SMD LED 17-21/BHC-AP1Q2/3T データシート - ブルー - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 75mW - 英語技術文書

1. 製品概要

本ドキュメントは、現代の電子機器アプリケーション向けに設計された小型表面実装型青色LEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスはInGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを採用し、代表的な主波長468nmの青色光を発します。その主な利点は、小型SMD（表面実装デバイス）パッケージに起因し、PCB（プリント基板）上の占有面積を大幅に削減し、部品実装密度の向上を可能にし、機器全体の小型化に貢献します。パッケージの軽量性はさらに、携帯機器や設置スペースが限られるアプリケーションへの適合性を高めています。

1.1 主要特性と適合性

The LED is supplied on 8mm tape wound onto 7-inch diameter reels, making it fully compatible with automated pick-and-place assembly equipment. It is designed for use with standard infrared and vapor phase reflow soldering processes. The device is a mono-color (blue) type. From a materials and environmental compliance perspective, it is lead-free (Pb-free), conforms to the RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, is compliant with EU REACH regulations, and meets halogen-free standards with limits of Bromine (Br) < 900 ppm, Chlorine (Cl) < 900 ppm, and their sum (Br+Cl) < 1500 ppm.

1.2 ターゲットアプリケーション

このLEDの典型的な用途には、計器パネル、スイッチ、シンボルのバックライトが含まれます。通信分野では、電話機やファクシミリなどの機器のインジケータやバックライトとして機能します。また、LCD用のフラットバックライト光源や、信頼性の高いコンパクトな青色光源が必要な汎用インジケータ用途にも適しています。

2. 技術仕様詳細解説

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生じる可能性のある限界値を定義します。連続動作を意図したものではありません。絶対最大定格は、周囲温度（Ta）25°Cにおいて規定されています。

• 逆方向電圧（VR）： 5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合の破壊を引き起こす可能性があります。
• 連続順方向電流（IF）： 20 mA.
• ピーク順方向電流 (IFP): 40 mA、1 kHz、デューティサイクル1/10のパルス条件下でのみ許容されます。
• 電力損失 (Pd): 75 mW。これはデバイス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): 150 V。適切なESD取り扱い手順に従う必要があります。
• 動作温度範囲（Topr）： -40°C から +85°C。
• 保存温度範囲（Tstg）： -40°C から +90°C。
• はんだ付け温度 (Tsol): リフローはんだ付けでは、ピーク温度260°Cを最大10秒と規定する。手はんだ付けでは、端子ごとに、はんだごて先端温度を350°C以下で最大3秒とする。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、通常動作条件（一般的に周囲温度Ta=25°C、順方向電流(IF)=20 mAで測定）におけるデバイスの性能を定義します。

• Luminous Intensity (Iv): 最小45.0 mcdから最大112.0 mcdの範囲。代表値は表では指定されておらず、このビン依存の範囲内に収まる。
• 視野角（2θ1/2）： 半値角は通常140度であり、広い視野円錐を示している。
• ピーク波長（λp）： 通常は468 nm。これは分光パワー分布が最大となる波長です。
• 主波長（λd）： 464.5 nmから476.5 nmの範囲。これは知覚される色の波長です。
• スペクトル帯域幅（Δλ）： 典型的には25 nmで、最大強度の半値全幅（FWHM）で測定されます。
• 順方向電圧（VF）： 範囲は2.7V（最小）から3.7V（最大）で、IF=20mAにおける代表値は3.3Vです。
• 逆方向電流 (IR): 逆方向電圧 (VR) 5V印加時、最大50µA。本デバイスは逆バイアス動作を想定していません。

重要事項： 光度の公差は±11%、主波長は±1 nm、順方向電圧は±0.1Vで規定されています。逆方向電圧定格はIR試験条件にのみ適用されます。

3. ビニングシステムの説明

生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分けされます。これにより、設計者は特定の輝度と色要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

ビンはコードP1、P2、Q1、Q2によって定義され、各コードはIF=20mAで測定されたミリカンデラ（mcd）単位の特定の光度範囲をカバーします。

• P1: 45.0 – 57.0 mcd
• P2: 57.0 – 72.0 mcd
• Q1: 72.0 – 90.0 mcd
• Q2: 90.0 – 112.0 mcd

3.2 主波長ビニング

波長ビンはコードA9からA12で定義され、各ビンは3 nmの範囲をカバーし、厳密な色調制御を保証します。

• A9: 464.5 – 467.5 nm
• A10: 467.5 – 470.5 nm
• A11: 470.5 – 473.5 nm
• A12: 473.5 – 476.5 nm

