SMD LED 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C データシート - サイズ 2.0x1.25x0.8mm - 電圧 2.5-3.1V - 青色 - 技術文書

1. 製品概要

12-21/BHC-ZL1M2RY/2Cは、現代のコンパクトな電子機器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）発光ダイオード（LED）です。この部品は、従来のリードフレーム型LEDに比べて大幅な進歩を遂げており、基板スペースの活用と設計の柔軟性において大きな利点を提供します。

1.1 中核的利点と製品位置付け

このLEDの主な利点は、その極小フットプリントです。12-21パッケージは、従来のスルーホール部品よりも大幅に小型です。このサイズの縮小により、設計者はプリント基板（PCB）上でより高い部品実装密度を実現でき、最終的には機器全体の小型化につながります。SMDパッケージの軽量性は、重量が重要な要素となる携帯機器や小型アプリケーションに理想的です。

このLEDは単色タイプで青色光を発し、鉛フリー（Pbフリー）材料で構成されています。EUのRoHS（有害物質使用制限）指令、REACH規制などの主要な国際的な環境・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）含有量が規定限界以下）に分類されます。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

この部品は、幅広い民生用、産業用、通信機器の電子機器をターゲットとしています。主な用途分野は以下の通りです：

• バックライト：ダッシュボード、スイッチ、キーパッドの照明に最適です。
• 通信機器：電話機やファクシミリなどの機器の状態表示灯およびバックライトとして機能します。
• 表示技術：液晶ディスプレイ（LCD）背面のフラットバックライトユニットや、シンボルの照明に適しています。
• 汎用表示：コンパクトで信頼性の高い視覚的表示器を必要とする様々な電子機器に使用できます。

製品は、業界標準の8mmテープに巻かれた7インチ径リールで供給され、高速自動実装機に完全に対応しています。また、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に耐えるように設計されています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

電気的および光学的仕様を十分に理解することは、信頼性の高い回路設計と最適な性能にとって極めて重要です。

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ストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 逆電圧（V_R）：5V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部が即座に破壊される可能性があります。
• 連続順電流（I_F）：10 mA。これは連続的に印加できる最大の直流電流です。
• ピーク順電流（I_FP）：100 mA。このパルス電流定格（1/10デューティサイクル、1kHz）は、短時間の高輝度点滅アプリケーションに有用ですが、連続動作には使用してはいけません。
• 電力損失（P_d）：40 mW。この制限は、順方向電圧と組み合わさり、特定の熱条件下での最大許容連続電流を決定します。
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：150V。これは比較的低いESD耐性であり、デバイスが静電気に敏感であることを示しています。組立および取り扱い時には、適切なESD対策手順が必須です。
• 動作温度（T_opr）：-40°C から +85°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• 保存温度（T_stg）：-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度：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に耐えることができます。手はんだの場合は、はんだごて先端温度が350°Cを超えてはならず、リードごとの接触時間は3秒以内に制限する必要があります。

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、周囲温度25°C、順電流（I_F）5 mAの標準試験条件で測定されます。

• 光度（I_v）：最小11.5 mcdから最大28.5 mcdの範囲です。代表値は指定されておらず、性能はビニングシステム（後述）によって管理されていることを示しています。
• 指向角（2θ_1/2）：120度。この広い指向角により、広範囲の照明や複数の角度からの視認性が求められるアプリケーションに適しています。
• ピーク波長（λ_p）：代表値 468 nmで、可視スペクトルの青色領域に位置します。
• 主波長（λ_d）：465 nm から 475 nmの間で規定されています。これは人間の目が知覚する波長であり、ビニングによっても管理されます。
• スペクトル半値幅（Δλ）：代表値 25 nmで、ピーク波長周辺の放射光の広がりを示します。
• 順電圧（V_F）：5 mA時で2.5Vから3.1Vの範囲です。このパラメータは、LEDと直列に接続する電流制限抵抗の設計において重要です。電圧ビニングシステムは、設計者が一貫した電圧降下を持つLEDを選択するのに役立ちます。
• 逆電流（I_R）：5Vの逆バイアスを印加した場合、最大50 μAです。重要注意：データシートは、逆電圧条件は試験目的のみであり、実際の回路では逆バイアス状態で動作させてはならないことを明示しています。

