SMD LED 17-21 ブルーチップ データシート - 1.6x0.8x0.6mm - 最大3.1V - 40mW - 技術文書

1. 製品概要

17-21シリーズは、InGaN（窒化インジウムガリウム）チップを用いて青色光を発する、コンパクトな表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。この部品は、従来のリード型パッケージと比較して、基板スペースの利用効率と実装効率において大きな利点を提供し、現代の自動化された電子機器製造のために設計されています。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

17-21 SMD LEDの主な利点は、その極小フットプリントです。リードフレーム型LEDと比較して大幅に小型化されたサイズは、製品設計者および製造者にとって複数の重要な利点を可能にします。これは、現代のコンパクトな電子機器にとって重要な、より小型のプリント基板（PCB）設計を可能にします。さらに、より高い実装密度をサポートし、単一の基板上により多くの部品を配置できることを意味し、限られたスペース内で機能性を最適化します。これはまた、部品および完成品の保管スペース要件の削減につながります。最終的に、これらの要因は、より小型で軽量、かつ携帯性に優れたエンドユーザー機器の開発に貢献します。SMDパッケージの軽量性は、重量が重要な要素となる極小および携帯型アプリケーションに特に適しています。

1.2 適合規格と環境仕様

本製品は、現代の環境および規制基準を考慮して設計されています。鉛フリー（Pbフリー）部品であり、有害物質に関する世界的な規制に準拠しています。製品自体はRoHS（特定有害物質使用制限）指令に準拠しています。また、EU REACH（化学物質の登録、評価、認可および制限）規則にも準拠しています。さらに、ハロゲンフリーに分類され、臭素（Br）および塩素（Cl）含有量には厳格な制限があります：各々900 ppm未満、Br+Clの合計は1500 ppm未満です。

1.3 製造と互換性

LEDは、8mm幅のテープに梱包され、直径7インチのリールに巻かれて供給されます。これは、大量生産の自動実装ラインにおける標準仕様です。この梱包形式により、自動実装装置との互換性が確保され、生産プロセスが効率化されます。本コンポーネントは、SMD部品をPCBに取り付ける主要な方法である、標準的な赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスとも互換性があります。単色タイプであり、青色スペクトルの光を発します。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、データシートに定義された電気的、光学的、および熱的パラメータについて、回路設計と信頼性に対するその重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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なく、決して超えてはならない閾値です。

• 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、VR定格は逆電流（IR）試験条件下でのみ適用されます。
• 順方向電流（IF）：10mA- これは、信頼性の高い長期動作のために推奨される最大連続DC順方向電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：40mA- この定格は、1 kHz、デューティサイクル1/10のパルス条件下で適用されます。これは、デバイスが短時間の高電流パルス（明るさの点滅やマルチプレクシング方式に使用される可能性がある）を処理できることを示しています。
• 電力損失（Pd）：40mW- これは、周囲温度（Ta）25°Cにおいて、パッケージが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、LEDチップの過熱および加速劣化のリスクがあります。
• 静電気放電（ESD）：150V（HBM）- これは人体モデル（HBM）ESD耐圧を指定します。中程度のESD感受性を示しており、静電気による損傷を防ぐためには適切な取り扱い手順（接地された作業台、リストストラップなど）が必要です。
• 動作温度（Topr）：-40°C ～ +85°C- LEDは、この広い周囲温度範囲内で正しく機能するように定格されており、民生用、産業用、および一部の自動車用途（安全関連システムを除く）に適しています。
• 保管温度（Tstg）：-40°C ～ +90°C- デバイスは、通電されていない状態で、この温度範囲内で劣化することなく保管できます。
• はんだ付け温度（Tsol）:
  • リフローはんだ付け：ピーク温度260°C、最大10秒間。
  • 手はんだ付け：はんだごて先端温度最大350°C、端子ごとに最大3秒間。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、特に指定がない限り、標準試験条件Ta=25°C、IF=5mAで測定されます。これらは、中核となる光出力と電気的性能を定義します。

