SMD LED 17-21/R6C-AN2Q1B/3T データシート - ブリリアントレッド - 20mA - 最大2.35V - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、ブリリアントレッド光を発する表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。本コンポーネントは、透明樹脂に封止されたAlGaInPチップを採用しています。そのコンパクトなSMDパッケージは、現代の電子設計において大きな利点を提供し、より高い基板実装密度を可能にし、最終機器の小型化に貢献します。

1.1 主な特長と利点

このLEDの主な利点は、そのパッケージングと適合規格に起因します：

• 自動化対応パッケージング：7インチ径リールに巻かれた8mmテープに供給され、高速自動実装機（ピックアンドプレース）との完全な互換性を有します。
• 堅牢な製造互換性：標準的な赤外線（IR）リフローおよび気相はんだ付けプロセスに耐えるように設計されており、プリント基板（PCB）への信頼性の高い実装を保証します。
• 環境規格適合：本製品は鉛フリー（Pbフリー）であり、RoHS（有害物質使用制限）指令に適合しています。
• スペースと重量効率：SMDフォーマットは、従来のリードタイプLEDに比べて大幅に小型・軽量です。このサイズ削減により、より小さなPCB設計、より高い部品実装密度、保管要件の低減、そして最終的にはよりコンパクトな最終製品が実現可能となります。

1.2 対象アプリケーション

このLEDは、コンパクトで信頼性の高い赤色インジケータまたはバックライト光源を必要とする様々なアプリケーションに適しています。典型的な使用例は以下の通りです：

• 通信機器：電話機やファクシミリにおける状態表示灯およびキーパッドのバックライト。
• 民生電子機器：液晶ディスプレイ（LCD）用のフラットバックライト、制御パネル上のスイッチやシンボルのバックライト。
• 汎用表示：最小限の占有面積で明るく効率的な赤色光源を必要とするあらゆるアプリケーション。

2. 技術パラメータ詳細分析

このセクションでは、LEDの電気的、光学的、熱的仕様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、すべてのデータは周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性がある限界を定義します。これらの限界以下または限界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。

• 逆電圧（V_R）：5V。逆方向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（I_F）：25mA。連続的に印加できる最大DC電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP）：60mA。これは、1kHz、デューティ比1/10のパルス条件下でのみ許容されます。より高い輝度を短時間で実現することが可能です。
• 電力損失（P_d）：60mW。パッケージが熱として放散できる最大電力で、順方向電圧（V_F）×順方向電流（I_F）として計算されます。
• 動作・保管温度：-40°C ～ +85°C（動作）、-40°C ～ +90°C（保管）。
• 静電気放電（ESD）：2000V（人体モデル）。組立時には適切なESD取り扱い手順が不可欠です。
• 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、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、標準試験条件（I_F= 20mA）下で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_v）：最小36.0 mcd（ミリカンデラ）から最大90.0 mcdの範囲で、代表的な許容差は±11%です。これはLEDの知覚される明るさを定義します。
• 指向角（2θ_1/2）：代表的な広角140度です。これは、光度が0度（軸上）での光度の半分になる角度です。
• ピーク波長（λ_p）：代表値632 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（λ_d）：617.5 nmから633.5 nmの間で規定されています。この波長は光の知覚される色に対応し、ピーク波長よりも色の定義に関連性が高いです。
• スペクトル半値幅（Δλ）：代表値20 nm。これはスペクトルの純度を示します。半値幅が小さいほど、より単色に近い色となります。
• 順方向電圧（V_F）：20mA時で1.75Vから2.35Vの範囲、許容差±0.1V。これは動作時のLED両端の電圧降下です。
• 逆電流（I_R）：逆バイアス5V時、最大10 μA。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは性能別にビン（区分）に分類されます。型番17-21/R6C-AN2Q1B/3Tには、主要パラメータのビンコードが含まれています。

3.1 光度ビニング（コード：N2, P1, P2, Q1）

LEDは、20mAで測定された光度に基づいてグループ分けされます。型番内のビンコード（例：Q1）は、その特定ユニットの保証される光度範囲を指定します。

• ビン N2：36.0 – 45.0 mcd
• ビン P1：45.0 – 57.0 mcd
• ビン P2：57.0 – 72.0 mcd
• ビン Q1：72.0 – 90.0 mcd

3.2 主波長ビニング（コード：E4, E5, E6, E7）

LEDは、主波長に基づいてグループ（A）およびビンに分類され、これは赤色の正確な色合いを定義します。

• ビン E4：617.5 – 621.5 nm
• ビン E5：621.5 – 625.5 nm
• ビン E6：625.5 – 629.5 nm
• ビン E7：629.5 – 633.5 nm

