SMD LED 17-21/R6C-AP1Q2L/3T データシート - サイズ 1.6x0.8x0.6mm - 電圧 1.7-2.3V - ブリリアントレッド - 日本語技術文書

1. 製品概要

17-21/R6C-AP1Q2L/3Tは、AIGaInP半導体技術を利用してブリリアントレッドの光出力を生成する表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は、スペースと重量が重要な制約となる高密度PCBアプリケーション向けに設計されています。その主な利点は、リードフレーム型LEDと比較してフットプリントが大幅に削減され、よりコンパクトな基板設計、より高い実装密度、そして最終的にはより小型のエンドユーザー機器を実現できることです。軽量構造のため、特に小型および携帯型電子機器に適しています。

LEDは、直径7インチのリールに巻かれた8mmテープ上にパッケージングされており、標準的な自動実装機と完全に互換性があります。鉛フリーで、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）を含む主要な環境規制に準拠しています。赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスの両方に対応しています。

2. 技術仕様詳細

静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：

本デバイスは、以下の絶対最大条件下での動作に対して定格付けられており、これを超えると永久損傷が発生する可能性があります。すべての定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 逆電圧（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。
• 連続順方向電流（IF）：25 mA。これは信頼性のある動作のための最大DC電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：60 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）：60 mW。これはパッケージが放散できる最大電力です。
• Electrostatic Discharge (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V。組立時には適切なESD取り扱い手順が必要です。
• 動作温度範囲（Topr）：-40°C ～ +85°C。
• 保管温度範囲（Tstg）：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度（Tsol）：本デバイスは、ピーク温度260°Cで10秒間のリフローはんだ付け、または端子ごとに350°Cで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

主要な性能パラメータは、Ta=25°C、標準試験電流IF=20 mAで測定されます。これらはLEDのコアとなる光出力と電気的挙動を定義します。

• 光度（Iv）：最小45.0 mcdから最大112.0 mcdの範囲です。代表値は特定のビンコードに基づきこの範囲内に収まります。
• 視野角（2θ1/2）：典型的な広視野角140度で、広く均一な照明を提供します。
• ピーク波長（λp）：典型的に632 nmで、スペクトルパワー分布が最も高い波長を示します。
• 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、色の一貫性にとって重要なパラメータです。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：典型的に20 nmで、発光する赤色光のスペクトル純度を定義します。
• 順方向電圧（VF）：IF=20mA時、1.7 Vから2.3 Vの範囲です。このパラメータは回路設計および電流制限抵抗の計算にとって重要です。
• 逆電流（IR）：逆電圧5V印加時、最大10 μAです。本デバイスは逆バイアスでの動作用には設計されていません。

重要な注意事項：許容差は、光度が±11%、主波長が±1nm、順方向電圧が±0.05Vとして規定されています。逆電圧条件はIR試験のみを目的としており、LEDを逆バイアスで動作させるべきではありません。

3. ビニングシステムの説明

生産における一貫した性能を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいてビンに仕分けられます。これにより、設計者は明るさと色に関する特定のアプリケーション要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

IF=20mAでビニングされます。ビンコード（例：P1、Q2）は最小および最大光度を定義します。

• P1：45.0 - 57.0 mcd
• P2：57.0 - 72.0 mcd
• Q1：72.0 - 90.0 mcd
• Q2：90.0 - 112.0 mcd

3.2 主波長ビニング

IF=20mAでビニングされます。ビンコード（E4-E7）は赤色発光の色度点を定義します。

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

3.3 順方向電圧ビニング

IF=20mAでビニングされます。ビンコード（19-24）は電源設計のための電気的特性を定義します。

• 19：1.7 - 1.8 V
• 20：1.8 - 1.9 V
• 21：1.9 - 2.0 V
• 22：2.0 - 2.1 V
• 23：2.1 - 2.2 V
• 24：2.2 - 2.3 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記載されています。これらは堅牢なシステム設計に不可欠です。

4.1 光度 vs. 順方向電流

この曲線は、最大定格電流まで、順方向電流（IF）と相対光度の間に一般的に線形関係があることを示しています。動作範囲内では光出力が駆動電流に直接比例することを確認しています。

4.2 光度 vs. 周囲温度

この曲線は、光出力の温度依存性を示しています。光度は、特に室温以上では、周囲温度（Ta）が上昇するにつれて典型的に減少します。このデレーティングは、周囲温度が高い、または熱管理が不十分なアプリケーションで考慮する必要があります。

4.3 順方向電流デレーティング曲線

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収まり、熱暴走を防止し長期信頼性を確保するために、最大許容電流を低減する必要があります。

4.4 スペクトル分布

スペクトル出力曲線は、AIGaInPベースの赤色LEDに特徴的な、632 nm付近を中心とした狭い単一ピークを示しています。典型的な20 nmの帯域幅は良好な色飽和度を示しています。

4.5 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、20mA時の値がビニングおよび回路設計に使用される主要パラメータです。