• 光度（Iv）：11.5 mcd（最小） ～ 28.5 mcd（最大）- これは、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、個々のユニット間の大きなばらつきを示しており、これは後述するビニングシステムによって管理されます。代表値は表に指定されていません。
• 指向角（2θ1/2）：140°（代表値）- この非常に広い指向角は、LEDが広い半球状に光を放射することを示しています。強度は、ピーク値の半分に低下する角度（したがって2θ1/2）で測定されます。
• ピーク波長（λp）：468 nm（代表値）- 発光のスペクトルパワー分布が最大となる波長です。これはInGaN半導体材料の物理的特性です。
• 主波長（λd）：465.0 nm ～ 470.0 nm- これは、人間の目がLEDの光の色と一致すると知覚する単一波長です。色指定のための重要なパラメータです。許容差は±1nmです。
• スペクトル放射帯域幅（Δλ）：25 nm（代表値）- これは、最大パワーの半分の幅（半値全幅 - FWHM）における発光スペクトルの幅を測定します。25nmという値は青色InGaN LEDの特徴であり、比較的純粋なスペクトル色を示しています。
• 順方向電圧（VF）：2.7V（最小） ～ 3.1V（最大）- 指定された順方向電流（5mA）が流れているときのLED両端の電圧降下です。このパラメータは、電流制限回路（通常は抵抗器）の設計に極めて重要です。許容差は±0.1Vです。
• 逆電流（IR）：50 μA（最大）- 最大逆電圧（5V）が印加されたときに流れる小さなリーク電流です。この試験は特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

製造プロセスにおける自然なばらつきを管理するために、LEDは性能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適した一貫した特性を持つ部品を選択できます。

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分類されます。

• ビンコード L：最小11.5 mcd、最大18.0 mcd。
• ビンコード M：最小18.0 mcd、最大28.5 mcd。

光度の許容差は±11%です。より高く一貫した明るさを必要とする設計者は、ビンMを指定します。

3.2 主波長ビニング

LEDは、色の一貫性を確保するために、主波長に基づいて分類されます。

• ビンコード X：最小465.0 nm、最大470.0 nm。

主波長の許容差は±1nmです。すべてのユニットは狭い5nmの範囲内に収まり、均一な青色調を保証します。

3.3 順方向電圧ビニング

LEDは、IF=5mAでの順方向電圧降下に基づいて分類されます。これは電源設計や、複数のLEDを並列接続する際の均一な電流分配を確保するために重要です。

• ビンコード 10：最小2.7V、最大2.9V。
• ビンコード 11：最小2.9V、最大3.1V。

順方向電圧の許容差は±0.1Vです。同じ電圧ビンからLEDを選択することで、並列アレイにおける明るさのばらつきを最小限に抑えます。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気光学特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文には提供されていませんが、その標準的な内容と重要性を推測することができます。

4.1 電流対電圧（I-V）曲線

典型的なI-V曲線は、順方向電流（IF）と順方向電圧（VF）の関係を示します。これはダイオードの指数関数的性質を示しています。この曲線により、設計者は定格範囲内の任意の動作電流に対するVFを決定でき、適切な直列電流制限抵抗値を計算するために不可欠です：R = (電源電圧 - VF) / IF。

4.2 光度対順方向電流（Iv-IF）

この曲線は、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ます。通常、ある範囲では線形ですが、熱的および効率効果により、より高い電流では飽和します。このグラフは、設計者が明るさと消費電力、デバイス寿命をバランスさせる動作点を選択するのに役立ちます。

4.3 スペクトル分布

スペクトル分布プロットは、波長の関数として放射される相対的な光パワーを示します。代表的なピーク波長468nmを中心に、FWHMが約25nmで、単色の青色出力であることを確認します。

4.4 温度依存性

順方向電圧と光度が接合部温度とともにどのように変化するかを示す曲線は、実際の環境での性能を理解するために重要です。通常、VFは温度の上昇とともに減少し（負の温度係数）、光度も温度の上昇とともに減少します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

17-21 SMD LEDは非常にコンパクトなフットプリントを有します。主要寸法（mm単位）は、本体長1.6、幅0.8、高さ0.6を含みます。パッケージは底面に2つのはんだ付け可能な端子（アノードとカソード）を備えています。パッケージ本体の上面にはカソードマークが示されており、実装および検査時の正しい極性方向を可能にします。指定されていないすべての公差は±0.1mmです。

5.2 極性識別

正しい極性はLED動作に不可欠です。パッケージには、カソード（負極端子）を識別するための視覚的マーカーが含まれています。これは通常、LED本体上面の緑色の点、切り欠き、または面取りされた角です。PCBフットプリント設計は、適切な電気的接続を確保するために、このマーキングと整合させる必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、SMD LEDの信頼性と性能を維持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プロファイルは以下の通りです：

