SMD LED 17-21 ブリリアントイエロー データシート - パッケージ 1.6x0.8x0.6mm - 電圧 1.75-2.35V - 電力 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

17-21 SMD LEDは、高密度PCBアプリケーション向けに設計された表面実装デバイスです。AlGaInP半導体技術を利用して、鮮やかな黄色光を出力します。この部品の主な利点は、1.6mm x 0.8mm x 0.6mmという極小フットプリントであり、従来のリード付きLEDと比較して回路基板上で大幅なスペース節約を可能にします。この小型化は、エンド製品の設計の小型化、部品の保管要件の低減、PCB上の実装密度の向上に直接貢献します。また、デバイスは軽量であり、重量が重要な要素となる携帯用および小型電子機器アプリケーションに理想的です。

このLEDは単色タイプに分類され、鉛フリー（Pbフリー）材料を使用して構築されています。EU RoHS指令、EU REACH規則などの主要な環境および安全規制に準拠しており、ハロゲンフリーに分類され、臭素（Br）および塩素（Cl）含有量はそれぞれ900 ppm未満、その合計は1500 ppm未満です。製品は8mmテープに包装され、直径7インチのリールに巻かれて供給されるため、標準的な自動実装機と完全に互換性があります。また、赤外線および気相リフローを含む一般的なはんだ付けプロセスに耐えるように設計されています。

2. 技術仕様と詳細な客観的解釈

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発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの値は通常動作を意図したものではありません。

• 逆電圧（VR）：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。
• 順方向電流（IF）：25mA DC。これは、信頼性の高い動作のために推奨される最大連続電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：60mA。この定格は、1kHzで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。より高い輝度の短時間の使用を可能にしますが、連続駆動には使用すべきではありません。
• 電力損失（Pd）：60mW。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です。より高い温度では減額が必要になる場合があります。
• 静電気放電（ESD）：2000V（人体モデル）。これは中程度のESD感受性を示しています。組立および取り扱い中は適切なESD取り扱い手順が不可欠です。
• 動作温度（Topr）：-40°C から +85°C。デバイスは産業用温度範囲アプリケーションに対応しています。
• 保管温度（Tstg）：-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度：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に耐えることができます。手はんだ付けの場合、はんだごて先端温度は350°Cを超えてはならず、端子ごとの接触時間は3秒以内に制限する必要があります。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、標準試験条件Ta=25°C、IF=20mAで測定されます。これらはLEDの光学的および電気的性能を定義します。

• 光度（Iv）：最小28.50 mcdから最大72.00 mcdの範囲です。代表値はこの範囲内に収まります。光度には±11%の許容差が適用されます。
• 視野角（2θ1/2）：代表値140度。この広い視野角により、広い照射または複数の角度からの視認性を必要とするアプリケーションに適しています。
• ピーク波長（λp）：代表値591 nm。これはスペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長（λd）：585.50 nmから591.50 nmの範囲です。これは、LED光の色に一致する人間の目が知覚する単一波長です。±1nmの厳しい許容差が規定されています。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：代表値15 nm。これは最大強度の半分（FWHM）での発光スペクトルの幅を定義します。
• 順方向電圧（VF）：IF=20mAで1.75Vから2.35Vの範囲です。±0.1Vの許容差があります。このパラメータは電流制限回路の設計に極めて重要です。
• 逆電流（IR）：VR=5Vで最大10 μA。データシートは、デバイスが逆動作用に設計されていないことを明示しています。この試験は特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

生産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。これにより、設計者はアプリケーションに適した特定の性能基準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（N1、N2、P1、P2）に分類されます。

• N1：28.50 - 36.00 mcd
• N2：36.00 - 45.00 mcd
• P1：45.00 - 57.00 mcd
• P2：57.00 - 72.00 mcd

3.2 主波長ビニング

色合いは、主波長を2つのグループにビニングすることで制御されます。

• D3：585.50 - 588.50 nm
• D4：588.50 - 591.50 nm

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、電源設計を支援し、類似の電気的特性を持つLEDをグループ化するためにビニングされます。

