面に向かって減少するランバートまたは準ランバート放射パターンを示しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには、LEDパッケージの詳細な機械図面が含まれています。主要寸法には、全長、全幅、全高、およびはんだパッド(アノードおよびカソード)のサイズと位置が含まれます。図面は、特に記載がない限り通常±0.1mmの公差を規定しています。この図面を正しく解釈することは、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するためのPCBフットプリント設計に不可欠です。

5.2 極性識別

パッケージ図面には、どのはんだパッドがアノード(正極)とカソード(負極)に対応するかが明確に示されています。極性を誤って接続すると、LEDは点灯せず、逆電圧定格を超える可能性があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 電流制限の必要性

重要：外部の電流制限抵抗(または定電流ドライバ)を必ずLEDと直列に使用する必要があります。LEDの順方向電圧は負の温度係数を持ち、そのダイオード特性により、わずかな変動でも電流が大きく変化する可能性があります。電流制御なしで動作させると、ほぼ確実に熱暴走と急速な故障を引き起こします。

6.2 保管および湿気感受性

LEDは、大気中の湿気の吸収を防ぐために、乾燥剤を入れた防湿バリアバッグに梱包されています。湿気を吸収すると、リフローはんだ付け中にポップコーン現象(パッケージのひび割れ)を引き起こす可能性があります。

• 開封前：温度≤30℃、相対湿度(RH)≤90%で保管してください。
• 開封後：フロアライフ(部品が工場の環境条件にさらされることができる時間)は、温度≤30℃、相対湿度≤60%で1年です。未使用部品は、新しい乾燥剤とともに防湿バッグに再密封してください。
• ベーキング：乾燥剤インジケータが飽和を示した場合、または暴露時間を超えた場合は、はんだ付け前に部品を60±5℃で24時間ベーキングして湿気を除去する必要があります。

6.3 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を以下に示します：

• 予熱：60～120秒かけて室温から150～200℃まで上昇させます。
• ソーク/プリフロー：217℃(鉛フリーはんだの融点)以上を60～150秒間維持します。
• リフロー：ピーク温度は260℃を超えてはならず、255℃以上の時間は最大30秒に制限する必要があります。実際のピークでの時間は最大10秒です。
• 冷却：最大冷却速度は6℃/秒と規定されています。

重要な注意点：リフローはんだ付けは2回以上行わないでください。加熱中のLEDへの機械的ストレスを避け、はんだ付け後のPCBを反らせないでください。これにより、はんだ接合部や部品自体が損傷する可能性があります。

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、自動ハンドリング用のエンボス加工キャリアテープに収められて供給されます。

• リール：標準7インチ(178mm)径リール。
• テープ幅： 8mm.
• ポケットピッチ & 数量：キャリアテープの寸法は、リールあたり3000個を収容するように規定されています。
• リール寸法：詳細図面には、リールハブ径、フランジ径、および全幅が示されています。

7.2 ラベル説明

梱包ラベルにはいくつかのコードが含まれています：

• CPN：顧客製品番号(オプション)。
• P/N：メーカーの完全な部品番号(例：19-117/T1D-AP2Q2QY/3T)。
• QTY：リール上の梱包数量。
• CAT：光度ビンランク(例：Q2)。
• HUE：色度座標および主波長ランク。
• REF：順方向電圧ビンランク(例：29-33)。
• LOT No：トレーサビリティロット番号。

8. アプリケーション設計上の考慮点

8.1 駆動回路設計

最も一般的な駆動方法は直列抵抗です。抵抗値(R)はオームの法則を使用して計算されます：R = (電源電圧 - VF) / IF。VFは最大定格から、またはビン範囲内の保守的な値から選択し、部品のばらつきがあっても電流が限界を超えないようにします。例えば、5V電源、目標IF=5mA、VF_max=3.2Vの場合：R = (5V - 3.2V) / 0.005A = 360Ω。最も近い標準値(例：390Ω)を選択すると、電流はわずかに低くなります。高精度または変動する電源電圧の場合は、定電流ドライバの使用が推奨されます。

8.2 熱管理

電力損失は低い(最大40mW)ですが、特に高周囲温度下または最大電流近くで駆動する場合、光出力と寿命を維持するためには、PCB上の効果的な熱管理が依然として重要です。LEDの熱パッド(存在する場合)またははんだパッドに接続された十分な銅面積をPCBに確保し、ヒートシンクとして機能させてください。高温動作の場合は、電流デレーティング曲線に従ってください。

8.3 光学統合

広い130度の指向角により、このLEDは、導光板や拡散板の後ろなど、領域全体に均一で拡散した照明を必要とするアプリケーションに適しています。より集光した光が必要な場合は、外部レンズまたは反射板が必要になります。黄色拡散樹脂は光を散乱させるのに役立ち、広い指向角に貢献しています。