• 予熱：周囲温度から150-200°Cまで60-120秒かけて上昇。
• ソーク/リフロー：217°C（鉛フリーはんだの液相温度）以上の時間は60-150秒であるべきです。ピーク温度は260°Cを超えてはならず、255°C以上の時間は30秒を超えてはなりません。
• 冷却：最大冷却速度は毎秒6°Cであるべきです。
• 重要：同一デバイスに対してリフローはんだ付けを2回以上行ってはなりません。

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、細心の注意を払う必要があります：

• 先端温度が350°C未満のはんだごてを使用してください。
• 各端子への加熱は最大3秒間とします。
• 容量25W以下のはんだごてを使用してください。
• 熱の蓄積を防ぐため、各端子のはんだ付けの間には少なくとも2秒の間隔を空けてください。
• データシートは、損傷は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

LEDは、大気中の湿気の吸収を防ぐために、乾燥剤とともに防湿バリアバッグに梱包されています。湿気の吸収は、リフロー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。

• 製品を使用する準備ができるまで防湿バッグを開封しないでください。
• 開封後：温度30°C以下、相対湿度60%以下で保管してください。
• フロアライフ：開封後168時間（7日）以内に使用してください。未使用のLEDは防湿パッケージに再密封する必要があります。
• ベーキング：乾燥剤インジケータの色が変わった場合、またはフロアライフを超過した場合は、はんだ付け前にLEDを60±5°Cで24時間ベーキングして湿気を除去してください。

6.4 設計および実装ストレス

• 電流制限：外部の電流制限抵抗は必須です。LEDの指数関数的I-V特性は、電圧のわずかな増加が電流の大幅な増加を引き起こすことを意味し、抵抗器がないと即座に焼損します。
• 機械的ストレス：加熱中（はんだ付け中）または実装後の回路基板の反りによって、LEDに機械的ストレスを加えないでください。
• 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、両方の端子を同時に加熱して片側にストレスをかけずに部品を持ち上げるために、両頭はんだごてを使用してください。修理試行後はデバイス特性を確認してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

LEDは、自動ハンドリング用のエンボス加工されたキャリアテープに供給されます。

• キャリアテープ幅：8mm。
• リール直径：7インチ。
• リールあたりの数量：3000個。
• キャリアテープのポケットおよびリールの詳細寸法は、データシートの図面に提供されています。

7.2 ラベル説明

リールおよびバッグのラベルには、トレーサビリティと正しい適用のための重要な情報が含まれています：

• CPN：顧客品番（購入者によって割り当てられたもの）。
• P/N：メーカー品番。
• QTY：梱包数量（例：3000）。
• CAT：光度ランク（例：LまたはM）。
• HUE：色度座標および主波長ランク（例：X）。
• REF：順方向電圧ランク（例：10または11）。
• LOT No：トレーサビリティのための製造ロット番号。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

データシートは、17-21ブルーLEDの特性に適したいくつかの主要なアプリケーションをリストしています：

• バックライト：計器盤ダッシュボード、メンブレンスイッチ、コントロールパネルなど、小型で明るいインジケータが必要な場合。
• 通信機器：電話機、ファクシミリ、ネットワーク機器のボタンのステータスインジケータまたはバックライトとして。
• フラットバックライト：小型LCDディスプレイ、スイッチのレジェンド、シンボルなど、しばしば導光板と組み合わせて使用されます。
• 一般的なインジケータ用途：コンパクトで信頼性の高い青色のステータスまたは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。

8.2 設計上の考慮事項と注意点

• 電流駆動回路：常に直列抵抗を使用してください。最悪条件下でも十分な電流制限を確保するために、ビンからの最大VF（例：3.1V）に基づいて計算してください。
• 熱管理:
• 指向角：140°の指向角は非常に広い視認性を提供し、パネルインジケータには優れていますが、より焦点を絞ったビームが必要な場合は導光板や拡散板が必要になる場合があります。
• ESD保護：LEDがユーザーがアクセス可能なポートに接続されている場合は、入力ラインにESD保護を実装するか、取り扱いおよび実装中に厳格なESD管理を確保してください。

8.3 アプリケーション制限

データシートには、高信頼性アプリケーションに関する重要な免責事項が含まれています。本製品は以下の用途には適さない場合があります：

• 軍事/航空宇宙システム。
• 自動車の安全/保安システム（例：エアバッグ制御、ブレーキライト）。
• 医療用生命維持または集中治療機器。

これらのアプリケーションには、異なる認定、より厳しい公差、およびより高い信頼性定格を持つ部品が必要です。設計者は、標準的な民生/産業用途を超えるあらゆるアプリケーションへの適合性について、メーカーに問い合わせる必要があります。

