LTW-C195DSKF-5A デュアルカラーSMD LED データシート - ホワイト＆オレンジ - 20-30mA - 72-75mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTW-C195DSKF-5Aは、コンパクトで信頼性が高く、明るいインジケータやバックライトソリューションを必要とする現代の電子機器アプリケーション向けに設計された、デュアルカラーの表面実装デバイス (SMD) LEDです。単一のEIA標準パッケージ内に、白色発光用のInGaN (窒化インジウムガリウム) チップと、オレンジ色発光用の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統合しています。この構成により、単一のコンポーネント占有面積で2色動作が可能となり、貴重なPCBスペースを節約できます。本デバイスは、直径7インチのリールに巻かれた8mmテープ上に供給され、高速自動実装機との完全な互換性があります。グリーン製品に分類され、RoHS指令に準拠しています。

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ておらず、信頼性の高い長期性能のためには避けるべきです。

• 消費電力 (Pd):ホワイトチップ: 72 mW、オレンジチップ: 75 mW。これは熱として許容される最大電力損失です。これを超えると、接合温度が過度に上昇し、劣化が加速する可能性があります。
• ピーク順方向電流 (I_FP):ホワイト: 100 mA、オレンジ: 80 mA。これは最大瞬間電流であり、通常は短時間の過渡状態での熱過負荷を防ぐために、パルス条件 (1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅) で規定されています。
• 直流順方向電流 (I_F):ホワイト: 20 mA、オレンジ: 30 mA。これは通常動作で推奨される最大連続順方向電流です。オレンジチップはより高い連続電流を扱うことができます。
• 逆電圧 (V_R):両チップとも5 V。これより高い逆電圧を印加すると、破壊や損傷を引き起こす可能性があります。データシートでは、逆電圧動作は連続的には行えないことが明記されています。
• 温度範囲:動作時: -20°C ～ +80°C；保管時: -30°C ～ +100°C。これらは、機能的使用および非動作時の保管における環境限界を定義します。
• 赤外線リフローはんだ付け:ピーク温度260°Cで10秒間耐えることができ、一般的な無鉛はんだのリフロープロファイルに適合しています。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、特に断りのない限り、Ta=25°C、I_F=5mAの標準試験条件で測定された、代表的なおよび保証された性能パラメータです。

• 光度 (I_V):明るさの主要な指標です。
  • ホワイト: 最小 45.0 mcd、代表値 記載なし、最大 180.0 mcd。
  • オレンジ: 最小 11.2 mcd、代表値 記載なし、最大 71.0 mcd。
  • 測定は、指定された試験装置 (例: CAS140B) を用いてCIEの視感度曲線に従って行われます。
• 指向角 (2θ_1/2):両色とも130度 (代表値)。この広い指向角はパッケージレンズ設計の特徴であり、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。
• 波長パラメータ (オレンジチップ):
  • ピーク発光波長 (λ_P): 611 nm (代表値)。スペクトルパワー出力が最も高くなる波長です。
  • 主波長 (λ_d): 605 nm (代表値)。人間の目がLEDの色と一致すると知覚する単一波長です。
  • スペクトル半値幅 (Δλ): 20 nm (代表値)。ピーク強度の半分における発光スペクトルの帯域幅であり、色純度を示します。
• 色度座標 (オレンジチップ):x=0.3, y=0.3 (代表値)。これらのCIE 1931座標は、色度図上の正確なオレンジ色の点を定義します。これらの座標には±0.01の許容差が適用されます。
• 順方向電圧 (V_F):
  • ホワイト: 代表値 2.75V、最大 3.15V (I_F=5mA時)。
  • オレンジ: 代表値 2.00V、最大 2.40V (I_F=5mA時)。
  • オレンジチップの低いV_Fは、AlInGaP材料システムと一致しています。
• 逆電流 (I_R):最大 10 µA (ホワイト) および 100 µA (オレンジ) (V_R=5V時)。これは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。

静電気放電 (ESD) 注意:LEDは静電気に敏感です。取り扱い手順には、ESDやサージイベントによる損傷を防ぐために、リストストラップ、帯電防止手袋、適切に接地された装置および作業台の使用を含める必要があります。

