LTST-C195TGKSKT 2色SMD LED データシート - EIAパッケージ - 緑/黄 - 20mA/30mA - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTST-C195TGKSKTは、小型化と信頼性の高い性能を求める現代の電子機器アプリケーション向けに設計された2色表面実装LEDです。単一のEIA標準パッケージ内に、緑色発光用のInGaN（窒化インジウムガリウム）チップと黄色発光用のAlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）チップという2つの異なる半導体チップを集積しています。この構成により、最小限のフットプリントで2色表示または簡易な色混合が可能です。本デバイスは7インチリールに巻かれた8mmテープ上で供給され、高速自動実装機との完全な互換性を備えています。設計はRoHS指令に準拠しており、鉛、水銀、カドミウムなどの有害物質を含みません。

1.1 主な特長

• 2色光源:1パッケージに緑色と黄色の発光を統合し、基板スペースを節約し、マルチステータス表示の設計を簡素化します。
• 高輝度:高度なInGaNおよびAlInGaPチップ技術を採用し、高い光度を実現します。
• 堅牢なパッケージ:EIA標準パッケージにより、機械的互換性と信頼性の高いはんだ付けを保証します。
• プロセス互換性:標準的な赤外線（IR）リフロー、気相リフロー、およびフローはんだ付けプロセス、鉛フリー（Pbフリー）実装プロファイルを含めて適用可能です。
• 自動化対応:効率的な大量生産のためにテープ&リールに梱包されています。

2. 詳細技術パラメータ分析

特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。これらの仕様を理解することは、信頼性の高い回路設計と所望の性能達成に不可欠です。

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応力限界を定義します。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。

• 消費電力（Pd）:緑: 76 mW, 黄: 75 mW。これはLEDが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_FP）:緑: 100 mA, 黄: 80 mA。パルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ適用可能です。
• DC順電流（I_F）:緑: 20 mA, 黄: 30 mA。推奨連続動作電流です。
• デレーティング:緑: 0.25 mA/°C, 黄: 0.4 mA/°C。周囲温度が25°Cを超える場合、この係数に従って最大順電流を直線的に低減する必要があります。
• 逆電圧（V_R）:両色とも5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると接合破壊を引き起こす可能性があります。
• 温度範囲:動作: -20°C ～ +80°C; 保管: -30°C ～ +100°C。
• はんだ付け温度:260°Cで5秒間（IR/フロー）、または215°Cで3分間（気相）に耐えます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは通常動作条件（I_F= 20mA）における代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）:輝度の重要な尺度です。
  • 緑: 代表値 180 mcd（最小 45 mcd、ビンコード参照）。
  • 黄: 代表値 75 mcd（最小 28 mcd、ビンコード参照）。
  • 人間の目の明所視応答（CIE曲線）に合わせて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（2θ_1/2）:両色とも130度（代表値）。これは強度が軸上値の半分に低下する全角であり、広い視野パターンを示します。
• ピーク波長（λ_P）:緑: 525 nm（代表値）, 黄: 591 nm（代表値）。発光出力が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）:緑: 530 nm（代表値）, 黄: 589 nm（代表値）。人間の目が知覚する単一波長であり、CIE色度図上の色点を定義します。
• スペクトル帯域幅（Δλ）:緑: 35 nm（代表値）, 黄: 15 nm（代表値）。最大出力の半値全幅（FWHM）における発光スペクトルの幅です。黄色AlInGaP LEDは、一般的に緑色InGaN LEDよりも狭いスペクトルを持ちます。
• 順電圧（V_F）:
  • 緑: 代表値 3.30 V, 最大 3.50 V @ 20mA。高い電圧はInGaNベースの青/緑/白LEDの特徴です。
  • 黄: 代表値 2.00 V, 最大 2.40 V @ 20mA。低い電圧はAlInGaPベースの赤/黄/橙LEDの特徴です。
• 逆電流（I_R）:両色とも最大 10 µA @ V_R=5V。
• 静電容量（C）:黄色チップの代表値 40 pF @ V_F=0V, f=1MHz。緑色は規定なし。

3. ビニングシステムの説明

輝度の一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに仕分けられます。LTST-C195TGKSKTは光度ビニングシステムを使用しています。

3.1 光度ビン

光度は標準試験電流20mAで測定されます。各ビンには±15%の許容差があります。

緑色ビン:

• ビン P:45.0 mcd（最小） ～ 71.0 mcd（最大）
• ビン Q:71.0 mcd ～ 112.0 mcd
• ビン R:112.0 mcd ～ 180.0 mcd
• ビン S:180.0 mcd ～ 280.0 mcd

