SMD LED 23-21/R6C-AM1N2AY/2A データシート - サイズ 2.3x2.1mm - 電圧 1.55-2.15V - 色 赤 (632nm) - 電力 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

23-21 SMD LEDは、限られたスペースにおいて信頼性の高いインジケータ照明またはバックライトを必要とする現代の電子アプリケーション向けに設計された、コンパクトな表面実装型発光ダイオードです。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表しており、基板占有面積、実装効率、最終製品サイズにおいて大きな利点を提供します。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

23-21 SMD LEDの主な利点は、その極小フットプリントにあります。約2.3mm x 2.1mmの寸法により、プリント基板（PCB）サイズの大幅な削減が可能になります。これは、より高い部品実装密度に直接つながり、より小さな全体デバイスプロファイル内でより複雑な機能を実現します。部品自体および完成アセンブリの保管スペース要件の削減は、物流およびコスト上の利点をもたらします。さらに、SMDパッケージの軽量性は、ウェアラブル技術、コンパクトな民生電子機器、小型化された制御パネルなど、重量が重要な要素となる携帯型および小型アプリケーションに理想的な候補となります。

本製品は、汎用インジケータおよびバックライトソリューションとして位置付けられています。高出力照明用ではなく、一貫した色と信頼性の高い性能が最も重要である状態表示、シンボルバックライティング、および低レベルの環境照明用に設計されています。

1.2 主な特長 概要

• 梱包：7インチ径リール上の8mmテープに供給され、標準的な自動実装機（ピックアンドプレース）と互換性があります。
• プロセス互換性：主流の赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスと完全に互換性があります。
• タイプ：単色タイプで、鮮やかな赤色光を発光します。
• 環境適合性：本製品は鉛フリー（無鉛）であり、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠し、EU REACH規則に準拠し、ハロゲンフリー基準（臭素 <900 ppm、塩素 <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）を満たしています。

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、データシートに規定された電気的、光学的、および熱的パラメータの詳細な客観的分析を提供します。これらの限界を理解することは、信頼性の高い回路設計にとって極めて重要です。

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発生する可能性のある応力限界を定義します。これらは動作条件ではありません。

• 逆電圧（V_R）：5V。この値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。
• 連続順方向電流（I_F）：25mA。これは、周囲温度（T_a）25°Cにおいて、LEDを連続的に流すことができる最大DC電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP）：60mA。この高い電流は、パルス条件下、具体的にはデューティサイクル1/10、周波数1kHzでのみ許容されます。短時間の高輝度フラッシュに有用ですが、DC動作には使用してはいけません。
• 電力損失（P_d）：60mW。これは、デバイスが熱として放散できる最大電力です。通常、過大な電流で駆動するか、過度に高い周囲温度で動作することにより、この限界を超えると、接合温度が上昇し、性能が低下したり故障の原因となります。
• 静電気放電（ESD）：人体モデル（HBM）2000V。この定格は、中程度のESD耐性を示しています。実装および取り扱い時には、標準的なESD対策（接地された作業台、リストストラップの使用）が依然として必要です。
• 動作温度（T_opr）：-40°C から +85°C。LEDはこの周囲温度範囲内で機能するように設計されています。
• 保管温度（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、または端子ごとに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、特に断りのない限り、標準試験条件T_a=25°C、順方向電流（I_F）5mAで測定されます。これらはデバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度（I_v）：最小18.0 mcdから最大45.0 mcdの範囲。特定ユニットの実際の値は、そのビンコードに依存します（セクション3参照）。代表値は記載されておらず、生産バラツキによる大きな変動があることを示唆しています。
• 指向角（2θ_1/2）：130度。これは、光度がピーク値の半分に低下する全角です。130°の角度は比較的広い視野パターンを示し、様々な角度から見える必要があるインジケータに適しています。
• ピーク波長（λ_p）：632 nm（代表値）。これは、スペクトルパワー出力が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：617.5 nm から 633.5 nmの範囲。この波長は光の知覚色に対応し、ピーク波長よりも測色用途に関連性が高いです。ビニングシステムはこのパラメータに基づいてデバイスを分類します。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：20 nm（代表値）。これは、最大パワーの半分における発光スペクトルの幅です。20nmという値はAlGaInPベースの赤色LEDの特徴であり、比較的純粋で飽和した赤色を示しています。
• 順方向電圧（V_F）：I_F=5mAにおいて、1.55Vから2.15Vの範囲。このパラメータもビニングされています（セクション3参照）。低い順方向電圧は、低電圧バッテリ駆動回路における重要な利点です。
• 逆電流（I_R）：V_R=5Vにおいて、最大10 µA。これは、デバイスが逆バイアスされたときの最大リーク電流を規定します。