3. ビニングシステムの説明

半導体製造における自然なばらつきを管理するために、LEDは性能ビンに分類されます。LTW-C195DSKF-5Aでは、光度と順方向電圧に対して別々のビニングが採用されています。

3.1 光度 (I_V) ビニング

• ホワイトチップ:ビン P (45.0-71.0 mcd)、Q (71.0-112.0 mcd)、R (112.0-180.0 mcd)。各ビン内の許容差は±15%です。
• オレンジチップ:ビン L (11.2-18.0 mcd)、M (18.0-28.0 mcd)、N (28.0-45.0 mcd)、P (45.0-71.0 mcd)。各ビン内の許容差は±15%です。
• 特定のビンコードは梱包に印字されており、設計者はアプリケーションに応じて一貫した明るさのLEDを選択できます。

3.2 順方向電圧 (V_F) ビニング (ホワイトチップのみ)

• ビン A (2.55-2.75V)、B (2.75-2.95V)、C (2.95-3.15V)。各ビン内の許容差は±0.1Vです。
• V_Fのビニングは、特に複数のLEDが直列接続される場合に、より一貫した電流駆動回路の設計に役立ちます。

3.3 色相ビニング (オレンジチップ)

オレンジ色は、CIE 1931色度図上の四角形で定義された6つの色相ビン (S1からS6) を用いて精密に制御されています。各ビンには特定の (x, y) 座標境界があります (例: S1: x 0.274-0.294, y 0.226-0.286)。各色相ビン内の色度座標 (x, y) の許容差は±0.01です。これにより、正確なオレンジ色相が重要なアプリケーションにおいて、非常に厳密な色の一貫性が保証されます。

4. 性能曲線分析

データシートには、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特性曲線が参照されています。提供されたテキストでは具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、標準的なLED曲線には通常以下が含まれます:

• 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V曲線):指数関数的な関係を示します。InGaN (ホワイト) とAlInGaP (オレンジ) チップでは、半導体のバンドギャップが異なるため曲線は異なり、異なる代表的なV_F values.
• 光度 vs. 順方向電流 (I-L曲線):光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、高電流では熱や効率低下により一般的に準線形になります。
• 光度 vs. 周囲温度:接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示します。これは熱設計において非常に重要です。
• 分光パワー分布:オレンジチップの場合、このグラフは指定された20nmの半値幅を持つ約611nm付近の発光ピークを示し、色特性を確認できます。

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

本デバイスは標準的なEIAパッケージ外形を使用しています。特に断りのない限り、主要な寸法公差は±0.10 mmです。デュアルカラー機能のためのピン割り当ては明確に定義されています:

• ピン 1 および 3: InGaNホワイトチップのアノード/カソード。
• ピン 2 および 4: AlInGaPオレンジチップのアノード/カソード。

この4ピン構成により、2色を独立して制御できます。レンズ材料は黄色と指定されており、ホワイトチップに対しては拡散体または波長変換器として機能し、オレンジ出力をわずかに着色する可能性があります。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

データシートには、PCB設計のための推奨ランドパターン (はんだパッド寸法) が含まれています。このガイドラインに従うことで、リフロー時の適切なはんだ接合部の形成、良好な機械的安定性、およびLEDパッケージからPCBへの最適な放熱が確保されます。

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セス

本LEDは赤外線 (IR) リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。耐えられる最大条件は260°Cで10秒間であり、無鉛実装の標準です。一般的に、予熱ゾーン、ピーク温度への急激な温度上昇、液相線以上の短時間、制御された冷却段階を含むリフロープロファイルが想定されています。このプロファイルに従うことで、熱衝撃やはんだ不良を防ぎます。

6.2 保管と取り扱い

• 未開封パッケージ:30°C以下、相対湿度90%以下で保管。乾燥剤入りの防湿バッグが無傷の状態で、1年以内に使用してください。
• 開封済みパッケージ:密封バッグから取り出した部品については、保管環境は30°C / 60%RHを超えないようにしてください。開封後1週間以内にIRリフロー工程を完了することを強く推奨します。
• 長期保管 (開封済み):1週間を超えて保管する場合は、LEDを乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーター内で保管してください。バッグから出して1週間以上保管された部品は、はんだ付け前にベーキング前処理 (約60°Cで少なくとも20時間) 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

