SMD LED 27-21/GHC-YR1S2M/3C データシート - 2.0x1.25x0.8mm - 最大3.95V - 95mW - ブリリアントグリーン - 日本語技術文書

1. 製品概要

27-21 SMD LEDは、高密度電子アセンブリ向けに設計されたコンパクトな表面実装デバイスです。その主な利点は、従来のリードフレーム型LEDと比較して占有面積が大幅に削減されている点にあり、より小型のプリント基板（PCB）設計、より高い部品実装密度、そして結果としてよりコンパクトなエンドユーザー機器を実現します。本デバイスは軽量であり、特に小型化やスペースが限られたアプリケーションに適しています。

中核技術として、水色透明樹脂に封止されたInGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを採用し、鮮やかな緑色光を発します。単色タイプのLEDであり、標準的な自動実装装置と互換性のあるフォーマットで供給されます。本製品は主要な環境・安全指令に準拠しており、鉛フリー、RoHS準拠、EU REACH準拠、ハロゲンフリー（臭素<900 ppm、塩素<900 ppm、Br+Cl<1500 ppm）です。

1.1 主な特長と利点

• 小型化：より小型の基板設計と高い実装密度を実現します。
• 自動化対応：直径7インチのリールに8mm幅テープで巻かれ、自動実装システムとの互換性があります。
• 堅牢なプロセス互換性：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適しています。
• 環境規制準拠：鉛フリー、RoHS、REACH、ハロゲンフリーの基準に準拠しています。

2. 技術パラメータ詳細

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生じる可能性がある限界を定義します。この限界値以上での動作は保証されません。

• 逆電圧（V_R）：5 V - 逆方向に印加可能な最大電圧。
• 順電流（I_F）：25 mA - 最大連続DC順電流。
• ピーク順電流（I_FP）：100 mA - 最大パルス順電流。デューティサイクル1/10、周波数1kHzで許容されます。
• 電力損失（P_d）：95 mW - 周囲温度（T_a）25°Cにおいてデバイスが損失できる最大電力。
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：150 V - ESDに対して中程度の感度を示します。適切な取り扱い手順が必要です。
• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +85°C - 信頼性のある動作が可能な周囲温度範囲。
• 保存温度（T_stg）：-40°C ～ +90°C。
• はんだ付け温度（T_sol）：リフロー：ピーク260°C、最大10秒間。手はんだ：端子あたり350°C、最大3秒間。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、標準試験条件T_a=25°C、I_F=20 mAで測定されます。LEDの光学的および電気的性能を定義します。

• 光度（I_v）：112 ～ 285 mcd（ミリカンデラ）。代表値は指定されておらず、性能は後述のビニングシステムを通じて管理されていることを示します。
• 指向角（2θ_1/2）：130度（代表値）。この広い指向角により、様々な角度からの視認性が重要なインジケータやバックライト用途に適しています。
• ピーク波長（λ_p）：518 nm（代表値）。スペクトル放射が最も強くなる波長です。
• 主波長（λ_d）：520 ～ 535 nm。人間の目がLEDの色として知覚する単一波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：35 nm（代表値）。最大強度の半分の高さにおける放射スペクトルの幅（FWHM）です。
• 順電圧（V_F）：I_F=20 mAにおいて2.75 ～ 3.95 V。回路設計、特に電流制限抵抗の計算において重要な範囲です。
• 逆電流（I_R）：V_R=5Vにおいて50 μA（最大）。

重要な注意事項：データシートは主要パラメータの許容差を規定しています：光度（±11%）、主波長（±1 nm）、順電圧（±0.1 V）。また、逆電圧条件は試験目的のみであり、LEDを逆バイアスで動作させてはならないことを明示的に警告しています。

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は性能別にビン（区分）に仕分けられます。本デバイスは3次元のビニングシステムを使用しています。

3.1 光度ビニング

ビンはコードR1、R2、S1、S2で定義され、I_F=20 mAで測定された最小および最大光度値を持ちます。

• R1：112 - 140 mcd
• R2：140 - 180 mcd
• S1：180 - 225 mcd
• S2：225 - 285 mcd

3.2 主波長ビニング

ビンはコードX、Y、Zで定義され、緑色の正確な色調を制御します。

• X：520 - 525 nm
• Y：525 - 530 nm
• Z：530 - 535 nm

3.3 順電圧ビニング

ビンはコード5、6、7、8で定義され、均一な電流駆動回路の設計、特に複数のLEDを並列接続する場合に重要です。

• 5：2.75 - 3.05 V
• 6：3.05 - 3.35 V
• 7：3.35 - 3.65 V
• 8：3.65 - 3.95 V

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気光学特性曲線を参照しており、非標準条件下でのデバイス挙動を理解するために不可欠です。具体的なグラフは提供された本文には詳細に記載されていませんが、通常は以下を含みます：

• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度の上昇に伴う光出力の低下を示します。高出力または高周囲温度アプリケーションにおける熱管理に重要です。
• 相対光度 vs. 順電流：駆動電流と光出力の非線形関係を示します。推奨電流以上で動作すると効率が低下し、劣化が加速します。
• 順電圧 vs. 順電流（I-V曲線）：指数関数的関係を示し、電流制限回路の必要性を強調します。電圧のわずかな増加が、大きく、場合によっては破壊的な電流の増加を引き起こす可能性があります。
• スペクトル分布：相対強度 vs. 波長のグラフで、約518 nmにピークと約35 nmの帯域幅を示し、鮮やかな緑色の発光点を確認できます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

27-21 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、特に指定のない限り一般公差±0.1mm）には、全長、幅、高さ、およびパッド間隔とサイズが含まれます。これらの寸法は、適切なはんだ付けと位置合わせを確保するためのPCBランドパターン設計に重要です。極性はパッケージ上のマーキングで示され、PCBフットプリント上の対応するマーキングと合わせる必要があります。

5.2 極性識別

正しい極性はデバイス動作に不可欠です。データシートのパッケージ図面は、通常、パッケージ上の切り欠き、ドット、面取りなどの視覚的マーカーでカソード（負）端子を示します。PCBフットプリント設計には、組立エラーを防ぐためにこのマーカーを組み込む必要があります。

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

本デバイスは鉛フリーリフロープロセスと互換性があります。熱衝撃や損傷を防ぐために、推奨温度プロファイルが重要です：

• 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、10秒以内。
• 昇温速度：最大6°C/秒。
• 255°C以上時間：最大30秒。
• 冷却速度：最大3°C/秒。

重要な制限：同一デバイスでのリフローはんだ付けは2回までとします。

6.2 手はんだ

手はんだが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• 先端温度350°C未満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は3秒以内に制限してください。
• 定格電力25W以下のはんだごてを使用してください。
• 各端子のはんだ付けの間には、冷却のために最低2秒の間隔を空けてください。

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以下、相対湿度60%以下で保管してください。
• フロアライフ：防湿バッグを開封後、部品は168時間（7日）以内に使用する必要があります。
• 再乾燥：フロアライフを超過した場合、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前に60±5°Cで24時間のベーキング（乾燥）が必要です。

6.4 修理およびリワーク

はんだ付け後の修理は強く推奨されません。やむを得ない場合は、両端子を同時に加熱する専用のダブルヘッドはんだごてを使用し、はんだ接合部への機械的ストレスを防止する必要があります。修理中にLEDを損傷する可能性が高く、事前に評価すべきです。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

本デバイスは自動組立用にテープ＆リール形式で供給されます。

• キャリアテープ幅：8 mm。
• リール直径：7インチ。
• リールあたり数量：3000個。
• 湿気感受性レベル（MSL）：7日のフロアライフとベーキング要件から暗示され、通常MSL 3に対応します。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、トレーサビリティと正しい適用のための重要な情報が含まれています：

• P/N：品番（例：27-21/GHC-YR1S2M/3C）。
• CAT：光度ランク（例：S2）。
• HUE：色度座標＆主波長ランク（例：Y）。
• REF：順電圧ランク（例：6）。
• LOT No：トレーサビリティのための製造ロット番号。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：広い指向角と一貫した色合いにより、ダッシュボードインジケータ、スイッチ照明、LCDやシンボルのフラットバックライトに最適です。
• 通信機器：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キーパッドバックライト。
• 汎用表示：コンパクトで信頼性の高い明るい緑色のインジケータを必要とするあらゆるアプリケーション。

8.2 重要な設計上の考慮事項

1. 電流制限は必須：LEDは電流駆動デバイスです。LEDと直列に外部の電流制限抵抗を常に使用する必要があります。抵抗値はオームの法則を使用して計算します：R = (V_supply- V_F) / I_F。最悪条件下でも電流が25 mAを超えないようにするため、ビンまたはデータシートの最大V_Fを使用してください。
2. 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長期信頼性と安定した光出力の鍵です。高周囲温度または最大電流付近で動作する場合は、十分なPCB銅面積または放熱ビアを確保してください。
3. ESD保護：取り扱いおよび組立中は標準的なESD対策を実施してください。アプリケーション環境が静電気放電を受けやすい場合は、敏感なラインに過渡電圧サプレッション（TVS）ダイオードや抵抗の追加を検討してください。
4. 一貫性のためのビニング：均一な外観が要求されるアプリケーション（例：マルチLEDアレイ）では、光度（CAT）と主波長（HUE）の狭いビンを指定してください。同じ製造ロット（LOT No.）のLEDを使用することで、一貫性がさらに向上します。

9. 技術比較および差別化

27-21 SMD LEDは、主にそのサイズ、性能、信頼性機能のバランスによって差別化されています。

• より大きなリードフレーム型LEDとの比較：占有面積と重量を大幅に削減し、現代の小型化設計を可能にします。SMDフォーマットにより、より高速で信頼性の高い自動組立が可能になります。
• 他のSMDグリーンLEDとの比較：130度の指向角、InGaNチップによる鮮やかな緑色、包括的な環境規制準拠（ハロゲンフリー、REACH）という特定の組み合わせにより、これらの要素が優先される幅広い民生用および産業用アプリケーションに適しています。
• 統合されたコンプライアンス：主要な世界的規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への事前準拠により、インテグレータの認定負荷が軽減され、規制市場において大きな優位性を提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: なぜ電流制限抵抗が絶対に必要なのですか？

