SMD LED 12-21 ディープレッド 1206パッケージ データシート - 外形寸法 3.2x1.6x1.1mm - 電圧 1.75-2.35V - 電力 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

12-21 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。AlGaInPチップ技術を採用し、代表的な主波長650nmのディープレッド光を発光します。その主な利点は、従来のリード型LEDと比較して占有面積が大幅に削減され、最終製品の小型化を可能にすることにあります。部品は7インチリール上の8mmテープに梱包されており、高速自動実装・はんだ付け装置と完全に互換性があります。これは単色、鉛フリーのデバイスであり、RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規格（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）に準拠しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

小型化された1206パッケージフォーマット（約3.2mm x 1.6mm）により、より小さなプリント基板（PCB）設計、より高い部品実装密度、および保管・輸送コストの削減が可能になります。軽量構造のため、携帯機器やスペースに制約のあるアプリケーションに理想的です。主なターゲット市場には、民生用電子機器、産業用制御装置、自動車内装（特に計器盤、スイッチパネル、メンブレンキーパッドのバックライト機能）が含まれます。また、通信機器（電話、ファクシミリなど）の状態表示灯や汎用インジケータ用途にも適しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに定義されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 逆電圧 (V_R):5V。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_F):25 mA。連続的に印加できる直流電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP):60 mA (デューティサイクル 1/10, 1 kHz)。この定格はパルス動作用であり、平均電力損失を低減します。
• 電力損失 (P_d):T_a=25°C時 60 mW。許容される最大電力損失で、V_F* I_Fとして計算されます。この定格は周囲温度の上昇に伴い低下します。
• 静電気放電 (ESD):2000V (人体モデル)。中程度のESD感受性を示します。適切な取り扱い手順が必要です。
• 動作・保管温度:-40°C ～ +85°C (動作)、-40°C ～ +90°C (保管)。信頼性のある機能および非動作時保管のための環境範囲を指定します。
• はんだ付け温度:リフロー：ピーク260°C、最大10秒。手はんだ：端子あたり350°C、最大3秒。組立工程管理にとって重要です。

2.2 電気光学特性

T_a=25°C、I_F=20 mAで測定した、代表的な性能パラメータです。

• 光度 (I_v):28.5 ～ 72.0 mcd (ミリカンデラ)。LEDの知覚される明るさです。広い範囲はビニングシステム（セクション3参照）によって管理されます。
• 指向角 (2θ_1/2):120度 (代表値)。この広い角度は、バックライトや拡散インジケータ用途に適した広い発光パターンを提供します。
• ピーク波長 (λ_p):650 nm (代表値)。スペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長 (λ_d):629.5 ～ 645.5 nm。これは人間の目がLEDの色として知覚する単一波長であり、これもビニングによって管理されます。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):20 nm (代表値)。最大強度の半分の高さにおける発光スペクトルの幅（半値全幅）です。
• 順方向電圧 (V_F):I_F=20mA時 1.75 ～ 2.35 V。動作時のLED両端の電圧降下です。低いV_Fはシステム効率を向上させることができます。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時 最大10 μA。デバイスが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはビンに仕分けられます。12-21 LEDでは、3つの独立したビニング基準が使用されています。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mAで測定された光度に基づいて4つのビン（N1、N2、P1、P2）に分類されます。これにより、設計者はアプリケーションに適した輝度グレードを選択でき、複数LEDアレイでの均一な外観を確保できます。

• ビン N1:28.5 - 36.0 mcd
• ビン N2:36.0 - 45.0 mcd
• ビン P1:45.0 - 57.0 mcd
• ビン P2:57.0 - 72.0 mcd

3.2 主波長ビニング

色の一貫性は、主波長を4つのコード（E7、E8、E9、E10）にビニングすることで制御されます。これは、正確な色合わせが必要なアプリケーションにおいて極めて重要です。

• ビン E7:629.5 - 633.5 nm
• ビン E8:633.5 - 637.5 nm
• ビン E9:637.5 - 641.5 nm
• ビン E10:641.5 - 645.5 nm

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、電流制限抵抗の計算を支援し、直列接続時の電力損失を管理するためにビニングされます。3つのビン（0、1、2）が定義されています。

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

4. 性能曲線分析

具体的なグラフは提供されたテキストでは詳細に記述されていませんが、このようなLEDの代表的な性能曲線には、設計にとって重要な以下の関係が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線:順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示します。膝電圧は約1.8Vです。V_Fをわずかに超える電圧の増加が、大きく、破壊的となる可能性のある電流の増加を引き起こすため、電流制限抵抗は必須です。
• 光度 vs. 順方向電流:光度は最大定格まで電流にほぼ比例して増加します。I_F=20mA以上で動作させると輝度は増加しますが、電力損失と接合部温度も上昇します。
• 光度 vs. 周囲温度:内部量子効率の低下やその他の熱的影響により、周囲温度が上昇すると光度は一般的に減少します。これは高温環境における重要な考慮事項です。
• スペクトル分布:相対強度と波長の関係を示すプロットで、約650nmにピークがあり、半値全幅は約20nmで、ディープレッドの色点を確認できます。
• 順方向電圧 vs. 温度: V_Fは負の温度係数を持ち、接合部温度が上昇すると減少することを意味します。これは定電流駆動の安定性に影響を与える可能性があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と図面

