SMD LED 42-21/BHC-AUW/1T 仕様書 - 青色 - 2.1x2.1x1.2mm - 3.3V - 20mA - 英語技術文書

製品概要

42-21/BHC-AUW/1Tは、信頼性の高い低消費電力のインジケータまたはバックライトソリューション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LEDです。この青色LEDはInGaNチップ技術を採用し、ウォータークリア樹脂で封止されており、ミニチュアサイズで一貫した性能を発揮します。主な利点は、PCB上の大幅なスペース節約、高い実装密度、自動組立プロセスへの適合性にあり、大量生産に最適です。

本コンポーネントはRoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格に完全準拠しており、環境への配慮と幅広い市場での受け入れを保証します。軽量構造と小型サイズにより、より小型で携帯性の高い機器の設計が可能になります。

技術仕様詳細解説

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、長期信頼性を確保するために定義されています。これらの定格を超えると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 逆方向電圧 (V_R): 逆電圧が印加される可能性がある場合は、保護回路の設置を推奨します。
• 連続順方向電流 (I_F): 25mA。代表的な動作条件は20mAです。
• ピーク順方向電流 (I_FP): 100mA (デューティ比 1/10 @1KHz)。パルス動作に適するが、直流(DC)には適さない。
• 電力損失 (P_d): 95mW。この制限値は電気的および熱的制約の両方を考慮している。
• Operating & Storage Temperature: -40°C ～ +85°C / -40°C ～ +90°C。この広範囲な温度帯は産業用途をサポートします。
• Electrostatic Discharge (ESD)： 150V (HBM)。取り扱い時は標準的なESD対策が必要です。
• はんだ付け温度： リフロー：260°Cで10秒；手はんだ：350°Cで3秒。熱ダメージ防止のため厳守が重要です。

2.2 電気光学特性 (T_a=25°C)

これらのパラメータは、LEDの標準試験条件（I_F=20mA）における性能を定義します。

• 光度（I_v): 450から1800 mcd（ミリカンデラ）。この広い範囲はビニングシステムによって管理されています。
• 視野角 (2θ_1/2): 30度 (典型的)。これは発光の角度広がりを定義します。
• ピーク波長 (λ_p): 468 nm（代表値）。スペクトルパワーが最大となる波長。
• 主波長 (λ_d): 464.5 ～ 476.5 nm。これは光の知覚色であり、許容差は±1nmです。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 25 nm（代表値）。最大強度の半値における発光スペクトルの幅。
• 順方向電圧 (V_F): 2.7V から 3.7V、20mA における代表値は 3.3V。
• 逆方向電流 (I_R): V_R=5V.

クリティカル・デザイン・ノート： 順方向電圧には範囲がある。電流制限抵抗は 絶対に必須である わずかな電源電圧変動による熱暴走や焼損を防止するため。抵抗値は、実際の電源電圧と予想される最大Vに基づいて計算する必要がある。_F Iを確実にするため_F が25mAを超えないようにする。

3. ビニングシステムの説明

生産における色と輝度の一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。42-21は2つの独立したビニングシステムを採用しています。

3.1 光度強度ビニング

LEDは、I=20mAにおける測定された光出力によって分類されます。_F識別のためにビンコードが印字されています。

• ビンU: 450 – 715 mcd
• Bin V: 715 – 1120 mcd
• Bin W: 1120 – 1800 mcd

許容差: ±11%

3.2 主波長ビニング

LEDは、アレイ内の色の均一性を維持するために、正確な青色の色合いによっても選別されます。

• Group A, Bin A9: 464.5 – 467.5 nm
• グループA、ビンA10： 467.5 – 470.5 nm
• グループA、ビンA11： 470.5 – 473.5 nm
• グループA、ビンA12： 473.5 – 476.5 nm

許容差：±1nm

設計上の意味合い: 輝度や色の一致が求められる用途（例：マルチLEDバックライト、ステータスバー）では、単一のビンを指定するか、サプライヤーに厳密なビニングを要求することが極めて重要です。

4. 機械的仕様およびパッケージング情報

4.1 外形寸法

このLEDはコンパクトなSMDパッケージを採用しています。主要寸法（特記ない限り公差±0.1mm）：

• パッケージサイズ：約2.1mm x 2.1mm。
• 高さ：約1.2mm。
• カソードは、パッケージ本体上の特定のマーキングで識別されます。

4.2 極性識別

正しい極性は必須です。部品本体にはカソード端子が明確に表示されています。推奨されるPCBランドパターン（フットプリント）は、リフローはんだ付け時の適切な位置合わせを確保するため、この設計を反映させるべきです。

