LTST-C155KGJRKT 2色SMD LED データシート - パッケージ寸法 - 緑/赤 - 20mA - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、2色の表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。この部品は、1つのパッケージ内に2つの異なるAlInGaP半導体チップを統合し、緑色と赤色の両方の発光を可能にします。この設計は、最小限の占有面積でコンパクトな2色表示または状態表示を必要とするアプリケーションに最適化されています。本デバイスはRoHS指令に準拠し、グリーン製品に分類されます。

LEDは、業界標準のパッケージング、具体的には7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上で供給されます。この形式により、現代の電子機器製造で一般的に使用される高速自動実装機との互換性が確保されます。また、パッケージは標準的な赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスに耐えるように設計されており、プリント基板（PCB）アセンブリへの統合を容易にします。

2. 技術パラメータ詳細解釈

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。信頼性の高い動作のためには、一時的であってもこれらの限界を超えてはなりません。

• 消費電力（P_D）：チップ（緑および赤）あたり75 mW。このパラメータは、LEDダイ内で熱に変換される総電気的パワーを制限します。この値を超えると、熱暴走や半導体材料の劣化のリスクがあります。
• ピーク順電流（I_FP）：80 mA、1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅で規定。この定格はパルス動作のみを対象とし、ストロボや信号表示アプリケーションなど、短時間の高輝度動作を可能にします。
• 連続順電流（I_F）：30 mA DC。これは連続動作に推奨される最大定常電流です。LEDの駆動回路を設計する際の主要パラメータとなります。
• 電流ディレーティング：25°Cから0.4 mA/°Cの線形ディレーティング。周囲温度（T_a）が上昇すると、接合温度限界を超えないように、許容される最大連続電流を比例して減少させなければなりません。
• 逆電圧（V_R）：5 V。これ以上の逆バイアス電圧を印加すると、LEDチップの破壊や致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度：-55°C ～ +85°C。デバイスはこの広範な産業用温度範囲内で保管および動作可能です。
• はんだ付け耐熱性：パッケージは、260°Cで5秒間のフローまたはIRはんだ付け、または215°Cで3分間の気相はんだ付けに耐えることができ、鉛フリー（Pbフリー）組立プロセスへの適合性を確認しています。

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（T_a=25°C、I_F=20mA）で測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度（I_V）：緑色チップの代表的な光度は35.0 mcd（ミリカンデラ）であり、赤色チップは通常より明るく45.0 mcd、両方の最小値は18.0 mcdです。光度は、人間の目の明所視（CIE）応答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（2θ_1/2）：130度（代表値）。この広い指向角は、光度が軸上値の半分に低下する全角として定義され、広い視認性を必要とするアプリケーションに適しています。
• ピーク波長（λ_P）：緑：574 nm（代表値）、赤：639 nm（代表値）。これはスペクトルパワー出力が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：緑：571 nm（代表値）、赤：631 nm（代表値）。CIE色度図から導出され、人間の目が光の色として認識する単一波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：緑：15 nm（代表値）、赤：20 nm（代表値）。これは発光のスペクトル純度を示します。狭い半値幅はより飽和した色を示します。
• 順電圧（V_F）：20mA時、両色とも2.0 V（代表値）、2.4 V（最大値）。これは電流制限回路を設計する上で重要なパラメータです。
• 逆電流（I_R）：V_R=5V時、10 µA（最大値）。これはリーク電流が最小限であり、良好なダイオード特性を示しています。
• 静電容量（C）：0Vバイアス、1 MHz時、40 pF（代表値）。この低い静電容量は、高周波スイッチングやマルチプレクシングアプリケーションに有益です。

3. ビニングシステム解説

LEDは性能の一貫性を確保するため、性能ビンに分類されます。これにより、設計者は特定の光度または色要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

緑色および赤色チップは、20mA時の光度について同一のビニングが行われます。ビンコード（M、N、P、Q）は、最小および最大光度の昇順の範囲を表します。例えば、ビンMは18.0から28.0 mcdをカバーし、ビンQは71.0から112.0 mcdをカバーします。各ビン内では、測定および製造上のばらつきを考慮して±15%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング（緑色のみ）

緑色LEDは、色の一貫性を制御するために主波長によってさらにビニングされます。3つのビンが定義されています：C（567.5-570.5 nm）、D（570.5-573.5 nm）、E（573.5-576.5 nm）。各ビンに対して±1 nmの厳しい許容差が維持され、同じビンからのデバイス間で均一な緑色調が確保されます。