公差に関する注意：データシートは、主要パラメータに対して個別の公差を規定しています：光度（±11%）、主波長（±1nm）、順方向電圧（±0.1V）。これらの公差はビン範囲に加えて適用され、最も厳しい公差分析で考慮する必要があります。

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最小基準を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

デバイスは、I_F=5mAで測定された光度に基づいて、4つのビン（M1、M2、N1、N2）に分類されます。

• M1：18.0 – 22.5 mcd
• M2：22.5 – 28.5 mcd
• N1：28.5 – 36.0 mcd
• N2：36.0 – 45.0 mcd

より高いビン（例：N2）を選択すると、より明るいLEDが保証されますが、コストが高くなる可能性があります。絶対的な明るさが重要ではなく、複数のインジケータ間の一貫性が重要なアプリケーションでは、単一のビンを指定することが不可欠です。

3.2 主波長ビニング

色の一貫性は、4つの波長ビン（E4、E5、E6、E7）を通じて管理されます。これは、複数のLEDを一緒に使用し、同じ色に見える必要があるアプリケーションで極めて重要です。

• E4：617.5 – 621.5 nm（よりオレンジがかった赤）
• E5：621.5 – 625.5 nm
• E6：625.5 – 629.5 nm
• E7：629.5 – 633.5 nm（より純粋な赤）

3.3 順方向電圧ビニング

3つの電圧ビン（00、0、1）は、特に並列LEDアレイにおいて電圧マッチングが電流分配を改善できるため、効率的な電流制限回路の設計に役立ちます。

• 00：1.55 – 1.75 V
• 0：1.75 – 1.95 V
• 1：1.95 – 2.15 V

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が、具体的なグラフは本文には提供されていません。標準的なLEDの動作と与えられたパラメータに基づいて、可能性のある関係を推測することができます。

4.1 推測される電流-電圧（I-V）特性

順方向電圧（V_F）は5mAで規定されています。代表的なAlGaInP赤色LEDの場合、I-V曲線は指数関数的です。5mAより低い電流でLEDを動作させると、比例して低いV_Fになります（例：2mAで〜1.8-2.0V）。最大連続電流25mAで駆動すると、V_Fは増加し、そのビン範囲の上限付近または半導体および接点の抵抗加熱によりわずかに上回る値になる可能性があります。LEDの動的抵抗は非常に低く、電圧のわずかな増加が電流の大幅な増加を引き起こし、熱暴走のリスクがあるため、常に直列抵抗を使用して電流を制限する必要があります。

4.2 光度対電流（L-I）特性

光度は、中低電流範囲（このようなデバイスでは〜20mAまで）において、順方向電流にほぼ比例します。定格光度は5mAでの値です。20mAで動作させると、通常、光度は約3.5〜4倍高くなりますが、これは最大電力損失限界（60mW）に対して確認する必要があります。20mA、V_F2.0Vでは、電力損失は40mWであり、25°Cでは限界内です。ただし、効率（電気ワットあたりの光出力）は、熱の増加により高電流でしばしば低下します。

