LTST-C195TBKSKT デュアルカラーSMD LED データシート - 0.55mm超薄型パッケージ - ブルー3.8V / イエロー2.4V - 76mW/62.5mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、デュアルカラー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、2つの異なる半導体チップを、極めて薄い単一パッケージ内に統合しており、スペースが限られたコンパクトな設計を可能にします。主な用途は、電子機器のインジケータや状態表示灯であり、1つのデバイス占有面積で2つの異なる色を提供します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このデバイスの決定的な特徴は、0.55mmという超薄型プロファイルであり、これは、現代の薄型コンシューマーエレクトロニクス、携帯機器、高密度実装PCBにとって重要な利点です。高度な半導体材料を採用しています：青色発光用の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）チップです。これらの材料は、高効率と高輝度で知られています。LEDはRoHS（有害物質使用制限）指令に完全に準拠しています。7インチ径リール上の8mmテープにパッケージングされており、量産で使用される高速自動実装機（ピックアンドプレース装置）と完全に互換性があります。また、このデバイスは、鉛フリー（Pbフリー）はんだ実装で使用される標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに耐えるように設計されています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

以下のセクションでは、標準試験条件（Ta=25°C）におけるデバイスの動作限界と性能特性について詳細に説明します。

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。この限界以下または限界での動作は保証されません。

• 許容損失（Pd）：LEDが熱として放散できる最大許容電力です。ブルーチップは76 mW、イエローチップは62.5 mWに定格されています。これを超えると過熱や劣化の加速を引き起こす可能性があります。
• ピーク順電流（I_FP）：最大パルス電流（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）です。ブルーチップは100 mAパルス、イエローチップは60 mAパルスを扱えます。このパラメータは、短時間の高輝度点滅用途で重要です。
• 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順電流です。ブルーチップは20 mA、イエローチップは25 mAです。これは、ほとんどの輝度仕様における標準的な駆動電流です。
• 温度範囲：デバイスの動作温度範囲は-20°C ～ +80°C、保管温度範囲は-30°C ～ +100°Cに定格されています。
• はんだ付け条件：この部品は、ピーク温度260°C、最大10秒間のIRリフローはんだ付けに耐えることができ、一般的な鉛フリープロセスの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、推奨直流順電流20 mAで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：知覚される明るさの尺度です。ブルーチップの場合、代表的な光度は最小28.0 mcdから最大180.0 mcdの範囲です。イエローチップの場合、範囲は45.0 mcdから280.0 mcdです。実際の値はビニング（第3章参照）されます。
• 指向角（2θ_1/2）：光度が0°（軸上）の強度の少なくとも半分となる角度範囲です。両色とも代表的な広い指向角130度を持ち、横方向からの視認性を良好にします。
• ピーク波長（λ_P）：光出力が最大となる波長です。代表値は468 nm（ブルー）と591 nm（イエロー）です。
• 主波長（λ_d）：光の知覚される色を最もよく表す単一波長です。代表値は470 nm（ブルー）と589 nm（イエロー）です。これはCIE色度図から導出されます。
• スペクトル半値幅（Δλ）：最大出力の半分における発光スペクトルの幅です。両チップとも代表的な半値幅は25 nmであり、比較的純粋な色の発光を示しています。
• 順電圧（V_F）：20 mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。ブルーチップの代表的なV_Fは3.30V（最大3.80V）、イエローチップの代表的なV_Fは2.00V（最大2.40V）です。これは、駆動回路設計と電源選択において極めて重要です。
• 逆電流（I_R）：5Vの逆バイアスを印加したときの最大リーク電流です。両チップとも10 μAです。重要注意：このデバイスは逆動作用に設計されていません。試験条件を超える逆電圧を印加すると、即座に破壊的故障を引き起こす可能性があります。

2.3 熱的考慮事項

熱抵抗（θ_JA）として明示的に詳細は記載されていませんが、許容損失定格と動作温度範囲が主な熱的制約となります。接合温度を安全限界内に維持するためには、放熱用に十分な銅箔を持つ効果的なPCBレイアウトが不可欠です。特に最大直流電流付近で駆動する場合に重要です。最大接合温度を超えると、LEDの寿命が劇的に短縮されます。

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に対応するため、LEDは性能ビンに分類されます。これにより、製造ロット内の一貫性が確保されます。