4.3 包装仕様

LEDは自動実装用の業界標準パッケージで供給されます：

• キャリアテープ： 幅8mm、直径7インチのリールに巻装。
• リールあたりの数量： 1000個。
• 湿気感受性： 湿気吸収によるリフロー中の「ポップコーン」クラックを防止するため、乾燥剤を封入した防湿アルミ袋に梱包されています。

リールラベルには重要な情報が記載されています：製品番号（P/N）、数量（QTY）、光度ビン（CAT）、主波長ビン（HUE）、順方向電圧ランク（REF）、ロット番号（LOT No）。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

本コンポーネントは、赤外線および気相リフロープロセスに対応しています。無鉛（Pbフリー）はんだ付けプロファイルが必要です：

• ピーク温度： 260°C maximum.
• Time Above Liquidus： 推奨は30〜60秒。
• プリヒート: フラックスを活性化し、熱衝撃を最小限に抑えるための徐々の昇温。

クリティカル： 同一のLEDアセンブリに対し、リフローはんだ付けは2回を超えて実施してはならない。

5.2 手はんだ付け

手動修理が避けられない場合、細心の注意を払う必要があります：

• Iron Temperature： 350°C未満。
• 接触時間： 端子あたり3秒以下。
• アイアンパワー： 25W未満。
• 方法： 両方の端子を同時に加熱するにはダブルヘッドはんだごてを使用し、はんだ接合部への機械的ストレスを避けてください。修理後はLEDの機能を確認してください。

5.3 保管と取り扱い

• 開封前： 30°C以下、相対湿度90%以下で保管すること。
• 開封後（床寿命）： 温度30°C以下、相対湿度60%以下の環境で1年間。未使用部品は、新しい乾燥剤と共に防湿袋に再密封する必要があります。
• ベーキング： 袋がフロアライフを超えて開封された場合、または乾燥剤が飽和した場合は、リフロー前に湿気を除去するため、60±5°Cで24時間ベーキングしてください。
• はんだ付け後はPCBを曲げたり反らせたりしないでください。LEDのはんだ接合部にストレスがかかり、故障の原因となります。

6. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

6.1 代表的なアプリケーション

• 計器パネルバックライト： ダッシュボードのインジケーターとスイッチの照明。
• Telecommunication Devices: 電話機やファクシミリにおける状態表示灯およびキーパッドのバックライト。
• LCDバックライト： 小型モノクロまたはカラーLCD用のエッジライトまたはダイレクトバックライト。
• 一般的な適応症： 電源状態、モード表示、その他のユーザーインターフェース要素。

6.2 回路設計

駆動回路において最も重要な要素は、直列電流制限抵抗です。その値（R_s）はオームの法則を用いて計算できます：R_s = (V_supply - V_F) / I_F.

例： 5V電源を使用し、最大V_F すべての条件下でI=20mAにおける安全な電流を確保するために3.7Vの_F=20mA:
R_s = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65Ω。
最も近い標準値（例：68Ω）を選択し、抵抗器の定格電力を確認する必要があります：P = I²R = (0.02)² * 68 = 0.0272W。標準的な1/10W (0.1W) 抵抗器で十分な余裕があります。

6.3 熱管理

消費電力は低い（最大95mW）ですが、適切なPCBレイアウトは長寿命に寄与します。特に高温環境や最大電流付近で動作させる場合は、LEDパッド周囲に十分な銅面積を確保し、ヒートシンクとして機能させてください。

6.4 適用上の制限

この標準的な商業グレードのLEDは、故障が安全上のリスクや重大な物的損害につながる可能性のある高信頼性アプリケーション向けに特別に設計または認定されたものではありません。これには以下が含まれますが、これらに限定されません：

• Military, aerospace, or aviation safety systems.
• 自動車の安全クリティカルシステム（例：ブレーキランプ、エアバッグインジケーター）。
• 医療用生命維持または診断機器。

このような用途では、適切な自動車、軍事、または医療分野の認証を取得した部品を調達する必要があります。性能は、本文書に記載された仕様の範囲内でのみ保証されます。

7. 技術比較とポジショニング

42-21パッケージは、サイズ、性能、および製造容易性のバランスを体現しています。より大きなリードフレームLED（例：3mmまたは5mmスルーホールタイプ）と比較すると、基板占有面積と重量を大幅に削減し、現代の小型化設計を可能にします。より小さなチップスケールパッケージ（CSP）と比較すると、標準的なSMT設備による取り扱いが容易で、制御された光配光（30度視野角）のための成形レンズを備えています。その20mA駆動電流と3.3Vの典型的なV_F 単純な抵抗器を用いて、一般的な3.3Vおよび5Vのロジック電源と直接互換性を持たせることができます。

