SMD LED 27-21 ブルー データシート - 外形寸法 2.7x2.1x1.2mm - 電圧 3.3V - 電力 0.095W - 技術文書

1. 製品概要

27-21 SMD LEDは、信頼性の高いインジケータまたはバックライト機能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デバイスです。その主な利点は、従来のリードフレームLEDと比較してフットプリントが大幅に縮小されている点にあり、プリント回路基板（PCB）上の部品密度の向上、保管要件の低減、最終的にはエンド機器の小型化に貢献します。軽量構造により、スペースに制約のあるポータブルアプリケーションへの適合性がさらに高まっています。

この単色ブルーLEDは、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを使用して構築され、ウォータークリア樹脂で封止されています。RoHS（有害物質使用制限）指令、EU REACH規制、およびハロゲンフリー規格に準拠した鉛フリー製品であり、環境安全性と幅広い市場での受け入れを確保しています。

2. 技術パラメータ詳細

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発生する可能性がある限界を定義します。これらの条件下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):25 mA。信頼性のある動作のための最大DC電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP):100 mA。これは、過渡サージに対処するために、パルス条件下（1 kHz、デューティサイクル1/10）でのみ許容されます。
• 電力損失 (P_d):95 mW。周囲温度 (T_a) 25°Cにおいて、パッケージが放散できる最大電力です。高温時にはデレーティングが必要です。
• 静電気放電 (ESD):150V (人体モデル)。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。デバイスが正常に動作する周囲温度範囲です。
• 保管温度 (T_stg):-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度:このデバイスは、ピーク温度260°Cで最大10秒までのリフローはんだ付け、または端子ごとに350°Cで最大3秒まで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、T_a=25°C、I_F=20mA（代表的な動作条件）で測定されます。

• 光度 (I_v):28.5 mcd (最小) から 72.0 mcd (最大) の範囲で、典型的な許容差は±11%です。これはLEDの知覚される明るさを定義します。
• 視野角 (2θ_1/2):130度 (代表値)。この広い角度により、軸外からの良好な視認性が確保されます。
• ピーク波長 (λ_p):468 nm (代表値)。スペクトル放射が最も強い波長です。
• 主波長 (λ_d):464.50 nm から 476.50 nm の範囲。これは光の知覚される色を定義し、±1 nmの厳密な許容差を持ちます。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):25 nm (代表値)。最大強度の半分の高さにおける放射スペクトルの幅（半値全幅、FWHM）です。
• 順方向電圧 (V_F):2.70V (最小) から 3.70V (最大) の範囲で、20mA時の代表値は3.30Vです。これは電流制限回路の設計に極めて重要です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時、最大50 µA。このパラメータはテスト目的のみであり、デバイスを逆バイアスで動作させるべきではありません。

3. ビニングシステムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。

3.1 光度ビニング

LEDは、I_F=20mAで測定された光度に基づき、4つのビン（N1、N2、P1、P2）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適した明るさグレードを選択でき、複数LEDアレイでの均一な外観を確保できます。

• ビン N1:28.5 – 36.0 mcd
• ビン N2:36.0 – 45.0 mcd
• ビン P1:45.0 – 57.0 mcd
• ビン P2:57.0 – 72.0 mcd

3.2 主波長ビニング

LEDは主波長によっても4つのコード（A9、A10、A11、A12）にビニングされます。この厳密な管理（ビンあたり約3 nm）は、正確な色合わせを必要とするアプリケーションにとって重要です。

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

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフが参照されていますが、その意味合いは設計にとって極めて重要です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線)

I-V特性は指数関数的です。代表的な3.3Vを超える順方向電圧のわずかな増加は、順方向電流の大きく、破壊的となる可能性のある増加につながります。これは、LEDと直列に外部の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用することが絶対に必要であることを強調しています。

4.2 光度 vs. 順方向電流

光度は定格範囲内で順方向電流にほぼ比例します。20mA未満で動作すると出力が低下し、25mAを超えると、たとえ瞬間的にピーク電流定格内であっても、劣化の加速や寿命の短縮のリスクがあります。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。接合温度が上昇すると、順方向電圧は通常わずかに低下しますが、光度は大幅に低下する可能性があります。一貫した明るさを維持するためには、特に高密度または密閉アプリケーションにおいて、PCB上で適切な熱管理を行うことが重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

27-21パッケージの公称寸法は、長さ2.7mm x 幅2.1mm x 高さ1.2mmで、特に指定がない限り標準許容差は±0.1mmです。詳細な寸法図には、パッドサイズ、間隔、部品の向きなど、PCBランドパターン設計に不可欠な測定値が提供されています。

5.2 極性識別

カソードは通常、LEDパッケージ上の切り欠き、緑色の点、角の切り欠きなどの視覚的マーカーで示されます。正しい極性を実装時に確認し、適切な動作を確保する必要があります。

5.3 テープ&リール包装

このデバイスは、標準的な自動実装機と互換性のある、直径7インチのリール上の8mmキャリアテープで供給されます。各リールには3000個が含まれています。包装には防湿材料が含まれており、乾燥剤と湿度指示カードを備えたアルミ防湿袋で、保管および輸送中のLEDを周囲の湿気から保護します。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーのリフロープロファイルが規定されています。主要パラメータは以下の通りです：150-200°Cの間のプリヒート段階（60-120秒）；液相線（217°C）以上の時間（60-150秒）；ピーク温度260°Cを超えず最大10秒；熱衝撃を最小限に抑えるための制御された昇温・降温速度。リフローは2回を超えて行わないでください。