4. 性能曲線分析

データシートで参照される特定のグラフ曲線（例：図1、図6）は、設計においてその典型的な解釈が重要です。

• I-V曲線：順電圧（V_F）は順電流（I_F）に対して対数的な関係を示します。V_Fのわずかな増加はI_Fの大幅な増加につながるため、安定した光出力には定電流駆動が不可欠です。
• 光度 vs. 電流：通常動作範囲（定格連続電流まで）では、光度は順電流にほぼ比例します。ただし、非常に高い電流では熱の増加により効率が低下する可能性があります。
• 温度特性：光度は一般に接合温度の上昇とともに減少します。順電圧も負の温度係数を持ち、温度が上昇するとV_Fがわずかに減少することを意味します。熱的影響を管理するために0.4 mA/°Cのディレーティング係数が適用されます。
• スペクトル分布：AlInGaP LEDの発光スペクトルは比較的狭く、ピーク波長を中心としたガウス形状です。主波長はこのスペクトルとCIE等色関数から計算されます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 デバイス構成とピン割り当て

LEDはウォータークリアレンズを備えています。内部の2色チップには特定のピン割り当てがあります：ピン1および3は緑色AlInGaPチップに割り当てられ、ピン2および4は赤色AlInGaPチップに割り当てられています。この構成により、各色を独立して制御できます。

5.2 パッケージおよびテープ/リール寸法

デバイスはEIA標準パッケージ外形に準拠しています。特に指定がない限り、すべての寸法は標準公差±0.10 mmでミリメートル単位で提供されます。部品は8mm幅のエンボスキャリアテープにパッケージされ、7インチ（約178 mm）径のリールに巻かれています。デバイス外形、推奨PCBランディングパッドパターン、およびテープ/リール寸法の詳細な機械図面が含まれており、PCB設計および実装設定をガイドします。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 推奨リフロー・プロファイル

2つの推奨赤外線（IR）リフローはんだ付け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（Pbフリー）はんだプロセス用です。鉛フリープロファイルは、SnAgCu（スズ-銀-銅）はんだペースト使用のために特別に調整されています。主要パラメータには、制御された立ち上がり、液相線以上の規定時間、ピーク温度（通常最大240-260°C）、および部品への熱応力を最小限に抑えるための制御された冷却速度が含まれます。

6.2 保管および取り扱い

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部品は、1週間以内にリフローはんだ付けする必要があります。元の包装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。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ことを推奨します。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、エチルアルコールやイソプロピルアルコールなどの指定されたアルコール系溶剤のみを使用してください。LEDは常温で1分未満浸漬する必要があります。指定外または強力な化学洗浄剤の使用は、プラスチックレンズやパッケージ材料を損傷する可能性があります。

7. パッケージおよび発注情報

標準パッケージングは、7インチリールあたり3000個です。残数については最小発注数量500個が適用されます。テープおよびリールシステムはANSI/EIA-481-1-A仕様に準拠しています。主要なテープ仕様には、空の部品ポケットはカバーテープでシールされ、標準に従い、リールあたり最大2個の連続した欠品部品（"欠灯"）が許容されます。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーション例

この2色LEDは、スペースが限られており、複数の状態を伝える必要がある状態表示およびインジケータアプリケーションに最適です。例としては、民生電子機器（例：充電/スタンバイ）の電源/状態インジケータ、産業用制御パネルの2色信号灯、ネットワーク機器の状態表示、および2色を必要とするメンブレンスイッチやアイコンのバックライトなどがあります。

8.2 設計上の考慮点と駆動方法

重要：LEDは電流駆動デバイスです。特に複数のLEDを並列接続する場合、均一な輝度を確保するために、各LEDまたは各色チャネルに直列の電流制限抵抗を使用しなければなりません。推奨回路（回路A）は、LEDと直列に抵抗を示しています。個別の抵抗なしで複数のLEDを直接並列接続すること（回路B）は避けてください。それらの順電圧（V_F）特性のわずかなばらつきが、電流分配、ひいては輝度に大きな差を生じさせるためです。

駆動電流は、必要な輝度と絶対最大定格に基づいて設定する必要があり、周囲温度上昇に必要なディレーティングを考慮してください。

8.3 静電気放電（ESD）保護

LEDは静電気放電に敏感です。取り扱いおよび組立中のESD損傷を防止するには：

• 作業者は接地リストストラップまたは帯電防止手袋を着用する必要があります。
• すべての設備、作業台、保管ラックは適切に接地されなければなりません。
• イオナイザーを使用して、プラスチックレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和できます。

