SMD LED 27-21 ピュアホワイト データシート - パッケージ 2.7x2.1mm - 電圧 2.7-3.15V - 電力 40mW - 日本語技術文書

はんだ付け温度 (T

27-21 SMD LEDは、小型化と高信頼性を要求する現代の電子機器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、基板スペースの大幅な削減、実装密度の向上を可能にし、最終的にはより小型で効率的なエンドユーザー機器の開発に貢献します。軽量構造のため、スペースと重量が重要な制約となるアプリケーションに特に適しています。

このLEDは、黄色拡散樹脂に封止されたInGaN（窒化インジウムガリウム）チップ材料によって実現されたピュアホワイト光を発します。この組み合わせにより、様々なインジケータおよびバックライト機能に適した、一貫性のある拡散光出力が得られます。本製品は、RoHS（有害物質の使用制限）、EU REACH規制を含む現代の環境および安全基準に完全に準拠しており、臭素および塩素含有量を規定限界以下に抑えたハロゲンフリー部品として製造されています。

2. 技術仕様と客観的解釈

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がある限界を定義します。これらの条件下またはその限界での動作は保証されておらず、回路設計では避けるべきです。

• 逆電圧 (V_R):5V。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。
• 順方向電流 (I_F):10mA（連続）。これは、信頼性の高い長期動作のための最大推奨DC電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP):100mA。これはパルス条件下（デューティサイクル 1/10 @ 1kHz）でのみ許容され、連続駆動には使用してはいけません。
• 消費電力 (P_d):40mW。これは、熱的限界を超えることなくパッケージが放散できる最大電力であり、順方向電圧 (V_F) * 順方向電流 (I_F) として計算されます。
• 静電気放電 (ESD) 人体モデル (HBM):150V。これはESDに対して中程度の感受性を示しており、適切な取り扱い手順（接地された作業台、ESD安全包装など）が不可欠です。
• 動作温度 (T_opr):-40°C ～ +85°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• 保管温度 (T_stg):-40°C ～ +90°C。
• Soldering Temperature (T_sol):標準リフロープロファイル（ピーク260°C、10秒）および手はんだ付け（端子あたり最大350°C、3秒）に対応しています。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、周囲温度25°C、順方向電流5mAの標準試験条件下で測定され、比較およびビニングのための共通の基準点として機能します。

• 光度 (I_v):57.0 - 112 mcd（ミリカンデラ）。この広い範囲は、LEDが特定の出力グループ（P2、Q1、Q2）に選別されるビニングプロセスを反映しています。代表値は明記されておらず、このビニング範囲内に収まります。
• 視野角 (2θ_1/2):140度（代表値）。この広い視野角は、光を散乱させる黄色拡散樹脂の特徴であり、集光ビームではなく広い照射を必要とするアプリケーションにLEDを適したものにしています。
• 順方向電圧 (V_F):2.70V - 3.15V。これは5mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。LEDは特定の電圧範囲（コード15、16、17）にもビニングされます。±0.1Vの許容差が記載されています。
• 逆電流 (I_R):50 µA（最大） @ V_R=5V。このパラメータは試験目的のみであり、デバイスは逆バイアスでの動作を意図していません。

重要な注意:データシートは、逆電圧条件は試験のみを目的としており、LEDを逆方向で動作させてはならないと明示的に警告しています。設計者は回路で正しい極性を確保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は主要な性能パラメータに基づいて試験され、ビンに選別されます。これにより、設計者は特定のアプリケーション要件に合わせて厳密に制御され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、5mAでの光出力に基づいて3つのビンに分類されます:

• ビン P2:57.0 - 72.0 mcd
• ビン Q1:72.0 - 90.0 mcd
• ビン Q2:90.0 - 112 mcd

光度に対する一般的な許容差として±11%も規定されています。

3.2 順方向電圧ビニング

電流制御設計を支援するため、LEDは順方向電圧降下によってもビニングされます:

• ビン 15:2.70V - 2.85V
• ビン 16:2.85V - 3.00V
• ビン 17:3.00V - 3.15V

順方向電圧に対して±0.1Vの許容差が記載されています。

3.3 色度座標ビニング

色の一貫性のために、白色光出力はCIE 1931色度図上の座標に従ってビニングされます。データシートは6つのビン（1から6）を定義しており、それぞれがx,y色座標プロット上の四角形領域を指定し、許容差は±0.01です。この精密なビニングにより、選択したビン内のすべてのLEDがほぼ同一の白色点を示すことが保証され、色の均一性が最も重要であるバックライトアレイなどのアプリケーションにとって重要です。

4. 性能曲線分析

PDFでは代表的な電気光学特性曲線が参照されていますが、具体的なグラフ（例：I_V対 I_F、I_V対 温度、スペクトル分布）は提供されたテキストでは詳細に説明されていません。通常、このような曲線は以下を示します:

• 光度対順方向電流 (I_V-I_F):光出力は電流とともに増加するが、定格最大値を超える高電流では飽和または劣化する可能性がある非線形関係。
• 光度対周囲温度 (I_V-T_a):接合温度が上昇すると、光出力は一般的に減少します。この曲線はこのデレーティングを定量化し、アプリケーションにおける熱管理にとって重要です。
• 順方向電圧対接合温度 (V_F-T_j): V_F通常、負の温度係数を持ち、温度が上昇すると減少します。
• スペクトルパワー分布:可視波長スペクトル全体での光の相対強度を示すプロットで、白色の色品質（例：クールホワイト、ウォームホワイト）を定義します。

設計者は、標準の5mA/25°C試験条件以外でLEDを動作させる場合、正確な性能を予測するためにこれらの曲線を参照する必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

27-21 SMD LEDはコンパクトなフットプリントを持ちます。寸法図は、特に指定がない限り±0.1mmの公差を持つパッケージサイズを示しています。図面に見られる主な特徴には、部品外形、電極パッド位置、極性マーキング（おそらくカソードインジケータ）が含まれます。正確な寸法（長さ、幅、高さ）は、PCBランドパターン設計および自動化装置による適切な配置を確保するために重要です。

5.2 極性識別

パッケージには、カソード（負）端子を識別するためのマーキングが含まれています。デバイスの損傷を防ぐため、組立時に正しい極性を遵守する必要があります。

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

このLEDは、赤外線および気相リフロープロセスに対応しています。推奨されるPbフリーリフロープロファイルが提供されています:

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

重要な規則:同じLEDアセンブリに対してリフローはんだ付けを2回以上行ってはいけません。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合:

• 先端温度が350°C未満のはんだごてを使用してください。
• 端子あたりの接触時間を3秒以内に制限してください。
• 容量25W以下のはんだごてを使用してください。
• 熱ストレスを管理するため、各端子のはんだ付けの間隔を少なくとも2秒空けてください。

データシートは、損傷は手はんだ付け中によく発生するため、特別な注意が必要であると警告しています。

6.3 保管および湿気感受性

LEDは防湿材料（乾燥剤入りアルミ防湿バッグ内のキャリアテープ）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:フロアライフは、温度≤30°C、相対湿度≤60%の条件下で1年です。未使用部品は防湿包装に再密封してください。
• ベーキング:乾燥剤が飽和を示した場合、または保管時間を超えた場合は、使用前にLEDを60±5°Cで24時間ベーキングして吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

LEDは、自動組立用の業界標準梱包で供給されます:

• テープ:直径7インチのリール上の8mm幅テープ。
• 数量:リールあたり3000個。
• キャリアテープおよびリールの詳細な寸法図が提供されており、標準公差は±0.1mmです。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、トレーサビリティと仕様のためのいくつかの主要なコードが含まれています:

• P/N:品番（例：27-21/T3D-AP2Q2HY/3C）。
• QTY:梱包数量。
• CAT:光度ランク（例：P2、Q1、Q2）。
• HUE:色度座標および主波長ランク（例：ビン1-6）。
• REF:順方向電圧ランク（例：15、16、17）。
• LOT No:製造ロット番号（トレーサビリティ用）。

