2色AlInGaP SMD LED データシート - 緑色 & オレンジ色 - 5mA - 75mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高輝度の2色表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、単一パッケージ内に2つの異なるAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体チップを内蔵し、緑色とオレンジ色の光を発光することが可能です。自動組立プロセス向けに設計されており、7インチリールに供給される8mmテープにパッケージングされているため、大量生産に適しています。本製品はRoHS指令に準拠し、グリーン製品に分類されます。

このLEDの中核的な利点は、従来のLED材料と比較して高い発光効率と優れた色純度を実現することで知られるAlInGaP技術の採用にあります。単一のコンパクトなEIA標準パッケージ内での2色発光機能により、複数の表示色を必要とするアプリケーションやシンプルな2色ステータス表示において、スペースを節約した設計が可能となります。

2. 技術パラメータ詳細解説

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限界値を定義します。周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。緑色およびオレンジ色の両チップにおいて、最大連続DC順方向電流は30 mAです。各チップの電力損失は75 mWに制限されます。25°Cから線形に0.4 mA/°Cのデレーティングファクターが適用され、過熱を防ぐために周囲温度の上昇に伴い許容順方向電流が減少することを意味します。デバイスは最大5 Vの逆電圧に耐えることができます。動作温度範囲は-30°Cから+85°C、保管温度範囲は-40°Cから+85°Cです。赤外線はんだ付け条件は、最大5秒間260°Cと規定されています。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（Ta=25°C、IF=5mA）下で測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度（Iv）：緑色チップの場合、最小強度は4.5 mcd、代表値は規定なし、最大は28.0 mcdです。オレンジ色チップの場合、最小は11.2 mcd、代表値は規定なし、最大は71.0 mcdです。光度は、CIE明所視感度曲線に一致するようにフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。
• 指向角（2θ1/2）：両色とも代表的な指向角は130度です。これは、光度がピーク軸値の半分に低下する全角です。
• 波長：緑色チップの代表的なピーク発光波長（λP）は574 nm、代表的な主波長（λd）は571 nmです。オレンジ色チップの代表的なλPは611 nm、代表的なλdは605 nmです。主波長は、人間の目が光の色として知覚する単一波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：緑色チップの代表値は15 nm、オレンジ色チップは17 nmです。これは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。
• 順方向電圧（VF）：両チップとも、5 mAで駆動時の代表的な順方向電圧は1.9 V、最大は2.3 Vです。
• 逆方向電流（IR）：両チップとも、逆電圧5 V印加時の最大逆方向電流は10 µAです。

3. ビニングシステムの説明

LEDの光度は、生産ロット内での一貫性を確保するためにビンに選別されます。各ビンには定義された最小および最大光度値があり、各ビンに+/-15%の許容差が適用されます。

緑色ビン：

- ビン J: 4.5 mcd（最小） ～ 7.1 mcd（最大）

- ビン K: 7.1 mcd ～ 11.2 mcd

- ビン L: 11.2 mcd ～ 18.0 mcd

- ビン M: 18.0 mcd ～ 28.0 mcd

オレンジ色ビン：

- ビン L: 11.2 mcd ～ 18.0 mcd

- ビン M: 18.0 mcd ～ 28.0 mcd

- ビン N: 28.0 mcd ～ 45.0 mcd

- ビン P: 45.0 mcd ～ 71.0 mcd

このビニングにより、設計者はアプリケーションに応じて予測可能な輝度レベルのLEDを選択でき、複数LEDアレイでの均一な外観の実現や特定の輝度要件の満たすために重要です。

4. 性能曲線分析

データシートは、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な代表的な性能曲線を参照しています。具体的なグラフは本文中には再現されていませんが、通常以下を含みます：

• 相対光度 vs. 順方向電流：光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示し、通常は非線形であり、収穫逓減点や飽和の可能性を強調します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：ダイオードのIV特性を示し、適切な電流制限回路を設計する上で重要です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度の上昇に伴い光出力が減少する熱消光効果を示します。高温環境でのアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：ピーク波長を中心に、異なる波長にわたる相対出力を示すグラフで、半値幅が明確に視認できます。

これらの曲線により、エンジニアは標準の25°C、5mA試験点だけでなく、実際のシナリオでの性能を予測することができます。

5. 機械的・パッケージング情報

本デバイスはEIA標準パッケージ外形に準拠しています。詳細なパッケージ寸法図がデータシートに含まれており、すべての重要な長さ、幅、高さ、およびリード間隔をミリメートル単位で規定しています。信頼性の高いはんだ接合の形成とリフロー中の適切な位置合わせを確保するために、推奨はんだパッドレイアウト（ランドパターン）が提供されています。ピン割り当ては明確に定義されています：ピン1と3は緑色チップ用、ピン2と4はオレンジ色チップ用です。この情報は、PCBレイアウト設計者が正しいフットプリントを作成するために不可欠です。

LEDは、自動実装機と互換性のあるテープアンドリール形式で供給されます。テープ幅は8mmで、標準の7インチ直径リールに巻かれています。各リールには4000個が含まれます。パッケージング仕様はANSI/EIA 481-1-A-1994標準に従い、最小発注数量（残数500個）および最大連続欠品数（2個）に関するルールがあります。

6. はんだ付け・組立ガイド

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

2つの推奨赤外線（IR）リフロープロファイルが提供されています：1つは標準（スズ鉛）はんだプロセス用、もう1つは鉛フリー（SnAgCu）はんだプロセス用です。鉛フリープロファイルはより高いピーク温度を必要とします。一般的な推奨事項は、予熱ゾーン120-150°C、予熱時間120秒以下、ピーク温度260°C以下、およびそのピーク温度以上の時間を5秒以内に制限することです。これらのパラメータは、LEDのプラスチックパッケージおよび内部ワイヤーボンドへの熱損傷を防ぐために重要です。

