SMD LED 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T データシート - パッケージ 1.6x0.8x0.6mm - 電圧 2.7-3.1V - 電力 40mW - 純白色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3Tは、小型化と高信頼性を要求する現代の電子アプリケーション向けに設計された、コンパクトな表面実装デバイス（SMD）LEDです。この単色LEDは、黄色の拡散樹脂に封止されたInGaNチップによって実現された純白色光を発します。その主な利点は、従来のリードフレーム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、プリント回路基板（PCB）上の部品実装密度の向上、機器の保管スペースの削減を可能にし、最終的にはより小型・軽量なエンドユーザー機器の開発に貢献します。本コンポーネントはRoHSに完全準拠し、EU REACH規制を遵守し、臭素および塩素含有量を業界基準以下に厳密に管理したハロゲンフリー製品として製造されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

17-21 SMD LEDの設計思想は、小型化の実現を中心としています。その小さな物理寸法は、直接的に必要な基板スペースの削減につながり、設計者がよりコンパクトな製品を作成することを可能にします。パッケージの軽量性は、特に携帯機器や小型アプリケーションにおいて、わずかな重量も重要な場合に適しています。本デバイスは、7インチ径のリールに巻かれた8mmピッチのテープに実装されて供給され、大量生産に不可欠な高速自動実装機との互換性を確保しています。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るため、製造における柔軟性を提供します。主なターゲット市場には、民生用電子機器、自動車内装（特にダッシュボードおよびスイッチのバックライト）、状態表示用の通信機器、LCDおよび制御パネルの一般的なバックライトが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに定義された主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、回路設計と信頼性に対するその重要性を説明しながら、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、LEDに永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。これらは通常動作条件ではなく、決して超えてはならない閾値です。

• 逆電圧（VR）：5V- 5Vを超える逆バイアス電圧を印加すると、直ちに接合部の破壊を引き起こす可能性があります。データシートは、このデバイスが逆動作用に設計されていないことを明示しており、この定格は主にIR（逆電流）試験条件のためのものです。アプリケーションでは、逆電圧が発生する可能性がある場合、外部回路保護（並列ダイオードなど）がしばしば必要となります。
• 順方向電流（IF）：10mA- これは、信頼性の高い長期動作のために推奨される最大連続DC電流です。この電流を超えると、接合部温度が上昇し、光束維持率の低下を加速させ、デバイスの寿命を大幅に短縮します。
• ピーク順方向電流（IFP）：100mA- LEDは、最大100mAまでの短い電流パルス（1kHz、デューティサイクル1/10）に耐えることができます。これはパルス動作や瞬間的なサージに関連しますが、定常状態の電力損失の計算には使用すべきではありません。
• 電力損失（Pd）：40mW- これは、周囲温度（Ta）25°Cにおいて、パッケージが熱として放散できる最大電力です。実際の電力損失は、順方向電圧（VF）* 順方向電流（IF）として計算されます。この限界に近い、または超える動作では、注意深い熱管理が必要です。
• 動作・保管温度：本デバイスは、-40°Cから+85°Cでの動作、および-40°Cから+90°Cでの保管が定格されています。この広い範囲は、自動車および産業環境に適しています。
• はんだ付け温度：2つのプロファイルが規定されています：リフローはんだ付け用に260°Cで10秒（鉛フリープロセスに典型的）、手はんだ付け用に350°Cで3秒です。内部ダイボンドやプラスチックパッケージへの損傷を防ぐため、これらの制限を遵守することが重要です。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、標準試験条件（Ta=25°C、IF=5mA）で測定され、LEDの性能を定義します。

