LTST-S115KFKGKT-5A デュアルカラーSMD LED データシート - サイドビュー・パッケージ - オレンジ/グリーン - 5mA - 技術文書

1. 製品概要

LTST-S115KFKGKT-5Aは、LCDパネルなど、コンパクトなバックライトソリューションを必要とするアプリケーション向けに特別に設計された、デュアルカラー・サイドビュー表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は、オレンジスペクトルとグリーンスペクトルを発光する2つの異なる半導体チップを単一パッケージ内に統合しています。その主な設計目的は、現代の自動化組立プロセスに対応した、信頼性が高く、明るく、省スペースな光源を提供することです。

このLEDの中核的な利点は、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しており、グリーン製品に分類される点です。両色に高効率で良好な色純度で知られる超高輝度AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）チップ技術を採用しています。デバイスは7インチ径リールに巻かれた8mmテープ上にパッケージングされており、高速自動実装機に完全に対応しています。さらに、標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに耐える設計となっており、プリント基板（PCB）アセンブリへの統合を容易にします。

ターゲット市場は、サイド発光LEDがエッジライト式ディスプレイのバックライティング、インジケータパネル、狭い空間での状態表示に不可欠な、民生用電子機器、産業用計器、自動車内装などを含みます。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

これらの限界を超えて動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。すべての定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 電力損失（Pd）：各色チップあたり最大75 mW。
• ピーク順電流（I_FP）：80 mA、パルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容されます。この定格は過渡現象用であり、連続動作用ではありません。
• 直流順電流（I_F）：信頼性の高い長期動作のための最大連続電流30 mA。
• 逆電圧（V_R）：最大5 V。逆バイアスでこの電圧を超えるとLED接合部を損傷する可能性があります。逆電圧下での連続動作は禁止されています。
• 動作温度範囲：-30°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で機能します。
• 保存温度範囲：非動作状態で -40°C から +85°C。
• 赤外線はんだ付け条件：リフローはんだ付け中、パッケージは最大260°Cのピーク温度を最大10秒間耐えることができ、これは無鉛（Pbフリー）組立プロセスの標準です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、Ta=25°C、順電流（I_F）=5mA（一般的な試験および動作条件）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：
  • オレンジチップ：最小11.2 mcd、代表値は規定なし、最大71.0 mcd。
  • グリーンチップ：最小4.5 mcd、代表値は規定なし、最大28.0 mcd。
  • 測定は、明所視（CIE）の目の応答曲線に近似するセンサ・フィルタの組み合わせを用いて行われます。
• 指向角（2θ_1/2）：両色とも代表値130度。これは光度がピーク（軸上）値の半分に低下する全角であり、ビーム幅を定義します。
• ピーク発光波長（λ_P）：スペクトルパワー出力が最も高い波長。
  • オレンジ：代表値611 nm。
  • グリーン：代表値574 nm。
• 主波長（λ_d）：人間の目が知覚する色を定義する単一波長。
  • オレンジ：I_F=5mA時、代表値605 nm。
  • グリーン：I_F=5mA時、代表値571 nm。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：発光スペクトルの最大強度の半分における帯域幅。
  • オレンジ：代表値17 nm。
  • グリーン：代表値15 nm。
• 順電圧（V_F）：
  • 両色：I_F=5mA時、代表値1.90 V、最大2.30 V。
• 逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V印加時、最大10 µA。

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は測定されたパラメータに基づいてビンに分類されます。

3.1 光度ビニング

オレンジ色（@5mA）：

ビンコード L: 11.2 - 18.0 mcd

ビンコード M: 18.0 - 28.0 mcd

ビンコード N: 28.0 - 45.0 mcd

ビンコード P: 45.0 - 71.0 mcd

各ビン内の許容差は±15%。

緑色（@5mA）：

ビンコード J: 4.5 - 7.1 mcd

ビンコード K: 7.1 - 11.2 mcd

ビンコード L: 11.2 - 18.0 mcd

ビンコード M: 18.0 - 28.0 mcd

各ビン内の許容差は±15%。

3.2 主波長ビニング（グリーンのみ）

ビンコード B: 564.5 - 567.5 nm

ビンコード C: 567.5 - 570.5 nm

ビンコード D: 570.5 - 573.5 nm

各波長ビンの許容差は±1 nm。注：オレンジの波長ビニングは本データシートでは規定されていません。

4. 性能曲線分析

データシートは、設計エンジニアにとって不可欠な代表的な特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文では再現されていませんが、その意味合いを分析します。