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は性能別にビン（区分）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最低基準を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、5 mAでの測定出力に基づき、4つの光度ビン（L1、L2、M1、M2）に分類されます。

• L1：11.5 – 14.5 mcd
• L2：14.5 – 18.0 mcd
• M1：18.0 – 22.5 mcd
• M2：22.5 – 28.5 mcd

光度には±11%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

青色光の色合いは、波長ビニングによって制御されます。2つのビンが定義されています：

• ビン X：465 – 470 nm
• ビン Y：470 – 475 nm

主波長には、より厳しい±1 nmの許容差が規定されています。

3.3 順電圧ビニング

電源設計を支援し、並列接続時の均一な輝度を確保するため、LEDは5 mA時の順電圧によってビニングされます。

• ビン 9：2.5 – 2.7 V
• ビン 10：2.7 – 2.9 V
• ビン 11：2.9 – 3.1 V

順電圧の許容差は±0.1Vです。

4. 機械的および包装情報

4.1 パッケージ寸法

12-21 SMD LEDはコンパクトな長方形パッケージです。主要寸法（ミリメートル）は、代表的な本体長2.0 mm、幅1.25 mm、高さ0.8 mmを含みます。データシートには、特に指定がない限り通常±0.1 mmのリード間隔、パッドサイズ、全体の許容差を示す詳細な寸法図が提供されています。この図は、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するための正しいPCBフットプリントを作成するために不可欠です。

4.2 極性識別

部品には、通常パッケージ上の切り欠きまたは点として、カソードを識別するための極性マーカーが付いています。実装時の正しい向きは、回路の機能にとって重要です。

4.3 テープおよびリール包装

LEDは防湿包装で供給されます。12-21パッケージを保持するサイズのポケットを持つキャリアテープに装着されています。標準リールには2000個が収容されています。リール寸法（ハブ径、リール幅、フランジ径など）は、自動実装機との互換性を確保するために提供されています。包装には乾燥剤が含まれており、保管および輸送中の周囲湿度からデバイスを保護するためにアルミ防湿バッグ内に密封されています。

4.4 ラベル説明

包装ラベルには、トレーサビリティと識別のための重要な情報が含まれています：

• P/N：品番（例：12-21/BHC-ZL1M2RY/2C）。
• QTY：リールあたりの包装数量。
• CAT：光度ランク（L1、M2などのビンコードに対応）。
• HUE：色度座標および主波長ランク（X、Yビンコードに対応）。
• REF：順電圧ランク（9、10、11ビンコードに対応）。
• LOT No：品質管理のための製造ロット番号。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、信頼性にとって極めて重要です。LEDは熱的および機械的ストレスに敏感です。

5.1 保管および湿気感受性

製品は湿気に敏感です。主な注意事項は以下の通りです：

• 部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、未使用のLEDは、温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管してください。
• バッグ開封後の"フロアライフ"は168時間（7日間）です。この期間内に使用しない場合は、部品を60±5°Cで24時間再ベーキングし、乾燥剤とともに再バッグングする必要があります。

5.2 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（Pbフリー）リフロープロファイルが推奨されます：

• 予熱：150–200°Cで60–120秒。
• 液相線以上時間（TAL）：217°C以上で60–150秒。
• ピーク温度：最大260°C、10秒以内。
• 加熱/冷却速度：255°Cまでの最大加熱速度6°C/秒、最大冷却速度3°C/秒。
• 同一部品に対してリフローはんだ付けは2回までとします。

5.3 手はんだ付けの注意事項

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• 先端温度≤350°Cのはんだごてを使用してください。
• 端子ごとの接触時間を≤3秒に制限してください。
• 低電力（≤25W）のはんだごてを使用してください。
• 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。
• 加熱中にLED本体に機械的ストレスを加えないでください。

5.4 回路設計保護

過電流保護：外部の電流制限抵抗は絶対に必須です。順電圧には負の温度係数があり、LEDが加熱されるとV_Fが低下することを意味します。これは、直列抵抗なしの電圧源で駆動した場合、電流が急速に制御不能に増加し、熱暴走とデバイス故障を引き起こす可能性があります。

