SMD LED 15-21/S2C-AQ2R2B/2T 仕様書 - ブリリアントオレンジ - 20mA - 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

15-21/S2C-AQ2R2B/2Tは、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体技術を利用してブリリアントオレンジ色を発光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。そのコンパクトなフォームファクタにより、従来のリードフレーム型LEDと比較して、基板サイズと機器寸法を大幅に削減することが可能です。

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、自動ピックアンドプレース組立装置と完全に互換性があります。単色タイプであり、鉛フリー、RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規制（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）に準拠しています。このデバイスは、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。

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発生する可能性がある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 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。
• 連続順電流（IF）：25 mA。信頼性の高い動作のための最大DC電流です。
• ピーク順電流（IFP）：60 mA。これは、1 kHzでデューティサイクル1/10のパルス条件下でのみ許容されます。連続動作には使用しないでください。
• 電力損失（Pd）：60 mW。周囲温度（Ta）25°Cにおいてパッケージが放散できる最大電力です。この値は温度の上昇に伴い低下します。
• 静電気放電（ESD）人体モデル（HBM）：2000 V。これはデバイスの静電気に対する感度を示します。適切なESD取り扱い手順が必須です。
• 動作温度（Topr）：-40°C から +85°C。デバイスが動作することが規定されている周囲温度範囲です。
• 保存温度（Tstg）：-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度：このデバイスは、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、特に指定がない限り、標準試験条件Ta=25°C、IF=20 mAで測定されます。これらはLEDの光学的および電気的性能を定義します。

• 光度（Iv）：90.0 mcd（最小）から180.0 mcd（最大）の範囲で、典型的な許容差は±11%です。これは光源の知覚される明るさです。
• 指向角（2θ1/2）：典型的に130度。これは、光度が0度（軸上）での強度の半分になる全角です。
• ピーク波長（λp）：典型的に611 nm。スペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長（λd）：600.5 nm から 612.5 nm の範囲。これはLEDの知覚される色に最もよく一致する単一波長で、許容差は±1 nmです。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：典型的に17 nm。最大強度の半分の幅（半値全幅、FWHM）です。
• 順電圧（VF）：20 mA時、1.75 V（最小）から2.35 V（最大）の範囲で、許容差は±0.1Vです。
• 逆電流（IR）：逆電圧（VR）5Vを印加した場合、最大10 μA。この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。

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は主要パラメータに基づいてビンに分類されます。品番15-21/S2C-AQ2R2B/2Tにはビンコード（A、Q2、R2、B）が含まれています。

3.1 光度ビニング

LEDは、IF=20mAで測定された光度によって分類されます。

• ビン Q2：90.0 mcd から 112.0 mcd
• ビン R1：112.0 mcd から 140.0 mcd
• ビン R2：140.0 mcd から 180.0 mcd

品番中のR2は、このデバイスがこのシリーズで最高輝度のビンに属することを示しています。

3.2 主波長ビニング

LEDは色調を制御するために主波長によって選別されます。

• ビン D8：600.5 nm から 603.5 nm
• ビン D9：603.5 nm から 606.5 nm
• ビン D10：606.5 nm から 609.5 nm
• ビン D11：609.5 nm から 612.5 nm

品番中のAは、おそらくこれらの波長ビンのいずれか（例えば、典型的なオレンジ色の場合はD10またはD11）に対応しています。

3.3 順電圧ビニング

順電圧による選別は、一貫した電流駆動回路の設計に役立ちます。

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

品番中のBは順電圧ビンを指します。

4. 性能曲線分析

データシートは、異なる動作条件下でのLEDの挙動を理解するために重要ないくつかの特性曲線を提供します。

4.1 相対光度 vs. 順電流

この曲線は、光出力が電流に比例しないことを示しています。効率低下と熱効果により、より高い電流では準線形的に増加します。推奨される20mAを大幅に超えて動作すると、明るさの向上が鈍化し、寿命が短くなる可能性があります。

4.2 相対光度 vs. 周囲温度

光度は周囲温度が上昇するにつれて減少します。これは半導体LEDの特性です。この曲線により、設計者は高温環境での明るさの低下を推定することができ、自動車のダッシュボードなどのアプリケーションでは重要です。

4.3 順電流低下曲線

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留まり、熱暴走を防ぐために最大電流を低減する必要があります。

4.4 順電圧 vs. 順電流

このIV（電流-電圧）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。電圧は電流に対して対数的に増加します。この曲線は、電流制限抵抗または定電流ドライバの設計に不可欠です。

