SMD LED 25-21/BHC-AR1S2E/2A ブルー データシート - パッケージ 2.5x2.1mm - 電圧 2.75-3.65V - 電力 75mW - 技術文書

1. 製品概要

25-21/BHC-AR1S2E/2Aは、InGaN（インダリウムガリウムナイトライド）半導体チップを用いて青色光を発する表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。この部品は、高密度基板実装向けに設計されたLEDの一種であり、小型化と自動化生産プロセスにおいて大きな利点を提供します。

このLEDの中核的な利点は、そのコンパクトなフットプリントです。寸法が約2.5mm x 2.1mmであるため、より小さなプリント基板（PCB）設計、より高い部品実装密度を可能にし、最終的にはより小型のエンドユーザー機器の開発に貢献します。軽量構造であることも、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理想的です。

これは単色（青）タイプのLEDです。このデバイスは鉛フリー材料で構成され、EU RoHS指令やREACHを含む主要な環境規制に準拠しています。また、ハロゲンフリーに分類され、臭素（Br）および塩素（Cl）含有量は規定の上限（Br<900 ppm、Cl<900 ppm、Br+Cl<1500 ppm）以下に抑えられています。製品は、自動ピックアンドプレース装置での使用に適した、直径7インチのリールに巻かれた8mm幅テープ上に梱包され、現代の製造プロセスと互換性のある形式で供給されます。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに定義された主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。これらの限界値と代表値を理解することは、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ありません。

• 逆電圧（VR）：5V5V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（IF）：20mAこれは、長期信頼性を確保し、規定の光学性能を維持するために、連続動作で推奨される最大DC電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：100mAこの定格は、パルス動作（1kHz、デューティサイクル1/10）を可能にします。短時間の高輝度バーストを必要とするアプリケーションに有用ですが、一瞬でもこの値を超えてはなりません。
• 電力損失（Pd）：75mW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（順方向電圧 x 順方向電流として計算）です。この限界を超えると過熱のリスクがあります。
• 動作・保管温度：デバイスは周囲温度-40°Cから+85°Cで動作し、-40°Cから+90°Cの温度で保管できます。
• 静電気放電（ESD）：人体モデル（HBM）定格は150Vです。これはESDに対して中程度の感度を示しており、取り扱い時には標準的なESD対策が必要です。
• はんだ付け温度：このパッケージは、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標準試験条件（Ta=25°C、IF=20mA）で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 光度（Iv）：最小112ミリカンデラ（mcd）から最大285 mcdの範囲です。この広い範囲は、後述するビニングシステムによって管理されます。代表値は指定されておらず、このビン範囲内のどこかに位置します。
• 視野角（2θ1/2）：光度がピーク値の半分に低下する全角は、通常60度です。これはLEDのビーム広がりを定義します。
• ピーク波長（λp）：光出力が最大となる波長は、通常468ナノメートル（nm）で、可視スペクトルの青色領域に位置します。
• 主波長（λd）：これは人間の目が知覚する単一波長で、464.5 nmから476.5 nmの範囲です。これもビニングの対象となります。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：通常25 nmで、ピーク波長の周りに放射される波長の広がりを示します。
• 順方向電圧（VF）：20mAで駆動した場合、2.75Vから3.65Vの範囲です。この変動は電圧ビニングシステムによって管理されます。特定のユニットの実際のVFと電源電圧に基づいて電流を制御するために、LEDと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。
• 逆電流（IR）：5Vの逆バイアスを印加した場合、最大50マイクロアンペア（μA）です。

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選別（ビニング）されます。これにより、設計者は輝度、色、電圧に関する特定の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mAで測定された光度に基づいて4つのビン（R1、R2、S1、S2）に分類されます。

• ビン R1：112 mcd から 140 mcd
• ビン R2：140 mcd から 180 mcd
• ビン S1：180 mcd から 225 mcd
• ビン S2：225 mcd から 285 mcd

各ビンコード内の光度には±11%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

LEDは青色の色調を制御するために4つのビン（A9、A10、A11、A12）に選別されます。

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

各ビンコード内の主波長には±1nmの許容差が適用されます。

3.3 順方向電圧ビニング

LEDは電流制御回路設計を支援するために、3つの電圧ビン（5、6、7）にグループ分けされます。

• ビン 5：2.75V から 3.05V
• ビン 6：3.05V から 3.35V
• ビン 7：3.35V から 3.65V

各ビンコード内の順方向電圧には±0.1Vの許容差が適用されます。

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が、提供されたテキストには具体的なグラフは含まれていません。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線は通常、設計にとって重要な以下の関係を示すと考えられます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示します。曲線の膝電圧はVF仕様と相関します。このグラフは適切な電流制限抵抗値を選択するために不可欠です。
• 光度 vs. 順方向電流：光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示し、通常、ある点まではほぼ線形関係にあり、その後効率が低下します。
• 光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示します。これは高温環境で動作するアプリケーションにとって極めて重要です。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、約468nmにピークと25nmの帯域幅を示し、青色の純度を確認します。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