3.1 光度ビニング

光出力は、最小値と最大値で定義されるビンに分類されます。各ビンの許容差は±15%です。

ブルーチップ ビン：

N: 28.0 - 45.0 mcd

P: 45.0 - 71.0 mcd

Q: 71.0 - 112.0 mcd

R: 112.0 - 180.0 mcd

イエローチップ ビン：

P: 45.0 - 71.0 mcd

Q: 71.0 - 112.0 mcd

R: 112.0 - 180.0 mcd

S: 180.0 - 280.0 mcd

設計者は、アプリケーションに必要な輝度レベルを保証するために、発注時に必要なビンコードを指定しなければなりません。低いビン（例：ブルーのN）を使用すると、表示が暗くなる可能性があります。

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。具体的なグラフは本文には再現されていませんが、その意味するところを以下に説明します。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

この曲線は、電流と電圧の非線形関係を示しています。両LEDチップにおいて、電圧は電流に対して対数的に増加します。提供されている代表的なV_F値は20 mAに特化したものです。より低い電流で駆動するとV_Fは低くなり、より高い電流で駆動するとV_Fと損失電力が増加します。安定した輝度を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧ドライバよりも定電流ドライバの使用を強く推奨します。

4.2 光度対順電流

このグラフは、光出力が順電流とともにどのように増加するかを示しています。動作範囲内では一般的に線形に近いですが、効率低下と熱効果により非常に高い電流では飽和します。20 mAの駆動電流は、輝度、効率、信頼性をバランスさせる標準点として選ばれています。

4.3 光度対周囲温度

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。この曲線は、高温環境で動作するアプリケーションにとって重要です。このグラフから、ディレーティング係数（摂氏1度あたりの出力減少率）を推定できます。温度による輝度低下を最小限に抑えるためには、適切な放熱対策が必要です。

4.4 スペクトル分布

これらの曲線は、相対強度を波長に対してプロットし、ピーク波長（λ_P）とスペクトル半値幅（Δλ）を示しています。両色とも25 nmという狭い半値幅は、色の識別が重要なインジケータ用途に望ましい、良好な色純度を確認しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法とピン割り当て

このデバイスはEIA標準パッケージ外形に準拠しています。主要な機械的特徴は、全高0.55mmです。デュアルカラーチップのピン割り当ては以下の通りです：ピン1と3はブルー（InGaN）チップ用、ピン2と4はイエロー（AlInGaP）チップ用です。この4パッド設計により、各色に対して独立した電気的接続が提供され、独立した制御が可能になります。

5.2 推奨はんだパッドレイアウト

PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。リフロー時の信頼性のあるはんだ接合の達成、適切な位置合わせの確保、LEDからの熱伝達を容易にするためには、このパターンに従うことが極めて重要です。パッド寸法は、はんだリフロー時のトゥームストーニング（部品が一端で立ち上がる現象）を防止するように設計されています。

5.3 極性識別

本文では明示的に示されていませんが、SMD LEDは通常、カソード（-）または特定のピンを示すために、パッケージ上にマーキング（点、切り欠き、面取りエッジなど）があります。組立および設計時に正しい向きにするためには、データシートのピン割り当て表とパッケージマーキング図（パッケージ外形寸法で暗示）を照合する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

鉛フリーリフローはんだ付けのための推奨温度プロファイルが含まれています。主要パラメータは以下の通りです：

- プリヒート：周囲温度から150-200°Cまで上昇。

- ソーク/プリヒート時間：最大120秒で、フラックスを活性化し、熱衝撃を最小限に抑えます。

- ピーク温度：最大260°C。

- 液相線以上時間（TAL）：はんだの融点（SnAgCuの場合、通常~217°C）以上の時間は、適切な接合形成のために十分であるべきですが、LEDへの熱応力を低減するために最小限に抑えるべきです。このプロファイルはJEDEC標準に準拠するように設計されています。

6.2 手はんだ

手作業によるリワークが必要な場合、はんだごての温度は300°Cを超えてはならず、接点ごとの接触時間は最大3秒に制限する必要があります。これは、プラスチックパッケージと内部ワイヤボンドを損傷しないように、一度だけ行うべきです。

6.3 保管および取り扱い条件

湿気感受性：LEDは、乾燥剤とともに防湿バッグにパッケージングされています。元の密封バッグを開封すると、部品は周囲湿度にさらされます。

- 開封後の保管：30°C、相対湿度（RH）60%を超えないようにしてください。

- フロアライフ：バッグ開封後1週間以内にIRリフローを完了することが推奨されます。

- 長期保管：1週間を超えて保管する場合、部品は乾燥剤を入れた密閉容器または窒素デシケーターで保管する必要があります。

- ベーキング：元の包装から出して1週間以上保管された部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングして、吸収した湿気を除去し、"ポップコーン現象"（リフロー中の蒸気圧によるパッケージ割れ）を防止する必要があります。