• ビン 0：1.75 - 1.95 V
• ビン 1：1.95 - 2.15 V
• ビン 2：2.15 - 2.35 V

これらのビンコードの組み合わせ（例：光度用CAT、波長用HUE、電圧用REF）は、通常、製品包装ラベルに表示され、精密な部品選択を可能にします。

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。具体的なグラフは本文には記載されていませんが、このようなLEDの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順方向電流：この曲線は、光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、通常、高電流では発熱効果により準線形の傾向を示します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：これはダイオードのI-V特性であり、指数関数的な関係を示します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：この曲線は、接合温度が上昇すると光出力が減少する熱消光効果を示しています。
• スペクトルパワー分布：ピーク波長591 nmを中心に、代表的な帯域幅15 nmで、波長全体にわたる発光強度を示すプロットです。

これらの曲線は、非標準条件（異なる電流または温度）下でのデバイスの動作を理解し、効率と寿命のために駆動回路を最適化するために不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

17-21 SMD LEDはコンパクトな長方形パッケージです。主要寸法（mm単位）は、本体長1.6、幅0.8、高さ0.6を含みます。端子パッドは信頼性の高いはんだ付けのために設計されています。パッケージにはカソード識別マークがあり、組立時の正しい向きに極めて重要です。規定されていないすべての公差は±0.1mmです。

5.2 極性識別

正しい極性はLED動作に不可欠です。パッケージにはカソード（-）端子を識別するための明確なマークが付いています。設計者は、PCBフットプリントに対応するマーカーを含め、組立プロセスが部品を正しく配置することを確認する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは、デバイスの信頼性と性能を維持するために重要です。

6.1 電流制限

外部の電流制限抵抗は必須です。LEDの指数関数的なI-V特性は、電圧のわずかな増加が大きく、破壊的な可能性のある電流の増加を引き起こすことを意味します。抵抗値は、電源電圧、LEDの順方向電圧（安全のためにビンまたはデータシートの最大値を使用）、および所望の順方向電流（連続25mAを超えない）に基づいて計算する必要があります。

6.2 保管および湿気感受性

製品は乾燥剤入りの防湿バッグに包装されています。リフロー中の湿気による損傷（"ポップコーン現象"）を防ぐために、以下の予防措置を講じる必要があります：

• 使用準備が整うまで防湿バッグを開封しないでください。
• 開封後、条件が≤30°Cかつ≤60% RHで保管された場合、168時間（7日）以内に部品を使用してください。
• 暴露時間を超えた場合、または乾燥剤が飽和を示した場合は、リフロー前に60±5°Cで24時間のベーキング処理が必要です。

6.3 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー（Pbフリー）リフロープロファイルが規定されています：

• 予熱：150-200°C、60-120秒間。
• 液相線以上時間（217°C）：60-150秒間。
• ピーク温度：最大260°C、最大10秒間保持。
• 加熱速度：255°Cまで最大6°C/秒。
• 冷却速度：最大3°C/秒。

リフローは2回を超えて実行しないでください。加熱中のパッケージへの機械的ストレスを避け、はんだ付け後のPCBの反りを防止してください。

6.4 手はんだ付けおよびリワーク

手はんだ付けが必要な場合は、先端温度≤350°C、電力≤25W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秒でなければなりません。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。リワークは強く推奨されません。やむを得ない場合は、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、シリコンダイへの熱ストレスを防止する必要があります。リワークがLED特性に及ぼす影響は事前に確認する必要があります。

7. 包装および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

LEDは、17-21パッケージに適したポケットを持つエンボスキャリアテープに供給されます。テープ幅は8mmで、標準的な直径7インチ（178mm）のリールに巻かれています。各リールには3000個が含まれます。自動フィーダーとの互換性のために、リールおよびキャリアテープの詳細な寸法がデータシートに提供されています。