LEDはプラスチック表面実装パッケージに収められています。データシートには詳細な寸法図が含まれています。主要な機械的特徴は以下の通りです：

• パッケージ外形：本体の主要寸法は、長さ約2.5mm、幅約2.1mmです。図面には、特に断りのない限り標準公差±0.1mmで、リード（端子）サイズ、間隔、パッケージ高さを含むすべての重要な寸法が規定されています。
• 極性識別：カソード端子は通常、図面に示されているように、パッケージ自体の切り欠き、ドット、または緑色のマーキングなどで印が付けられています。正しい極性は動作に不可欠です。
• パッド設計（フットプリント）：推奨されるPCBランドパターン（パッドサイズと形状）は、信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性を確保するために、パッケージ寸法から導き出されます。

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、組立プロセス中の損傷を防ぐために極めて重要です。

6.1 保管と取り扱い

• LED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以下、相対湿度60%以下で保管する必要があります。
• 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、再ベーキングと再梱包が必要です。
• ベーキング条件：必要な場合は、60 ±5°Cで24時間ベーキングします。
• 取り扱い時には常にESD（静電気放電）対策を遵守してください。

6.2 リフローはんだ付けプロセス

鉛フリーリフローはんだ付けの詳細な温度プロファイルが提供されています：

• 予熱：60-120秒かけて150°Cから200°Cまで上昇させます。
• ソーク/リフロー：217°C（液相線温度）以上の時間は60-150秒である必要があります。ピーク温度は260°Cを超えてはならず、255°C以上の時間は最大30秒に制限する必要があります。
• 冷却速度：最大冷却速度は毎秒6°Cです。
• 重要：リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。加熱中のLED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。

6.3 手はんだ付けとリワーク

• 手はんだ付けが必要な場合は、先端温度350°C以下のはんだごてを使用し、端子ごとに3秒以内で行ってください。
• はんだごての電力は25W以下であるべきです。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。
• LEDがはんだ付けされた後の修理/リワークは強く推奨されません。避けられない場合は、専用の両頭はんだごてを使用して両端子を同時に加熱し、はんだ接合部にストレスを与えずに部品を持ち上げる必要があります。LED特性への影響は事前に確認する必要があります。

7. 梱包および発注情報

製品は自動組立向けに供給されます。

• キャリアテープ：部品は幅8mmのエンボス加工キャリアテープに装着されています。
• リール：テープは標準的な直径7インチ（178mm）のリールに巻かれています。
• 数量：各リールには2000個のLEDが含まれています。
• 防湿バッグ：リールは乾燥剤と湿度指示カードとともにアルミニウム製防湿バッグ内に密封されています。
• ラベル情報：リールラベルには、品番（P/N）、数量（QTY）、光度（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）の特定のビンコード、およびロット番号（LOT No）が記載されています。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮点

8.1 代表的な用途

その仕様に基づき、この青色SMD LEDは、以下のようなさまざまな低電力インジケータおよびバックライト機能に適しています：

• 通信機器：電話機やファクシミリにおける状態表示、キーやディスプレイのバックライト。
• 民生電子機器：スイッチやシンボルの照明、小型液晶ディスプレイ（LCD）用のフラットバックライト。
• 汎用表示：コンパクトで信頼性の高い青色状態表示灯を必要とするあらゆるアプリケーション。

8.2 重要な設計上の考慮点

• 電流制限は必須：LEDは電流駆動デバイスです。順方向電流を20mA以下に制限するために、直列抵抗（または定電流ドライバ）を使用する必要があります。抵抗値は R = (電源電圧 - LEDのVF) / 希望電流 で計算されます。この計算に最大VF（3.65V）を使用することで、低電源電圧のユニットであっても電流が限界を超えないようにします。
• 熱管理：電力は低い（最大75mW）ですが、LEDパッド周囲に十分なPCB銅面積や熱ビアを確保することで、特に高温環境条件下での放熱を助け、光出力と寿命を維持できます。
• 光学設計：60度の視野角はかなり広いビームを提供します。より集光した光が必要な場合は、外部レンズやリフレクタが必要になる場合があります。

8.3 適用制限

データシートは、この製品が故障が重大な結果を招く可能性のある高信頼性アプリケーション向けに設計または認定されていないことを明示しています。これには以下が含まれます：

• 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）
• 医療用生命維持装置または重要な診断機器

このようなアプリケーションには、異なる仕様、認定、信頼性保証を備えた部品が必要です。

9. 技術比較とポジショニング

25-21パッケージは、0402/0603のようなより小さなチップと、より大きなパワーLEDの中間に位置します。その主な差別化要因は以下の通りです：

• 小型パッケージ（例：0402）との比較：より高い光出力を提供し、必要に応じて手動での取り扱いやはんだ付けが一般的に容易でありながら、依然として非常にコンパクトです。
• リード付きLEDとの比較：完全な自動組立を可能にし、基板スペースを削減し、リード曲げやスルーホール穴あけの必要性を排除します。
• 高出力LEDとの比較：インジケータレベルの電流（20mA）と電力（75mW）向けに設計されており、照明用ではありません。高出力LEDに必要な複雑な定電流ドライバと比較して、単純な駆動回路（抵抗）で済みます。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 適切な電流制限抵抗はどのように選択しますか？