4.3 温度依存性

主要パラメータは温度に敏感です：

• 順方向電圧（V_F）：温度の上昇とともに減少します（負の温度係数、赤色LEDでは通常-2mV/°C）。直列抵抗を備えた定電圧源で駆動する場合、電流がわずかに増加する可能性があります。
• 光度（I_v）：接合温度の上昇とともに減少します。この低下は大きく、25°Cを超える温度上昇に対してしばしば約0.5-1%/°Cです。一貫した輝度を維持するためには、特に高い周囲温度または高電流で駆動する場合、PCB上での適切な熱管理が必要です。
• 主波長（λ_d）：温度とともにわずかにシフトします。AlGaInP LEDでは通常約0.1 nm/°Cの割合です。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには、23-21 SMDパッケージの詳細な寸法図が含まれています。主な特徴は以下の通りです：

• 全長は2.3 mm、幅は2.1 mmです（したがって23-21という名称）。
• パッケージの底面には、表面実装用の2つのアノード/カソード端子があります。
• カソードを区別するための極性インジケータ（上部または下部の切り欠きまたは緑色のマーキング）が存在します。実装時の正しい向きは極めて重要です。
• PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）はこれらの寸法から導き出され、通常、信頼性の高いはんだフィレットを確保するために、デバイス端子よりもわずかに大きいはんだパッドを含みます。
• 規定されていない公差はすべて±0.1mmです。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

これらのガイドラインを遵守することは、歩留まりと長期信頼性にとって極めて重要です。

6.1 電流制限と保護

必須：LEDと直列に外部の電流制限抵抗を使用する必要があります。LEDは電流駆動デバイスです。抵抗がないと、供給電圧のわずかな変動（例：バッテリ電圧降下）でも、順方向電流が大きく、破壊的なほど増加する可能性があります。

6.2 保管および湿気感受性

LEDは、乾燥剤とともに防湿バリアバッグに梱包されています。

• 開封前：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管してください。
• 開封後：フロアライフ（部品が工場の環境空気にさらされる時間）は、温度≤30°C、相対湿度≤60%で1年です。
• 再乾燥：乾燥剤が飽和を示す（色の変化）か、フロアライフを超えた場合は、再乾燥が必要です：リフロープロセスで使用する前に、60°C ±5°Cで24時間乾燥してください。

6.3 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（無鉛）リフロープロファイルが規定されています：

• 予熱：150-200°Cで60-120秒間。
• 液相線以上時間（TAL）：217°C以上で60-150秒間。
• ピーク温度：最大260°C、最大10秒間保持。
• 加熱速度：最大6°C/秒。
• 255°C以上時間：最大30秒間。
• 冷却速度：最大3°C/秒。

重要な制限：リフローはんだ付けは2回までとします。加熱中のパッケージへの機械的ストレスを避け、はんだ付け後のPCBを曲げないでください。

6.4 手はんだ付けおよびリワーク

手はんだ付けは許可されていますが、熱損傷を避けるために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。
• 低出力のはんだごて（容量≤25W）を使用してください。
• 各端子のはんだ付けの間に≥2秒の冷却間隔を設けてください。
• 修理/リワーク：LEDがはんだ付けされた後の修理/リワークは推奨されません。やむを得ない場合は、両方の端子を同時に加熱して取り外すためのデュアルヘッドはんだごてを使用し、はんだ接合部およびLED内部接続へのストレスを最小限に抑えてください。リワーク後の機能を常に確認してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

製品は、自動実装用の業界標準梱包で供給されます：

• キャリアテープ幅：8 mm。
• リール直径：7インチ。
• リールあたり数量：2000個。

7.2 ラベル情報

リールラベルには、トレーサビリティおよび正しい適用のための重要な情報が含まれています：

• CPN：顧客部品番号（購入者によって割り当てられます）。
• P/N：メーカー部品番号（23-21/R6C-AM1N2AY/2A）。
• QTY：梱包数量（2000）。
• CAT：光度ランク（例：M1、N2）。
• HUE：色度座標および主波長ランク（例：E5、E6）。
• REF：順方向電圧ランク（例：00、1）。
• 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および設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 自動車内装：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。
• 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およびキーパッドバックライト。
• 民生電子機器：小型LCDディスプレイのフラットバックライト、リモコン、家電、オーディオ機器のメンブレンスイッチおよびシンボルのバックライト。
• 汎用表示：様々な電子機器における電源状態、モード表示、警告信号。

