SMD LED 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T データシート - 青色 - 2.0x1.25x0.8mm - 最大3.7V - 40mW - 英語技術文書

1. 製品概要

15-21/B6C-ZQ1R1N/2Tは、高密度な部品実装と信頼性の高い性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型青色LEDです。このデバイスはInGaNチップ技術を採用し、典型的なピーク波長468 nmの青色光を発します。その小型フットプリントと軽量構造は、スペースに制約のある設計にとって理想的な選択肢です。

1.1 コアアドバンテージ

このLEDの主な利点は、従来のリードフレーム型部品と比較して大幅に小型化されていることです。これにより、より小型のプリント基板（PCB）設計、より高い実装密度、保管スペースの削減が可能となり、最終的にはよりコンパクトなエンドユーザー機器の開発が実現します。標準的な自動実装およびはんだ付けプロセスとの互換性は、大量生産への適合性をさらに高めています。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

このLEDは、幅広いコンシューマー、産業用、および通信アプリケーションをターゲットとしています。典型的な使用例としては、計器パネル、スイッチ、シンボルのバックライト、電話やファクシミリなどの通信機器におけるインジケータおよびバックライト機能、LCD用のフラットバックライト、汎用インジケータアプリケーションなどが挙げられます。

2. 技術仕様と詳細な解釈

本セクションでは、デバイスの電気的、光学的、および熱的特性に関する詳細な分析を提供します。

2.1 Absolute Maximum Ratings

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。これらは通常動作を意図したものではありません。

• Reverse Voltage (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。
• 順方向電流 (IF): 20 mA。これは最大連続DC順方向電流です。
• ピーク順方向電流 (IFP): 40 mA。この定格は、1 kHz、デューティサイクル1/10のパルス条件下で適用されます。
• 電力損失 (Pd): 40 mW。これは周囲温度25°Cにおいてパッケージが放散可能な最大電力です。より高温では減額が必要です。
• 動作温度（Topr）： -40°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保存温度（Tstg）： -40°Cから+90°C。
• はんだ付け温度（Tsol）： リフローはんだ付けでは、ピーク温度260°Cを最大10秒間と規定する。手はんだ付けでは、端子ごとに、はんだごて先端温度を350°C以下で最大3秒間とする。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、順方向電流（IF）20 mA、周囲温度（Ta）25°Cの条件下で測定されており、代表的な動作条件を示しています。

• 光度（Iv）： 最小値72.0 mcdから最大値140.0 mcdの範囲で、標準的な許容差は±11%です。実際の値はビンコード（Q1, Q2, R1）によって決定されます。
• 視野角（2θ1/2）： 標準的には130度です。この広い視野角により、広範囲の照明を必要とする用途にLEDが適しています。
• ピーク波長（λp）： 一般的に468 nm。
• 主波長 (λd): 465.0 nmから475.0 nmの範囲で、許容差は±1 nm。特定のビンはX (465-470 nm) または Y (470-475 nm) としてコード化される。
• スペクトル帯域幅 (Δλ): 典型的には25 nm、ピーク強度の半値全幅 (FWHM) で測定。
• 順方向電圧 (VF): 20mA時の電圧範囲は2.70Vから3.70Vで、許容差は±0.1V。特定のビンは10（2.7-2.9V）から14（3.5-3.7V）でコード化されている。
• 逆方向電流（IR）： 逆方向電圧（VR）5V印加時の最大値は50μA。本デバイスは逆バイアス動作用に設計されていないことに注意が必要であり、このパラメータはリーク電流試験専用である。

2.3 熱特性

別表として明示されていませんが、熱マネジメントは極めて重要です。40 mWの消費電力定格と動作温度範囲が熱的限界を定義します。設計者は、適切なPCBレイアウトを確保し、必要に応じてサーミアルビアや放熱対策を行い、特に高温環境や最大電流付近で動作する場合に、接合部温度を安全限界内に維持する必要があります。

3. ビニングシステムの説明

製品は主要性能パラメータに基づいてビン分けされ、生産ロット内での一貫性を確保します。これにより、設計者は特定のアプリケーション要件を満たすLEDを選択できます。

3.1 光度ビニング

光度は3つのビンに分類されます：
- Q1: 72.0 - 90.0 mcd
- Q2: 90.0 - 112.0 mcd
- R1: 112.0 - 140.0 mcd

