SMD LED 15-21/GHC-YR2U1/3T データシート - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - ブリリアントグリーン - 技術文書

1. 製品概要

15-21/GHC-YR2U1/3Tは、現代のコンパクトな電子アプリケーション向けに設計された表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。この部品は、従来のリードフレーム型LEDに比べて大幅な進歩を表し、基板スペースの利用効率とシステム全体の小型化において大きな利点を提供します。

このLEDの核心的な利点は、その極小フットプリントにあります。スルーホール部品と比較して大幅に小さいサイズにより、設計者はプリント基板（PCB）上でより高い実装密度を達成できます。これは、基板サイズの縮小、部品の保管要件の最小化、そして最終的にはより小型で軽量なエンドユーザー機器の創出に直接つながります。SMDパッケージに固有の軽量性は、重量とスペースが重要な制約となるアプリケーションに理想的な選択肢となります。

このLEDは単色タイプで、ブリリアントグリーンの光を発し、環境に優しい材料を使用して製造されています。鉛フリーであり、RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規格（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）に準拠しています。業界標準の8mmテープに巻かれた7インチ径リールで供給され、高速自動実装機との互換性を確保しています。また、標準的な赤外線および気相リフロー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. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格を理解することは、長期信頼性を確保し、致命的な故障を防ぐために極めて重要です。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値を規定します。

• 順方向電流（IF）：25 mA。これは、通常の動作条件下でLEDに印加できる最大連続DC電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：50 mA。この定格は、1 kHz、デューティ比1/10のパルス条件下で適用されます。連続電流定格を超えることは、これらの特定のパルス条件下でのみ許容されます。
• 電力損失（Pd）：95 mW。これは、周囲温度（Ta）25°Cにおいてデバイスが熱として放散できる最大電力です。この定格は、より高い周囲温度では減額されます。
• 静電気放電（ESD）：150 V（人体モデル）。組立および取り扱い中に、静電気による損傷を防ぐために適切なESD取り扱い手順に従わなければなりません。
• 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。
• 保管温度（Tstg）：-40°C から +90°C。デバイスは通電されていない状態で、この温度範囲内で保管できます。
• はんだ付け温度（Tsol）：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

電気光学特性は、指定された試験条件下（特に記載がない限りTa=25°C、IF=20mA）でのLEDの光出力と電気的挙動を定義します。これらは設計と性能検証のための主要なパラメータです。

• 光度（Iv）：最小140.0 mcdから最大565.0 mcdの範囲で、代表値は特定のビンに依存します。光度の許容差は±11%です。
• 指向角（2θ1/2）：130度（代表値）。この広い指向角は、ランバートまたは準ランバート放射パターンを示しており、広い領域の照明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）：518 nm（代表値）。これはスペクトルパワー分布が最大に達する波長です。
• 主波長（λd）：520 nmから535 nmの範囲。これは、発光色に一致する人間の目が知覚する単一波長です。許容差は±1 nmです。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：35 nm（代表値）。これは、最大強度の半分の幅で測定された発光スペクトルの幅です（半値全幅 - FWHM）。
• 順方向電圧（VF）：2.7V（最小）から3.7V（最大）の範囲で、20mA時の代表値は3.3Vです。このパラメータは、電流制限回路を設計する上で極めて重要です。
• 逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）5Vを印加した場合、最大50 μA。この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することが重要です。この試験条件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

製造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。15-21/GHC-YR2U1/3Tは二次元ビニングシステムを使用しています。

3.1 光度ビニング

光度は、6つの異なるビン（R2、S1、S2、T1、T2、U1）に分類され、各ビンはIF=20mAで測定されたミリカンデラ（mcd）単位の特定の最小・最大強度範囲を定義します。例えば、ビンU1は450.0から565.0 mcdの最高強度範囲を表し、ビンR2は140.0から180.0 mcdの最低範囲を表します。製品コードYR2U1は、主波長（Y）と光度（U1）の特定のビンを示しています。

3.2 主波長ビニング

知覚される色を定義する主波長は、3つのビン（X、Y、Z）に分類されます。ビンXは520.0-525.0 nm、ビンYは525.0-530.0 nm、ビンZは530.0-535.0 nmをカバーします。これにより、同じ波長ビンからのLEDは視覚的に色が一貫していることが保証されます。