4.6 放射パターン

極座標プロットは光強度の空間分布を示し、広い140度の視野角を確認しています。強度は0度（LED面に垂直）で最も高く、端に向かって減少します。

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、特に指定がない限り公差±0.1mm）には、本体長1.6 mm、幅0.8 mm、高さ0.6 mmが含まれます。データシートには、パッド間隔やはんだランドの推奨事項を含むすべての重要な寸法を示す詳細な図面が記載されています。

5.2 極性識別

カソードはパッケージ上に明確にマーキングされています。正しい極性方向は、PCBレイアウトおよび組立時に適切な動作を確保するために不可欠です。データシートの図面は、このマーキングの位置をパッケージ形状に対して示しています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 過電流保護

外部の電流制限抵抗は必須です。順方向電圧は負の温度係数を持ち、接合部が加熱されるとVFが低下することを意味します。これは、定電圧源で駆動された場合、電流の急激な増加を引き起こす可能性があります。これは熱暴走やデバイスの故障を引き起こす可能性があります。直列抵抗は線形で安定した電流駆動を提供します。

6.2 保管および湿気感受性

LEDは、リフローはんだ付け中のポップコーン現象（パッケージのひび割れ）を引き起こす可能性のある湿気吸収を防ぐために、乾燥剤を入れた防湿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、30°C以下、60%RH以下の環境で保管した場合、168時間（7日）以内に使用してください。
• この期間内に使用しない場合、または乾燥剤インジケータが飽和を示した場合、部品は使用前に60 ±5°Cで24時間ベーキングする必要があります。

6.3 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、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、その後ピークまで最大3°C/秒。
• リフローはんだ付けは2回を超えて行わないでください。
• 加熱および冷却中のパッケージへの機械的ストレスを避けてください。

6.4 手はんだ付けおよび修理

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、容量<25Wのごてを使用してください。各端子のはんだ付けの間隔は最低2秒間空けてください。初期はんだ付け後の修理は強く推奨されません。どうしても避けられない場合は、両端子を同時に加熱して部品を持ち上げるために両頭はんだごてを使用し、はんだ接合部にストレスをかけないようにしてください。修理試行後は常にデバイスの機能を確認してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 リールおよびテープ仕様

部品は、直径7インチのリール上のエンボスキャリアテープで供給されます。テープ幅は8 mmです。各リールには3000個が含まれます。自動実装機との互換性を確保するために、リール寸法、キャリアテープポケット寸法、カバーテープ仕様の詳細図面が提供されています。

7.2 ラベル説明

リールラベルにはいくつかの主要な識別子が含まれています：

• CPN：顧客製品番号（オプション）。
• P/N：メーカーの完全品番（例：17-21/R6C-AP1Q2L/3T）。
• QTY：リールあたりの梱包数量（3000個）。
• CAT：光度ビンランク（例：Q2）。
• HUE：色度/主波長ビンランク（例：E6）。
• REF：順方向電圧ビンランク（例：21）。
• LOT No：トレーサブルな製造ロット番号。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：小型サイズと均一な視野角のため、計器盤インジケータ、スイッチ照明、シンボルバックライトに最適です。
• 通信機器：電話機、ファクシミリ、その他の通信機器のステータスインジケータおよびキーパッドバックライト。
• LCDフラットバックライト：小型の薄型LCDディスプレイ用のアレイとして使用できます。
• 一般的なインジケータ用途：多種多様な民生用および産業用電子機器における電源状態、モード表示、警告信号。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：常に定電流源または直列抵抗を伴う電圧源を使用してください。抵抗値は R = (Vsupply - VF) / IF を使用して計算し、最悪条件下でも電流が20mA（または選択した動作点）を超えないようにするために、ビンまたはデータシートの最大VFを使用してください。
• 熱管理：パッケージは小型ですが、高温環境または最大電流付近で動作する場合は、接合部温度を限界内に維持するために、十分なPCB銅面積または熱ビアを確保してください。
• 光学設計：広い140度の視野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。
• ESD保護：取り扱いおよび組立時には標準的なESD対策を実施してください。LEDがユーザーがアクセス可能なポートに接続されている場合は、入力ラインに過渡電圧抑制を追加することを検討してください。

9. 技術比較および差別化

17-21パッケージは、インジケータLEDの分野において明確な利点を提供します。

• リード付きLED（例：3mm、5mm）との比較：主な利点は、フットプリントと高さが劇的に削減され、現代的な小型化設計を可能にすることです。また、リードの手挿入および切断/曲げの必要性をなくし、自動組立を効率化します。
• 他のSMD LED（例：0402、0603）との比較：17-21パッケージ（1.6x0.8mm）は最小のチップLEDよりもわずかに大きく、必要に応じて手動での取り扱いやはんだ付けが容易になる一方、依然として非常にコンパクトです。また、パッケージ内のチップサイズが大きい可能性があるため、より高い光出力を提供する場合があります。
• 材料技術（AIGaInP）：GaAsPなどの古い技術と比較して、AIGaInPは同じ入力電流に対して、より高い効率、より明るい出力、およびより良い色純度（飽和した赤）を提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 5V電源で使用する場合の抵抗値は？