6.4 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。指定外の化学薬品は、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。許容される洗浄剤には、エチルアルコールやイソプロピルアルコール（IPA）があります。LEDは常温で1分未満浸漬してください。

6.5 静電気放電（ESD）対策

LEDは、ほとんどの半導体デバイスと同様に、静電気放電による損傷を受けやすいです。取り扱い時の対策は必須です：接地リストストラップ、防静電手袋の使用、すべての装置と作業面が適切に接地されていることを確認してください。

7. パッケージングおよび発注情報

7.1 テープおよびリール仕様

部品は、自動組立用のエンボスキャリアテープに供給されます。

- キャリアテープ幅：8 mm。

- リール直径：7インチ。

- 1リールあたり数量：4000個。

- 最小発注数量（MOQ）：残数については500個。

- ポケットシーリング：空のポケットはカバーテープで密封されています。

- 欠品：仕様上、連続する最大2個の欠品LED（空ポケット）が許容されます。

- 標準：パッケージングはANSI/EIA-481仕様に従います。

7.2 品番の解釈

品番LTST-C195TBKSKTは、おそらく特定の属性をコード化していますが、この抜粋では完全な内訳は提供されていません。通常、このようなコードは、シリーズ（LTST）、サイズ/プロファイル（C195）、色（TBはデュアルカラーブルー/イエロー）、パッケージング（KSKTはおそらくテープ＆リールを指す）を示します。光度の正確なビンコードは、発注時に別途指定する必要があります。

8. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

このデュアルカラーLEDは、マルチステータスインジケータに最適です。一般的な用途は以下の通りです：

- 電源/状態インジケータ：ブルーは"スタンバイ"または"オン"、イエローは"充電中"または"警告"。

- ネットワーク機器：リンク状態、アクティビティ、速度の表示。

- コンシューマーエレクトロニクス：バッテリーレベルインジケータ、コンパクトデバイスでのモード選択フィードバック。

- 産業用制御装置：機械状態表示（運転中、故障、待機）。

超薄型プロファイルは、スマートフォン、タブレット、ウルトラブック、その他のスペース制約のある携帯機器に特に適しています。

8.2 回路設計上の考慮事項

1. 電流制限：各色チャネルに対して、常に直列の電流制限抵抗または専用の定電流LEDドライバICを使用してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F の式を使用して計算します。部品間のばらつきがあっても電流が限界を超えないようにするため、データシートの最大V_Fを使用してください。

2. 独立制御：各色の独立したアノード/カソードにより、マイクロコントローラを介した独立したPWM（パルス幅変調）調光または点滅制御が可能です。

3. 損失電力：総電力（各チップのI_F* V_F）が、特に両方が同時に駆動される場合、個々のチップの定格電力を超えないことを確認してください。

4. 逆電圧保護：ツェナーダイオードではありませんが、各LEDと並列に（カソードからアノードへ）小信号ダイオードを配置することで、PCB上の偶発的な逆電圧過渡現象に対する保護を提供できます。

8.3 PCBレイアウトの推奨事項

- 推奨はんだパッド寸法に正確に従ってください。

- LEDパッドが大きなグランド/電源プレーンに接続されている場合、はんだ付けを容易にしつつある程度の熱伝導を提供するために、サーマルリリーフ接続を使用してください。

- 最適な放熱のためには、サーマルパッド（存在する場合）の下または近くに小さなビアを追加して、熱を内部または底面のPCB層に伝導することを検討してください。

9. 技術比較と差別化

従来のデュアルカラーLEDや2つの個別の単色LEDを使用する場合と比較して、このデバイスには以下の明確な利点があります：

- スペース節約：0.55mmの薄型単一パッケージが2つの部品を置き換え、PCB面積と体積を節約します。

- 組立の簡素化：2回ではなく1回のピックアンドプレース操作で済み、組立スループットを向上させ、配置エラーの可能性を低減します。

- 材料技術：InGaNおよびAlInGaPチップの使用は、GaPなどの従来技術と比較して、一般的に高い効率と輝度を提供します。

- プロセス互換性：標準的な大量SMT組立および鉛フリーリフロープロセスとの完全な互換性により、製造の複雑さを低減します。

10. 技術パラメータに基づくよくある質問（FAQ）

Q1: ブルーとイエローのLEDを同時に点灯できますか？

A: はい、電気的には独立しています。ただし、各チップの損失電力が定格を超えないこと、およびPCB/局所周囲温度が動作範囲内に収まることを確認する必要があります。発生する総熱量は両方の合計になります。