4. 性能曲線分析

データシートは、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかの特性曲線を提供します。これらは高度な熱設計および光学設計に不可欠です。

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：この曲線は、電流と電圧の指数関数的関係を示します。動作点を決定し、適切な電流制限抵抗またはドライバを設計するために使用されます。
• 相対光度 vs. 順方向電流：このグラフは、駆動電流の増加に伴って光出力がどのように増加するかを示します。通常、準線形の関係を示し、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。
• 相対光度 vs. 周囲温度：この重要な曲線は、接合温度の上昇に伴う光出力の減額を示します。光度は通常、温度の上昇とともに減少するため、高い周囲温度で動作する設計ではこれを考慮に入れる必要があります。
• 順方向電流減額曲線：このグラフは、周囲温度の関数としての最大許容連続順方向電流を定義します。温度が上昇すると、デバイスの電力損失限界内に留まるために最大電流を低減しなければなりません。
• スペクトル分布：このプロットは、相対的な光パワーを波長の関数として示し、ピーク波長518 nmを中心に、代表的な帯域幅35 nmを持ちます。
• 放射パターン図：この極座標プロットは、光強度の空間分布を示し、130度の指向角を確認します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

このLEDはコンパクトなSMDフットプリントを持ちます。主要寸法には、本体サイズが長さ約2.0mm、幅約1.25mm、高さ0.8mmが含まれます。データシートには、パッドレイアウト、全体サイズ、およびカソードマーキングの位置を含む詳細な寸法図が提供されています。特に指定がない限り、公差は通常±0.1mmです。カソードは、PCBの正しい向きのために明確にマークされています。

5.2 包装仕様

デバイスは、保管中の周囲湿度による損傷を防ぐために防湿包装で供給されます。部品は、15-21パッケージ用にサイズ設定されたポケットを持つキャリアテープにロードされます。このキャリアテープは、標準的な7インチ径リールに巻かれます。各リールには3000個が含まれます。包装には乾燥剤が含まれ、アルミ防湿バッグ内に密封されています。バッグラベルには、品番（P/N）、数量（QTY）、光度ランク（CAT）、色度/波長ランク（HUE）、順方向電圧ランク（REF）、ロット番号（LOT No）などの重要な情報が記載されています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、信頼性にとって極めて重要です。主な注意事項は以下の通りです：

• 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、わずかな電圧変化が大きな電流サージを引き起こし、即座に故障につながる可能性があることを意味します。
• 湿気感受性：デバイスは防湿バッグに包装されています。一度開封したら、LEDは条件≤30°Cかつ≤60% RHで保管した場合、168時間（7日）以内に使用する必要があります。未使用部品は乾燥剤とともに再びバッグに入れる必要があります。暴露時間を超えた場合、または乾燥剤インジケータが変色した場合は、リフローはんだ付けの前に60±5°Cで24時間のベーキング（乾燥）が必要です。
• 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。主要パラメータには、150-200°C間の60-120秒の予熱段階、液相線以上（217°C）の時間60-150秒、およびピーク温度260°Cを最大10秒間超えないことが含まれます。最大加熱速度は6°C/秒、最大冷却速度は3°C/秒です。リフローは2回を超えて実行しないでください。
• 手はんだ付け：手動修理が必要な場合は、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秒未満でなければならず、機械的ストレスを避けるために取り外しには両頭はんだごての使用が推奨されます。はんだごての電力は25W以下であるべきです。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

ブリリアントグリーンの色とコンパクトサイズにより、このLEDは様々なアプリケーションに適しています：

• 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シンボル、スイッチ、インジケータのバックライトに最適です。
• 通信機器：電話機、ファクシミリ、ネットワークハードウェアの状態表示灯およびキーパッドバックライトとして使用されます。
• LCDフラットバックライト：アレイとして使用し、小型モノクロまたはカラーLCDディスプレイのエッジライティングまたはダイレクト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、コンパクトな状態表示灯を必要とするあらゆるアプリケーション。

