67-21シリーズ トップビューLED データシート - パッケージ3.2x2.8x1.9mm - 順電圧1.75-2.35V - ブリリアントイエロー - 100mW - 技術文書

1. 製品概要

67-21シリーズは、インジケータおよびバックライト用途向けに設計された表面実装型トップビューLEDのファミリーです。この特定のバリエーションは、ブリリアントイエロー発光を示す型番サフィックスで識別され、コンパクトで業界標準のP-LCC-2パッケージにおいて信頼性の高い性能を提供するように設計されています。本デバイスは、広視野角に貢献する白色ボディと無色透明ウィンドウを特徴とし、ライトパイプと組み合わせてパネルやディスプレイの特定領域に光を導く用途に特に適しています。

このLEDの中核的な利点は、最適化された光学設計にあります。パッケージ内の内部反射体により光結合効率が向上し、明るく均一な光出力を保証します。さらに、低い順電流要件は、エネルギー消費の最小化が重要なバッテリー駆動または電力に敏感な携帯機器にとって理想的な選択肢となります。本デバイスは、鉛フリー（Pbフリー）製造要件に完全に準拠し、RoHS指令に適合しており、厳しい環境規制を持つグローバル市場に適しています。

2. 技術パラメータ詳細

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がある限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 逆電圧 (V_R):5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 連続順電流 (I_F):50 mA。連続的に印加できる最大DC電流です。
• ピーク順電流 (I_FP):120 mA。これは、1kHz、デューティサイクル1/10で規定された最大許容パルス電流です。短時間の高強度フラッシュを伴うアプリケーションで重要です。
• 電力損失 (P_d):100 mW。これは、順電圧 (V_F) と順電流 (I_F) の積として計算される、パッケージが熱として放散できる最大電力です。
• 静電気放電 (ESD) 人体モデル (HBM):2000 V。この定格は、LEDの静電気に対する感度を示します。組立時には適切なESD取り扱い手順が必要です。
• 動作温度 (T_opr):-40°C から +85°C。デバイスが電気・光学仕様を満たすことが保証される周囲温度範囲です。
• 保管温度 (T_stg):-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度: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

これらのパラメータは、周囲温度25°C、順電流 (I_F) 20 mAという標準試験条件（典型的な動作点）で測定されます。

• 光度 (I_V):最小140 mcdから最大360 mcdの範囲。代表値はこの範囲内に収まり、具体的な明るさはビニングプロセスによって決定されます。
• 視野角 (2θ_1/2):120度 (代表値)。これは、光度が最大値（軸上）の半分に低下する全角です。広い角度は、オフ軸位置からの視認性を必要とするアプリケーションの重要な特徴です。
• ピーク波長 (λ_p):591 nm (代表値)。スペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長 (λ_d):588.5 nm から 594.5 nm。これは、人間の目がLEDの色を単一波長として知覚する値であり、色ビニングの主要パラメータです。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):15 nm (代表値)。最大パワーの半分の高さにおける発光スペクトルの幅（半値全幅 - FWHM）です。
• 順電圧 (V_F):I_F=20mA時、1.75 V から 2.35 V。LEDが導通しているときの両端の電圧降下です。この範囲は、電流制限回路の設計において重要です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時、最大10 μA。LEDが逆バイアスされたときの非常に低いリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

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仕分けられます。67-21シリーズは3次元のビニングシステムを採用しています。

3.1 主波長ビニング (HUE)

これは黄色の正確な色合いを決定します。ビンはグループBおよびコードD4とD5でラベル付けされます。

• ビン D4:主波長 588.5 nm から 591.5 nm。
• ビン D5:主波長 591.5 nm から 594.5 nm。

これらのビン限界値には±1nmの許容差が適用されます。

3.2 光度ビニング (CAT)

これは明るさのレベルを決定します。ビンはコードR2、S1、S2、T1によって定義されます。

• ビン R2:140 mcd から 180 mcd。
• ビン S1:180 mcd から 225 mcd。
• ビン S2:225 mcd から 285 mcd。
• ビン T1:285 mcd から 360 mcd。

光度には±11%の許容差が適用されます。

3.3 順電圧ビニング (REF)

これは、類似した電気的特性を持つLEDをグループ化し、電源設計を簡素化することができます。ビンはグループBおよびコード0、1、2でラベル付けされます。

• ビン 0: V_F1.75 V から 1.95 V。
• ビン 1: V_F1.95 V から 2.15 V。
• ビン 2: V_F2.15 V から 2.35 V。

順電圧には±0.1Vの許容差が適用されます。

4. 特性曲線分析

データシートには、異なる条件下でのLEDの動作を理解するために不可欠ないくつか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、周囲温度が上昇するとLEDの光出力が減少することを示しています。最大動作温度+85°Cでは、相対光度は25°C時よりも大幅に低くなります。この熱による性能低下は、自動車アプリケーションや発熱部品付近など、高い周囲温度が予想される設計では考慮する必要があります。