黄色ビン:

• ビン N:28.0 mcd ～ 45.0 mcd
• ビン P:45.0 mcd ～ 71.0 mcd
• ビン Q:71.0 mcd ～ 112.0 mcd
• ビン R:112.0 mcd ～ 180.0 mcd

設計者は、アプリケーション内の複数ユニット間で輝度の均一性を保証するために、発注時に必要なビンコードを指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシート内で特定のグラフが参照されていますが（図1、図6）、以下の傾向はこのようなLEDでは標準的であり、提供されたデータから推測できます:

4.1 順電流 vs. 順電圧 (I-V 曲線)

I-V関係は指数関数的です。20mAでの規定されたV_Fは1つの動作点を提供します。同じ電流に対して、緑色LEDのより高いV_Fは、黄色LEDと比較してより高い駆動電圧を必要とします。動作点を正しく設定し、熱暴走を防ぐためには、電流制限抵抗が不可欠です。

4.2 光度 vs. 順電流

通常動作範囲（I_Fまで）では、光度は順電流にほぼ比例します。推奨DC電流以上で動作すると輝度は増加しますが、消費電力と接合温度も上昇し、寿命の短縮や色ずれの可能性があります。

4.3 温度依存性

デレーティング係数（0.25-0.4 mA/°C）は、周囲温度が上昇するにつれて許容最大電流が減少することを示しています。さらに、ほとんどのLEDの光度は接合温度の上昇とともに減少します。AlInGaP（黄）では、この熱消光効果はInGaN（緑）よりも顕著になる可能性があります。高信頼性アプリケーションでは、PCB上での適切な熱管理が推奨されます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 ピン割り当て

本デバイスは4つのピン（1, 2, 3, 4）を持ちます。

• 緑色チップ: ピン1と3に接続。
• 黄色チップ: ピン2と4に接続。

この構成により、通常、各色を独立して制御できます。パッケージレンズは無色透明です。

5.2 パッケージ寸法とフットプリント

LEDはEIA標準SMDパッケージ外形に準拠しています。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.10mmです。データシートには、部品自体の詳細な寸法図と、適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するための推奨はんだパッドランドパターンが含まれています。推奨されるパッドレイアウトに従うことは、信頼性の高いはんだ接合とリフロー中の正しい位置合わせを実現するために重要です。

6. はんだ付け・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

データシートには、2つの推奨赤外線（IR）リフロープロファイルが記載されています:

1. 通常プロセス用:すず鉛（SnPb）はんだに適した標準プロファイル。
2. 鉛フリープロセス用:より高温の鉛フリーはんだ合金（例: SAC305）用に設計されたプロファイル。このプロファイルは通常、より高いピーク温度を持ちます（260°Cで5秒間の定格に準拠）。

プロファイルには、予熱、熱浸漬、リフロー、冷却ゾーンが含まれます。液相線以上の時間とピーク温度を制御することは、LEDパッケージや内部ワイヤーボンドへの損傷を防ぐために重要です。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。データシートでは、LEDを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ています。指定外の化学薬品は、エポキシレンズやパッケージ材料を損傷する可能性があります。

6.3 保管と取り扱い

• ESD対策:LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。取り扱いには、接地リストストラップ、帯電防止手袋、適切に接地された作業台の使用を含める必要があります。静電気を中和するためにイオナイザーの使用が推奨されます。
• 湿気感受性:明示的な定格（例: MSL）はありませんが、データシートでは、元の防湿梱包から取り出されたLEDは1週間以内にリフローはんだ付けすることを推奨しています。長期保管の場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気中で保管する必要があります。未梱包で1週間以上保管した場合は、実装前に60°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することが推奨されます。

7. 梱包・発注情報

7.1 テープ&リール仕様

製品は標準的なエンボスキャリアテープで供給されます:

• リールサイズ:直径7インチ。
• 1リールあたりの数量:4000個。
• 最小発注数量（MOQ）:残数は500個から。
• テープ幅: 8mm.
• テープはトップカバーテープで密封されています。仕様はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮点

8.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。最も重要な設計ルールは、各LEDチップと直列に電流制限抵抗を使用することです。

• 推奨回路（モデルA）:各LED（または2色LED内の各色チップ）は、駆動電圧に接続された専用の電流制限抵抗を持ちます。これにより、LED間の順電圧（V_F）の自然なばらつきを補償することで、均一な輝度を確保します。
• 非推奨（モデルB）:複数のLEDを単一の共有抵抗と直接並列に接続することは推奨されません。V_Fのわずかな違いが大きな電流不均衡を引き起こし、不均一な輝度や、最も低いV_F.