9. 技術比較と差別化

データシートには他の製品との直接比較は含まれていませんが、仕様に基づいて17-21シリーズの主要な差別化要因を客観的に強調することができます。

9.1 主要な差別化利点

• 極限の小型化：1.6x0.8mmのフットプリントは、最小クラスのSMD LEDパッケージの一つであり、超コンパクトな設計を可能にします。
• 広い指向角：140°の指向角は例外的に広く、狭いビームを持つ多くのLEDと比較して優れたオフアクシス視認性を提供します。
• ハロゲンフリー準拠：厳格なハロゲンフリー要件を満たしており、環境に配慮した設計や特定の市場規制にとってますます重要になっています。
• 包括的なビニング：光度、波長、電圧のビニングを提供し、大量生産アプリケーションにおける高い一貫性を可能にします。

9.2 大型パッケージとの比較検討

より大型のSMD LED（例：3528、5050）と比較して：

• 低い最大電力：40mWのPd定格は大型パッケージよりも低く、最大輝度を制限します。
• 熱性能：小型サイズは熱抵抗が高い可能性があり、より高い駆動電流での放熱がより重要になります。
• 取り扱いの難しさ：極小サイズは、手動での試作およびリワークをより困難にします。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1：5V電源で使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？A：最大VF 3.1V（ビン11）と目標電流5mAを使用します：R = (5V - 3.1V) / 0.005A = 380オーム。最も近い標準値は390オームです。最小VF（2.7V）で電流を再計算して確認します：I = (5-2.7)/390 ≈ 5.9mA、これは安全です。390Ω抵抗は良い出発点です。

Q2：より高い明るさを得るために、このLEDを20mAで駆動できますか？A：いいえ。連続順方向電流（IF）の絶対最大定格は10mAです。20mAで動作させるとこの定格を超え、寿命を大幅に短縮し、即座に故障を引き起こす可能性があります。より高い明るさが必要な場合は、より高い電流に定格されたLEDを選択するか、IFP定格内（40mA、デューティサイクル1/10）でパルス動作を使用してください。

Q3：手はんだ付け後、LEDは動作しますが暗いです。なぜですか？A：これは、過度のはんだ付け熱または時間による熱損傷の典型的な兆候です。高温は、半導体チップまたはパッケージ内部のワイヤーボンドを劣化させる可能性があります。常に手はんだ付けガイドライン（最大350°C、端子ごとに最大3秒）を厳守してください。

Q4：私のロットのLEDは、わずかに異なる青色をしています。これは正常ですか？A：はい、固有のばらつきがあります。これが主波長ビン（HUE=X、465-470nm）が存在する理由です。完全な色合わせが必要なアプリケーション（例：マルチLEDディスプレイ）では、同じ製造ロットからのLEDを指定して使用し、サプライヤーが厳密なビニングを提供することを確保する必要があります。

11. 実践的設計および使用事例

11.1 事例研究：低消費電力ステータスインジケータパネル

シナリオ：12個の青色ステータスインジケータを備えたコンパクトなコントロールパネルを設計します。スペースは非常に限られており、ユーザーエクスペリエンスのために均一な明るさ/色が重要です。設計決定： 1.部品選定：最小フットプリントのために17-21 LEDを選択します。 2.ビニング指定：すべてのLEDをビンM（より高い光度）および波長用ビンXから発注します。並列接続時の一貫した電流消費を確保するために、すべて同じ電圧ビン（例：10）から指定します。 3.回路設計：5V電源ラインを使用します。VF~2.8V（ビン10代表値）で、~5mAのための430Ω抵抗を選択します：(5-2.8)/0.005=440Ω、430Ωは標準値です。これにより、LEDあたり~11-18 mcdが得られます。 4.PCBレイアウト：カソードマークに対して一貫した方向でLEDを配置します。リフロー中のトゥームストーニングを避けるために、はんだパッド設計がデータシートの推奨フットプリントと一致することを確認します。 5.実装：提供されたリフロープロファイルを使用します。生産ラインの準備ができるまでバッグを密封したままにします。リールを開封してから7日以内にすべてのLEDを使用します。結果：データシートのパラメータに従うことで、均一で明るい青色インジケータを備えた、高密度でプロフェッショナルな外観のパネルが確実に実現されました。

LED仕様用語集

LED技術用語の完全な説明