SMD LED 17-215/BHC-BP2Q2M/3T ブルーチップ データシート - 2.0x1.25x0.8mm - 3.35V 標準 - 20mA - 75mW - 英語技術文書

製品概要

17-215/BHC-BP2Q2M/3Tは、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを用いて青色光を発する表面実装型（SMD）発光ダイオード（LED）です。この部品は、現代の自動化された電子機器製造プロセス向けに設計されており、従来のリードフレーム型LEDと比較してコンパクトな占有面積により、より高い基板実装密度と最終機器の小型化を実現します。

1.1 中核的優位性と製品ポジショニング

このLEDの主な利点は、そのSMDパッケージに由来します。大幅に小型化されたサイズにより、プリント回路基板（PCB）の占有面積の削減、保管スペースの低減が可能となり、最終的にはより小型で軽量な電子機器の開発に貢献します。パッケージの軽量性は、特に小型・携帯型アプリケーションに適しています。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おり、現代の環境規制および製造基準に準拠しています。

1.2 コンプライアンスおよび環境仕様

この部品は、いくつかの主要な業界標準に準拠しています。Pbフリー（鉛フリー）製品として製造されています。使用材料はEU REACH規則に準拠しています。さらに、ハロゲンフリー要件を満たしており、臭素（Br）および塩素（Cl）含有量はそれぞれ900 ppm未満、それらの合計は1500 ppm未満です。本製品は、RoHS（有害物質の使用制限）指令の仕様内に収まるように設計されています。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

以下のセクションでは、データシートに定義されているデバイスの電気的、光学的、および熱的特性について、詳細かつ客観的な分析を提供します。特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

2.1 Absolute Maximum Ratings

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。

• 逆方向電圧 (VR): 5 V。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 (IF): 20 mA。これは信頼性の高い動作のために推奨される最大直流電流です。
• ピーク順方向電流 (IFP): 100 mA。これはパルス条件下（デューティサイクル1/10、1 kHz）でのみ許容され、DC設計には使用してはならない。
• 電力損失 (Pd): 75 mW。これはパッケージが放散可能な最大電力であり、順方向電圧 (VF) × 順方向電流 (IF) として計算される。
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）： 150 V。これはESDに対して中程度の感度を示しており、適切な取り扱い手順が必要です。
• 動作温度（Topr）： -40°Cから+85°C。この周囲温度範囲内でデバイスは機能します。
• 保管温度 (Tstg): -40°Cから+90°C。
• はんだ付け温度: 本デバイスは、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

これらは通常動作条件（IF=20mA）における代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）： 57.00 mcdから112.00 mcdの範囲。具体的な値はビニングプロセスにより決定されます（セクション3参照）。
• 指向角（2θ1/2）： 130度（代表値）。これは、0度（光軸上）で測定したピーク光度の半分の光度となる角度幅を定義します。
• ピーク波長 (λp): 468 nm（代表値）。これは、分光パワー分布が最大となる波長です。
• 主波長 (λd): 467.50 nmから473.50 nmの範囲。これは、LEDの出力色に一致すると人間の目が知覚する単一波長であり、ビニングの対象にもなります。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 25 nm（典型値）。これは発光スペクトルの半値全幅（FWHM）です。
• 順方向電圧（VF）： 20mA時で2.75 Vから3.95 Vの範囲にあり、典型値は約3.35Vです。このパラメータはビニングされています（セクション3を参照）。
• 逆方向電流（IR）： 逆方向電圧5V印加時に最大50μA。データシートは、本デバイスが逆方向動作用に設計されていないことを明記しており、このパラメータは試験目的のみである。

許容差に関する重要注意: データシートは製造許容差を規定：光度（±11%）、主波長（±1nm）、順方向電圧（±0.1V）。厳密なパラメータ制御を要する設計ではこれらを考慮する必要がある。

3. ビニングシステムの説明

半導体製造における自然なばらつきを管理するため、LEDは性能ビンに分別されます。これにより、同一製造ロット内での一貫性が確保されます。17-215では、3つの独立したビニング基準が用いられています。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mA時の光出力に基づき、以下の3つのビンに分類されます：
P2: 57.00 - 72.00 mcd
Q1: 72.00 - 90.00 mcd
Q2: 90.00 - 112.00 mcd