を持つLEDでの過電流の原因となる可能性があります。 抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます: R = (V_電源- V_F) / I_F。保守的な設計では、データシートの最大V_Fを使用し、低V_FのLEDでもI_F part.

が制限を超えないことを保証します。

• 8.2 代表的なアプリケーションシナリオ2色ステータスインジケータ:
• 民生電子機器、産業用制御パネル、自動車ダッシュボードなどで使用され、異なるシステム状態（例: 電源オン=緑、スタンバイ=黄、故障=交互点滅）を示します。シンボル/アイコンのバックライト:
• 色が機能を示す多機能ボタンやディスプレイの照明。装飾照明:

複数の単色LEDを配置するスペースが限られているコンパクトデバイス内で使用されます。

9. 技術比較と差別化

この部品の主な差別化要因は、1つのパッケージ内に2つの化学的に異なる半導体材料（InGaNとAlInGaP）を統合している点です。これにより、緑と黄の明確な色分離が提供され、これは単一の蛍光体変換LEDではより困難な場合があります。各チップの独立した制御は、共通アノード/カソードを持つ予混合2色LEDでは利用できない設計の柔軟性を提供します。EIAパッケージにより、幅広い業界フットプリント互換性が確保されています。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 グリーンとイエローの両チップを定格電流で同時に駆動できますか？

はい、ただし総消費電力の考慮が必要です。両チップを最大DC電流（緑 20mA @ ~3.3V = 66mW, 黄 30mA @ ~2.0V = 60mW）で駆動すると、合計電力は約126mWになります。これは個々のPd定格（76mW, 75mW）およびおそらく総合パッケージ定格を超えます。連続同時動作では、特に高温環境下で、総消費電力を安全限界内に収めるために電流をデレートすることが推奨されます。

10.2 なぜ2色で順電圧が異なるのですか？

順電圧は、半導体材料のバンドギャップエネルギーの基本的な特性です。InGaN（緑）はAlInGaP（黄、~589nmで~2.1 eV）よりも広いバンドギャップ（~525nmで~2.4 eV）を持っています。広いバンドギャップでは電子が移動するためにより多くのエネルギーが必要であり、同じ電流下ではより高い順電圧として現れます。

10.3 品番のビンコードはどのように解釈すればよいですか？

光度のビンコードは基本品番LTST-C195TGKSKTに埋め込まれていません。特定の光度ビン（例: 緑用R、黄用Q）は、通常、リールラベルまたは発注書類に記載されています。発注時に希望するビンを指定・確認するには、サプライヤーに相談する必要があります。

11. 実践的設計ケーススタディシナリオ:

5V USB給電デバイス用の2状態インジケータを設計。緑は動作中、黄は充電中を示します。

1. 設計手順:動作電流の選択:_F良好な輝度と寿命のために、両色ともI
2. = 20mAを選択。
   • 電流制限抵抗の計算:_F緑（最大V_{= 3.5Vを使用）: R}緑
   • = (5V - 3.5V) / 0.020A = 75Ω。最も近い標準値（例: 75Ωまたは82Ω）を使用。_F黄（最大V_{= 2.4Vを使用）: R}黄
3. = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130Ω。130Ωまたは120Ωを使用。抵抗の定格電力:²P = I_R。P緑
4. = (0.02^2)*75 = 0.03W。標準の1/10W（0.1W）抵抗で十分です。マイクロコントローラ駆動:
5. カソードピン（抵抗経由）をオープンドレイン/ソースとして構成されたマイクロコントローラのGPIOピンに接続します。ピンをLOWに駆動するとLEDが点灯します。MCU GPIOが20mAの電流をシンク/ソースできることを確認してください。PCBレイアウト:

データシートの推奨はんだパッド寸法に従います。パッド間に十分なクリアランスを確保します。LEDを主要な熱源から離して配置します。

12. 動作原理

LEDの発光は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスに基づいています。順電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まります。InGaN材料はより短い波長（青、緑）に、AlInGaP材料はより長い波長（赤、橙、黄）に使用されます。無色透明のエポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力ビームを形成します。

13. 技術トレンド

• このようなSMD LEDの開発は、小型化、高効率化、および高度な統合に向けたトレンドによって推進されています。将来の方向性には以下が含まれる可能性があります: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）が得られます。色調調整:
• 蛍光体技術とマルチチップ設計の進歩により、調整可能な白色光を含む、より正確で安定した色点が可能になります。熱管理の改善:
• 熱をより効果的に放散する新しいパッケージ材料と構造により、より高い駆動電流が可能になり、高温での性能を維持できます。スマート統合: