SMD LED 15-21/S3C-AP1Q2/2T データシート - 赤みがかったオレンジ色 - 2.0V - 60mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、小型で高性能な表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。この部品は、現代の電子組立プロセス向けに設計されており、狭いスペースのアプリケーションにおいて、光束出力、信頼性、統合の容易さのバランスを提供します。

このLEDの主な利点は、その極小フットプリントにあり、プリント基板（PCB）のサイズを大幅に削減し、部品の実装密度を高めることを可能にします。これにより、よりコンパクトな最終製品設計が実現します。部品は軽量であり、特に携帯機器や小型電子機器に適しています。7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上に供給され、大量生産で使用される標準的な自動実装機との互換性を確保しています。

1.2 ターゲット市場と用途

このLEDは汎用性が高く、いくつかの主要な用途分野をターゲットとしています。主な用途はバックライト、特に計器盤ダッシュボード、スイッチ、シンボルの照明です。また、通信機器にも適しており、電話機やファクシミリなどの機器における状態表示灯やバックライトとして使用されます。さらに、小型LCDパネルのフラットバックライトや、赤みがかったオレンジ色の信号が必要な汎用表示灯アプリケーションにも使用できます。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、標準試験条件（Ta=25°C）で定義されたLEDの主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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

逆電圧 (V

• ):_R5 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 (I
• ):_F25 mA。信頼性の高い長期動作のための最大DC電流です。ピーク順方向電流 (I
• ):_FP60 mA (デューティサイクル 1/10 @ 1kHz)。この定格により、マルチプレクシングやパルス動作方式に有用な、より高い電流の短いパルスが可能になります。電力損失 (P
• ):_d60 mW。デバイスが熱限界を超えずに熱として放散できる最大電力です。静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）:
• 2000 V。これは中程度のESD耐性を示していますが、適切な取り扱い手順が推奨されます。動作温度 (T
• opr_):-40°C から +85°C。デバイスが機能することが規定されている周囲温度範囲です。保管温度 (T
• stg_):-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、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

これらのパラメータは、典型的な動作条件（I

=20mA, Ta=25°C）におけるLEDの性能を定義します。_F光度 (I

• ):_v45.0 mcd (最小), 112.0 mcd (最大)。代表値はこの広い範囲内に収まり、ビニングシステム（セクション3参照）によって管理されます。視野角（2θ1/2_{）は典型的に130度で、広く拡散した放射パターンを提供します。}分光特性:
• ピーク波長 (λ
  • ):_p典型的に 621 nm。主波長 (λ
  • ):_d605.5 nm (最小), 625.5 nm (最大)。これは人間の目が知覚する波長であり、ビニングの対象となります。分光帯域幅 (Δλ):
  • 典型的に 18 nm。色の純度を定義します。電気的特性:
• 順方向電圧 (V
  • ):_FI=20mA において 1.70 V (最小), 2.00 V (代表), 2.40 V (最大)。この比較的低い電圧は、AlGaInP材料技術の特徴です。_F逆電流 (I
  • ):_RV=5V において 10 μA (最大)。重要な注意点として、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が明記されています。この試験パラメータはリーク特性評価のみを目的としています。_R2.3 熱に関する考慮事項

LEDの性能は温度に大きく依存します。順方向電流のデレーティング曲線は設計に不可欠です。周囲温度（T

）が25°Cを超えて上昇すると、過熱や加速劣化を防ぐために、許容される最大連続順方向電流を直線的に減少させなければなりません。デレーティング曲線は、接合温度が安全限界内に収まるようにするための具体的な関係を提供します。_a3. ビニングシステムの説明

大量生産における一貫性を確保するため、LEDは主要なパラメータに基づいて選別（ビニング）されます。これにより、設計者は輝度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

光束出力は4つのビン（P1, P2, Q1, Q2）に分類され、それぞれ45.0 mcdから112.0 mcdまでの特定の範囲をカバーします。例えば、ビンQ2には90.0から112.0 mcdの強度を持つLEDが含まれます。各ビン内では±11%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

色（主波長）は5つのビン（E1からE5）に選別され、約4nmステップで605.5 nmから625.5 nmに及びます。例えば、ビンE4は617.5から621.5 nmをカバーします。各波長ビン内では±1nmのより厳しい許容差が維持されます。

3.3 順方向電圧ビニング

データシートでは順方向電圧許容差が±0.1Vであることが記載されていますが、V

の具体的なビニング表は抜粋部分には提供されていません。この厳しい許容差は、一貫した電流駆動回路の設計に役立ちます。_F4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのLEDの動作についてより深い洞察を提供します。

4.1 分光分布

スペクトル曲線は、621 nm付近を中心とした単一の明確なピークを示し、AlGaInPチップ材料からの赤みがかったオレンジ色の発光を確認します。狭い帯域幅は良好な色飽和度を示しています。

4.2 放射パターン

極座標図は光の空間分布を示しています。典型的な130度の視野角が確認され、強度が0度（チップに対して垂直）で最も高く、側面に向かって徐々に減少する、ほぼランバート（余弦）放射パターンを示しています。

4.3 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V カーブ)

この曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。電圧は非常に低い電流では急激に上昇し、その後、通常の動作範囲（20mAで約2.0V）ではより直線的に増加します。

4.4 相対光度 vs. 順方向電流

このグラフは、動作範囲内では光束出力が順方向電流にほぼ比例することを示していますが、非常に高い電流では熱の増加により効率がわずかに低下する可能性があります。

4.5 相対光度 vs. 周囲温度

これは熱消光を示す重要な曲線です。周囲温度が上昇すると、光度は減少します。温度が最大動作限界に近づくと出力が大幅に低下する可能性があり、高温環境での設計における重要な要素です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

このLEDは15-21SMDパッケージ外形に準拠しています。詳細な寸法図は、特に断りのない限り標準公差±0.1mmで、長さ、幅、高さ、リード位置を指定しています。この情報はPCBフットプリント設計とクリアランスチェックに不可欠です。

5.2 極性識別

パッケージ上に明確なカソードマークが示されており、組立時の正しい向き付けに不可欠です。LEDを逆極性で取り付けると点灯せず、逆電圧ストレスがかかる可能性があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは信頼性にとって極めて重要です。

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。抵抗は動作点を設定します。

6.2 湿気感受性と保管

部品は乾燥剤とともに防湿バリア袋に梱包されています。部品を使用する準備ができるまで袋を開封しないでください。開封後、未使用のLEDは30°C/60%RH以下の条件で保管し、168時間（7日）以内に使用する必要があります。これを超えた場合、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。これにより、はんだ付け中のポップコーン現象による損傷を防止します。

6.3 リフローはんだ付けプロファイル

詳細な鉛フリーリフロープロファイルが提供されています:

予熱:

• 150-200°C で 60-120 秒。液相線以上時間 (217°C):
• 60-150 秒。ピーク温度:
• 最大 260°C、10秒以内。加熱/冷却速度:
• それぞれ最大 6°C/秒 および 3°C/秒。リフローは2回以上行わないでください。加熱中のLED本体へのストレスは避けるべきです。

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を350°C以下に保ち、端子ごとに3秒以内で、低電力のはんだごて（

25W）を使用してください。端子間には>2秒の冷却間隔が必要です。リワークは強く推奨されません。やむを得ない場合は、両方の端子を同時に加熱してはんだ接合部への機械的ストレスを防ぐために、専用のダブルヘッドはんだごてを使用する必要があります。リワーク中の熱損傷の可能性は事前に評価する必要があります。<7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは、ポケットとスプロケット穴の寸法が指定されたエンボスキャリアテープに供給されます。テープは標準的な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 リールおよびラベル詳細

空のリールの寸法が提供されています。リールラベルには重要な情報が含まれています:

顧客部品番号 (CPN)

• メーカー部品番号 (P/N): 15-21/S3C-AP1Q2/2T
• 梱包数量 (QTY)
• 光度ランク (CAT)
• 色度/主波長ランク (HUE)
• 順方向電圧ランク (REF)
• ロット番号 (LOT No.)
• このトレーサビリティは、品質管理および生産における部品の整合性にとって不可欠です。

8.1 回路設計

常に直列抵抗を使用して順方向電流を設定してください。抵抗値は R = (V

電源_{- V}) / I_F を使用して計算します。ここで、V_Fはデータシートの最大値（2.4V）を採用し、最悪条件下でも電流が制限を超えないようにします。抵抗の定格電力（P = I_F* R）を考慮してください。_F²8.2 熱管理

パッケージは小さいですが、特に高周囲温度環境や最大電流近くで駆動する場合、輝度と寿命を維持するためには、PCBを通じた効果的な放熱が重要です。デレーティング曲線を使用して、アプリケーションの予想される最大周囲温度に対する安全な動作電流を決定してください。PCB上のLEDパッド周囲に十分な銅面積を確保し、熱拡散板として機能させてください。

8.3 光学統合

広い130度の視野角により、このLEDは二次光学系なしで広く均一な照明を必要とするアプリケーションに適しています。より指向性のある光が必要な場合は、外部レンズや光導波路が必要になる場合があります。ウォータークリア樹脂により、パッケージ内での光吸収を最小限に抑えています。

9. 適合性および材料情報

この製品は、いくつかの主要な環境および安全指令に適合しており、現代の電子機器製造において重要な利点です。鉛フリー（無鉛）であることが確認されており、有害物質使用制限（RoHS）指令に準拠しています。また、化学物質に関するEUのREACH規制にも適合しています。さらに、ハロゲンフリー要件を満たしており、臭素（Br）および塩素（Cl）含有量がそれぞれ900 ppm未満、その合計が1500 ppm未満であり、廃棄時の環境影響を低減します。