LEDは標準的な1206（3216メトリック）SMDフットプリントに準拠しています。主要寸法（mm単位、指定がない限り公差±0.1mm）には、全長（3.2）、幅（1.6）、高さ（1.1）が含まれます。図面には、通常、パッケージ上の緑色のストライプまたは面取りされた角として示される、カソード識別マークが指定されています。PCB上の推奨ランドパターン（はんだパッド）寸法は、信頼性の高いはんだ付けにとって極めて重要であり、通常、適切なフィレットを形成するためにデバイス端子よりわずかに大きくなります。

5.2 極性識別

正しい向きは極めて重要です。カソードはデバイス上にマークされています。このマーキング（例：色付きバンド、切り欠き）を識別するには、データシートの図面を参照する必要があります。極性を誤るとLEDは点灯せず、5Vを超える逆電圧を印加すると損傷する可能性があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

LEDは赤外線および気相リフローと互換性があります。鉛フリー温度プロファイルが指定されています：

• 予熱:150-200°C、60-120秒。熱衝撃を最小限に抑えるための徐々の加熱。
• 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。
• 最大上昇速度:3°C/秒。
• 最大下降速度:6°C/秒。

重要な注意:パッケージやワイヤボンドへの過度の熱ストレスを避けるため、リフローはんだ付けは2回までとすべきです。

6.2 手はんだ作業手順

手動修理が必要な場合：

• 先端温度 < 350°Cのはんだごてを使用してください。
• 各端子への加熱は < 3秒とします。
• 定格電力 < 25W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隔は最低2秒空けてください。
• 取り外しには、両端子を同時に加熱して機械的ストレスを避けるため、両先端はんだごての使用が推奨されます。

手はんだは熱損傷のリスクが高く、量産では避けるべきです。

6.3 保管および湿気感受性

デバイスは乾燥剤入りの防湿袋に梱包されています。

• 開封前:30°C以下、相対湿度90%以下で保管してください。
• 開封後 (フロアライフ):30°C以下、相対湿度60%以下で1年間。未使用のデバイスは防湿袋に再密封する必要があります。
• ベーキング:乾燥剤インジケータが変色した場合、または保管期間を超えた場合は、使用前に60 ±5°Cで24時間ベーキングして吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは、7インチ径リール上のエンボス加工キャリアテープで供給されます。各リールには2000個が含まれます。テープ寸法（ポケットサイズ、ピッチ）は、自動供給装置との互換性を確保するために指定されています。リールには、実装機への取り付け用に特定のハブ、フランジ、外形寸法があります。

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:完全な製品番号（例：12-21/R8C-AN1P2B/2D）。
• QTY:リール上の数量。
• CAT (または 光度ランク):光度ビンコード（例：P1）。
• HUE (色度/波長ランク):主波長ビンコード（例：E9）。
• REF (順方向電圧ランク):電圧ビンコード（例：1）。
• LOT No:品質追跡のための製造ロット番号。

8. アプリケーション設計推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動方法は、直列の電流制限抵抗です。抵抗値 (R_s) はオームの法則を使用して計算されます：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。ビンからの最大V_F（例：ビン2の場合は2.35V）を使用すると、最悪ケースのLED変動があっても十分な電流が確保されます。5V電源、I_F=20mAの場合：R_s= (5 - 2.35) / 0.02 = 132.5Ω。標準の130Ωまたは150Ω抵抗が適しています。抵抗の電力定格は少なくとも(I_F²* R_s) であるべきです。

8.2 設計上の考慮点と注意事項

• 電流制限は必須です:注意事項で強調されているように、外部の電流制限機構（抵抗または定電流ドライバ）が絶対に必要です。電圧源に直接接続するとLEDは破損します。
• 熱管理:単一のLEDの損失は約60mWですが、高密度アレイや高周囲温度での動作では、放熱のためのPCBレイアウトに注意が必要です。他の熱源の近くに配置しないでください。
• ESD保護:組立中はESD安全な取り扱い手順を実施してください。敏感な環境では回路レベルのESD保護が必要になる場合があります。
• 光学設計:120度の指向角は広いカバレッジを提供します。集光した光が必要な場合は、二次光学素子（レンズ）が必要になります。ウォータークリア樹脂パッケージは、チップの色が許容されるアプリケーションや外部拡散板と併用する場合に適しています。

9. 技術比較と差別化

従来のスルーホール（例：3mm、5mm）赤色LEDと比較して、12-21 SMD LEDは以下を提供します：

• サイズ削減:占有面積と高さが大幅に小さくなり、現代の小型化設計を可能にします。
• 自動化互換性:大量生産、低コストの表面実装組立向けに設計されています。
• 信頼性の向上:SMDパッケージは、PCBへの熱経路が良好で、応力を引き起こす可能性のある曲がったリードがないことが多いです。
• 他の一部のSMD赤色LED（例：赤色にInGaNを使用するもの）と比較して、AlGaInP技術は一般に、赤色/琥珀色スペクトルでより高い効率とより鮮やかな色を提供します。