3.2 主波長ビニング

色（青の色調）は、二つの波長ビンに選別することで制御される：
A10: 467.50 - 470.50 nm
A11: 470.50 - 473.50 nm

3.3 順方向電圧ビニング

定電流回路設計を支援するため、LEDは20mA時の順方向電圧降下でビニングされます：
5: 2.75 - 3.05 V
6: 3.05 - 3.35 V
7: 3.35 - 3.65 V
8: 3.65 - 3.95 V

特定製品コード 17-215/BHC-BP2Q2M/3Tは、特定のユニットに対するビニングの組み合わせを示します（例：BはBlue、P2/Q2は強度、Mは波長など、ラベルの説明に従います）。

4. 性能曲線分析

データシートでは5ページに典型的な電気光学特性曲線が言及されていますが、具体的なグラフは本文中には提供されていません。通常、このような曲線には以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順方向電流 (I-I カーブ): 光出力が電流の増加とともに、典型的には非線形で増大し、最終的に飽和する様子を示す。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流 (V-I カーブ): ダイオードの指数関数的関係を示し、電流制限回路設計に不可欠です。
• 相対発光強度対周囲温度： 接合温度の上昇に伴う光出力の低下を示し、熱管理における重要な考慮事項です。
• Spectral Power Distribution： 468nmピークを中心に約25nmの帯域幅を持つ、各波長で発せられる光の強度を示すグラフ。

設計者は、非標準条件（異なる電流、温度）下での性能をモデル化するために、これらの曲線に関するグラフィカルデータシートを参照すべきです。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

このLEDはコンパクトな長方形のSMDパッケージを採用しています。主要寸法（単位mm、特に指定がない限り公差±0.1mm）は以下の通りです：
- 全長：2.0 mm
- 総幅: 1.25 mm
- 総高さ: 0.8 mm
- リード（端子）の寸法と間隔は、標準的な0603（インペリアル）または類似のフットプリント互換性のために定義されています。カソードは通常、パッケージ上のマーカーで識別されます。

5.2 極性識別

正しい極性が不可欠です。パッケージにはカソード端子を示す視覚的インジケータ（切り欠き、ドット、ベベル加工されたコーナーなど）が含まれています。PCBフットプリント設計はこの向きと一致させる必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

これらのガイドラインを遵守することは、信頼性の確保および実装時の損傷防止に極めて重要です。

6.1 リフローはんだ付けプロファイル (鉛フリー)

推奨される温度プロファイルは極めて重要です：
- プリヒート： 150-200°Cで60-120秒間。
- Time Above Liquidus (217°C)： 60-150秒間。
- ピーク温度： 最大260°C。
- ピーク温度±5°C以内の時間： 最大10秒。
- 加熱速度： 最大3°C/秒。
- 冷却速度： 最大6°C/秒。
制限： リフローはんだ付けは2回までとする。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが避けられない場合：
- Iron tip temperature: < 350°C.
- 端子ごとの接触時間：≤ 3秒。
はんだごての電力：25W以下。
各端子のはんだ付け間隔は、最低2秒以上空けること。
手はんだ付けは熱ダメージのリスクが高い。

6.3 保管および湿気感受性

LEDは防湿バリアバッグに乾燥剤と共に梱包されています。
1. 使用準備が整うまでバッグを開封しないでください。
2. 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。
3. 開封後の「フロアライフ」は168時間（7日間）です。
4. これを超えた場合、または乾燥剤インジケータの色が変化した場合は、ベークアウト（60±5°C、24時間）が必要です。

6.4 使用上の注意事項

• 電流制限： 外部の電流制限抵抗は 必須. LEDの指数関数的なV-I特性により、わずかな電圧変化が大きな電流変化を引き起こし、抵抗がないと即座に焼損する。
• ストレス回避: はんだ付け時にはパッケージに機械的ストレスをかけず、実装後はPCBを反らせないでください。
• 修理： 推奨しません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱して部品を持ち上げ、パッド損傷を避けるためにツイン先端はんだごてを使用してください。修理後はデバイスの機能を確認してください。