4. 性能曲線分析

データシートには、回路設計と熱管理に不可欠な複数の特性曲線が記載されています。

4.1 順方向電流対順方向電圧（I-V曲線）

この曲線は、LEDに流れる電流とその両端の電圧との非線形関係を示しています。順方向電圧（VF）は電流とともに増加します。設計者はこの曲線を用いて、所望の動作電流（例：20 mA）を得るために、与えられた電源電圧に対して必要な電流制限抵抗の値を決定します。典型的なVF値である3.3Vは重要な設計パラメータです。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流

このグラフは、駆動電流に対する光出力のスケーリングを示しています。電流を増加させると輝度は向上しますが、その関係は線形ではなく、最大定格電流と熱的影響によって制限されます。絶対最大定格を超えて動作させると、寿命が短縮され、故障の原因となる可能性があります。

4.3 相対光度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は温度に依存します。この曲線は通常、接合温度が上昇するにつれて光度が低下することを示しています。このデレーティング特性を理解することは、高温環境で動作するアプリケーションにおいて十分な輝度を維持するために不可欠です。

4.4 順方向電流ディレーティング曲線

これは信頼性にとって重要なグラフです。周囲温度の関数として、最大許容連続順方向電流を示しています。温度が上昇すると、過熱を防ぎ長期性能を確保するため、最大安全電流は減少します。設計者は、動作点がこのディレーティング領域内に収まることを確認しなければなりません。

4.5 Spectrum Distribution

スペクトルグラフは、相対放射パワーを波長に対してプロットしたものです。ピークが約468 nm、典型的なスペクトル帯域幅（Δλ）が25 nmである青色発光を確認でき、色純度を示しています。

4.6 放射パターン

この極座標プロットは光強度の空間分布を可視化し、140度の広い視野角を確認しています。強度は最大値（通常は発光面に対して垂直な0度）で正規化されています。

5. Mechanical and Package Information

5.1 Package Dimensions

このLEDはコンパクトな表面実装パッケージに収められています。主要寸法（単位mm、特に記載のない限り標準公差は±0.1mm）は、本体長2.0mm、幅1.25mm、高さ0.8mmです。データシートには、パッドレイアウト、端子間隔、およびカソード識別マークの位置を示す詳細図が記載されており、これは組立時のPCBの正しい向きに不可欠です。

5.2 極性識別

正しい極性が必須です。パッケージには明確なカソードマークがあります。逆バイアスで接続するとデバイスが損傷する可能性があります。最大逆電圧はわずか5Vです。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

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温度プロファイルを規定する。主要パラメータは以下の通り：150°Cから200°Cの間で60〜120秒間の予熱段階；リキダス温度（217°C）以上での時間が60〜150秒間；ピーク温度は260°Cを超えず、最大10秒間保持；制御された昇温・降温速度（例：最大昇温速度3°C/秒、最大降温速度6°C/秒）。リフローは2回を超えて実施してはならない。

6.2 手はんだ付けの注意事項

手作業によるはんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です。はんだごて先端温度は350°C以下に保ち、端子ごとの接触時間は3秒を超えてはなりません。低電力（25W未満）のこての使用を推奨します。熱衝撃を防ぐため、各端子のはんだ付けの間には少なくとも2秒の冷却間隔を設けてください。

6.3 保管および湿気感受性

LEDsは乾燥剤入りの防湿バッグに梱包されています。部品を使用する準備が整うまでバッグを開封してはなりません。開封後、未使用のLEDsは30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管してください。開封後の「フロアライフ」は168時間（7日間）です。この時間を超過した場合、または乾燥剤インジケータの色が変化した場合は、使用前に60±5°Cで24時間のベーキング処理を行い、吸収した湿気を除去し、リフロー工程中の「ポップコーニング」を防止する必要があります。

7. 梱包および注文情報

7.1 リールおよびテープ仕様

部品はエンボス加工されたキャリアテープに収められ、直径7インチのリールに巻かれています。テープ幅は8mmです。各リールには3000個が収容されています。自動供給装置との互換性を確保するため、リール、キャリアテープのポケット、カバーテープの詳細寸法が提供されています。

7.2 ラベル説明

梱包ラベルには複数のコードが含まれます：CPN（顧客製品番号）、P/N（製品番号）、QTY（梱包数量）、CAT（光度ビンコード）、HUE（色度/主波長ビンコード）、REF（順方向電圧ランク）、およびLOT No（トレーサビリティのためのロット番号）。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 電流制限は必須です