7.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：電力損失は低いですが、低い接合温度を維持することは、光出力と寿命を最大化するための鍵です。高い周囲温度または高い駆動電流で動作する場合は、十分なPCBの銅面積または熱ビアを確保してください。
• 電流駆動回路：常に定電流源または直列電流制限抵抗を備えた電圧源を使用してください。抵抗値は、電源電圧（Vs）、LEDの順方向電圧（VF、安全のために最大値を使用）、および所望の順方向電流（IF）に基づいて計算します：R = (Vs - VF) / IF。
• 光学設計：広い130度の指向角は、広範囲の照明を提供します。集光した光が必要な場合は、外部レンズまたは光ガイドが必要になる場合があります。

8. 技術比較と差別化

15-21 SMD LEDの主な差別化点は、非常に小さなフォームファクタ（2.0x1.25mm）と比較的高い光度（U1ビンで最大565 mcd）の組み合わせにあります。より大きなSMD LED（例：3528、5050）と比較して、大幅な基板スペースを節約します。さらに小さなチップスケールパッケージと比較して、はんだ付け可能な端子を持つ明確なパッケージにより、取り扱いとはんだ付けが容易です。ブリリアントグリーンにInGaN技術を使用することで、従来技術と比較して高い効率と優れた色飽和度を提供します。厳格な環境規格（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への準拠により、厳しい規制要件を持つグローバル市場に適しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源で使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

A: VFの最大値3.7Vと目標IF 20mAを使用します：R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65オーム。電流が20mAを超えないようにするために、68オームなどの次に高い標準値を使用してください。

Q: より高い輝度を得るために、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25 mAです。この定格を超えると、デバイスに即時または長期的な損傷のリスクがあります。より高い輝度が必要な場合は、より高い光度ビン（例：T2またはU1）のLEDを選択してください。

Q: バッグを開封してから10日経ちました。まだLEDを使用できますか？

A: リフローはんだ付けには直接使用できません。まず、吸収された湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象による損傷を防ぐために、60±5°Cで24時間のベーキング（乾燥）を実行する必要があります。

Q: カソードをどのように識別しますか？

A: パッケージには、寸法図に示されているように明確なカソードマークがあります。PCBフットプリントでは、カソードパッドは通常、シルクスクリーンで示されています。

10. 実践的な設計と使用事例

事例：マルチインジケータ状態パネルの設計

設計者は、12個の状態表示灯を持つコンパクトな制御パネルを作成しています。スペースは非常に限られています。15-21 LEDを選択することで、0.1インチ（2.54mm）グリッド上に表示灯を配置できます。高い視認性のためにU1輝度ビンを選択します。共通の5Vラインを持つPCBを設計します。各LEDに対して、直列に68オームの0603抵抗を配置します。はんだ付けを容易にするためにカソードパッド上にサーマルリリーフ接続を作成しますが、放熱のためのしっかりとしたグランドプレーン接続を確保します。組立中は、湿気取り扱い手順に従い、指定されたリフロープロファイルを使用します。その結果、すべてのサイズと性能要件を満たす、明るく信頼性が高く高密度に実装された表示パネルが得られます。

11. 技術原理の紹介

このLEDは、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体技術に基づいています。p-n接合に順方向電圧が印加されると、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、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。活性層中の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、これが直接発光の波長（色）を定義します—この場合、約518 nmのブリリアントグリーンです。透明樹脂封止材は半導体ダイを保護し、一次レンズとして機能し、130度の発光パターンを形成するのに役立ちます。SMDパッケージは、機械的保護、電気的接続、およびダイからPCBへの熱経路を提供します。

12. 技術トレンドと開発動向

15-21のようなSMD LEDのトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン数の向上）、より厳密なビニングによる色の一貫性の向上、および信頼性の向上に向かって続いています。また、光学性能を維持または向上させながら、さらに小さなパッケージサイズ（例：チップスケールパッケージ）への推進もあります。InGaN技術の広範な採用により、歴史的に赤色LEDよりも製造が困難であった高輝度の緑色および青色LEDが可能になりました。将来の開発には、パッケージ内に統合されたドライバや制御回路、高温での効率をさらに向上させ動作寿命を延ばすための材料の進歩が含まれる可能性があります。環境適合性と持続可能な製造プロセスへの重点も、業界全体で持続的かつ成長しているトレンドです。