9. 技術比較と差別化

この部品の主な差別化機能は、2つの高性能AlInGaPチップ（緑および赤）を単一のコンパクトなSMDパッケージに統合している点です。AlInGaP技術は、GaAsPなどの古い技術と比較して、赤色および琥珀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。広い130度の指向角と各色の独立したピン制御の組み合わせにより、単色LEDや共通アノード/カソードを持つ予混合2色LEDでは得られない設計の柔軟性を提供します。自動実装および鉛フリーリフロープロセスとの互換性により、現代的な製造可能なソリューションとなっています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 緑色と赤色のLEDをそれぞれ最大30mAで同時に駆動できますか？

A: できません。総消費電力の絶対最大定格はチップあたり75 mWです。両方を30mA、代表的なV_F2.0Vで駆動すると、チップあたり60 mW（P=I*V）となり、限界内です。ただし、V_Fが最大値の2.4Vの場合、電力は72 mWとなり、限界に非常に近くなります。特に高い周囲温度での信頼性の高い長期動作のためには、両色を連続駆動する際に電流をディレーティングすることをお勧めします。

Q: 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、LEDが最も多くの光パワーを発する物理的な波長です。主波長（λ_d）は、人間の目がそのスペクトルの色をどのように知覚するかに基づいて計算された値です。単色光源の場合、これらは同一です。ある程度のスペクトル幅を持つLEDの場合、λ_dは同じ色に見える単一波長です。λ_dは、表示アプリケーションにおける色指定により関連性があります。

Q: 適切な電流制限抵抗値をどのように選択しますか？

A: オームの法則を使用します：R = (V_電源- V_{F_LED}) / I_{F_目標}。保守的な設計では、部品間のばらつきがあっても電流が目標値を超えないようにするため、データシートの最大V_F（2.4V）を使用します。例えば、5V電源、目標I_F20mAの場合：R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 オーム。最も近い標準値（例：120または150オーム）を使用し、実際の電流を再計算できます。

11. 実践的設計と使用事例

事例：携帯機器用2状態インジケータ

設計者がコンパクトなハンドヘルドメーターを作成しています。3つの状態（オフ、測定中（緑）、エラー/低バッテリー（赤））を示すために単一のインジケータが必要です。LTST-C155KGJRKTを使用することで、2つの別々のLEDを使用する場合と比較して基板スペースを節約できます。

実装：マイクロコントローラ（MCU）には、オープンドレイン出力として構成された2つのGPIOピンがあります。各ピンは、電流制限抵抗（上記のように計算）を介して一方の色のカソードに接続されます。両方のLED色のアノードは、システムの3.3Vレールに接続されます。緑色を点灯するには、MCUが緑色GPIOピンをLowに駆動します。赤色を点灯するには、赤色GPIOピンをLowに駆動します。LEDを消灯するには、両方のGPIOピンをハイインピーダンス状態に設定します。この回路は、最小限の部品で独立した制御を提供します。

考慮点：設計者は、MCUのGPIOピンが要求されるLED電流（例：20mA）をシンクできることを確認する必要があります。できない場合は、単純なトランジスタスイッチを追加できます。広い指向角により、デバイスを持っている間、様々な角度からインジケータが見えることが保証されます。

12. 原理紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネセンスによって光を発する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子がp型領域からの正孔と再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。このデバイスは両チップにAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）を使用しており、赤色、橙色、琥珀色、緑色スペクトル領域で高効率で知られる材料系です。ウォータークリアレンズは拡散性ではなく、チップの本質的な指向性の高い光パターンを発光させ、規定の広い指向角を実現します。

13. 開発動向

インジケータLEDの動向は、より高い効率（単位電力あたりのより多くの光出力）、より高密度なPCBレイアウトのためのより小さなパッケージサイズ、より厳しいビニングによる改善された色の一貫性に向かって続いています。また、コンパクトなフォームファクタで多色および色混合機能を可能にするために、複数のチップ（RGB、2色）を単一パッケージに統合する傾向も高まっています。さらに、ますます厳しくなる環境規制（RoHS、REACH）および高温、鉛フリー組立プロセスとの互換性は基本的な要件であり続けています。新しい半導体材料と蛍光体の開発は、可視スペクトル全体にわたるLEDの色域と効率を拡大し続けています。