その主なトレードオフは、スルーホール部品と比較して、より精密なPCB製造および組立プロセスが必要になることです。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 3.3V電源で使用する場合、どの抵抗器を使用すべきですか？

最大V_F=2.35V、目標I_F=20mAを使用すると：R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5Ω。標準の47Ω抵抗を使用します。電流を確認：I = (3.3 - 2.0[代表値]) / 47 ≈ 27.7mA、これは25mAの連続定格を超えています。安全のために68Ω抵抗を選択：I = (3.3 - 2.0) / 68 ≈ 19.1mA、これは仕様内です。

10.2 輝度制御のためにPWM信号でこのLEDを駆動できますか？

はい。パルス幅変調（PWM）はLEDの調光に優れた方法です。各パルスのピーク電流が絶対最大定格（I_FP= 60mA、デューティサイクル10%パルス）を超えないようにしてください。周波数は可視フリッカーを避けるために十分に高く（通常 >100Hz）する必要があります。

10.3 保管およびベーキング情報が重要なのはなぜですか？

SMDプラスチック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工程中に、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チップの割れ（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。保管条件とベーキング手順は、この故障モードを防止します。

10.4 発注時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？

製品内での一貫した外観のために、希望する光度（CAT）、主波長（HUE）、およびオプションで順方向電圧（REF）のビンを指定してください。例えば、CAT=P1, HUE=E9を要求すると、すべてのLEDが類似した明るさと非常に特定のディープレッドの色合いを持つことが保証されます。指定しない場合、製造ラインからの混合品を受け取る可能性があります。

11. 実用的なアプリケーション例

11.1 自動車ダッシュボードスイッチのバックライト

このアプリケーションでは、複数の12-21 LEDが、ダッシュボード上の半透明スイッチキャップまたはシンボルの背後に配置されます。広い120度の指向角により、シンボル全体に均一な照明が確保されます。これらは通常、車両の12Vシステム（電圧レギュレータ経由）から、それぞれ独自の電流制限抵抗を持つ並列ストリングで駆動されます。-40°Cから+85°Cの動作温度範囲は、自動車内装環境に適しています。波長（HUEビン）の一貫性は、他の内装照明の色と一致させるためにここでは極めて重要です。

11.2 ネットワークルーターの状態表示灯

単一のLEDを使用して、電源またはネットワーク活動を示すことができます。マイクロコントローラのGPIOピンによって駆動されます。回路には直列抵抗（MCUの3.3Vまたは5V出力用に計算）が含まれ、MCUピンが直接20mAを供給できない場合はトランジスタが使用される場合もあります。ディープレッド色は非常に視認性が高いです。SMDパッケージにより、ルーター筐体の小さな表示窓のすぐ近くに配置することができます。

12. 動作原理の紹介

12-21 LEDは、半導体フォトニックデバイスです。その中核は、AlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化物）材料で作られたチップです。ダイオードの接合電位（∼1.8V）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。この材料系では、この再結合エネルギーの大部分が熱ではなく光子（光）として放出されます。AlGaInP層の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接発光の波長（色）を定義します—この場合は約650nmのディープレッドです。ウォータークリアエポキシ樹脂パッケージはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力を120度のパターンに形成する一次レンズとして機能します。

13. 技術トレンドと背景

1206 SMD LEDは、成熟し広く採用されているパッケージング技術を代表しています。LEDパッケージングの現在のトレンドは、超小型化と高密度アレイに向けて、さらに小さなフットプリント（例：0805、0603、0402）へと移行しています。また、従来のプラスチックパッケージを排除して最小サイズと最適な熱性能を実現するチップスケールパッケージ（CSP）への強いトレンドもあります。赤色発光に関しては、AlGaInPが高い効率を維持していますが、蛍光体変換LEDや新しい半導体材料の開発が続いています。さらに、高度な照明アプリケーション向けに、制御電子機器（定電流ドライバ、PWMコントローラなど）を直接LEDパッケージに統合したスマートLEDがより一般的になりつつあります。12-21 LEDは、信頼性、シンプルさ、標準SMTプロセスとの互換性が評価されている、確立されたコスト最適化された市場セグメントに位置しています。

14. アプリケーション制限に関する免責事項

この製品は、一般的な商業および産業用途向けに設計されています。以下のような高信頼性または安全クリティカルなシステムでの使用については、特に認定または保証されていません：

• 軍事または航空宇宙機器
• 自動車安全システム（例：ブレーキランプ、エアバッグ制御装置）
• 医療用生命維持装置

このようなアプリケーションでは、拡張温度範囲、強化された信頼性試験、および異なる認定フローを持つ別の製品が必要です。この文書の仕様は、記載された限界内でのみ、および部品単体としての性能を保証します。システムレベルの性能と信頼性は、最終製品の設計者の責任です。