4.2 順電流 vs. 順電圧 (I-Vカーブ)

I-Vカーブは非線形で、ダイオードに典型的な特性です。LEDを流れる電流と両端の電圧の関係を示します。この曲線は、適切な電流制限抵抗の選択や定電流ドライバの設計に不可欠です。このデバイスの場合、導通が始まる曲線の膝の部分は約1.6Vから1.8V付近です。

4.3 相対光度 vs. 順電流

この曲線は、光出力が順電流とともに増加するが、特に高電流時には完全に線形ではないことを示しています。また、絶対最大定格内で動作することの重要性を強調しています。指定電流を超えてLEDを駆動しても、明るさは比例して増加せず、過剰な熱を発生させ、寿命を縮めることになります。

4.4 スペクトル分布

スペクトルグラフは、591 nm付近を中心とした単一の支配的なピークを示し、ブリリアントイエローの色を確認できます。狭い帯域幅は良好な色純度を示しています。純粋な黄色インジケータにとって望ましいように、深赤色または緑色領域での発光は最小限です。

4.5 放射パターン

極座標図は、広い120°の視野角を視覚的に確認します。強度分布はほぼランバート（余弦）的であり、正面から見たときに最も明るく、視野角の端に向かって徐々に減少することを意味します。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

LEDはP-LCC-2（Plastic Leaded Chip Carrier）パッケージに収められています。主要寸法は、ボディサイズが約3.2mm x 2.8mm、高さ1.9mmです。パッケージは表面実装用の2本のガルウィングリードを備えています。カソードは通常、パッケージ上の切り欠きまたは緑色のマーキングで識別されます。PCBフットプリント設計のための公差±0.1mmの詳細な外形図がデータシートに提供されています。

5.2 極性識別

正しい極性は動作に不可欠です。パッケージには視覚的なマーカーが組み込まれています。カソード（-）リードは、パッケージボディ上の緑色の点または小さな切り欠きで示されることが多いです。設計者は、パッケージ図面と推奨されるPCBフットプリントを照合し、アノードとカソードのパッドが正しく配置されていることを確認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パラメータ

本デバイスは、気相および赤外線リフロープロセスに対応しています。推奨プロファイルはピーク温度260°Cで、10秒を超えてはなりません。これは鉛フリー（SnAgCu）はんだペーストの標準プロファイルです。パッケージへの熱ストレスを最小限に抑えるため、予熱および冷却速度は制御する必要があります。

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を超えてはならず、各リードとの接触時間は最大3秒に制限する必要があります。接合部とパッケージボディの間のリードにヒートシンクを使用して、LEDチップを過度の熱から保護することができます。

6.3 保管条件

LEDは、リフロー時のポップコーン現象（パッケージクラック）を引き起こす可能性のある湿気吸収を防ぐため、乾燥剤を入れた防湿バリアバッグに梱包されています。密封バッグを開封したら、指定された時間枠内（通常、工場条件下で168時間）に部品を使用するか、メーカーから入手すべき湿気感受性レベル（MSL）仕様に従って再乾燥する必要があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

部品は、8mm幅のエンボス加工キャリアテープに供給されます。各リールには2000個が収容されています。自動ピックアンドプレース装置との互換性を確保するために、キャリアテープポケットおよびリールの詳細寸法が提供されています。

7.2 ラベル説明と型番体系

リールラベルには、トレーサビリティと正しい組立のための重要な情報が含まれています：

• CAT:光度ビンコード（例：S1、T1）。
• HUE:主波長ビンコード（例：D4、D5）。
• REF:順電圧ビンコード（例：0、1、2）。
• 追跡のための部品番号（PN）、顧客部品番号（CPN）、数量（QTY）、ロット番号。

完全な部品番号（例：67-21/Y2C-BR2T1B/2T）には、シリーズ、色、明るさビン、およびメーカーのシステムに固有の他の属性がエンコードされています。

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例

• 車載エレクトロニクス:ダッシュボード計器、スイッチ、制御パネルのバックライト。広い視野角と広い温度範囲での信頼性は、この厳しい環境に適しています。
• 通信機器:電話機、ファクシミリ、ネットワークハードウェアの状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• 民生機器:携帯機器、家電、オーディオ/ビデオ機器の電源表示灯、ボタン照明、状態表示灯。
• 一般的なパネル表示灯:明るく、信頼性が高く、コンパクトな状態表示灯を必要とするあらゆるアプリケーション。

8.2 設計上の考慮点

• 電流制限:順電流を設定するためには、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。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算します。部品間のばらつきがあっても電流が制限値を超えないようにするため、データシートの最大V_Fを使用してください。
• 熱管理:電力損失は低いですが、特に高い周囲温度アプリケーションやより高い電流で駆動する場合には、十分なPCB銅面積またはサーモパッド（存在する場合）の下の熱ビアを確保して熱を逃がすようにしてください。
• ライトパイプ結合:ライトパイプアプリケーションでは、LEDをライトパイプの入口にできるだけ近づけて配置してください。広い視野角はより多くの光を取り込むのに役立ちますが、効率を最大化し出力で均一な照明を実現するには、正確な位置合わせが依然として鍵となります。
• ESD保護:LEDがユーザーに直接アクセス可能な場合（例：フロントパネル上）、入力ラインにESD保護を実装してください。取り扱いおよび組立時には、標準的なESD予防措置に従ってください。