8. よくあるご質問 (FAQ)

8.1 なぜ電流制限抵抗が必須なのですか？

LEDは電流駆動デバイスです。そのV-I特性は指数関数的です。定格Vをわずかに超える電圧の増加は、_F 大きく、破壊的な可能性のある電流の増加を引き起こします。直列抵抗は電源電圧とLED電流の間に線形で予測可能な関係を提供し、安定かつ安全な動作を保証します。

8.2 マイクロコントローラのGPIOピンからこのLEDを直接駆動できますか？

可能性はありますが、注意が必要です。多くのGPIOピンは10〜25mAしか供給または吸収できません。マイクロコントローラのデータシートを確認する必要があります。許容範囲内であっても、直列抵抗は依然として必要です。GPIOを使用してトランジスタ（BJTまたはMOSFET）を制御し、それにLEDを駆動させることで、MCUをLEDの電流負荷から分離する方が、多くの場合より安全です。

8.3 「water clear」レジンとはどういう意味ですか？

それは、封入プラスチックレンズが透明であり、拡散や着色されていないことを意味します。これにより、青色InGaNチップの真の色が見え、可能な限り高い光出力と明確で狭い視野角が得られます。

8.4 リールラベルのビンコードをどのように解釈すればよいですか？

「CAT」コード（U、V、W）は輝度範囲を示します。「HUE」コード（例：A10）は主波長範囲を示します。製品内での見た目の一貫性を保つためには、同じCATおよびHUEビンに属するLEDを発注してください。「REF」コードは順方向電圧のランクを示し、精密な定電流回路設計に役立ちます。

9. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: 4つの青色ステータスLEDを備えたコンパクトなUSB給電デバイスの設計。

1. 電源: USBは5Vを供給します。
2. LED選定: 42-21/BHC-AUW/1T、中輝度用はBin V、均一な青色調用はBin A11。
3. 電流計算： 目標I_F = 18mA (マージンのため最大値よりわずかに低く設定)。最悪ケースには最大V_F = 3.7Vを使用。
   R_s = (5V - 3.7V) / 0.018A ≈ 72.2Ω。75Ωの標準抵抗を使用します。
4. LEDあたりの消費電力： P_LED = 3.3V(typ) * 0.018A ≈ 59.4mW。95mWの制限を十分に下回っています。
5. 総電流： 4個のLED * 18mA = 72mA。標準USBポートの500mA供給能力を十分に下回っています。
6. PCBレイアウト： LEDは正しい極性で配置すること。放熱のため、LEDパッドの下および周囲に小さなグランドポアを設けること。リフロープロファイルが推奨される260°Cピーク温度に合致していることを確認すること。
7. 結果： 信頼性が高く、明るさが安定した表示システムを、最小限の基板面積と消費電力で実現。

10. 動作原理と技術

このLEDは、窒化インジウムガリウム（InGaN）からなる半導体ヘテロ構造に基づいています。pn接合に順方向電圧を印加すると、電子と正孔が活性領域に注入されます。それらの再結合により、エネルギーが光子（光）として放出されます。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、発光波長（色）を定義します。この場合、青色（約468 nm）です。透明なエポキシ樹脂封止材は、半導体チップを保護し、光出力ビームを整形するレンズとして機能し（視野角30度）、機械的安定性を提供します。

11. 業界動向

42-21のようなSMD LEDの市場は、あらゆる電子機器の小型化によって引き続き牽引されています。高効率化（ワット当たりのルーメン数の増加）への絶え間ない傾向があり、これにより同じ電流でより明るい出力、または低電力で同じ明るさが可能となり、携帯機器のバッテリー寿命を延ばしています。さらに、フルカラーディスプレイや環境照明などのアプリケーションでは卓越した均一性が要求されるため、色と輝度のビニングをより厳密にする需要が高まっています。青色LEDの基盤となるInGaN技術は成熟していますが、効率と信頼性の漸進的な改善は続いています。パッケージング技術も進化しており、コンパクトな空間での高い電力密度に対応するため、さらに薄型のプロファイルや改良された熱管理材料への傾向が見られます。