• 相対光度 vs. 順電流：この曲線は、光出力が電流とともに増加する様子を示し、一般的に準線形の傾向を示します。一貫した明るさを得るには、電圧駆動よりも電流制御が重要であることを強調しています。
• 順電圧 vs. 順電流：このIV曲線は、ダイオードの指数関数的関係を示し、直列抵抗値の計算や定電流ドライバの設計に不可欠です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：LEDの光出力は、一般に接合温度の上昇とともに減少します。この曲線は、所望の輝度レベルを維持するためのアプリケーションにおける熱管理に極めて重要です。
• スペクトル分布：オレンジとグリーンの両チップについて、相対パワー対波長を示すグラフで、ピーク波長と主波長、およびスペクトル半値幅を図示しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とピン割り当て

デバイスはEIA標準のサイドビューSMDパッケージに準拠しています。詳細な寸法図は元のデータシートに提供されており、すべての寸法はミリメートル単位です。主な機械的注意点として、特に指定のない限り、一般的な公差は±0.10 mmです。

ピン割り当て：

- カソード1（C1）：グリーンチップに接続。

- カソード2（C2）：オレンジチップに接続。

レンズ材質はウォータークリアです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウトと極性

適切な機械的固定とリフロー時のはんだ接合部の信頼性を確保するために、推奨はんだパッドフットプリントが提供されています。また、リフロー工程中の潜在的なトゥームストーニング（部品が一端で立ち上がる現象）を最小限に抑えるための推奨はんだ付け方向も示されています。設計者は、最適な組立歩留まりを得るためにこれらのガイドラインに従うべきです。

6. はんだ付け・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

無鉛（Pbフリー）はんだプロセス向けに、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。主なパラメータは以下の通りです：

- 予熱：150°C から 200°C。

- 予熱時間：最大120秒。

- ピーク温度：最大260°C。

- 液相線以上時間：サンプルプロファイルは、JEDEC規格に準拠した推奨立ち上がり速度、ソークゾーン、冷却速度を含む臨界時間-温度ゾーンを示しています。データシート3ページのプロファイルは一般的な目標として機能しますが、基板固有の特性評価が推奨されます。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合：

- はんだごて温度：最大300°C。

- はんだ付け時間：接合部あたり最大3秒。

- 熱ストレスを避けるため、これは一度だけ行うべきです。

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LEDパッケージを損傷する可能性があります。はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、常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。

6.4 保管条件

密封パッケージ（乾燥剤付き）：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管。1年以内に使用してください。

開封済みパッケージ：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤60%で保管。元の包装から出して1週間以上経過した部品については、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間のベーキング（乾燥）を行い、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ことを推奨します。

7. 包装・発注情報

7.1 テープおよびリール仕様

LEDはエンボス加工されたキャリアテープで供給されます：

- 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。

- 最小発注数量（MOQ）：残数については500個。

- テープの空ポケットはトップカバーテープで密封されています。包装はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。仕様上、連続する欠品は最大2個まで許容されます。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• LCDバックライト：民生用電子機器、自動車ダッシュボード、産業用制御パネルなどの中小型LCDディスプレイのサイドビュー光源としての主要な用途。
• 状態表示：デュアルカラー機能により、単一の部品フットプリントから複数の状態信号（例：緑はオン/準備完了、オレンジはスタンバイ/警告）を表示できます。
• フロントパネル照明：サイド発光が必要なボタン、スイッチ、またはシンボルの照明。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：常に直列の電流制限抵抗または定電流駆動回路を使用してください。抵抗値は R = (供給電圧（V_supply）- V_F） / I_F の式で計算し、安全設計のためにデータシートの最大V_Fを使用してください。
• 熱管理：電力損失は低いですが、高周囲温度または最大電流付近で動作する場合は、光出力と寿命を維持するために十分なPCB銅面積またはサーマルビアを確保してください。
• ESD保護：すべての半導体デバイスと同様に、取り扱いおよび組立中は標準的なESD対策を講じてください。
• 光学設計：バックライトアプリケーションで均一な照明を実現するためには、導光板または拡散板の設計において130度の指向角を考慮する必要があります。