10. 技術比較と差別化

従来のスルーホールや大型SMD LEDと比較して、この15-21パッケージの重要な差別化要因は、その卓越した小型化であり、次世代のコンパクト設計を可能にします。AlGaInP半導体材料の使用は、温度や寿命にわたって良好な色安定性を備えた効率的な赤みがかったオレンジ色の光を提供し、しばしばGaAsPなどの古い技術よりも優れています。広い視野角、堅牢なSMT互換性、完全な環境適合性の組み合わせにより、基板スペースが貴重なコスト重視の大量生産アプリケーションにおいて、現代的な信頼性の高い選択肢となっています。

11. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

11.1 5V電源で使用する場合、抵抗値はいくつにすべきですか？

最大V

を2.4V、目標I_Fを20mAとして使用します: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 オーム。最も近い標準値である130Ωまたは150Ωが適しています。抵抗の電力損失は P = (0.020)_F* 130 = 0.052W となるため、標準的な1/8W（0.125W）抵抗で十分です。²11.2 供給電圧がVFと一致する場合、電流制限抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

これは強く推奨されません。順方向電圧には許容差（1.7Vから2.4V）があり、温度によって変化します。例えば2.0Vに固定された供給電圧は、低いV_F?

No.を持つLEDに過剰な電流を流し、急速な故障を引き起こす可能性があります。安定した安全な動作のためには、直列抵抗が不可欠です。_F11.3 袋を開封後の保管時間が7日に制限されているのはなぜですか？

SMDパッケージ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、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部圧力を発生させ、パッケージの剥離やダイのクラック（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。7日の制限とベーキング手順は、この故障モードを防止するための重要な品質管理です。

11.4 ラベル上のビンコード（例：Q2、E4）はどのように解釈すればよいですか？

ビンコードは、そのリール上のLEDの性能グループを示します。Q2は高輝度LED（90-112 mcd）を示します。E4は主波長が617.5-621.5 nmの範囲にあることを示します。同じビンの部品を使用することで、製品全体で輝度と色の一貫性を確保できます。

12. 実践的な設計と使用例

12.1 ダッシュボードスイッチのバックライト

自動車のダッシュボードでは、複数のスイッチに均一で信頼性の高いバックライトが必要です。これらのLEDを複数、半透明のスイッチキャップの後ろに配置できます。広い視野角により、スイッチ表面全体に均一な照明が確保されます。低い動作電圧により、車両の規制された5Vまたは3.3Vシステムから、単純な抵抗ネットワークで直接駆動できます。高温動作範囲（-40°Cから+85°C）は自動車環境に適しています。

12.2 ネットワーク機器の状態表示灯

ルーターやモデムのリンクアクティビティや電源表示灯として、単一のLEDが明確な視覚信号を提供します。赤みがかったオレンジ色は視認性が高いです。この部品はマイクロコントローラのGPIOピンで駆動できます。直列抵抗はGPIOとLEDのアノードの間に接続され、カソードはグランドに接続されます。マイクロコントローラのファームウェアは、ピンを切り替えて定常または点滅パターンを作成できます。SMDフォーマットにより、フロントパネルPCB上で非常に薄型の設計が可能です。

13. 動作原理

このLEDは、リン化アルミニウムガリウムインジウム（AlGaInP）で作られた半導体チップに基づいています。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体接合の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。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、それが今度は発光の波長（色）を定義します。この場合は、赤みがかったオレンジ色のスペクトル（605-625 nm）です。チップ内で生成された光は上面を通って取り出され、パッケージのウォータークリアエポキシ樹脂レンズによって整形されます。

14. 技術トレンド

表示灯およびバックライトLED技術の一般的なトレンドは、より高い効率（単位電力あたりのより多くの光束出力）、15-21のようなパッケージを超えたさらなる小型化、およびより広い色域に向かって継続しています。また、高温高湿などの過酷な条件下での信頼性と寿命の向上にも重点が置かれています。定電流ドライバやパルス幅変調（PWM）コントローラなどの制御電子機器をLEDパッケージに直接統合することは、エンドユーザーの回路設計を簡素化するもう一つの進化するトレンドです。さらに、持続可能性への取り組みは、RoHSやREACHを超えたますます厳しくなる環境規制を満たすための材料の進歩を推進し続けています。

The general trend in indicator and backlight LED technology continues toward higher efficiency (more light output per unit of electrical power), increased miniaturization beyond packages like the 15-21, and broader color gamuts. There is also a strong focus on enhancing reliability and longevity under harsh conditions, such as higher temperature and humidity. Integration of control electronics, such as constant-current drivers or pulse-width modulation (PWM) controllers, directly into the LED package is another evolving trend, simplifying circuit design for the end user. Furthermore, the drive for sustainability keeps pushing advancements in materials to meet ever-stricter environmental regulations beyond RoHS and REACH.