• 光度（Iv）：72.0 - 180.0 mcd（代表値）- これは特定の方向に放射される可視光の量です。非常に広い範囲（72から180 mcd）は、LEDが測定された出力に基づいて異なるビンに仕分けされることを示しており、詳細は後のセクションで説明します。5mAの試験電流は最大定格以下であり、測定のための安全マージンを提供します。
• 指向角（2θ1/2）：150°（代表値）- これは、光度が0°（軸上）の強度の半分になる角度です。150°の指向角は非常に広く、拡散したランバート型の発光パターンを生成し、集光ビームではなく均一な光分布が望まれるエリア照明やバックライトに適しています。
• 順方向電圧（VF）：2.7V - 3.1V（最大値）- これは、試験電流5mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。この変動は半導体プロセスの許容差によるものであり、ビニングによっても管理されます。VFは固定値ではないため、動作電流を設定するために、常にLEDと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。
• 逆電流（IR）：50 μA（最大値）- これは、5Vの逆バイアスを印加したときのリーク電流です。健全なデバイスでは通常非常に小さくなります。

3. 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は試験され、性能グループまたはビンに仕分けられます。17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3Tは、コードKQ1R2B5Yが示すように、マルチパラメータ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

光度は、4つの異なるビン（Q1、Q2、R1、R2）に仕分けられます。仕様決定や発注時には、型番のR2が選択されたビンを示します。

• ビン Q1：72.0 - 90.0 mcd
• ビン Q2：90.0 - 112.0 mcd
• ビン R1：112.0 - 140.0 mcd
• ビン R2：140.0 - 180.0 mcd

これにより、設計者はアプリケーションに適した輝度レベルを選択でき、最大光出力が重要な場合には通常、より高いビンが使用されます。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、2.7Vから3.1Vまで0.1Vステップでビニングされます。型番のB5はこれらのビンの1つに対応します。設計においてVFビンを一致させることで、複数のLEDを並列接続した場合の均一な電流分担を確保するのに役立ちます。

• ビン 29：2.7 - 2.8V
• ビン 30：2.8 - 2.9V
• ビン 31：2.9 - 3.0V
• ビン 32：3.0 - 3.1V

3.3 色度座標ビニング

白色光の色は、CIE 1931図上の色度座標（x、y）によって定義されます。データシートは、この図上に4つの四角形のビン（3、4、5、6）を定義しています。型番のYは、おそらく黄色の拡散樹脂と関連する色ビン（例：ビン5）を参照しています。指定された許容差はx座標とy座標の両方で±0.01であり、これは白色LEDの標準的な許容差であり、ロット内で一貫した知覚色を保証します。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 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）には、長さ約1.6mm、幅約0.8mmの典型的な本体サイズ、および高さ約0.6mmが含まれます。パッド配置や公差（特に記載がない限り±0.1mm）を含む正確な寸法は、詳細なパッケージ図面に記載されています。カソードは明確にマークされており、実装時の正しい向きを確保するために不可欠です。小さなサイズのため、適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するには、精密なPCBパッド設計が必要です。

4.2 包装と取り扱い

コンポーネントは、湿気感受性デバイス（MSD）包装で納入されます。エンボス加工されたキャリアテープ（8mmピッチ）に実装され、7インチリールに巻き取られており、1リールあたり3000個です。包装には乾燥剤が含まれ、アルミ防湿バッグ内に密封されています。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）、数量（QTY）、および光度（CAT）、色度（HUE）、順方向電圧（REF）の特定のビンコードが含まれています。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いとはんだ付けは、SMDコンポーネントの信頼性にとって極めて重要です。

5.1 保管と湿気感受性

LEDは湿気感受性があります（MSL分類が示唆されます）。コンポーネントを使用する準備ができるまで、バッグを開封しないでください。開封後、未使用のLEDは、温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管し、168時間（7日）以内に使用する必要があります。この期間を超えた場合、または乾燥剤が飽和を示した場合は、使用前に60±5°Cで24時間のベーキング（乾燥）を行い、吸収した湿気を除去し、リフローはんだ付け中のポップコーン現象を防止する必要があります。

5.2 はんだ付けプロセス

リフローはんだ付け：ピーク温度260°Cで最大10秒の鉛フリーリフロープロファイルが規定されています。コンポーネントは、2回を超えるリフローサイクルを受けてはなりません。加熱中のLED本体への応力は避ける必要があります。

手はんだ付け：必要な場合、端子ごとにアイロン先端温度≤350°Cで≤3秒、低電力アイロン（≤25W）を使用して手はんだ付けを行うことができます。端子間には>2秒の冷却間隔を設けることを推奨します。データシートは、手はんだ付けはしばしば損傷につながることを強く警告しています。

修理：はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、専用の両頭はんだごてを使用して両端子を同時に加熱し、ダイへの熱応力を防止する必要があります。LED特性への影響は事前に評価する必要があります。

6. アプリケーション提案と設計上の考慮点

6.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• バックライト：広い指向角と均一な光分布により、ダッシュボード計器群、メンブレンスイッチ、キーパッド、シンボルに最適です。
• 状態表示：通信機器（電話、ファクス）、民生用電子機器、産業用制御装置の電源、接続性、または機能状態表示灯に最適です。
• LCDバックライト：小型のモノクロまたはカラーLCDディスプレイのエッジライトまたはダイレクトライトバックライトに使用できます。
• 汎用表示：コンパクトで信頼性が高く、明るい白色表示灯を必要とするあらゆるアプリケーション。

6.2 重要な設計上の考慮点

1. 電流制限は必須：LEDは電流駆動デバイスです。順方向電流を設定するために、常に直列抵抗を使用する必要があります。データシートは、これがないと、供給電圧の小さな変化が、破壊的な大きな電流変化を引き起こす可能性があると警告しています。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R = (供給電圧 - LEDのVF) / 希望電流。保守的な設計のためには、ビンまたはデータシートの最大VFを使用してください。
2. 熱管理：パッケージは小さいですが、電力損失（最大40mW）は熱を発生させます。高電流（10mA近く）での連続動作では、特に複数のLEDが密集している場合、PCBに十分な放熱対策があることを確認してください。高い接合部温度は、光出力と寿命を低下させます。
3. ESD保護：デバイスのESD HBM定格は150Vであり、比較的低い値です。取り扱いおよび実装中は、標準的なESD予防措置に従う必要があります。
4. 光学設計：150°の指向角と黄色の拡散樹脂は、柔らかく広いビームを作り出します。集光照明のためには、外部レンズや導光板が必要になります。拡散樹脂は、拡散板の背後で使用した場合に均一な外観を実現するのに役立ちます。

7. 技術比較と差別化

17-21パッケージは、非常に小さなSMD LEDのカテゴリーに位置します。その主な差別化要因は、極めて小さな占有面積（1.6x0.8mm）の中で比較的高い光度（最大180 mcd）を組み合わせている点です。より大きなSMD LED（例：3528、5050）と比較すると、優れたスペース節約を提供しますが、総合的な光出力や電力処理能力は低い場合があります。さらに小さなチップLEDと比較すると、パッケージ化された形態と集積レンズにより、取り扱いが容易です。輝度、電圧、色度の明示的なビニングは、バックライトアレイなど、均一な外観を要求するアプリケーションにとって重要なレベルの性能一貫性を提供します。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 100mAのパルスに耐えられるのに、なぜ順方向電流は10mAに制限されているのですか？

A: 10mAの定格は連続動作のためのものであり、長期信頼性を確保し、指定された光学性能を維持します。100mAのパルス定格は、短時間（例：1msごとに0.1ms）のためのものです。高電流での連続動作は接合部温度を上昇させ、蛍光体と半導体の劣化を加速し、早期の減光や故障を引き起こします。

Q: 適切な電流制限抵抗をどのように選択すればよいですか？

A: 公式 R = (供給電圧 - VF) / IF を使用します。供給電圧5V、目標電流5mAの場合、安全のために最大VF 3.1Vを使用すると：R = (5 - 3.1) / 0.005 = 380 オーム。最も近い標準値（390オーム）が良い選択となります。抵抗の電力定格は常に確認してください：P = I^2 * R。