4.5 放射パターンとスペクトル分布

放射パターン（極座標プロット）は、130度の指向角を視覚的に表しています。スペクトル分布プロットは、AlGaInP LEDの単色性を確認し、典型的な半値全幅17 nmで約611 nmに単一のピークを示しています。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

15-21 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許容差±0.1mm）には全長、幅、高さが含まれます。データシートには、チップ配置、レンズ形状、リードフレームを示す詳細図面が提供されています。組立時の正しい極性方向のために、パッケージ上にカソードマークが明確に示されています。

5.2 極性識別

正しい極性は必須です。5Vを超える逆電圧を印加すると、LEDは瞬時に損傷する可能性があります。パッケージには、寸法図に示すように明確なカソード識別子（通常は緑色の点、切り欠き、または面取りされた角）が備わっています。設計者は、PCBフットプリントがこの向きと一致することを確認する必要があります。

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

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：最大6°C/秒。
• 255°C以上時間：最大30秒。
• 冷却速度：最大3°C/秒。

同じデバイスでリフローはんだ付けを2回以上行わないでください。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• 先端温度が350°C未満のはんだごてを使用してください。
• 端子ごとの接触時間を最大3秒に制限してください。
• 定格電力25W以下のごてを使用してください。
• 各端子のはんだ付けの間隔を少なくとも2秒空けてください。

手はんだ付けは熱損傷のリスクが高いです。

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パッケージングされています。

• 使用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%で保管してください。
• バッグ開封後のフロアライフは168時間（7日間）です。
• 暴露時間を超えた場合、または乾燥剤インジケータが変色した場合は、はんだ付け時のポップコーン損傷を防ぐために、リフロー前に60 ±5°Cで24時間のベーキングが必要です。

6.4 重要な注意事項

• 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V-I特性は、小さな電圧変化が大きな電流変化を引き起こし、抵抗がないと即座に焼損することを意味します。
• 機械的ストレス：はんだ付け時または最終アプリケーションでLED本体にストレスを加えないでください。組立後にPCBを反らせないでください。
• 修理：はんだ付け後の修理は強く推奨されません。どうしても必要な場合は、両端子を同時に加熱して部品を均等に持ち上げるために、両頭はんだごてを使用し、パッドの損傷を避けてください。修理試行後はLEDの機能を確認してください。

7. 包装および注文情報

7.1 リールおよびテープ仕様

デバイスは、直径7インチ（178mm）のリール上のエンボスキャリアテープで供給されます。

• キャリアテープ幅：8 mm。
• ポケットピッチ：詳細寸法図に従います。
• リールあたり数量：2000個。

リール、キャリアテープ、カバーテープの寸法の詳細図面は、特に指定がない限り許容差±0.1mmで提供されます。

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：

• CPN：顧客の製品番号。
• P/N：メーカーの製品番号（例：15-21/S2C-AQ2R2B/2T）。
• QTY：包装数量。
• CAT：光度ランク（例：R2）。
• HUE：色度/主波長ランク（例：A）。
• REF：順電圧ランク（例：B）。
• 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

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 自動車内装：ダッシュボード計器、スイッチ、制御パネルのバックライト。
• 通信機器：電話機やファクシミリの状態表示灯およびキーパッドバックライト。
• 民生電子機器：小型LCDディスプレイのフラットバックライト、スイッチ照明、シンボル表示灯。
• 一般的な表示灯用途：コンパクトで明るいオレンジ色の状態表示灯を必要とするあらゆるアプリケーション。

8.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。抵抗値は R = (電源電圧 - VF) / IF で計算します。ここでVFは、堅牢な設計のために最大ビン値（2.35V）から選択する必要があります。
• 熱管理：パッケージは小さいですが、最大電流付近または高い周囲温度で動作する場合は、熱が光出力と寿命を低下させるため、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：130度の指向角は広いビームを提供します。より集光した光が必要な場合は、外部レンズまたはライトパイプが必要になる場合があります。
• ESD保護：デバイスが2kV HBM定格を持っていても、LEDがユーザーがアクセス可能な場所にある場合は、入力ラインにESD保護を実装してください。