9. 技術比較と差別化

直接的な競合製品の比較は提供されていませんが、この部品の主な差別化機能は以下のように推測できます：

1. 単一パッケージ内デュアルチップ：2つの別々の単色LEDを使用する場合と比較して、PCBスペースと組立コストを節約します。

2. サイドビュー形状：トップ発光LEDが不適切な特定のバックライトおよびエッジライトアプリケーションに不可欠です。

3. AlInGaP技術：GaAsPなどの旧来技術と比較して、オレンジ色や赤色に対してより高い効率と優れた温度安定性を提供します。

4. リフロー互換性：手はんだ付けを必要とする旧式のスルーホールLEDとは異なり、現代のSMT組立ライン向けに設計されています。

10. よくある質問（FAQ）

Q1: 両方のLEDチップをそれぞれの最大直流電流（30mA）で同時に駆動できますか？

A: できません。絶対最大電力損失はチップあたり75 mWです。30mA、代表V_F1.9Vでは、電力損失は57mWとなり、これは限界内です。しかし、両方を同時に30mAで駆動する場合は、小さなパッケージ内で発生する総発熱について慎重な熱的考慮が必要です。信頼性のためには、絶対最大定格以下で動作することが一般的に推奨されます。

Q2: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λ_P）は、スペクトル出力が最も高い物理的な点です。主波長（λ_d）は、人間の色知覚（CIEチャート）に基づく計算値であり、知覚される色を最もよく表す単一波長です。これらはしばしば近い値ですが、特にスペクトルが広い場合は同一ではありません。

Q3: 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？

A: 光度（オレンジとグリーンの両方）および主波長（グリーンのみ）について、希望するビンコードを指定してください。例えば、オレンジ ビンP、グリーン ビンM、波長 ビンDを発注すると、最も明るいオレンジ、明るいグリーン、およびその範囲内でより長波長側のグリーンが得られます。これにより、生産における色と明るさのマッチングが確保されます。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：単一の3.3V電源を持つ携帯機器用の状態表示器を設計します。表示器は電源オンで緑、充電中でオレンジを示す必要があります。スペースは非常に限られています。

解決策：LTST-S115KFKGKT-5Aを使用します。マイクロコントローラからの2つのGPIOピンを持つ駆動回路を設計します。

- GPIO1を電流制限抵抗を介してグリーンカソード（C1）に接続。

- GPIO2を別の抵抗を介してオレンジカソード（C2）に接続。

- 共通アノードは3.3Vラインに接続。

目標I_F=5mA（低電力で良好な視認性を得る一般的な値）に対する抵抗値を計算：R = (3.3V - 1.9V) / 0.005A = 280オーム。次の標準値、270または300オームを使用。マイクロコントローラはGPIOピンをLowにすることで電流をシンクし、それぞれのLEDを点灯させます。この設計は、2色に対して1つの部品フットプリントを使用し、スペースを節約し、組立を簡素化します。

12. 技術原理の紹介

LEDはAlInGaP半導体材料に基づいています。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。発光の特定の色（波長）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。AlInGaPでは、このバンドギャップを調整して、赤、オレンジ、アンバー、黄緑色スペクトルの色を高効率で生成することが可能です。サイドビューパッケージには、光出力を成形し、バックライトアプリケーションに適した広い130度の指向角を提供する成形プラスチックレンズが組み込まれています。

13. 業界動向と発展

バックライトおよびインジケータ用SMD LEDのトレンドは、以下の方向に進み続けています：

1. 高効率化（lm/W）：バッテリー駆動機器の消費電力削減およびエネルギー規制への対応。

2. 色の一貫性とビニングの改善：追加のキャリブレーションなしでディスプレイの見た目を均一にするため、より厳しいビニング公差。

3. 小型化：ますますコンパクトになる電子機器向けに、さらに小さなパッケージサイズ（例：0402、0201メートル法）。

4. 高信頼性・長寿命化：特に自動車および産業アプリケーションにおいて、より過酷な環境条件に耐えられるように、材料とパッケージングの改善。

5. 統合ソリューション：単純なディスクリートLEDを超えて、統合ドライバ、コントローラ、導光板を備えたモジュールへと移行。