実装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。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は可能です。指定外の化学洗浄剤の使用は、LEDのエポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があるため禁止されています。

7. 梱包・発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

本製品は、保護カバーテープ付きの産業標準エンボスキャリアテープに収められ、直径7インチ (178 mm) のリールに巻かれて供給されます。

• 1リールあたりの数量:3000個。
• 最小発注数量 (MOQ):残数については500個。
• テープ幅:8 mm。
• 梱包規格:部品梱包に関するANSI/EIA-481-1-A-1994規格に準拠しています。
• 品質:テープ内の連続した欠品 (空ポケット) の最大数は2個です。

自動装置フィーダーとの互換性のために、キャリアテープ (ポケット間隔、深さ) とリール (ハブ直径、フランジ直径) の両方の詳細な寸法図が提供されています。

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

• 2色ステータスインジケータ:単一のLEDで複数の状態を表示できる機器パネルに最適です (例: ホワイトでオン/動作中、オレンジでスタンバイ/警告)。
• 民生機器バックライト:2色効果が望まれるデバイスのボタンやアクセント照明に使用できます。
• 自動車室内照明:ホワイトとオレンジのトーンを切り替え可能な環境照明用。
• 産業用制御パネル:様々な動作モードで明確で明るい状態表示を提供します。

8.2 設計上の考慮点

• 電流制限:各チップに対して、常に直列の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。電源電圧と、所望の動作電流 (I_DCを超えない) における最大順方向電圧 (V_FF MAX
• 熱管理:消費電力は低いですが、はんだパッド周囲に十分なPCB銅面積を確保することで放熱を助け、特に高い周囲温度や駆動電流時においても光出力と寿命を維持できます。
• ESD保護:静電気放電が発生しやすい環境では、LEDを駆動する信号線にESD保護ダイオードを組み込んでください。
• 光学設計:130度の指向角は広いカバレッジを提供します。より指向性の高い光が必要な場合は、二次光学部品 (レンズ、導光板) が必要になる場合があります。

9. 技術比較・差別化

LTW-C195DSKF-5Aは、そのクラスにおいて以下のような特定の利点を提供します:

• デュアルチップ統合:1つのパッケージ内に2つの異なる半導体技術 (ホワイト用InGaN、オレンジ用AlInGaP) を組み合わせており、2色を実現しようとする蛍光体カバー付き単一チップLEDと比較して、各色に対して優れた色性能と明るさを提供します。
• 独立制御:独立したアノード/カソードにより、各色を完全に独立して駆動および調光でき、共通カソード/アノードの2色LEDでは不可能な動的な色混合やシーケンスが可能です。
• 高輝度オレンジ:オレンジチップにAlInGaP技術を使用することで、従来技術と比較して特定の波長でより高い効率と明るい出力が得られます。
• 堅牢なパッケージング:IRリフローおよびテープ＆リール梱包との互換性により、完全自動化された大量生産の表面実装ラインに適しています。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q1: ホワイトチップとオレンジチップを同時に最大直流電流で駆動できますか？

A: 必ずしも可能ではありません。総消費電力を考慮する必要があります。ホワイトを20mA (~2.75V)、オレンジを30mA (~2.00V) で同時に駆動すると、合計約112.5 mWの電力となり、放熱が不十分な場合、小さなパッケージの熱設計限界を超える可能性があります。絶対最大定格以下で動作させるか、熱的デレーティングを実施する方が安全です。

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=611 nm) は、LEDが発光する光スペクトルの物理的なピークです。主波長 (λ_d=605 nm) は知覚的なピークであり、人間の目がLEDの色と一致すると知覚する純粋なスペクトル光の単一波長です。特に広いスペクトルの場合、これらはしばしば異なります。