9. 技術比較と製品位置付け

このLEDは、そのパラメータに基づき、汎用、低電力の白色照明光源として位置付けられています。従来のスルーホールLEDと比較して、そのSMDフォーマットは大幅なスペース節約と製造効率を提供します。SMD白色LEDの分野において、その主な差別化要因は、比較的低い順方向電圧(3.3Vロジック電源と互換性がある)、表示およびローカルバックライトに適した中程度の光度、および現代の環境基準(ハロゲンフリー、鉛フリー)への準拠という特定の組み合わせです。これは、主照明用の高電力または高輝度LEDではなく、信頼性の高いコンパクトな二次照明および状態表示に最適化されています。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 3.3V電源で使用する場合、必要な抵抗値は？

保守的なVF=3.2V、目標IF=5mAを使用すると：R = (3.3V - 3.2V) / 0.005A = 20Ω。これは非常に小さな抵抗値であり、電流はVFと電源電圧の変動に非常に敏感になります。3.3Vシステムでは、定電流ドライバを使用するか、より低い目標電流(例：3-4mA)を検討するか、より低いVFビンのLEDを選択することをお勧めします。

10.2 調光用にPWM信号で駆動できますか？

はい、パルス幅変調(PWM)はLEDを調光するための優れた方法です。これは、人間の目で知覚できないほど高い周波数(通常>100Hz)でLEDをオン/オフすることを含みます。平均光出力はデューティサイクルに比例します。この方法は、アナログ(電流低減)調光よりも色温度をより良く維持します。各パルスのピーク電流がピーク順方向電流(IFP)定格の100mAを超えないようにしてください。

10.3 光度がルーメンではなくミリカンデラ(mcd)で指定されているのはなぜですか？

ミリカンデラ(mcd)は光度を測定する単位であり、特定の方向に放出される光の量です。ルーメンは全光束(全方向への光出力)を測定します。定義された指向角を持つLEDのような指向性部品の場合、mcdは一般的な仕様です。放射パターンが既知であれば光束を近似することはできますが、比較および表示目的では、mcdが標準です。

10.4 型番の"T1D"は何を意味しますか？

このデータシートでは明示的に解読されていませんが、このようなSMD LEDの一般的な業界命名規則では、T1はパッケージサイズ/スタイル(特定の2パッドSMDフットプリント)を指し、Dは色(拡散)またはその他のバリアントを指す場合があります。重要な性能パラメータは、後続のビンコード(AP2Q2QY)によって定義されます。

11. 設計事例：ダッシュボードスイッチのバックライト

シナリオ：小さなアイコン全体に均一で低レベルの白色照明を必要とする自動車ダッシュボードスイッチのバックライトを設計します。

実装：単一の19-117 LEDを半透明のスイッチキャップの下に配置します。LEDは、車両の12Vシステムから直列抵抗を介して駆動されます。抵抗値は、高いVF=3.2Vを使用して、安全な電流8mA(最大10mA未満)に対して計算されます：R = (12V - 3.2V) / 0.008A = 1.1kΩ。1.2kΩ抵抗が選択され、約7.3mAが得られます。広い130度の指向角により、ホットスポットなしでアイコンが均一に照らされます。LEDの動作温度範囲(-40℃～+85℃)は、自動車環境を十分にカバーします。鉛フリーおよびハロゲンフリー準拠は、自動車業界標準を満たしています。

12. 技術原理

この白色LEDは、蛍光体変換の原理で動作します。コアの半導体素子は、電流がそのp-n接合を通過するときに青色光を発する窒化インジウムガリウム(InGaN)チップです。この青色光は直接放出されません。代わりに、チップ上またはその周囲に堆積された黄色発光蛍光体材料(例：セリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、YAG:Ce)の層に衝突します。蛍光体は青色光子の一部を吸収し、黄色領域の広いスペクトルで光子を再放出します。吸収されずに残った青色光と新しく生成された黄色光の組み合わせが、人間の目には白色光として知覚されます。青色と黄色の特定の比率は、蛍光体の組成と厚さによって制御され、白色光の相関色温度(CCT)を決定します。これは色度ビニングプロセスを通じて管理されます。

13. 業界動向

表示およびローカルバックライト用のSMD LEDにおける一般的なトレンドは、より高い効率(ワットあたりのより多くのルーメンまたはmcd)に向かって続いており、同じ電力でより明るい出力、または同じ明るさで消費電力を削減することが可能になります。また、厳しい条件下での色の一貫性の向上(より厳密なビニング)と信頼性の向上も進められています。高度なパッケージ材料の採用により熱性能が向上し、同じフットプリントでより高い駆動電流が可能になっています。さらに、システム設計を簡素化するために、オンボード制御回路(例：同じパッケージ内のドライバIC)との統合が成長傾向にあります。このデータシートで強調されている環境適合基準(RoHS、REACH、ハロゲンフリー)は、世界の電子機器業界における基本的な要件となっています。