公式を使用します：R = (電源電圧 - VF) / 希望電流。電源5V、希望電流20mA、最悪ケース（最高）のVF 3.65Vを仮定すると：R = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5 オーム。次に高い標準値（例：68オームまたは75オーム）を使用します。これにより、すべてのユニットで電流が20mA以下に保たれます。抵抗での電力損失は常に計算してください：P_抵抗 = I^2 * R。

10.2 定電圧源を使用して抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

No.LEDの順方向電圧は負の温度係数を持ち、ユニットごとに異なります。わずかにVFを上回る電圧源に直接接続すると、電流が制御不能に上昇し、絶対最大定格を超え、ほぼ瞬時にLEDを破壊する可能性があります。

10.3 防湿バッグを開封後、7日間の制限があるのはなぜですか？

SMDプラスチックパッケージ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、内部剥離やポップコーン現象を引き起こし、パッケージを割ったりダイを損傷したりする可能性があります。7日間のフロアライフとベーキング手順は、はんだ付け前にこの吸収された湿気を取り除くために設計されています。

10.4 ビンコード（例：S2/A11/6）は私の設計にとって何を意味しますか？

それらは、特定のLEDの性能グループを指定します。設計で最小輝度が必要な場合は、S1やS2などのビンを指定する必要があります。複数のLED間で色の一貫性が重要な場合は、狭い波長ビン（例：A10のみ）を指定する必要があります。電圧ビン（例：5）を指定することで、単純な抵抗駆動を使用する場合に、ユニット間で電流（したがって輝度）をより一貫させることができます。

11. 実践的な設計例

シナリオ：3.3Vラインで動作するデバイスのためのシンプルな青色電源インジケータを設計します。適切な輝度を得るために約15mAの電流を流しつつ、保守的に設計したいとします。

1. 最悪ケースVFの決定：データシートから、最大VF（ビン7）は3.65Vです。
2. 最小抵抗値の計算：R_min = (電源電圧 - VF_max) / 希望電流 = (3.3V - 3.65V) / 0.015A = -23.3 オーム。これは負の値であり、3.3V電源とVF=3.65Vのユニットでは電流が流れないことを意味します。これは許容可能です。この低い電源電圧では、その特定の高VFユニットに対してLEDは単に点灯しません。
3. 代表/低VFの場合の計算：代表的なVF 3.2Vを使用してみましょう。R = (3.3V - 3.2V) / 0.015A ≈ 6.7 オーム。10オームの標準抵抗を使用すると：I_実際 = (3.3V - 3.2V) / 10 = 10mA（安全）。低VFユニット（2.8V）の場合：I = (3.3V - 2.8V) / 10 = 50mA。これは20mAの連続定格を超えています！
4. 結論：3.3V電源は、LEDの順方向電圧範囲に近すぎるため、直列抵抗のみでの信頼性が高く安全な動作には適しません。電流は個々のLEDのVFに応じて大きく変動します（0mAから50mA以上）。より良い解決策は、より高い電源電圧（例：5V）を使用するか、低電圧動作向けに設計された専用の低ドロップアウト定電流ドライバICを使用することです。

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ッセンスの原理に基づいて動作します。活性領域はInGaN（インダリウムガリウムナイトライド）化合物半導体を使用しています。接合の内蔵電位を超える順方向バイアス電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入されます。そこで、それらは再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。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、それが直接放出される光の波長（色）に対応します—この場合は青色（約468 nm）です。エポキシ樹脂封止材は半導体チップを保護し、光出力を形成するレンズとして機能し、光透過を最大化するために水色透明に配合されています。

13. 技術トレンド

25-21のようなパッケージのSMD LEDは、成熟し広く採用されている技術を代表しています。このセグメントにおける現在のトレンドは、いくつかの重要な分野に焦点を当てています：

• 効率向上：継続的な材料科学とエピタキシャル成長の改善により、単位電気入力電力（mA）あたりより多くの光（より高い発光効率）を生成することを目指しており、同じ電流でより低い消費電力またはより高い輝度を可能にします。
• 色の一貫性向上：製造管理とビニングアルゴリズムの進歩により、主波長と光度の分布がより狭くなり、広範なビニングの必要性が減少し、複数LEDアプリケーションでの見た目の均一性が向上します。
• 信頼性向上：より堅牢なパッケージ材料、より良いダイ取り付け方法、改良された蛍光体（白色LED用）に関する研究は、さまざまな環境ストレス下での動作寿命と安定性を延ばし続けています。
• 小型化の継続：25-21は小型ですが、超コンパクトデバイスのためのさらに小さなフォームファクタ（例：チップスケールパッケージ）への追求は続いており、取り扱いの容易さや熱性能とのトレードオフが伴うことが多いです。
• 統合：より広範なトレンドとして、制御電子機器（定電流ドライバやパルス幅変調回路など）をLEDダイと直接単一パッケージに統合することがあり、エンドユーザーの回路設計を簡素化します。