安全性のために最大VF 2.3V（ビン24から）と目標IF 20mAを使用します：R = (5V - 2.3V) / 0.020A = 135オーム。最も近い標準値は130または150オームです。抵抗の定格電力は少なくとも P = I^2 * R = (0.02^2)*150 = 0.06Wであるべきなので、1/8W（0.125W）抵抗で十分です。

10.2 より明るくするために30mAで駆動できますか？

いいえ。連続順方向電流の絶対最大定格は25 mAです。30 mAで動作するとこの定格を超え、信頼性が低下し、光束減衰が加速され、即時故障を引き起こす可能性があります。より高い明るさが必要な場合は、より高い光度ビン（例：Q2）のLED、またはより高い電流に定格された製品シリーズを選択してください。

10.3 防湿バッグ開封後に7日間の制限があるのはなぜですか？

プラスチック包装材料は空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この吸収された湿気が急速に蒸気に変わり、内部圧力を発生させ、パッケージの剥離やエポキシレンズのひび割れ（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。制御された湿度下での7日間の制限は、湿気吸収が臨界レベル以下に留まることを保証します。

10.4 品番のビンコードR6C-AP1Q2L/3Tは何を意味しますか？

完全な解読は独自のものかもしれませんが、一般的には製品シリーズ（17-21）、色（Rは赤、6Cは特定の色度を指定）、および光度、波長、電圧の性能ビン（Q2などで暗示）をエンコードしています。3Tはテープ梱包を指す場合があります。正確なビニングについては、リールラベルのCAT、HUE、およびREFコードを参照してください。

11. 実践的設計および使用事例

シナリオ：携帯型医療機器用の多インジケータステータスパネルの設計

この機器は、高密度実装されたメインPCB上に5つの独立した赤色ステータスLED（バッテリー低下、充電中、エラー、モード1、モード2）を必要とします。スペースは非常に限られており、機器は軽量でなければなりません。

ソリューション実装：

1. 部品選択：17-21/R6C-AP1Q2L/3T LEDは、超コンパクトな1.6x0.8mmのフットプリントにより、より大きな代替品と比較して貴重な基板スペースを節約するため選択されました。
2. 回路設計：システムマイクロコントローラは3.3Vで動作します。代表的なVF 2.0V（ビン21）と設計IF 15mA（長寿命とわずかな温度変動を考慮）を使用します：R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A = 86.7オーム。82オーム1%抵抗が選択され、結果としてわずかに高いIF約16mAとなり、これは25mA限界内に十分収まります。
3. PCBレイアウト：LEDは中心間距離3.0mmで配置され、明確な視覚的分離を可能にしています。カソードパッドはマイクロコントローラのGPIOピン（オープンドレイン出力として設定）に接続され、LEDのオン/オフを切り替えます。アノードパッドは電流制限抵抗を介して3.3Vに接続されます。LEDの下には、はんだの毛細管現象を防ぐために小さなキープアウトエリアが確保されています。
4. 組立：LEDは8mmテープリールで供給され、ピックアンドプレース機と互換性があります。セクション6.3の鉛フリーリフロープロファイルがオーブンにプログラムされています。工場フロアは湿気管理手順に従い、生産開始の7日以上前にサンプルチェックのために開封されたリールをベーキングしました。
5. 結果：最小限の面積で信頼性が高く、明るく、一貫性のある一連のステータスインジケータが実現され、最終的な医療機器全体の小型化と信頼性に貢献しました。

12. 技術原理紹介

このLEDは、基板上に成長させたアルミニウムインジウムガリウムリン（AIGaInP）半導体材料に基づいています。p-n接合に順方向電圧が印加されると、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。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。この場合、約632 nmのブリリアントレッドという特定の波長の光は、AIGaInP合金組成のバンドギャップエネルギーによって決定されます。結晶成長中にアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を注意深く制御することにより、メーカーはバンドギャップを調整して、赤、オレンジ、黄色スペクトル内の特定の色を高効率かつ高色純度で生成できます。エポキシ樹脂パッケージは、繊細な半導体チップを保護し、光出力ビームを形成するレンズとして機能し（結果として140度の視野角を実現）、はんだ付けのための機械的構造を提供します。

13. 業界動向および発展

インジケータおよびバックライトLEDのトレンドは、小型化、効率向上、および信頼性向上に向けて強く続いています。17-21のようなパッケージは、最小のチップスケールパッケージとより大きな従来型SMDの間のギャップを埋める、この進化の一部です。インジケータアレイやバックライトパネルなど、均一な外観を必要とするアプリケーションの要求を満たすために、色と光束の両方でより厳しいビニング公差が重視されています。さらに、効率向上（ワットあたりのルーメン数増加）への取り組みは絶え間なく、材料科学を駆り立てて内部量子効率とパッケージからの光取り出し効率を向上させています。統合は別のトレンドであり、複数LEDパッケージや制御または保護用の内蔵ICを備えたLEDがより一般的になっていますが、17-21のような個別部品は柔軟で費用対効果の高い設計には不可欠です。環境適合性（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）は、この部品の仕様に反映されているように、現在では業界全体の標準要件となっています。