7.2 ラベル情報

包装ラベルにはいくつかの主要なコードが含まれています：

• P/N：品番（例：17-21/Y2C-CN1P2B/3T）。
• QTY：包装数量（3000個/リール）。
• CAT：光度ランク（例：N1、P2）。
• HUE：色度/主波長ランク（例：D3、D4）。
• REF：順方向電圧ランク（例：0、1、2）。
• LOT No：トレーサビリティロット番号。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：自動車のダッシュボード、民生電子機器、産業用制御パネルにおけるインジケーター、シンボル、スイッチのバックライトに理想的です。
• ステータスインジケーター：通信機器（電話、ファックス）、ネットワークハードウェア、家電製品の電源、接続性、ステータスインジケーターに最適です。
• LCDフラットバックライト：アレイで使用して、小型のモノクロまたはセグメントLCDディスプレイに均一なバックライトを提供できます。
• 汎用表示：明るく信頼性が高くコンパクトな視覚的インジケーターを必要とするあらゆるアプリケーションに適しています。

8.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：常に定電流ドライバーまたは直列抵抗付きの電圧源を使用してください。抵抗値を計算する際には順方向電圧ビニングを考慮し、異なる生産ロット間で一貫した輝度を確保してください。
• 熱管理：電力は低いですが、高周囲温度または最大電流付近で動作する場合は、接合温度を管理し、光出力と寿命を維持するために、十分なPCB銅面積または熱ビアを確保してください。
• ESD保護：LEDが露出した場所（例：パネルインジケーター）にある場合は、敏感なラインにESD保護ダイオードを組み込んでください。
• 光学設計：広い140度の視野角は、より焦点を絞ったビームが必要な場合、光ガイドまたは拡散板を必要とする場合があります。最適な視認性を得るには、背景に対するコントラスト比を考慮してください。

9. 技術比較と差別化

17-21 LEDは、そのカテゴリーにおいて特定の利点を提供します：

• より大きなSMD LED（例：3528、5050）との比較：17-21は大幅に小さなフットプリントを提供し、超小型設計を可能にします。トレードオフは、一般的に最大光出力と電力処理能力が低いことです。
• リード付きLEDとの比較：スルーホール実装の必要性を排除し、完全な自動組立を可能にし、基板サイズを縮小し、曲がったリードを排除することで機械的堅牢性を向上させます。
• 他の黄色LEDとの比較：AlGaInP技術の使用は、GaP上のGaAsPなどの古い技術と比較して、黄色および琥珀色に対して通常、より高い発光効率とより良い色飽和度を提供します。
• 主要な差別化要因：非常に小さい1.6x0.8mmフットプリント、広い140度の視野角、ハロゲンフリーおよびその他の環境規制への準拠、色と強度の一貫性のための詳細なビニングの組み合わせです。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 5V電源で使用する抵抗値はいくつですか？

A: 安全のために、最大VF 2.35V（ビン2から）と目標IF 20mAを使用します：R = (電源電圧 - VF) / IF = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 オーム。最も近い標準値（例：130または150オーム）を使用してください。回路内の実際の電流を常に確認してください。

Q2: より高い輝度のためにこのLEDを30mAで駆動できますか？

A: いいえ。連続順方向電流（IF）の絶対最大定格は25mAです。30mAで動作するとこの定格を超え、信頼性と寿命が低下し、過熱による即時故障を引き起こす可能性があります。

Q3: 視野角は140度です。より焦点を絞ったビームを得るにはどうすればよいですか？

A: LEDの上に配置するレンズなどの外部光学部品を使用する必要があります。ネイティブパッケージは広いランバートパターンを放射します。

Q4: 自動光学検査（AOI）システムがカソードマークで問題を抱えています。PCB上で極性を識別する推奨方法はありますか？

A: はい。PCBフットプリントには、パッケージのカソードマークと一致するシルクスクリーンまたは銅の特徴を含める必要があります。実装機のビジョンシステムがこの非対称性を認識するようにプログラムされていることを確認してください。マークの正確な位置については、パッケージ寸法図を参照してください。

Q5: バッグを開けてから10日経過した場合、部品をベーキングする必要がありますか？

A: はい。仕様では、防湿バッグ開封後の"フロアライフ"は168時間（7日）と規定されています。10日（240時間）はこれを超えているため、湿気関連の損傷を防ぐために、LEDをリフローはんだ付けする前にベーキング処理（60±5°C、24時間）を実行する必要があります。