9. 技術比較と差別化

従来のスルーホールLEDや大型SMDパッケージと比較して、15-21には明確な利点があります：

• サイズと重量：そのミニチュアフットプリントにより、より高い実装密度と軽量な最終製品が可能になり、携帯機器や小型化デバイスにとって重要です。
• 自動化互換性：テープアンドリール包装は、高速自動組立に最適化されており、製造コストを削減します。
• 性能：AlGaInP材料の使用により、従来技術と比較してオレンジ/赤スペクトル範囲で高い発光効率を実現しています。
• 適合性：現代の環境規制（RoHS、ハロゲンフリー、REACH）への完全準拠が組み込まれており、最終製品の適合プロセスを簡素化します。

考慮すべき点として熱性能があります。非常に小さいサイズは、より多くの熱容量を持つ大型パッケージと比較して放熱を制限する可能性があります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 5V電源で使用する抵抗値は？

ビン2の最大順電圧（2.35V）と推奨電流（20mA）を使用します：R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 オーム。最も近い標準値の130オームまたは150オームが適切です。常に回路内の実際の電流を確認してください。

10.2 より明るくするために30mAでこのLEDを駆動できますか？

いいえ。連続順電流（IF）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、信頼性と寿命が大幅に低下し、即座に故障する可能性があります。必要な場合にのみ、非常に短いデューティサイクルでピーク電流（60mAパルス）を使用してください。

10.3 基板が熱くなると明るさが低下するのはなぜですか？

これは、相対光度 vs. 周囲温度曲線に示されているように、LED半導体の基本的な特性です。温度が上昇すると、半導体内の非放射再結合が増加し、効率が低下します。適切な熱設計によりこの影響を緩和できます。

10.4 バッグは1ヶ月前に開封しました。まだLEDを使用できますか？

注意なしでは使用できません。湿気感受性レベルでは、バッグ開封後168時間（7日間）以内の使用が必要です。これを超えた場合は、高温はんだ付けプロセス中の内部剥離を防ぐために吸収された湿気を除去するため、リフローはんだ付けを行う前にLEDを60°Cで24時間ベーキングする必要があります。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：状態表示パネルの設計
設計者は、20個のオレンジ色の状態表示灯を持つ制御パネルを作成しています。その明るさ（R2ビン）とコンパクトサイズのために、15-21/S2C-AQ2R2B/2Tを選択します。

1. 回路設計：共通の5Vレールを使用します。保守的なVFとして2.35Vを使用し、各LEDに150オームの電流制限抵抗を選択します。これにより、約17.7mAの電流が流れ、25mAの最大値を安全に下回ります。
2. PCBレイアウト：コンパクトなフットプリントにより、20個すべてのLEDを1列に配置できます。フットプリント上のカソードマークは、組立エラーを防ぐためにパッケージ図面と明確に揃えられています。
3. 製造：テープアンドリール包装により、PCBアセンブラは自動ピックアンドプレースマシンを使用でき、20個すべての部品を迅速、正確、かつ確実に実装できます。
4. 結果：パネルは、均一で明るいオレンジ色の表示灯を持ち、色（波長ビニングのおかげで）と明るさ（光度ビニングのおかげで）が一貫しており、効率的かつ確実に製造されています。

12. 原理紹介

15-21 LEDは、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体材料に基づいています。p-n接合に順電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入されます。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。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、これが直接発光の波長（色）を定義します—この場合はブリリアントオレンジ（約611 nm）です。エポキシ樹脂レンズは半導体ダイを封止し、機械的保護を提供し、指定された130度の指向角を達成するために光出力パターンを形成します。

13. 開発動向

15-21のようなSMD LEDの進化は、いくつかの主要な業界動向に従っています：

• 小型化：パッケージサイズの継続的な縮小（例：0603から0402、0201メトリックサイズへ）により、ますます小さな電子機器が可能になります。
• 効率向上：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、より高い発光効率（電気ワットあたりのより多くの光出力）が得られ、電力消費と熱負荷が削減されます。
• 信頼性向上：パッケージ材料とダイアタッチ技術の改善により、より長い動作寿命と過酷な条件（高温、高湿度）下でのより良い性能が実現されます。
• 高度なビニング：色（波長）と光束のより厳しいビニング許容差は、フルカラーディスプレイや自動車照明クラスターなど、高い色の一貫性を必要とするアプリケーションによって、標準になりつつあります。
• 統合：複数のLEDチップ（RGB、または白色+色）を単一パッケージに統合する、またはスマートLEDモジュール用の制御ICを組み込む傾向があります。

15-21は成熟した信頼性の高い技術を表していますが、新しいパッケージはより小さなフットプリントまたはより高い効率を提供するかもしれませんが、動作の基本原理と主要なアプリケーションガイドラインはほぼ一貫しています。