Q3: 開封済みパッケージの保管湿度要件がより厳しいのはなぜですか？

A: SMD LEDに使用されるエポキシ成形材料は、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プロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部圧力が発生してパッケージが割れる (ポップコーン現象) 可能性があります。はんだ付け前のベーキング処理は、この吸収された湿気を除去します。

Q4: 色相ビン座標 (例: S1) はどのように解釈すればよいですか？

A: S1のようなビンの4組の (x,y) 座標ペアは、CIE色度図上の四角形の角を定義します。測定された色度座標がこの四角形内に収まるLEDは、すべてS1ビンに割り当てられます。これは、色空間を定義するための単純な波長ビンよりも精密な方法です。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ:民生用オーディオアンプの多状態電源ボタンを設計。ボタンは以下を示す必要がある: オフ (消灯)、スタンバイ (点滅オレンジ)、オン (点灯ホワイト)。

LTW-C195DSKF-5Aを用いた実装:

1. LEDは半透明のボタンキャップの背後に配置。

2. マイクロコントローラ (MCU) が2つの別々のGPIOピンを通じて2色を駆動。各ピンには、5mA駆動 (長寿命と適度な明るさのため) 用に計算された直列電流制限抵抗が設けられる。

3. オフ状態:両方のMCUピンをハイインピーダンス入力またはロー出力に設定。

4. スタンバイ状態:オレンジLED (ピン2/4) に接続されたMCUのピンをPWM信号で駆動し、点滅効果を生成。ホワイトLEDピンはオフのまま。

5. オン状態:ホワイトLED (ピン1/3) 用のMCUピンを連続的にハイで駆動。オレンジLEDピンはオフ。



この設計では、1つのコンポーネント占有面積のみを使用し、実装を簡素化し、両チップからの高品質で一貫した光を用いて明確で区別しやすい視覚的フィードバックを提供します。

12. 技術原理紹介

LTW-C195DSKF-5Aは、2つの異なる固体発光技術を利用しています:

• InGaN (ホワイトチップ):一般的に、青色発光InGaN LEDチップが黄色蛍光体コーティング (YAG:Ce) と組み合わされます。一部の青色光はそのまま放出され、残りは蛍光体によって黄色光にダウンコンバートされます。青色光と黄色光の混合は、人間の目には白色として知覚されます。黄色のパッケージレンズも色混合や拡散に寄与する可能性があります。
• AlInGaP (オレンジチップ):この材料システムは基板 (しばしばGaAs) 上に成長され、スペクトルの赤、オレンジ、黄色領域 (およそ590-650 nm) での発光に対応する直接遷移型バンドギャップを持つように設計されています。この範囲での飽和した色を生成するのに非常に効率的です。オレンジ出力は、蛍光体を使用せずに、半導体材料自体内部での電子-正孔再結合によって直接生成されます。

エレクトロルミネセンスが基本原理です: 半導体の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。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定されます。

13. 開発動向

SMD LEDの分野は進化を続けており、LTW-C195DSKF-5Aのようなデバイスを位置づける動向があります:

• 効率と光束の向上:エピタキシャル成長、チップ設計、パッケージ光取り出し効率の継続的な改善により、入力電流1mAあたりのmcd出力が高まり、低消費電力またはより明るい表示が可能になります。
• 小型化:これは標準的なEIAパッケージですが、業界では超コンパクトデバイス向けに小型フットプリント (例: 0402, 0201) が推進されていますが、多くの場合、総光出力や熱性能を犠牲にすることがあります。
• 色の一貫性とビニングの改善:製造プロセス制御の進歩により、V_F、I_V、色度の分布がより狭まり、必要なビン数が減少し、バッチ生産における性能の均一性が向上します。
• 統合ソリューション:内蔵電流レギュレータ、ESD保護、さらには単純な制御ロジック (スマートLED) を備えたLEDへの傾向があり、エンドユーザーの回路設計を簡素化します。
• 信頼性と寿命への注力:熱、湿気、短波長光に対する耐性が向上したレンズおよび封止材用の強化材料により、特に産業および自動車アプリケーションにおいて重要な、より長い動作寿命が実現されます。