LEDは電流駆動デバイスです。回路設計において直列の電流制限抵抗は絶対に必要です。これがないと、供給電圧のわずかな上昇でも、ダイオードの指数関数的なI-V特性により順方向電流が大きく、破壊的なレベルまで増加する可能性があります。

8.2 熱管理

パッケージは小型ですが、消費電力（最大75 mW）と光出力の負の温度係数を考慮する必要があります。最適な性能と長寿命を確保するためには、特に高温環境や最大電流付近で動作する場合、十分なPCBの銅面積や放熱ビアを使用して熱を放散させてください。

8.3 光学設計

140度の広い視野角により、このLEDは広範囲の照明や多角度からの視認性が求められる用途に適しています。集光が必要な場合は、二次光学部品（レンズ）が必要となります。ウォータークリア樹脂は良好な光取り出しを可能にします。

9. 技術比較とポジショニング

従来のスルーホールLEDと比較して、このSMDタイプは実装速度（ピックアンドプレース対応）、基板スペースの節約、設計の柔軟性において大きな利点を提供します。SMD青色LEDカテゴリー内では、その主な差別化要因は、特定のパッケージサイズ（2.0x1.25mm）、典型的な3.3V順方向電圧、広い視野角、および輝度と色の一貫性のための定義されたビニング構造です。InGaNチップ技術が効率的な青色発光を実現します。

10. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源を使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？
A: オームの法則（R = (電源電圧 - Vf) / If）と代表値を使用すると：R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85Ω。最も近い標準値（例：82Ωまたは91Ω）を使用し、最小/最大Vfを考慮して電流が規定範囲内に収まるようにしてください。

Q: 輝度を上げるために、このLEDを30mAで駆動できますか？
A: いいえ。絶対最大定格の連続順電流は20mAです。この定格を超えると信頼性が損なわれ、即時または早期の故障を引き起こす可能性があります。高温環境で使用する場合は、デレーティング曲線を参照してください。

Q: LEDの輝度が非常に低いのですが、何が原因でしょうか？
A> First, check polarity. Second, verify the forward current using the voltage drop across the current-limiting resistor. Third, ensure the ambient temperature is not excessively high, as light output decreases with temperature.

Q: LEDをはんだ付けする前にベーキングが必要ですか？
A> Only if the moisture-proof bag has been opened for more than 168 hours (7 days) or if the desiccant indicator shows moisture exposure. Follow the specified baking procedure (60°C for 24 hours).

11. 設計と使用事例の検討

シナリオ：複数の青色LEDを使用した状態表示パネルの設計。
デザイナーは、コントロールパネル上に10個の均一な青色インジケーターを必要としています。その場合、以下の手順を踏みます：
1. 視覚的な一貫性を確保するため、同じ光度ビン（例：Q1）および主波長ビン（例：A10）からLEDを選択します。
2. 電流の偏りを防ぐため、各LEDに（3.3Vの典型的なVfに対して計算された）電流制限抵抗を設けたPCBを設計します。
3. LEDパッド周辺に少量の放熱用銅箔を配置するよう基板レイアウトを設計してください。
4. アセンブリ工場に対し、提供された無鉛リフロー条件を使用し、湿気敏感デバイスはガイドライン（密閉バッグでの保管、フロアライフ内での使用）に従って取り扱うよう指定してください。
このアプローチにより、信頼性の高い動作、一貫した外観、長期にわたる性能が保証されます。

12. 動作原理

このLEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネ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。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。この再結合プロセスにより、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。InGaN材料の特定のバンドギャップエネルギーが放出光子の波長を決定し、この場合は可視スペクトルの青色領域（約468 nm）にあります。透明なエポキシ樹脂封止材はチップを保護し、出力ビームの形状形成を助けます。

13. 技術動向

InGaN技術に基づく青色LEDは、固体照明における成熟した基盤技術を代表する。これらは青色インジケータとしてだけでなく、一般照明市場を支配する蛍光体変換型白色LEDにおいて白色光を生成するための励起光源としても不可欠な構成要素である。この分野での継続的な開発は、発光効率の向上（電力ワット当たりの光出力の増加）、寿命にわたる色の一貫性と安定性の改善、高温・高電流動作下での信頼性の向上、超小型アプリケーション向けのさらに小さなパッケージサイズの実現に焦点を当てている。より高い効率とルーメン当たりの低コストを追求する動きは、引き続き重要な業界トレンドである。