3.2 主波長ビニング

色（主波長）は以下の2つのビンに仕分けられます：
- X: 465.0 - 470.0 nm
- Y: 470.0 - 475.0 nm

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、電流制御回路設計を支援するために5つのビンに分類されます：
- 10： 2.7 - 2.9 V
- 11： 2.9 - 3.1 V
- 12: 3.1 - 3.3 V
- 13: 3.3 - 3.5 V
- 14: 3.5 - 3.7 V

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイス動作を示す典型的な特性曲線が複数含まれています。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-Vカーブ）

このカーブは、順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示しています。適切な電流制限抵抗を選択する上で極めて重要です。一般的に、ターンオン点を超えたわずかな電圧の増加が電流の大幅な増加につながることを示しており、電流制御の必要性を強調しています。

4.2 相対発光強度 vs. 順方向電流

このグラフは、順方向電流の増加に伴う光出力の変化を示しています。一定範囲では概ね線形ですが、熱的影響や効率効果により、高電流域では飽和します。定格最大電流付近で動作させても、輝度は比例して増加せず、デバイスの寿命を短縮します。

4.3 相対光度 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度の上昇に伴う光出力の低下率を示しています。発光強度は一般的に温度上昇とともに減少します。信頼性の高い性能を確保するためには、アプリケーション設計において熱管理を考慮する必要があります。

4.4 Spectrum Distribution

スペクトルプロットは、ピーク波長468 nmを中心とした発光プロファイルを示しており、典型的な半値全幅（FWHM）は25 nmです。この情報は色に敏感なアプリケーションにおいて極めて重要です。

4.5 放射パターン

放射ダイアグラムは光強度の空間分布を示しており、典型的な130度の視野角を確認できます。このタイプのパッケージでは、パターンは典型的にランバートまたはニアランバートです。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

15-21 SMD LEDはコンパクトなフットプリントを有する。主要寸法（単位mm、特に記載のない限り公差±0.1mm）は、ボディ長2.0 mm、幅1.25 mm、高さ0.8 mmである。詳細図面には、PCBランドパターン設計のためのパッド間隔および全体外形が規定されている。

5.2 極性識別

カソードはパッケージ上に明確に表示されている。デバイス損傷を防ぐため、実装時には正しい極性を遵守しなければならない。

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

本デバイスは、赤外線および気相リフロー工程に対応しています。鉛フリーはんだ付けプロファイルを推奨します：
プリヒート：150～200°Cで60～120秒間。
液相線温度（217°C）以上の時間：60～150秒間。
ピーク温度：最高260°C、保持時間は10秒以内。
最大昇温速度：6°C/秒、最大降温速度：3°C/秒。
Reflow solderingは2回までとする。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、先端温度が350°C以下のはんだごてを使用してください。端子ごとの接触時間は3秒を超えず、各端子のはんだ付け間隔は少なくとも2秒以上空けてください。熱衝撃を避けるため、はんだごての電力は25W以下であるべきです。

6.3 保管及び湿気感受性

LEDは乾燥剤入りの防湿バリアバッグに梱包されています。
- 使用準備が整うまでバッグを開封しないでください。
- 開封後、未使用のLEDは30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管してください。
- バッグ開封後の「フロアライフ」は168時間（7日間）です。
フロアライフを超過した場合、または乾燥剤が湿気の侵入を示した場合は、使用前に60±5°Cで24時間のベイクアウトが必要です。

7. 梱包および注文情報

7.1 梱包仕様

LEDは8mm幅のエンボス加工キャリアテープに供給され、7インチ径のリールに巻かれています。各リールには2000個が含まれます。自動フィーダー設定用に、リールおよびキャリアテープの詳細寸法が提供されています。

7.2 ラベル情報

リールラベルには、トレーサビリティと識別のための重要な情報が含まれています：Customer Product Number (CPN)、Product Number (P/N)、Packing Quantity (QTY)、およびLuminous Intensity (CAT)、Dominant Wavelength (HUE)、Forward Voltage (REF)の特定のビンコード、さらにLot Numberです。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 電流制限