7. 梱包および注文情報

7.1 テープ・アンド・リール仕様

部品は、直径7インチのリールに巻かれた業界標準のエンボス加工キャリアテープで供給されます。
- テープ幅： 8 mm。
- リールあたりのポケット数： 3000個。
詳細なリール、キャリアテープ、およびカバーテープの寸法は、データシートの図面に記載されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、トレーサビリティと検証のための重要な情報が含まれています：
- CPN: 顧客部品番号。
- P/N: メーカー部品番号（例：17-215/BHC-BP2Q2M/3T）。
- 数量: 梱包数量。
- CAT: 光度階調（例：P2、Q1、Q2）。
- 色相： 色度/主波長階調（例：A10、A11）。
- REF： 順方向電圧ランク（例：5、6、7、8）。
- 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と設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト： 計器盤ダッシュボード、メンブレンスイッチ、およびキーパッド用。
• Telecommunication Equipment: 電話機、ファクシミリ、およびネットワーク機器用の状態表示灯とバックライト。
• LCDディスプレイ： 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。
• 汎用表示： 民生用・産業用電子機器における電源状態、動作モード表示、その他の視覚的表示信号。

8.2 回路設計上の考慮事項

1. カレントドライブ： 常に直列抵抗を使用してください。抵抗値の計算式は R = (電源電圧 - VF) / IF です。最悪ケースの電流計算にはビン内の最大VF（例：3.95V）を使用し、IFが20mAを超えないようにしてください。
2. 熱管理： While power dissipation is low, ensure adequate PCB copper or ventilation if operating at high ambient temperatures (>70°C) to maintain light output and longevity.
3. ESD保護： LEDがユーザーが触れる可能性がある場合、入力ラインにESD保護を実装し、組立時にはESD安全な取り扱い手順に従ってください。

8.3 アプリケーション制限

データシートには重要な免責事項が含まれています。本製品は一般的な商業および産業用途を目的としています。 いいえ 故障が重大な結果を招く可能性のある高信頼性用途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：
- 軍事、航空宇宙、または航空システム。
- 自動車の安全性またはセキュリティシステム（例：ブレーキランプ、エアバッグインジケーター）。
生命維持または重要医療機器。
このような用途では、適切な認定と信頼性データを有する部品を調達する必要があります。

9. 技術的比較と差別化

While a direct comparison requires specific competitor data, key differentiators of this LED platform can be inferred:\p>

• vs. 大型SMD LED（例：3528、5050）： 17-215の主な利点は、最小限の占有面積（約0603サイズ）であり、これによりインジケータやバックライトポイントの最高密度実装が可能となる。
• vs. スルーホールLED： 手動はんだ付けやリード曲げストレスを排除することで、大幅なスペース節約、自動ピックアンドプレースとの互換性、および信頼性の向上を実現します。
• 非ビンニングLEDとの比較： 3方向ビンニング（強度、波長、電圧）により、設計者は予測可能で一貫した性能を得られ、均一な外観や並列アレイでの正確な電流マッチングが求められる用途に不可欠です。
• Compliance: RoHS、REACH、ハロゲンフリー対応は標準的な要件ですが、依然として重要な市場要求です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 輝度を上げるために、このLEDを30mAで駆動できますか？
A: いいえ。連続順電流(IF)の絶対最大定格は20mAです。この定格を超えると信頼性が損なわれ、即時または早期の故障を引き起こす可能性があります。100mAのピーク定格は、ごく短いパルス専用です。

Q2: 順方向電圧の範囲が広い(2.75-3.95V)ですが、回路はどのように設計すればよいですか？
A: 最悪ケース（最高）のVFを想定して設計する必要があります。これにより、すべてのユニットにおいて電流制限抵抗が適切な電流制御を提供します。抵抗計算に最大VF（3.95V）を使用すれば、実際のVFが低い場合でも、どのLEDも20mAの制限を超えることはありません。

