SMD LED 11-21/R6C-AR2S2B/2T データシート - ブリリアントレッド - 2.0x1.25x0.8mm - 最大2.35V - 60mW - 技術文書

1. 製品概要

11-21 SMD LEDは、インジケータおよびバックライト用途向けに設計されたコンパクトな表面実装デバイスです。AlGaInPチップを採用し、鮮やかな赤色光を出力します。その主な利点は、極小の占有面積にあり、これによりPCB上の実装密度の向上、保管スペースの削減が可能となり、最終的にはより小型のエンドユーザー機器の設計に貢献します。本コンポーネントは軽量であり、特にスペースに制約のあるポータブルアプリケーションに適しています。

主な製品ポジショニングは、民生電子機器、通信機器、自動車内装における信頼性が高くコスト効率の良いインジケータとしての使用です。その中核的な利点は、小型サイズ、自動組立プロセスとの互換性、RoHS、REACH、ハロゲンフリー要件を含む現代の環境規制への準拠です。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、周囲温度Ta=25°Cの条件下で定義されます。これらの定格を超えると、永久破損を引き起こす可能性があります。

• 逆電圧 (VR):5V。逆バイアスでこの値を超える電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 連続順電流 (IF):25 mA。これは、信頼性の高い長期動作のために推奨される最大DC電流です。
• ピーク順電流 (IFP):60 mA。このパルス電流（1kHz、1/10デューティサイクル）は短時間耐えることができますが、連続使用はできません。
• 電力損失 (Pd):60 mW。これは、熱的限界を超えることなくパッケージが放散できる最大電力です。
• 静電気放電 (ESD):人体モデル (HBM) 2000V。この定格は中程度のESD耐性を示していますが、適切な取り扱い手順は依然として不可欠です。
• 温度範囲:動作温度: -40°C ～ +85°C；保管温度: -40°C ～ +90°C。この広い範囲は、多くの産業用および自動車環境に適合します。
• はんだ付け温度:リフローはんだ付けでは260°Cで10秒間、手はんだ付けでは端子あたり350°Cで3秒間まで耐えます。

2.2 電気光学特性

特に断りのない限り、代表的な性能は周囲温度Ta=25°C、駆動電流IF=20mAで測定されます。

• 光度 (Iv):最小140.0 mcdから最大285.0 mcdの範囲です。代表値はこの範囲内にあり、具体的な値はビニングコード（R2、S1、S2）によって決定されます。
• 指向角 (2θ1/2):代表的な60度の角度で、光度がピーク強度の少なくとも半分である円錐を定義します。
• ピーク波長 (λp):代表値632 nmで、スペクトル放射が最も強い波長を示します。
• 主波長 (λd):617.5 nm から 633.5 nm の範囲です。これは人間の目が知覚するLEDの色の単一波長であり、ビニング（E4-E7）の対象でもあります。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):代表値20 nmで、最大強度の半値全幅（FWHM）で測定されます。
• 順電圧 (VF):20mA時で1.75Vから2.35Vの範囲です。より低いVFビン（0、1、2）は、特にバッテリー駆動デバイスにおいて、より効率的なシステム設計を可能にします。
• 逆電流 (IR):5Vの逆バイアスを印加した場合、最大10 μAです。

3. ビニングシステムの説明

生産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。

3.1 光度ビニング

IF=20mA時の光度に対して、3つのビンが定義されています:

• R2:140 mcd (最小) ～ 180 mcd (最大)
• S1:180 mcd (最小) ～ 225 mcd (最大)
• S2:225 mcd (最小) ～ 285 mcd (最大)

各ビン内には±11%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

IF=20mA時の主波長に対して、4つのビンが定義されています:

• E4:617.5 nm (最小) ～ 621.5 nm (最大)
• E5:621.5 nm (最小) ～ 625.5 nm (最大)
• E6:625.5 nm (最小) ～ 629.5 nm (最大)
• E7:629.5 nm (最小) ～ 633.5 nm (最大)

各ビン内には±1nmの許容差が適用されます。

3.3 順電圧ビニング

IF=20mA時の順電圧に対して、3つのビンが定義されています:

• 0:1.75 V (最小) ～ 1.95 V (最大)
• 1:1.95 V (最小) ～ 2.15 V (最大)
• 2:2.15 V (最小) ～ 2.35 V (最大)

各ビン内には±0.1Vの許容差が適用されます。

型番 11-21/R6C-AR2S2B/2T にはこれらのビンコードが組み込まれており、アプリケーション要件に応じた精密な選択が可能です。

4. 性能曲線分析

具体的なグラフは提供テキストに詳細はありませんが、このタイプのLEDの代表的な曲線には以下が含まれます:

• 相対光度 vs. 順電流 (I-I 曲線):低電流域ではほぼ線形の関係を示し、高電流域では熱および効率低下により飽和します。
• 順電圧 vs. 順電流 (V-I 曲線):ダイオードに特徴的な指数関数的関係を示します。この曲線は温度によってシフトします。
• 相対光度 vs. 周囲温度:接合温度が上昇すると、光度出力は一般的に減少します。この減少率は熱管理の重要なパラメータです。
• スペクトル分布:波長全体にわたる発光強度を示すプロットで、632 nmのピークを中心に約20 nmのFWHMを持ちます。

設計者は、非標準条件（異なる駆動電流や温度）下での動作を理解するために、これらの曲線を参照すべきです。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

11-21パッケージは非常にコンパクトなフォームファクタです。主要寸法（代表値、±0.1mmの許容差）は以下の通りです:

• 長さ: 2.0 mm
• 幅: 1.25 mm
• 高さ: 0.8 mm

詳細な機械図面には、適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するための、パッドレイアウト、部品外形、および推奨PCBランドパターンが規定されています。

5.2 極性識別

カソードは通常、ノッチ、緑色のマーキング、または部品下面の異なるパッドサイズなどでマークされています。回路機能のためには正しい向きが重要です。

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

無鉛（Pbフリー）リフロープロファイルが推奨されます:

• 予熱:150–200°Cで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、10秒以内。
• 加熱速度:最大6°C/秒。
• 255°C以上時間:最大30秒。
• 冷却速度:最大3°C/秒。

リフローは2回を超えて行わないでください。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合:

• 先端温度 < 350°C のはんだごてを使用してください。
• 端子あたりの接触時間を ≤ 3秒に制限してください。
• 定格電力 ≤ 25W のごてを使用してください。
• 各端子のはんだ付けの間には、最低2秒の間隔を空け、熱衝撃を防止してください。

6.3 保管および湿気感受性

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。

• 開封前:温度 ≤ 30°C、相対湿度 (RH) ≤ 90% で保管してください。
• 開封後:"フロアライフ"は、温度 ≤ 30°C、相対湿度 ≤ 60% で1年です。未使用部品は再密封してください。
• ベーキング:乾燥剤が吸湿を示した場合、または保管時間を超えた場合は、使用前に60 ±5°Cで24時間ベーキングしてください。

7. 梱包および発注情報

7.1 標準梱包

製品は、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（178mm）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。

7.2 ラベル説明

梱包ラベルには、いくつかの主要なコードが含まれます:

• CPN:顧客製品番号（オプション）。
• P/N:メーカーの完全な型番（例: 11-21/R6C-AR2S2B/2T）。
• QTY:リール上のLEDの数量。
• CAT:光度ビンコード（例: S2）。
• HUE:色度/主波長ビンコード（例: E6）。
• REF:順電圧ビンコード（例: 1）。
• LOT No:トレーサブルな製造ロット番号。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 自動車内装:ダッシュボード計器、スイッチ、制御パネルのバックライト。
• 通信機器:電話機やファクシミリの状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• 民生電子機器:小型LCD用フラットバックライト、スイッチ照明、シンボルインジケータ。
• 汎用表示:多種多様な電子機器における電源状態、モード表示、警告信号。

8.2 重要な設計上の考慮事項

• 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V-I特性は、わずかな電圧上昇が大きな電流サージを引き起こし、即座に故障に至ることを意味します。
• 熱管理:特に最大電流付近または高温環境で動作する場合、PCBレイアウトが十分な放熱を提供することを確認してください。
• ESD保護:2000V HBM定格があるにもかかわらず、入力ラインにESD保護を実装し、組立中の適切な取り扱いを徹底してください。
• 波形の考慮:PWM調光の場合、駆動回路が指定されたデューティサイクルと周波数制限内でピーク電流（IFP）を扱えることを確認してください。

9. 技術比較および差別化

従来のスルーホールLEDパッケージ（例: 3mmや5mm）と比較して、11-21 SMD LEDは以下のような大きな利点を提供します:

• サイズと密度:大幅に小さな占有面積により、小型化が可能です。
• 組立コスト:高速ピックアンドプレースマシンおよびリフローはんだ付けと完全に互換性があり、手挿入に比べて組立時間とコストを削減します。
• 性能:はんだパッドを介してPCBへのより良い熱経路を提供することが多く、温度に対するより安定した性能を提供する可能性があります。
• 信頼性:表面実装構造により、リード曲げ応力がなくなり、耐振動性が向上する可能性があります。

他のSMD LED（例: 0402、0603）と比較して、11-21パッケージは、より大きなチップキャビティにより高い光出力を提供する可能性があり、依然としてコンパクトなフォーマットでわずかに高い明るさが必要な場合の良い選択肢となります。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: このLEDと一緒に使用すべき抵抗値は？