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シナリオ

データシートは、LEDの小型サイズ、拡散光、信頼性を活か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、スイッチ、キーパッド用。
• 通信機器:電話機やファクシミリの状態インジケータおよびバックライトとして。
• LCDディスプレイ:小型LCDパネル、スイッチレジェンド、シンボル用の平らで均一なバックライトを提供。
• 一般的なインジケータ用途:コンパクトで明るい白色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

データシートには、信頼性の高い動作のための重要な警告が含まれています:

• 電流制限は必須:LEDと直列に外部の電流制限抵抗を常に使用する必要があります。順方向電圧にはわずかな負の温度係数があり、LEDが加熱されるとV_Fがわずかに低下することを意味します。抵抗がないと、これにより電流が大幅に増加し（熱暴走）、LEDが焼損する可能性があります。抵抗は電流を安定させます。
• 機械的ストレスを避ける:はんだ付け時または最終組立時にLED本体にストレスを加えないでください。はんだ付け後のPCBの反りを避けてください。
• 修理:LEDがはんだ付けされた後の基板の修理またはリワークは強く推奨されません。絶対に必要な場合は、両方の端子を同時に加熱して熱ストレスを最小限に抑える専用の両頭はんだごてを使用する必要があります。単点再加熱は損傷を引き起こす可能性があります。
• ESD保護:デバイスの150V HBM定格のため、取り扱いおよび組立中に標準的なESD予防措置を実施してください。

9. 技術比較と差別化

データシートでは他の特定のLEDモデルとの直接比較は提供されていませんが、27-21パッケージは特定の状況で明確な利点を提供します:

• リード付きLEDとの比較:主な利点は、基板スペースと重量の劇的な削減であり、現代の小型化された電子機器を可能にします。また、リードの曲げや挿入の必要性をなくし、自動組立を合理化します。
• 大型SMD LED（例：3528、5050）との比較:27-21は、超コンパクト設計のために小さなフットプリントを提供しますが、大型パッケージと比較して総光出力や放熱能力が犠牲になる可能性があります。
• クリアレンズLEDとの比較:黄色拡散樹脂は、はるかに広い視野角（140°）と柔らかく均一な外観を提供し、より集光されたビームを生成するクリアレンズとは対照的に、LEDが直接視認されるアプリケーションで優れています。

RoHS、REACH、ハロゲンフリー基準への準拠は、現代の部品に対する基本的な期待ですが、古い非準拠在庫に対する重要な差別化要因です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 なぜ直列抵抗が絶対に必要なのですか？

LEDは電圧駆動ではなく、電流駆動デバイスです。そのV-I曲線は非常に急峻です。順方向電圧の小さな変化（温度変化や製造ばらつきによって発生する可能性がある）は、電流の大きな変化を引き起こします。直列抵抗は、単純な線形電流レギュレータとして機能し、動作点を安定させ、LEDの熱暴走と破壊を防ぎます。

10.2 ビンコード（P2、Q1、15、16など）は私の設計にとって何を意味しますか？

ビニングは一貫性を保証します。設計が複数のLED間で均一な輝度を必要とする場合（例：バックライトアレイ）、同じ光度ビン（CAT）のLEDを指定する必要があります。電源の電圧マージンが厳しい場合、より狭い順方向電圧ビン（REF）を指定することが役立ちます。色が重要なアプリケーションでは、色度ビン（HUE）の指定が不可欠です。ビニングされていない、または混合ビンのLEDを使用すると、最終製品で目に見える輝度や色のばらつきが生じる可能性があります。

10.3 このLEDを10mAで連続駆動できますか？

はい、10mAは定格最大連続順方向電流です。ただし、絶対最大定格で動作すると、長期信頼性が低下し、接合温度が上昇する可能性があります。最適な寿命と安定性のためには、特に熱管理が限られている場合、試験電流の5mA以下でLEDを駆動することを推奨します。