3.3 順方向電圧ビニング（コード：0, 1, 2）

LEDは、20mA時の順方向電圧降下によってグループ（B）およびビンに分類されます。これは、特に複数のLEDを並列接続する場合の電流制限回路設計において重要です。

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

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の挙動を示すいくつかの特性曲線が含まれています。これらを理解することは、最適な回路設計の鍵となります。

4.1 光度 vs. 順方向電流および温度

光出力は順方向電流に直接比例します。ただし、関係は完全に線形ではなく、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。さらに、光度は周囲温度が上昇すると減少します。デレーティング曲線は、25°Cを超えて動作する場合、電力損失限界を超えないように、また長期信頼性を確保するために、最大許容順方向電流を低減しなければならないことを示しています。

4.2 順方向電圧 vs. 順方向電流

このIV曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。順方向電圧は電流とともに増加します。この曲線の形状は、LEDの動的抵抗を理解し、熱管理計算を行うために重要です。

4.3 スペクトル分布と放射パターン

スペクトル分布図は、ピーク約632 nm、定義された半値幅を持つ赤色発光を確認します。放射図（極座標プロット）は140度の指向角を視覚的に表し、光強度が空間的にどのように分布するかを示しています。

5. 機械的およびパッケージ情報

LEDは、コンパクトで業界標準のSMDパッケージに収められています。詳細な寸法図は、CADソフトウェアで正しいPCBフットプリント（ランドパターン）を作成するために不可欠です。主な機械的注意点は以下の通りです：

• 特に指定のない公差は±0.1mmです。
• 図面は、本体サイズ、リード（端子）寸法、および適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するための推奨パッドレイアウトを定義しています。
• 極性はパッケージ外形またはマーキングで示されています。正しい向きは回路動作にとって極めて重要です。

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、歩留まりと信頼性にとって重要です。

6.1 保管と湿気感受性

LEDは、乾燥剤を入れた防湿バリアバッグに梱包されています。ポップコーニング（リフロー時の急速な蒸気膨張によるパッケージのひび割れ）を防ぐために、ユーザーは以下を遵守する必要があります：

• 使用準備が整うまでバッグを開封しないでください。
• 未開封のバッグは、温度≤30°C、相対湿度≤90%で保管してください。
• 開封後は、フロアライフは温度≤30°C、相対湿度≤60%で1年間です。未使用部品は再密封してください。
• 乾燥剤インジケータの色が変わった場合、または保管期間を超えた場合は、リフロー前に60±5°Cで24時間のベーキング（乾燥）が必要です。

6.2 リフローはんだ付けプロファイル

鉛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（TAL）：217°C以上で60–150秒間。
• ピーク温度：最大260°C、10秒以内。255°C以上の時間は30秒を超えてはなりません。
• 昇温/降温速度：ピーク温度までの昇温速度は最大3°C/秒、ピークからの降温速度は最大6°C/秒。
• 重要：リフローは2回を超えて実施しないでください。加熱中のLEDへの機械的ストレスを避け、はんだ付け後のPCBを反らせないでください。

6.3 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のはんだごてを使用し、各端子に≤3秒間熱を加え、定格≤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少なくとも2秒の間隔を空けてください。リワークは強く推奨されません。どうしても避けられない場合は、両方の端子を同時に加熱してはんだ接合部やLEDチップへの熱機械的損傷を防ぐために、専用の両頭はんだごてを使用する必要があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープおよびリール仕様

LEDは、寸法が提供されたエンボスキャリアテープに供給されます。各リールには3000個が含まれています。自動化装置のフィーダーとの互換性のために、リール寸法（直径7インチ）も規定されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、梱包数量（QTY）、および光度（CAT）、主波長/色相（HUE）、順方向電圧（REF）の特定のビンコードと製造ロット番号が含まれています。

8. アプリケーションおよび設計上の考慮事項

8.1 回路設計の必須事項：電流制限

これは最も重要な設計ルールです。LEDは電流駆動デバイスです。その順方向電圧は負の温度係数を持ち、ユニットごとに異なります（ビニングで示される通り）。したがって、それは必ず定電流源で駆動するか、より一般的には直列の電流制限抵抗を用いて駆動しなければなりません。LEDを、たとえ公称V_Fに一致する電圧源であっても、直接接続すると、制御不能な電流サージが発生し、即座に故障に至ります。抵抗値はオームの法則を用いて計算します：R = (V_電源- V_F) / I_F.