9. 技術比較と差別化

67-21シリーズは、いくつかの主要な特徴により、SMDインジケータLED市場で差別化を図っています。従来のより小型のパッケージ（0402や0603など）と比較して、より大きなチップと最適化された内部反射体により、大幅に高い光出力とはるかに広い視野角を提供します。他のP-LCC-2パッケージに対して、高効率のAlGaInP材料に基づくブリリアントイエローの色、一貫性のための明確なビニング構造、およびリフローはんだ付けのための堅牢な仕様という特定の組み合わせにより、量産における信頼性の高い選択肢となっています。低い順電圧要件も、バッテリー駆動設計における明確な利点であり、電源から必要な電圧ヘッドルームを減らし、バッテリー寿命を延ばす可能性があります。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長 (λ_p) は、LEDが最も多くの光パワーを発する物理的な波長です。主波長 (λ_d) は、人間の目に同じ色に見える単色光の単一波長を表す計算値です。主波長は色知覚により関連性が高く、ビニングに使用されます。

10.2 抵抗なしで3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？

いいえ、これは推奨されず、LEDを破壊する可能性が高いです。LEDは電流駆動デバイスです。電流制限機構（抵抗またはアクティブドライバ）なしで、3.3Vのような電圧源に直接接続すると、過剰な電流が流れ、50mAの最大定格をはるかに超え、直ちに過熱および故障を引き起こします。

10.3 高温で光度が低下するのはなぜですか？

これは、半導体光源の基本的な特性です。温度が上昇すると、半導体材料内の非放射再結合プロセスがより支配的になり、内部量子効率（電子あたりの生成光子数）が低下します。これにより、同じ駆動電流でも光出力が低下します。

10.4 アプリケーションに適したビンをどのように選択しますか？

選択は要件によって異なります：

• 製品内の複数のLED間での色の一貫性には、狭いHUEビン（例：D4のみ）を指定します。
• 明るさの一貫性には、狭いCATビン（例：最高明るさのためT1のみ）を指定します。
• 定電圧システムにおける電源設計の簡素化には、狭いREFビン（例：ビン1のみ）を指定することで、より予測可能な電流消費を確保します。

特定のビン組み合わせの入手可能性とコストへの影響については、部品サプライヤーに相談してください。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ:携帯型医療機器の状態表示灯を設計。表示灯は、さまざまな照明条件で明確に視認可能で、バッテリー寿命を最大化するために消費電力を最小限に抑え、消毒剤による時折の洗浄に耐える必要があります。

実装:67-21ブリリアントイエローLEDを選択。メインPCBに実装されたLEDからの光を、機器の密閉フロントパネルの小さな窓に導くライトパイプを設計。これにより、LEDを物理的接触や液体から保護します。駆動回路は、マイクロコントローラのGPIOピン、3.3Vレールに接続された100Ωの電流制限抵抗を使用し、順電流は約(3.3V - 2.0V)/100Ω = 13mAとなり、安全動作領域内に収まります。これにより、十分な明るさを提供しながら消費電力を最小限に抑えます。LEDの広い視野角により、ライトパイプが効率的に満たされ、パネルで均一な発光が得られます。

12. 動作原理の紹介

このLEDは、アルミニウムガリウムインジウムリン（AlGaInP）半導体チップに基づいています。ダイオードのオン閾値を超える順電圧が印加されると、電子がn型領域から、正孔がp型領域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（光）の形でエネルギーを放出します。AlGaInP合金の特定の組成は、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。ブリリアントイエローの場合、バンドギャップは約2.1 eV（波長〜590 nm）のエネルギーを持つ光子に対応します。生成された光は、チップの上面を通って取り出され、P-LCC-2パッケージの内部反射体と透明エポキシレンズによって整形および方向付けられます。

13. 技術トレンドと発展

67-21シリーズのようなSMDインジケータLEDの一般的なトレンドは、より高い効率（電流1ミリアンペアあたりのより多くの光出力）に向かっており、より明るい表示灯またはより低い消費電力を可能にします。ウェハからウェハへの色の一貫性の向上とより厳密なビニングへの推進もあります。パッケージ技術は進化を続けており、将来の潜在的な発展には、空間制約のあるアプリケーション向けのさらに薄いプロファイルや、より高い駆動電流での熱をより適切に管理するためのより高い熱伝導率を持つ材料が含まれる可能性があります。さらに、同じパッケージ内にPWM調光またはカラーシーケンス用の小さなICを組み込むなど、オンボード制御との統合は、より広範なLED市場における成長トレンドですが、標準的な単色インジケータよりも多色またはアドレス可能LEDに関連性が高いかもしれません。