6. アプリケーション設計上の考慮事項と制限

6.1 設計上の考慮事項

• 電流駆動：LEDは常に定電流で駆動するか、ビニング範囲から最悪ケースのV_F（最小値）に基づいて計算された直列抵抗を伴う電圧源を使用し、電流が絶対最大定格を決して超えないようにしてください。
• 熱管理：パッケージは小さいですが、特に最大電流付近または高温環境で動作する場合、熱パッド周囲の十分なPCB銅面積を確保することで放熱を助けることができます。
• 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、その低い150V HBM定格を考慮し、入力ラインにESD保護を実装してください。

6.2 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。この製品は、仕様通り、故障が重大な傷害、生命の喪失、または重大な財産損害につながる可能性のあるアプリケーションには適さない場合があります。これには明示的に以下が含まれます：

• 軍事および航空宇宙システム
• 自動車の安全性・保安システム（例：エアバッグ、ブレーキシステム）
• 医療用生命維持装置

このようなアプリケーションには、異なる認定、試験、および信頼性保証を備えた部品が必要です。エンジニアは、これらの重要な使用事例向けに設計された製品については、メーカーに相談する必要があります。

7. 技術比較と差別化

12-21/BHC-ZL1M2RY/2Cは、主にそのパッケージサイズとビニングによる性能の一貫性によって差別化されています。

• より大きなSMDパッケージ（例：3528、5050）との比較：はるかに小さなフットプリントを提供し、高密度設計を可能にしますが、デバイスあたりの総光束は一般的に低くなります。
• スルーホールLEDとの比較：PCBに穴を開ける必要がなく、自動組立を簡素化し、重量を削減し、より小型の製品フォームファクタを可能にします。
• 非ビニングLEDとの比較：光度、波長、電圧に関する包括的なビニングシステムは、設計者に予測可能な性能を提供し、複数のLED間で色や輝度の均一性が求められるアプリケーションにとって重要です。

8. よくある質問（FAQ）

Q: 5V電源からこのLEDを5 mAで駆動するには、どの抵抗値を使用すべきですか？

A: オームの法則を使用します：R = (V_supply- V_F) / I_F。最悪ケース設計（最低のV_Fでも電流が5 mAを決して超えないようにするため）には、ビン9の最小V_F（2.5V）を使用します。R = (5V - 2.5V) / 0.005A = 500 Ω。標準の510 Ω抵抗が安全な選択となり、電流は5 mAをわずかに下回ります。

Q: このLEDを50 mAでパルス駆動できますか？

A: はい、ただし特定の条件下でのみです。データシートは、1/10デューティサイクル、1 kHz周波数で100 mAのピーク順電流（I_FP）を許容しています。同様またはそれ以下のデューティサイクルで50 mAのパルス駆動は一般的に許容されますが、平均電流と電力損失が連続定格を超えないことを確認する必要があります。

Q: バッグ開封後の保管時間が7日に制限されているのはなぜですか？

A> SMD LEDは空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に膨張し、内部の剥離や"ポップコーン"現象を引き起こし、パッケージを破損してデバイスを破壊します。7日の制限は、部品の湿気感受性レベル（MSL）に基づいています。

Q: 指向角は120度です。これはどのように測定されますか？

A> 指向角（2θ_1/2）は、光度が最大値（0度、直接軸上で測定）の半分に低下する全角です。120度の角度は、LEDが非常に広い円錐角にわたって効果的に光を放射することを意味します。

9. 動作原理と技術

このLEDは、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体技術に基づいています。ダイオードのオン閾値（約2.5-3.1V）を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体接合の活性領域に注入されます。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。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、それが直接放出光の波長（色）に対応します—この場合は青色（~468 nm）です。"ウォータークリア"樹脂レンズは、半導体チップからの光取り出しを最大化するために使用されています。

10. 業界動向と背景

12-21パッケージは、電子部品の小型化に向けた長期的な業界動向の一部です。民生電子機器、ウェアラブル、IoTセンサーにおけるより小型、軽量、省電力なデバイスへの要求は、より小さなLEDパッケージの開発を推進し続けています。さらに、環境適合性（RoHS、ハロゲンフリー）と、詳細なビニングおよびトレーサビリティ（ロット番号）を通じたサプライチェーン管理への重点は、品質と持続可能性に関するより広範な業界標準を反映しています。この部品が適合している鉛フリーはんだ付けへの移行は、現在、電子機器製造における世界的な標準となっています。