8.2 重要な設計上の考慮事項

1. 電流駆動回路：常に直列抵抗を使用してください。抵抗値は R = (V_supply- V_F) / I_F を使用して計算します。最高電圧のLEDでも電流が所望のレベルを超えないようにするために、ビンからの最大V_F（例：2.15V）を使用してください。
2. 熱管理：低電力ですが、周囲温度および隣接する発熱部品の影響を考慮してください。一貫した輝度のためには、高温環境（>70°C）で絶対最大電流（25mA）で動作させないでください。
3. 視覚的一貫性：複数のLEDを一緒に見るアプリケーションでは、光度（CAT）と主波長（HUE）の両方について厳しいビンを指定して、均一な外観を確保してください。
4. PCBレイアウト：推奨ランドパターンに従ってください。PCBシルクスクリーンの極性マーキングがLEDの極性インジケータと一致していることを確認してください。LEDと他の部品の間に十分なクリアランスを設けてください。
5. ESD保護：LEDがユーザーインターフェースに直接さらされる場合は入力ラインに基本的なESD保護を実装するか、実装がESD管理環境で行われることを確認してください。

9. 技術比較および差別化

23-21 SMD LEDは、非常に小型のフォームファクタと、包括的なビニングシステムを備えた明確な性能仕様の組み合わせにより、主に差別化されています。

より大きなSMD LED（例：3528、5050）との比較：23-21は、大幅に小さなフットプリントと低いプロファイルを提供し、より高密度のPCBレイアウトとより薄い最終製品を可能にします。究極の光出力（ルーメン）を小型化と引き換えにしており、エリア照明ではなくインジケータレベルのアプリケーションに理想的です。

チップLED（パッケージなし）との比較：23-21は、統合レンズ（130°指向角用）とはんだ付け可能な端子を備えた堅牢なハンドリングパッケージを提供し、特殊な実装とワイヤボンディングを必要とするベアダイと比較して実装を簡素化します。

スルーホールLEDとの比較：主な利点は、自動実装との互換性、基板スペースの削減、および曲げ切断が必要なリードの欠如です。これにより、大量生産において実装コストが低減され、信頼性が向上します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このLEDを3.3Vまたは5Vのロジック電源から直接駆動できますか？
A: いいえ。常に直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。3.3V電源、目標電流5mA、最大V_F2.15Vの場合、最小抵抗値は R = (3.3V - 2.15V) / 0.005A = 230Ω です。標準の240Ωまたは270Ωの抵抗が適切です。

Q2: なぜ光度の範囲がこれほど広いのですか（18〜45 mcd）？
A: これは半導体製造における自然なバラツキを反映しています。ビニングシステム（M1、M2、N1、N2）により、設計に必要な最小輝度レベルを選択できます。回路が少なくとも25 mcdを必要とする場合は、ビンN1またはN2を指定します。

Q3: このLEDは屋外使用に適していますか？
A: 動作温度範囲（-40°C から +85°C）は、広範囲の環境条件に耐えられることを示唆しています。ただし、直射日光、湿気、紫外線への長期間の暴露はデータシートではカバーされていません。屋外使用の場合は、PCBに追加の保護用コンフォーマルコーティングを検討し、樹脂材料のUV安定性が規定されていない場合は確認してください。

Q4: 部品番号のR6Cはおそらく何を意味しますか？
A: ここでは明示的に定義されていませんが、一般的なLED部品番号では、Rは赤色を表し、6は主波長ビンまたはカラーコードに関連し、Cはウォータークリア樹脂を示す可能性があります（デバイス選択ガイドに記載されている通り）。

LED仕様用語集

LED技術用語の完全な説明