6.2 手はんだ付け

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以下のはんだごてを使用し、各端子への加熱は3秒以内とし、端子間には少なくとも2秒の冷却間隔を設けてください。局所的な過熱を防ぐため、はんだごての電力は25W以下であるべきです。

6.3 湿気感受性と保管

このLEDは湿気に敏感です。密封された防湿袋は、使用直前に開封するまで開けないでください。開封後、未使用のLEDは、30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管する必要があります。袋開封後のフロアライフは168時間（7日間）です。この時間を超えた場合、または乾燥剤が飽和を示した場合は、使用前に60°C ±5°Cで24時間のベーキング処理が必要です。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト:コンパクトなサイズと一貫したブルー出力により、ダッシュボードインジケータ、スイッチ照明、シンボルバックライトに最適です。
• 通信機器:電話機やファクシミリなどの機器で、ステータスインジケータやキーパッドバックライトとして機能します。
• LCDフラットバックライト:小型の低消費電力LCDディスプレイ用のアレイとして使用できます。
• 一般的なインジケータ用途:民生用および産業用電子機器における電源状態、モード表示、その他のシグナリング機能に適しています。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限:常に、電源電圧 (V_CC)、LEDの順方向電圧 (V_F)、および目的の順方向電流 (I_F) に基づいて計算された直列抵抗を使用してください。計算式：R = (V_CC- V_F) / I_F。保守的な設計のためには、データシートの最大V_Fを使用してください。
• 熱管理:特に最大定格電流付近または最大定格電流で動作する場合、ヒートシンクとして機能する十分な銅面積がLEDパッドに接続されたPCBであることを確認してください。
• ESD保護:LEDがユーザーが触れる可能性がある場合は、敏感な入力ラインにESD保護対策を実装してください。

8. 技術比較・差別化

27-21 SMD LEDは、そのクラスにおいていくつかの重要な利点を提供します。2.7x2.1mmのフットプリントは、多くの従来の3mmまたは5mmスルーホールLEDよりも小さく、基板スペースを大幅に節約します。広い130°の視野角は、狭角LEDと比較して軸外からの視認性を向上させます。InGaN技術の使用により、高効率で明るく鮮やかな青色が得られます。さらに、RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格への準拠により、厳格な環境規制を持つ世界市場において将来性のある選択肢となります。詳細なビニングシステムは、視覚的一貫性を必要とする大量生産に必要な予測可能性を設計者に提供します。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

9.1 なぜ電流制限抵抗が必須なのですか？

LEDのI-V特性は非線形です。抵抗がないと、電源電圧のわずかな増加が、制御不能な大きな電流サージを引き起こし、25mAの絶対最大定格を急速に超え、即座に故障に至ります。抵抗は安定した動作点を設定します。

9.2 5V電源でこのLEDを駆動できますか？

はい、ただし直列抵抗を使用する必要があります。例えば、5V電源 (V_CC=5V)、代表的なV_F3.3V、目標I_F20mAの場合、抵抗値は R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 オームとなります。標準的な82または100オームの抵抗が適切で、定格電力 P = I²R = (0.02)²* 85 = 0.034W なので、1/8Wまたは1/10Wの抵抗で十分です。

9.3 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長 (λ_p) は、スペクトル出力が最も高い物理的な波長です。主波長 (λ_d) は、人間の目が知覚する色に対応する計算値で、放射スペクトル全体と目の感度を考慮に入れています。このブルーLEDのような単色LEDでは、これらはしばしば近い値ですが、色の仕様にはλ_dがより関連します。

9.4 袋を開封後に厳格なフロアライフがあるのはなぜですか？

SMD LEDは、プラスチック包装を通じて大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、パッケージを割ってデバイスを破壊します。フロアライフとベーキング手順は、この湿気含有量を管理します。

10. 動作原理

このLEDは半導体フォトニックデバイスです。接合電位（約3.3V）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔がInGaNチップの活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合し、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）を決定します—この場合、約468 nmの青色です。ウォータークリア樹脂封止はチップを保護し、レンズとして機能して、放出される光を指定された130度の視野角に形成します。

11. 業界動向と背景

27-21パッケージは、SMD LED市場において成熟し広く採用されているフォームファクタであり、サイズ、性能、製造可能性のバランスを取っています。業界は、超小型化のためのさらに小さなパッケージ（例：2016、1608）や、照明のための高出力パッケージに向けて引き続き推進しています。このような部品に影響を与える主要なトレンドには、ディスプレイアプリケーション向けの高色精度と一貫したビニングへの需要の増加、スマートLEDのためのオンボードICの統合、発光効率（ルーメン/ワット）と信頼性の向上への絶え間ない焦点があります。さらに、環境適合性（RoHS、ハロゲンフリー）は、差別化要因から、グローバルサプライチェーンにおけるほとんどの電子部品の基本的な要件へと移行しています。