クリティカル： LEDには常に外部の電流制限抵抗を直列に接続する必要があります。順方向電圧は負の温度係数と製造公差を持ちます。電圧源に直接接続すると、典型的なVFをわずかに上回るだけで、制御不能な大電流サージを引き起こし、即座に故障に至る可能性があります。

8.2 PCBレイアウト

PCBのランドパターンが推奨フットプリントと一致していることを確認してください。特に高電流または高温環境での動作時には、放熱のための十分な銅面積を確保してください。はんだ付け中およびはんだ付け後のLED本体への機械的ストレスを避けてください。

8.3 ESD対策

本デバイスのESD耐性は150V（人体モデル）です。組み立ておよび取り扱い時には、標準的なESD対策手順に従ってください。

9. 適合性および環境情報

本製品は主要な環境規制に適合しています：
- RoHS: 本製品は鉛を含まず、有害物質使用制限指令に準拠しています。
- REACH: EUの化学物質の登録、評価、認可及び制限に関する規則に準拠しています。
- ハロゲンフリー Compliant with halogen-free requirements (Bromine <900 ppm, Chlorine <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

10. よくあるご質問（FAQ）

10.1 電源投入直後にLEDが故障したのはなぜですか？

最も一般的な原因は、直列電流制限抵抗がないことです。LEDは電流駆動デバイスです。電圧源に直接接続すると、過剰な電流が流れます。電源電圧、LEDの順方向電圧（安全のため最大ビン値を使用）、および希望の動作電流に基づいて計算された抵抗を常に使用してください。

10.2 このLEDは屋外で使用できますか？

動作温度範囲は-40°Cから+85°Cであり、多くの屋外環境をカバーしています。ただし、屋外使用における主な制限は、パッケージの耐湿性と耐紫外線性であることが多く、この標準的な民生用部品ではその仕様は明記されていません。過酷な環境では、屋外用または車載用として特別に定格されたデバイスの使用をご検討ください。

10.3 ラベルのビンコードはどのように解釈すればよいですか？

ビンコード（例：ZQ1R1N）は特定の性能選別に対応しています。「Q1」は光度ビン（72-90 mcd）を示し、「R1」は内部製品コードの一部、「N」はその他の特性に関連する可能性があります。ラベルのフィールドCAT、HUE、REFは、それぞれ光度、主波長、順方向電圧のビンを明示しています。

10.4 はんだ付け後の修理/リワークは許可されていますか？

修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱するツインチップはんだごてを使用し、はんだ接合部やLED本体への機械的ストレスを避けてください。リワーク後は常にLEDの特性が劣化していないことを確認してください。

11. 設計と使用事例

11.1 ステータスインジケータパネルの設計

複数の青色状態表示灯を必要とする制御パネルを想定します。15-21 LEDを使用することで、設計者は高密度レイアウトを実現できます。5Vシステムでは、直列抵抗値を計算します。ビン14の最大VF（3.7V）と目標電流15mA（寿命延長のため最大20mA以下）を使用すると、抵抗値はR = (5V - 3.7V) / 0.015A ≈ 87オームとなります。標準的な91オームまたは100オームの抵抗が適しています。130度の広い視野角により、様々な角度から視認性が確保されます。バッグ開封後すぐにPCBをはんだ付けしない場合、組立時には湿気敏感性手順に従う必要があります。

12. 技術原理の紹介

このLEDは、窒化インジウムガリウム（InGaN）半導体チップを基盤としています。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域で再結合し、光子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、それが今度は発光波長—この場合は青色—を定義します。チップは透明樹脂レンズで封止されており、ダイを保護し、機械的安定性を提供し、出力光束を形成します。

13. 業界動向と背景

15-21パッケージは、SMD LED市場において成熟したフォームファクターです。現在の業界動向は、超小型化（例：0402、0201メートルサイズ）、高効率化（ワットあたりのルーメン向上）、色の一貫性改善（より厳密なビニング）に向けて、さらに小型のパッケージへと推進しています。また、自動車および産業用途向けに、高温・高湿度条件下での信頼性向上にも重点が置かれています。このデバイスは、実績があり、コスト効率が良く、容易に入手可能な青色光源が必要とされる用途に適しており、サイズ、性能、製造の容易さのバランスが取れています。