6.2 保管・取り扱い

LEDは、30°C以下、相対湿度70%以下の環境で保管する必要があります。元の防湿包装から取り出した後は、1週間以内にIRリフローはんだ付けを行う必要があります。元の袋の外で長期間保管する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気中で保管しなければなりません。未包装で1週間以上保管した場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも24時間ベーキングを行い、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する必要があります。

6.3 洗浄

指定された洗浄剤のみを使用してください。指定外の化学薬品はエポキシレンズを損傷する可能性があります。洗浄が必要な場合は、室温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することを推奨します。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

この2色LEDは、ステータスインジケータ、ボタンやアイコンのバックライト、および民生電子機器、オフィス機器、通信機器、家電製品のパネル表示に最適です。その2色性により、単一の部品位置から2つの異なる状態（例：電源オン/緑色、スタンバイ/オレンジ色；充電状態；ネットワークアクティビティ）を表示でき、基板スペースとコストを節約します。

7.2 設計上の考慮事項

駆動回路：LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列接続する場合に均一な輝度を確保するためには、各LEDに直列の電流制限抵抗を使用することを強く推奨します（回路モデルA）。単一の共有抵抗で電圧源から複数のLEDを直接並列駆動すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLED間の順方向電圧（VF）特性のわずかなばらつきにより、電流分担に大きな差が生じ、結果として輝度に差が生じるためです。

静電気放電（ESD）保護：LEDはESDに敏感です。取り扱いおよび組立中には予防措置を実施する必要があります：接地されたリストストラップと作業台を使用し、レンズ上の静電気を中和するためにイオナイザーを採用し、部品を静電気防止包装で保管します。ESD損傷は、異常に高い逆方向リーク電流として現れることが多いです。

8. 技術比較・差別化

この製品の重要な差別化要因は、両色にAlInGaP半導体材料を使用している点です。標準GaP（リン化ガリウム）などの旧来技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい出力を実現します。1パッケージ内の2チップ設計は、2つの別々の単色LEDを使用する代わりにコンパクトな代替手段を提供し、部品点数、組立時間、およびPCBフットプリントを削減します。130度の広い指向角は、インジケータを広い視野角から視認する必要があるアプリケーションに適しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを20mAで連続駆動できますか？

A: はい。最大連続DC順方向電流は30 mAであるため、20 mAは安全動作領域内です。ただし、高い周囲温度で動作する場合は常にデレーティング曲線を参照してください。

Q: 並列接続の各LEDに直列抵抗が必要なのはなぜですか？

A: LEDの順方向電圧（VF）には生産公差があります。個別の抵抗がない場合、わずかにVFが低いLEDは不均衡に多くの電流を引き込み、より明るくなり過熱する可能性がある一方、VFが高いLEDは暗くなります。抵抗は各LEDのためのシンプルな電流調整器として機能します。

Q: 主波長とピーク波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、発光出力が最も高い単一波長です。主波長は、CIE色度図上の色座標から導出され、人間の目が光の色として知覚する単一波長を表します。色指定には、より関連性の高いパラメータであることが多いです。

Q: オレンジ色のビンコードLはどのように解釈すればよいですか？

A: オレンジ色のビンLからLEDを受け取った場合、5mAで測定した各LEDの光度は、11.2 mcdから18.0 mcdの間に収まり、これらのビン限界値に対して+/-15%の許容差があると期待できます。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：電源（点灯緑色）とデータアクティビティ（点滅オレンジ色）を示すネットワークルーター用ステータスインジケータの設計。

実装：単一のLTST-C195KGKFKT-5A LEDを使用できます。ピン1/3（緑色）は、電源オン時に定常的なハイロジックレベルを出力するように設定されたGPIOピンに、適切な電流制限抵抗（例：3.3V電源から~5-10mA用に計算：R = (3.3V - 1.9V) / 0.005A ≈ 280Ω）を介して接続します。ピン2/4（オレンジ色）は、ネットワークコントローラによって制御され、データパケットと同期して点滅する別のGPIOピンに接続します。各色チャネルに個別の抵抗を使用することが不可欠です。広い指向角により、部屋のどこからでもステータスが視認できます。この設計は、2LEDソリューションと比較して1つのLEDフットプリントを節約します。

11. 動作原理

LEDは半導体ダイオードです。特性順方向電圧（VF）を超える順方向電圧が印加されると、n型半導体からの電子とp型半導体からの正孔が活性領域に注入されます。電子が正孔と再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。この光の特定の波長（色）は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。AlInGaPは、その正確な組成に応じて、可視スペクトルの赤、オレンジ、アンバー、緑の部分で光を生成するバンドギャップを持っています。このデバイスには、異なる組成を持つ2つの別々のAlInGaPチップが含まれており、緑色とオレンジ色の光を発光するように成長され、主要な光学素子としても機能する透明（ウォータークリア）エポキシレンズ内に収められています。

12. 技術トレンド

インジケータLEDのトレンドは、より高い効率、より小さなパッケージ、およびより低い消費電力に向かって続いています。AlInGaP技術は、赤から緑の色に対して成熟した効率的なソリューションを表しています。進行中の開発は、より高い駆動電流での効率向上、および温度と寿命にわたる色安定性の向上に焦点を当てています。このデータシートの2色チップのような統合は、システムサイズと複雑さを削減するための重要なトレンドです。さらに、鉛フリー高温リフロープロセスとの互換性は、世界的な環境規制を満たすためのすべてのSMD部品の標準要件となっています。将来の開発では、制御回路や複数の色をさらに小さなパッケージフットプリントに統合することが見込まれます。