Q3: このLEDを2回以上はんだ付けするとどうなりますか？
A: データシートには、リフローは2回を超えて行うべきではないと明記されています。追加の熱サイクルは、内部ワイヤーボンドにストレスを与え、エポキシレンズを劣化させ、あるいはパッケージの剥離を引き起こし、信頼性の低下や致命的な故障につながる可能性があります。

Q4: LEDの動作温度定格は-40°Cから+85°Cです。90°Cでも動作しますか？
A: 動作温度は定格であり、性能保証値ではありません。90°Cで直ちに故障するわけではありませんが、光束は大幅に低下し、寿命は著しく短縮され、動作は保証されません。LEDの周囲環境が定格範囲内に収まるようにシステムを設計してください。

11. 実践的な設計と使用事例

シナリオ：10個の均一な青色LEDを使用した状態表示パネルの設計。
1. Binning Selection: 視覚的な均一性を確保するため、光度（例：全Q2: 90-112 mcd）および主波長（例：全A10: 467.5-470.5 nm）の両方に対して厳密なビンを指定してください。これは特別注文の要件となる場合があります。
2. 回路設計： 5V電源とビン8からの最悪ケースVF 3.95Vを使用。必要な抵抗R = (5V - 3.95V) / 0.020A = 52.5Ω。最も近い標準値（例：56Ω）を使用。典型的なVF 3.35Vでの実際の電流を再計算: I = (5V - 3.35V) / 56 = 29.5mA。これは20mA定格を超過！したがって、最大可能電流を計算するには最小VF（2.75V）を使用する必要がある: I_max = (5V - 2.75V) / 56 = 40.2mA。これは危険である。解決策はより大きな抵抗を使用すること。マージンを考慮して15mAを目標: R = (5V - 2.75V) / 0.015A ≈ 150Ω。これにより、電流は10mA（VF=3.95Vの場合）から15mA（VF=2.75Vの場合）の間に収まり、全てのビンで20mA制限を安全に下回る。
3. レイアウト： LEDは向きを統一して配置すること。必要に応じて小さなサーマルリリーフパッドを設けるが、良好な半田フィレットを確保すること。
4. アセンブリ: リフロー・プロファイルを厳密に遵守してください。開封したリールは7日以内に使用しない場合はドライキャビネットに保管してください。

12. 動作原理の紹介

このLEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。活性領域はInGaNで構成されています。ダイオードのオン閾値を超える順方向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。これらの電荷キャリアが再結合する際、エネルギーを光子（光）として放出します。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、それが直接発光の波長（色）を決定します。この場合、青色（約468 nm）です。エポキシ樹脂パッケージは、半導体チップを保護し、光出力ビームを形成し（130度の視野角）、はんだ付けのための機械的構造を提供します。

13. 技術トレンドとコンテキスト

17-215 LEDは、SMD LED技術の成熟段階を表しています。この分野の主な動向は以下の通りです：
- 効率の向上： エピタキシャル成長技術の継続的な開発は、ワット当たりのルーメン数（効率）を向上させ、所定の光束出力に対する電力消費を削減することを目指しています。
- 小型化： より小型のパッケージ（例：0402、0201インペリアルサイズ）への追求は、高密度照明アレイの実現と、さらに小型のデバイスへの統合を可能にし続けています。
- 色の一貫性の向上： ビニングアルゴリズムとウェハーレベル製造管理の進歩により、パラメータ分布がより狭まり、高コストな厳密ビニング選別の必要性が低減されます。
- 信頼性の向上： より頑丈なパッケージ材料、ダイボンド方法、および蛍光体（白色LED向け）に関する研究は、特に高温高湿条件下での動作寿命延長に焦点を当てている。
- スマートインテグレーション： より広範なトレンドとして、制御回路（定電流ドライバ、アドレス指定機能など）をパッケージレベルでLEDチップと直接統合する動きがあるが、これは小型インジケータよりもパワーLEDでより一般的である。

このコンポーネントは、確立された製造プロセスを活用し、基本的なインジケータやバックライト用途に対する信頼性が高く、コスト効率に優れた標準化ソリューションとして位置づけられる。