Q: マイクロコントローラのGPIOピンから直接このLEDを駆動できますか？

A: 可能ですが、注意が必要です。典型的なGPIOピンは20-25mAをソース/シンクできます。直列抵抗を含める必要があります。また、マイクロコントローラの出力電圧がLEDのVF（2.7-3.1V）を上回るのに十分高いことを確認してください。3.3VのマイクロコントローラはVF範囲の下限で動作する可能性がありますが、5V電源の方がより確実です。抵抗なしでピンとグランドの間にLEDを直接接続しないでください。

Q: 私のアプリケーションにとってPb-freeとHalogen-Freeは何を意味しますか？

A: Pb-freeは、はんだ付け可能な仕上げに鉛が含まれていないことを意味し、RoHSなどの環境規制に準拠しています。Halogen-Free（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）は、プラスチック包装材料にハロゲンが最小限しか含まれていないことを意味し、デバイスが極端な高温や火災にさらされた場合の有毒ガスの発生を減らし、環境および安全性プロファイルを向上させます。

9. 実践的な設計と使用事例

シナリオ：医療機器用バックライト付きキーパッドの設計

設計では、シリコンゴムキーの背後に12個の白色表示灯が必要です。両面PCB上のスペースは非常に限られています。最小の占有面積のために、17-21 LEDが選択されました。設計者は、明るい環境下でも良好な視認性を確保するために、R2光度ビンを選択します。すべてのLEDは同じVFビン（例：30）から指定され、並列構成で接続された場合（12個すべてに単一の抵抗ではなく、並列分岐ごとに単一の電流制限抵抗で駆動）の均一な輝度を促進します。PCBレイアウトは、データシート図面に従って放熱パッドを配置します。組立業者には、指定されたリフロープロファイルに従い、実装直前までコンポーネントを密封バッグ内に保管するよう指示します。組立後、150°の広い指向角により、各キーがホットスポットなく均一に照明されます。

10. 動作原理と技術トレンド

10.1 基本的な動作原理

これは蛍光体変換型白色LEDです。中核は、順方向バイアスをかけると（エレクトロルミネセンス）、青色または近紫外スペクトルの光を発する窒化インジウムガリウム（InGaN）製の半導体チップです。この一次光は、その後、蛍光体層（この場合は黄色発光蛍光体が拡散樹脂封止材中に懸濁）によって吸収されます。蛍光体は、より長い波長（黄色）で光を再放射します。チップからの未変換の青色光と、蛍光体からの変換された黄色光の組み合わせにより、白色光として知覚されます。正確な色合い（クールホワイト、ピュアホワイト、ウォームホワイト）は、使用される蛍光体の組成と量によって決定され、これは製造工程で制御されて指定された色度ビンに合わせられます。

10.2 客観的な技術トレンド

SMD LED技術の一般的なトレンドは、いくつかの主要な目標に向かって継続しています：効率向上（lm/W）：単位電力入力あたりの光出力を向上させ、エネルギー消費と熱負荷を削減します。信頼性と寿命の向上：材料とパッケージングを強化し、より高い温度とより長い動作時間に耐え、光束維持率の低下を最小限に抑えます。色の一貫性と演色性の改善：より厳しいビニング許容差と、より自然な白色光を提供する高い演色評価数（CRI）値を提供する蛍光体の開発。さらなる小型化：光出力を維持または増加させながら、さらに小さなパッケージ占有面積の開発。統合ソリューション：内蔵電流レギュレータ、コントローラ、または単一パッケージ内の複数チップを備えたLEDの増加により、回路設計を簡素化します。17-21 LEDは、この進行中の進化における成熟したコスト効率の高いポイントを表し、スペースが制限された大量生産アプリケーションでの信頼性の高い性能に最適化されています。