11. 実用的なアプリケーション事例研究

シナリオ：携帯型医療機器用のコンパクトな多状態インジケーターパネルの設計

要件：デバイスは、前面パネルの非常に限られたスペースに6つの独立したステータスインジケーター（電源、バッテリー低下、Bluetooth、エラー、モードA、モードB）を必要とします。インジケーターは、さまざまな照明条件で明確に視認可能で、消費電力を最小限に抑え、消毒剤による洗浄に耐える必要があります。

設計実装：

1. 部品選択：17-21ブリリアントイエローLEDは、その小さなサイズ（6つのLEDを間隔をあけて1列に配置可能）、良好な輝度、および異なる角度からの視認性を確保する広い視野角により、すべてのインジケーターに選択されました。
2. 回路設計：共通の3.3Vレールを使用します。代表的なVF 2.0VとIF=15mA（輝度と省電力のバランスのため）を使用して、電流制限抵抗を計算します：R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 87 オーム。均一な輝度を確保するために、各LEDに対して91オーム、1%公差の抵抗が選択されました。
3. PCBレイアウト：LEDは3mmピッチで配置されます。PCBフットプリントは、データシートで推奨されるパッドレイアウトに従って設計され、カソードパッドの隣に明確なシルクスクリーンドットがあります。はんだ付けと洗浄を簡素化するために、LED周囲の小さなグランドポアは省略されています。
4. パネル設計：前面パネルには、各LEDに合わせた直径1.2mmの開口部があります。LEDのホットスポットを和らげ、均一な照明ドットを作成するために、パネルの後ろに薄い乳白色の拡散フィルムが配置されています。
5. ソフトウェア制御：マイクロコントローラーは、内部プルアップを無効にしたオープンドレイン出力として構成されたGPIOピンを介して各LEDを駆動し、LED/抵抗ペアを通して電流をグランドにシンクします。
6. 結果：すべてのサイズ、視認性、信頼性の要件を満たす、清潔でプロフェッショナルな外観のインジケーターパネルが実現しました。部品表での一貫したビニング（CAT=P1以上、HUE=D4を指定）により、すべてのユニットが均一な色と輝度を持つことが保証されます。

12. 技術原理の紹介

17-21 LEDは、基板上に成長させたアルミニウムガリウムインジウムリン（AlGaInP）半導体材料に基づいています。ダイオードのオン電圧（約1.8V）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔がそれぞれn型層とp型層から活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアは放射再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。AlGaInP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）を定義します。ブリリアントイエローの場合、ピーク波長は約591 nmになるように設計されています。透明なエポキシ樹脂封止材は、半導体チップを保護し、光出力を形成するレンズとして機能し（140度の視野角に寄与）、蛍光体または染料を含む場合がありますが、この単色タイプでは、色純度を保つために未修飾である可能性が高いです。

13. 業界動向と発展

17-21のような超小型SMD LEDの市場は進化し続けています。この製品セグメントに影響を与える主要なトレンドには以下が含まれます：

• 効率向上：継続的な材料科学およびチップ設計の改善により、同じまたはより小さなパッケージサイズからより高い発光効率（単位電力あたりのより多くの光出力）を提供することが目指されています。
• 信頼性向上：自動車および産業アプリケーションからの要求が、高温性能、耐湿性、および寿命の改善を推進しています。
• より厳密な色ビニング：複数LEDインジケーターやバックライトアレイなど、正確な色合わせを必要とするアプリケーションは、メーカーに主波長と光度のより狭いビニング公差に向かわせています。
• 統合：複数のLEDチップ、電流制限抵抗、さらには制御ICを単一のパッケージモジュールに統合する傾向があり、エンドユーザーの回路設計を簡素化し、基板スペースを節約します。
• 環境規制対応：RoHSやREACHなどの規制はより厳格かつグローバルになり、完全な材料宣言とハロゲンフリー準拠は差別化要因ではなく標準的な期待となっています。

17-21のようなデバイスは、基本的な表示ニーズに対する成熟かつ最適化されたソリューションを表しており、将来のバージョンは、この超小型クラスではフォームファクターの根本的な変更ではなく、上記のトレンドに焦点を当てる可能性が高いです。