A1: LEDのI-V特性は指数関数的です。順電圧が代表値をわずかに超えると、電流が非常に大きく増加し、瞬時に絶対最大定格25 mAを超えてデバイスを破壊する可能性があります。抵抗は線形で予測可能な電圧降下を提供し、電流を安定させます。

Q2: 抵抗なしで3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？

A2: できません。たとえ3.3VがV_F範囲（2.75-3.95V）内であっても、特定のLEDの実際のV_Fはビニングなしでは不明です。3.3Vの電源がV_Fが3.0VのLEDに直接3.3Vを印加すると、過剰な電流が流れる可能性があります。常に直列抵抗を使用してください。

Q3: バッグを開封後、7日のフロアライフを超えた場合はどうなりますか？

A3: プラスチックパッケージが湿気を吸収します。リフローはんだ付け中にこの湿気が急速に膨張し、内部剥離やポップコーン現象を引き起こし、パッケージが割れて故障に至ります。60°Cで24時間ベーキングすることで、この吸収された湿気を除去します。

Q4: なぜリフローは2サイクルまでに制限されているのですか？

A4: 各リフローサイクルはデバイスに大きな熱ストレスを与えます。複数サイクル行うと、内部のワイヤーボンドが劣化したり、はんだ接合部が弱くなったり、半導体チップ自体が損傷したりして、信頼性が低下する可能性があります。

11. 実用的なアプリケーション事例

シナリオ：民生電子機器用のマルチインジケータステータスパネルの設計。

1. 要件：電源オンおよびモード作動中インジケータ用に、均一な鮮やかな緑色LED 10個。
2. 設計手順：
   • 回路設計：5V電源が利用可能です。最大V_F3.95V、目標I_F20 mAを使用し、R = (5V - 3.95V) / 0.02A = 52.5Ωを計算します。最も近い標準値（例：56Ω）を選択します。実際の電流を再計算：I_F= (5V - 3.2V_typ) / 56Ω ≈ 32 mA（高すぎる）。より現実的な代表V_F3.2Vを使用して再計算：R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω。これにより、17.8 mA（V_F=3.95V時）から20 mA（V_F=3.2V時）の間の安全な電流が得られます。91Ωまたは100Ωの抵抗が良い選択です。
   • PCBレイアウト：正しい極性でLEDを配置します。インジケータを斜めから見る場合は、130度の視野角に十分な間隔を確保してください。
   • 調達：ディストリビュータに狭いビンを指定します：例：CAT=S2（225-285 mcd）、HUE=Y（525-530 nm）とし、10個すべてのインジケータ間で明るさと色の一貫性を確保します。同じLOT No.の部品を要求することが望ましいです。
   • 組立：リフロープロファイルを正確に守ってください。密封バッグを開封後7日以内にLEDを使用してください。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、電気エネルギーを直接光に変換する半導体デバイスであり、この過程をエレクトロルミネセンスと呼びます。27-21 LEDの中心は、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体材料で作られたチップです。この半導体のP-N接合に順方向電圧を印加すると、N型材料からの電子が活性領域でP型材料からの正孔と再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光の粒子）の形で放出されます。放出される光の特定の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まります。InGaNは、青から緑のスペクトルに対応するバンドギャップを持っています。本デバイスでは、組成を調整してピーク波長約518 nmの鮮やかな緑色光を生成しています。水色透明のエポキシ樹脂封止材はチップを保護し、またレンズとして機能し、光出力を指定の130度の指向角に形成します。

13. 技術トレンドと背景

27-21 LEDは、固体照明のより広範な進化の中で、成熟し広く採用されている技術を代表しています。この製品セグメントに影響を与える主要なトレンドは以下の通りです：

• 継続的な小型化：より小型で薄く、機能豊富な電子機器への要望が、光学性能を維持または向上させながら、より小さなLEDパッケージ（例：0201、01005サイズ）の開発を推進しています。
• 効率と輝度の向上：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、発光効率（単位電力入力あたりの光出力）が向上し、同じパッケージサイズでより低い消費電力またはより高い輝度が可能になります。
• 色の一貫性と高度なビニング：ディスプレイや自動車アプリケーションからの要求が、より厳しいビニング公差と、より洗練された多パラメータビニング（例：光束、波長、順電圧を単一コードに結合）の使用を推進し、大規模アレイでの完全な均一性を実現しています。
• 機能の統合：制御回路（定電流ドライバなど）や複数のカラーチップ（RGB）を単一パッケージに統合する傾向があり、システム設計を簡素化し、PCB占有面積を削減します。
• 信頼性と過酷環境への適合性：高温高湿度下での性能が向上したLEDの開発が進み、自動車、産業、屋外アプリケーションへの用途が拡大しています。このデータシートで強調されている環境規制準拠（ハロゲンフリー、REACH）は、世界的な規制トレンドへの直接的な対応です。

27-21は標準部品ですが、その設計は、コンパクトで自動化可能なフォーマットにおける信頼性、コンプライアンス、性能に対するこれらの業界の要求を反映しています。