10.4 視野角は140度です。この角度全体で光出力は均一ですか？

視野角(2θ_1/2) は、光度が0度（直接軸上）での強度の半分になる角度として定義されます。黄色拡散樹脂は、ランバート型に近い放射パターンを作り出し、強度は軸上で最も高く、端に向かって減少します。クリアレンズLEDと比較して、広角視野に対して非常に良好な均一性を提供しますが、140°全体で完全な均一性は達成されません。

11. 実践的な設計と使用事例

シナリオ: バックライト付きメンブレンスイッチパネルの設計

1. 選択:27-21 LEDは、その小型サイズ（スイッチアイコンの後ろに収まる）、拡散光（均一な照明）、表面実装互換性（スイッチPCBへの自動組立に適している）のために選択されます。
2. 回路設計:輝度と寿命のバランスのために5mAの定電流が選択されます。3.3V電源を使用し、ビン16からのV_F（代表値2.93V）を仮定すると、直列抵抗は次のように計算されます: R = (V_電源- V_F) / I_F= (3.3V - 2.93V) / 0.005A = 74オーム。標準の75オーム抵抗が選択されます。
3. PCBレイアウト:ランドパターンは、パッケージ寸法図に正確に従って設計されます。LEDとメンブレン層の間に十分なクリアランスが確保されます。
4. 調達:輝度のためにビンQ1、パネル上のすべてのスイッチで一貫した白色点のためにビン2または3を指定してLEDを発注します。
5. 組立:部品は使用まで密封バッグで保管されます。PCBは指定されたプロファイルを使用して単一のリフローパスを受けます。取り扱い中のLEDへのストレスは避けられます。

12. 動作原理の紹介

27-21 LEDは、半導体p-n接合に基づく固体光源です。活性領域はInGaN（窒化インジウムガリウム）化合物半導体を使用しています。ダイオードのオン閾値（順方向電圧、V_F) 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。InGaNのような直接遷移型半導体では、この再結合は主に光子（光）の形でエネルギーを放出します。InGaN合金の特定のバンドギャップエネルギーは、発光波長を決定します。青色/UV発光InGaNチップから白色光を生成するために、黄色蛍光体（黄色拡散樹脂封止材内に含まれる）が使用されます。チップからの青色光の一部は蛍光体に吸収され、黄色光として再放出されます。残りの青色光と変換された黄色光の混合は、人間の目には白色として知覚されます。拡散樹脂には散乱粒子が含まれており、放出された光子の方向をランダム化して、広く均一な視野角を作り出します。

13. 技術トレンドと発展

27-21のようなSMD LEDは、成熟し広く採用されている技術を表しています。業界の現在のトレンドは、この基盤の上に構築されるいくつかの重要な分野に焦点を当てています:

• 効率向上（ルーメン/ワット）:エピタキシャル成長、チップ設計、蛍光体技術の継続的な改善により、発光効率がさらに高まり、同じ電流でより明るい光出力、または同じ光出力でより低い消費電力と発熱が可能になります。
• 色品質と一貫性の向上:蛍光体配合の進歩とより精密なビニング技術（例：より厳密な色制御のための3-5ステップマクアダム楕円の使用）により、優れた演色評価数（CRI）とロット間でより一貫した色点を持つLEDが可能になります。
• 小型化:より小型のデバイスへの追求は続いており、光学性能を維持または向上させながら、さらに小さなパッケージサイズ（例：2016、1515）が生まれています。
• 信頼性と寿命の向上:より優れたパッケージ材料と熱管理技術の研究は、特に高温または高湿度条件下でのLEDの動作寿命と安定性の向上を目指しています。
• 統合ソリューション:トレンドは、内蔵ドライバ、コントローラ、または単一パッケージ内の複数色チップ（RGB）を備えたLEDに向かっており、エンドユーザーの回路設計を簡素化します。

27-21 LEDは、その標準化されたパッケージと明確に定義された特性により、この進化する技術的景観の中で信頼性の高い主力部品として機能します。