Q2: 極性を間違えて接続したらどうなりますか？

A: 大きな逆電圧（5V試験条件を超える）を印加すると、逆方向破壊によりLEDチップが即座に破壊的故障を起こす可能性が高いです。常に正しい極性を守ってください。

Q3: なぜブルーとイエローで順電圧が異なるのですか？

A: 順電圧は、半導体材料のバンドギャップに起因する基本的な特性です。InGaN（ブルー）はAlInGaP（イエロー）よりも広いバンドギャップを持ち、接合を"押し"抜くために高い電圧を必要とし、より高エネルギー（短波長）の光子を生成します。

Q4: 適切な電流制限抵抗はどのように選びますか？

A: 公式 R = (V_電源- V_F) / I_F を使用します。信頼性のために、データシートの最大V_F（ブルーは3.80V、イエローは2.40V）と、希望するI_F（例：20mA）を使用します。5V電源の場合：R_ブルー= (5 - 3.8) / 0.02 = 60 Ω; R_イエロー= (5 - 2.4) / 0.02 = 130 Ω。次に高い標準抵抗値を使用してください。

Q5: LEDが予想より暗いのですが、何が問題でしょうか？

A: 1) 正しいビンコードを使用しているか確認してください。低いビン（例：ブルーのN）は輝度が低くなります。2) マルチメータで実際の順電流を確認してください。抵抗値の計算ミスや電源電圧の低下により電流が減少している可能性があります。3) LEDが過熱していないことを確認してください。高い接合温度は光出力を減少させます。4) 指向角を確認してください。輝度は軸上で測定されます。

11. 実践的な設計と使用例

例1: デュアルステータスUSBポートインジケータ。ノートパソコンでは、このLEDをUSB-Cポートの隣に配置できます。組み込みコントローラ（EC）によって駆動できます：デバイスが接続されアクティブなときはブルー点灯、ポートが充電電流を供給しているときはイエロー点滅、それ以外は両方消灯。薄型プロファイルにより、狭いベゼル内に収まります。

例2: IoTデバイスステータス。コンパクトな無線センサーでは、LEDがネットワーク状態を示します："クラウド接続"はブルー、"データ送信中"はイエロー、"エラー"は交互点滅。低消費電力はバッテリー駆動デバイスに適しており、広い指向角により様々な角度からの視認性を確保します。

例3: 湿気感受性部品の取り扱い。メーカーがリールを受け取ります。彼らは1つの生産シフトでリール全体を使用します。リールが一部残った場合、乾燥剤を入れた密閉容器に保管します。2週間後、残りを使用する前に、データシートのガイドラインに従って、はんだ付け不良を防ぐため、リールを60°Cで24時間ベーキングしてからピックアンドプレース機にロードします。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネッ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型材料からの電子がp型材料からの正孔と再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光の特定の波長（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まります。InGaNチップは青色光（~470 nm）に対応するバンドギャップを持ち、AlInGaPチップは黄色光（~589 nm）に対応するバンドギャップを持ちます。プラスチックパッケージは、繊細な半導体ダイとワイヤボンドを保護し、光出力ビームを形成（レンズ）、実装のための物理的形状を提供します。

13. 技術トレンドと発展

本デバイスは、LED技術におけるいくつかの進行中のトレンドを反映しています：

- 小型化：0.55mmおよびそれ以下の薄型パッケージへの動きは、より洗練された製品設計を可能にし続けています。

- 高効率材料：InGaNとAlInGaPは、可視光LEDのための成熟した高性能材料システムを代表し、インジケータ用途に対して良好な効率（ルーメン毎ワット）を提供します。

- 統合：複数の機能（2色）を単一パッケージに組み合わせることは、スペースを節約し組立を簡素化するための部品統合のより広範なトレンドの一部です。

- 堅牢な製造互換性：テープ＆リールパッケージング、IRリフロー耐性、湿気感受性レベル分類への重点は、完全自動化された大量電子機器製造のニーズに合致しています。将来の発展には、コンシューマーエレクトロニクスおよび自動車セクターからの需要により、さらに薄いパッケージ、統合電流制限抵抗（LED"モジュール"）、または同様のフットプリントでの3色（RGB）チップが含まれる可能性があります。