A: オームの法則を使用します: R = (電源電圧 - VF) / IF。5V電源、代表的なVF 2.0V、希望するIF 20mAの場合: R = (5 - 2.0) / 0.02 = 150 Ω。最も近い標準値（例: 150Ω または 160Ω）を選択し、抵抗の電力定格が十分であることを確認してください（P = I²R）。

Q: 定電流源なしでこのLEDを駆動できますか？

A: はい、上記のように、ほとんどのインジケータ用途では単純な直列抵抗で十分です。定電流ドライバは、精密な明るさ制御が必要なアプリケーションや広い電圧範囲で動作するアプリケーションに有益です。

Q: 型番 11-21/R6C-AR2S2B/2T をどのように解釈すればよいですか？

A: 正確なデコードは独自のものですが、一般的に次のパターンに従います: "11-21"はパッケージコードです。"R6C"はおそらくチップ技術/色（ブリリアントレッド）を示します。"AR2S2B"と"2T"は、データシートで定義されているように、強度、波長、電圧のビンコードで、S2、E6/E7、および2ビン（または類似）に対応します。

Q: このLEDは屋外使用に適していますか？

A: 動作温度範囲（-40°C ～ +85°C）は、多くの屋外条件に耐えられることを示唆しています。ただし、直射日光、紫外線暴露、過酷な天候下での寿命は、規定されていない封止樹脂の耐久性に依存します。重要な屋外用途の場合は、メーカーに信頼性データを問い合わせてください。

11. 実践的な設計ケーススタディ

シナリオ:3.3Vバッテリーで駆動される携帯型医療機器用の低消費電力状態インジケータを設計する。

選択:小型サイズと低消費電力のため、11-21 LEDが選択されます。

設計ステップ:

1. 電流選択:バッテリー寿命を最大化するため、20mAではなく10mAの駆動電流が選択されます。データシートの性能曲線（利用可能な場合）は、10mAでの相対強度を示します。
2. 抵抗計算:最悪ケース設計のために、保守的なVF 2.2V（ビン2の最大値から）を使用: R = (3.3V - 2.2V) / 0.01A = 110 Ω。
3. 電力チェック:抵抗の電力損失: P = (0.01A)² * 110Ω = 0.011W。標準の1/16Wまたは1/10W抵抗で十分です。
4. PCBレイアウト:データシートの推奨ランドパターンを使用します。LEDパッドには、はんだ付けを容易にしつつ良好な熱経路を提供するために、サーマルリリーフ接続が追加されます。
5. ソフトウェアの考慮:LEDを駆動するマイクロコントローラのGPIOピンは、抵抗をVCCに接続したオープンドレイン出力として設定され、ピンをLowにすることでLEDを点灯できるようにします。

このアプローチにより、信頼性の高い動作、長いバッテリー寿命、および製造の容易さが確保されます。

12. 動作原理

LEDは、半導体PN接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。このデバイスはAlGaInP（アルミニウムガリウムインジウムリン）チップを使用しています。接合の閾値（約1.8V）を超える順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。そこでそれらは再結合し、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、これが直接放出光の波長（色）に対応します—この場合はブリリアントレッド（約632 nm）です。透明な樹脂封止はチップを保護し、レンズとして機能して、光出力を60度の指向角に形成します。

13. 技術トレンド

11-21のようなSMD LEDは、成熟し広く採用されている技術を代表しています。この分野の現在のトレンドは以下に焦点を当てています:

• 効率向上:継続的な材料科学の改善により、ワットあたりのルーメン（効率）を向上させ、同じ電流でより明るい出力、または同じ明るさでより低い消費電力を実現することを目指しています。
• 小型化:パッケージサイズの継続的な縮小（例: 11-21から0805、0603、0402などのさらに小さな占有面積へ）により、より高密度のPCB設計が可能になります。
• 色の一貫性向上:より厳しいビニング許容差と高度なウェハーレベル製造技術により、生産ロット内の色と明るさのばらつきが減少しています。
• 信頼性向上:より頑丈な封止樹脂とダイボンド材料の開発により、高温、高湿度、または高振動環境での性能が向上し、自動車および産業市場への展開が拡大しています。
• 統合:複数のLEDチップ（例: RGB）、ツェナーダイオードなどの保護部品、さらには電流制限抵抗を単一パッケージに統合するトレンドがあり、回路設計を簡素化し、基板スペースを節約します。

Micro-LEDや高度なOLEDなどの新しい技術がディスプレイ用途で登場していますが、従来のSMDインジケータLEDは、そのコスト効率、信頼性、シンプルさから、状態表示、パネルバックライト、装飾照明において依然として支配的なソリューションです。