8.2 熱管理

電力損失は低いですが、効果的な熱設計は寿命を延ばし、輝度を維持します。PCBパッドが十分な熱放散を提供し、LEDを他の発熱部品の近くに配置しないようにしてください。高温環境では順方向電流のデレーティング曲線を遵守してください。

8.3 光学設計

広い140度の指向角により、このLEDは広範囲の照明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。集光ビームの場合は、二次光学系（レンズ）が必要となります。透明樹脂は、可能な限り最高の光出力を得るのに最適です。

9. 技術比較と差別化

このコンポーネントの主な差別化要因は、材料、パッケージ、性能の特定の組み合わせです：

• AlGaInPチップ技術：この材料システムは、従来技術と比較して優れた輝度と色安定性を持つ高効率の赤色、橙色、琥珀色LEDを生み出すことで知られています。
• SMDパッケージの利点：スルーホールLEDと比較して、前述のサイズ、重量、組立速度の利点を提供し、これは現代のSMDコンポーネントの標準です。
• 詳細なビニング：3パラメータ（輝度、波長、電圧）のビニングにより、設計者は輝度、色、または電気的動作において厳密な一貫性を必要とするアプリケーション向けに部品を選択でき、生産ラインでの回路調整の必要性を低減します。

10. よくある質問（FAQ）

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: できません。連続順方向電流の絶対最大定格は25mAです。この定格を超えると信頼性が損なわれ、永久的な損傷を引き起こす可能性があります。より高い輝度が必要な場合は、より高い光度のLEDビン（例：Q1）を選択するか、I_FP rating.

Q: データシートにはV_Fの代表値が2.0Vとあります。なぜ私の回路には3.3V電源が必要なのですか？

A: 余分な電圧は、電流制限抵抗での電圧降下を克服するために必要です。例えば、V_Fが2.0VのLEDを3.3V電源から20mAで駆動する場合、必要な抵抗は：R = (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65オームです。抵抗が余剰電力を消費します。

Q: 型番17-21/R6C-AN2Q1B/3Tはどのように解釈すればよいですか？

A: 完全な命名規則は独自のものかもしれませんが、主要なセグメントは推測できます：17-21はおそらくパッケージスタイル/サイズを参照しています。R6Cは色（赤）とチップタイプを示している可能性があります。AN2Q1Bにはビンコードが含まれます：A（波長グループ）、N2（光度ビン）、Q1（光度ビン）、B（電圧グループ）。3Tはテープ梱包またはリビジョンに関連している可能性があります。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：安定した5Vラインから電源を供給される、10個の同一の赤色LEDを使用した状態表示パネルを設計します。均一な輝度が重要です。

設計手順：

1. ビン選択：視覚的一貫性を確保するために、同じ光度ビン（例：すべてQ1：72-90 mcd）および同じ主波長ビン（例：すべてE6：625.5-629.5 nm）からLEDを選択します。
2. 直列抵抗計算：電流が20mAを決して超えないことを保証するための最悪ケース設計として、ビンからの最大値 V_F（例：ビン2：2.35V）を使用します。R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5オーム。最も近い標準値（130または150オーム）を使用します。150オーム抵抗は安全マージンを提供します：I_F= (5V - 2.35V) / 150 = ~17.7mA。
3. PCBレイアウト：パッケージ寸法を使用してLEDを配置します。各LEDを独自の直列抵抗で5Vラインに接続します。わずかなV_Fのばらつきが大きな電流不均衡と不均一な輝度を引き起こすため、単一の抵抗で複数のLEDを並列接続することは避けてください。
4. 組立：はんだ接合部の完全性を確保し、損傷を防ぐために、湿気取り扱いおよびリフロープロファイルガイドラインを正確に遵守してください。

12. 動作原理

光は、AlGaInP半導体チップ内でのエレクトロルミネッセンスと呼ばれるプロセスを通じて生成されます。接合部の内蔵電位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型およびp型材料から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し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。チップ層内のアルミニウム、ガリウム、インジウム、リン化物の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接放出される光の波長（色）を定義します—この場合はブリリアントレッドです。

13. 技術トレンド

LED技術の一般的なトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン）、改善された演色性、および増加した電力密度に向かって続いています。このようなインジケータタイプのSMD LEDの場合、さらなる小型化（例：チップスケールパッケージ）、青色/緑色用のInGaNや赤色/橙色用のAlGaInNなどの高性能材料のより広範な採用、過酷な環境条件下での信頼性の向上などのトレンドがあります。エンドユーザーの回路設計を簡素化するために、パッケージ内に駆動電子回路（例：内蔵電流調整器やPWMコントローラ）を統合することも進行中の開発です。