2色SMD LED LTST-C155TBKFKT データシート - 青色 & オレンジ色 - 20mA & 30mA - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、2色表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。この部品は、青色光を発するInGaN（窒化インジウムガリウム）チップと、オレンジ色光を発する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単一パッケージ内に統合しています。この設計により、2つの独立した光源としての利用、または制御された駆動による用途での色混合が可能となります。LEDは、自動ピックアンドプレース組立システムに対応したテープ＆リール形式でパッケージングされており、EIA標準パッケージに準拠しています。RoHS指令に準拠したグリーン製品として設計されています。

1.1 主な特徴と対象アプリケーション

このLEDの主な利点は、コンパクトなSMDフットプリントで2色発光が可能な点です。主な特徴には、両チップ技術による超高輝度、赤外線（IR）および気相はんだリフロー工程との互換性、自動組立装置との統合を考慮した設計が含まれます。I.C.互換性は、適切な電流制限があれば標準的なロジックレベル信号で直接駆動できることを示しています。典型的な用途には、状態表示、スイッチやパネルのバックライト、装飾照明、およびスペースが限られており単一の部品位置から複数の表示色が必要とされる民生電子機器が含まれます。

2. 絶対最大定格

これらの限界を超えてデバイスを動作または保管すると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 電力損失：青色：76 mW、オレンジ色：75 mW（周囲温度Ta=25°C時）
• ピーク順電流：青色：100 mA、オレンジ色：80 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）
• 直流順電流：青色：20 mA、オレンジ色：30 mA
• ディレーティング：青色：0.25 mA/°C、オレンジ色：0.4 mA/°C（25°Cからの線形）
• 逆電圧：両色とも5 V（注：逆バイアス状態での連続動作は不可）
• 動作・保管温度範囲：-55°C ～ +85°C
• はんだ付け温度：ウェーブ/IR：最大5秒間260°C；気相：最大3分間215°C。

3. 電気的・光学的特性

指定された試験条件下、周囲温度（Ta）25°Cで測定。

3.1 光学パラメータ（IF=20mA時）

• 光度（Iv）：
  
  青色：最小28.0 mcd、標準45.0 mcd。
  
  オレンジ色：最小45.0 mcd、標準90.0 mcd。
  
  CIE比視感度曲線に近似したセンサー/フィルターで測定。
• 指向角（2θ1/2）：両色とも標準130度。これは、光度が軸上値の半分に低下する全角です。
• ピーク波長（λP）：青色：標準468 nm、オレンジ色：標準611 nm。
• 主波長（λd）：青色：標準470 nm、オレンジ色：標準605 nm。CIE色度図から導出され、知覚される色を定義します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：青色：標準25 nm、オレンジ色：標準17 nm。

3.2 電気的パラメータ

• 順電圧（VF） IF=20mA時：
  
  青色：最小2.80V、標準3.50V、最大3.80V。
  
  オレンジ色：最小1.80V、標準2.00V、最大2.40V。
• 逆電流（IR）：VR=5V時、両色とも最大10 μA。
• 静電容量（C）：VF=0V、f=1MHz時、オレンジ色標準40 pF。

4. ビニングシステム

LEDは、生産ロット内での一貫性を確保するため、光度に基づいてビンに分類されます。

4.1 光度ビニング

青色チップ（@20mA）：

コード N：28.0 - 45.0 mcd

コード P：45.0 - 71.0 mcd

コード Q：71.0 - 112.0 mcd

コード R：112.0 - 180.0 mcd

オレンジ色チップ（@20mA）：

コード P：45.0 - 71.0 mcd

コード Q：71.0 - 112.0 mcd

コード R：112.0 - 180.0 mcd

各光度ビン内の許容差は±15%です。

5. 特性曲線分析

データシートは、主要パラメータ間の関係を示す典型的な特性曲線を参照しています。設計者はこれらの非線形関係を考慮する必要があります。

5.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

両LEDとも、ダイオードのような指数関数的なI-V特性を示します。青色（InGaN）LEDは、20mA時、オレンジ色（AlInGaP）LED（～2.0V）と比較して、はるかに高い標準順電圧（～3.5V）を持ちます。この電圧差は回路設計において重要であり、特に共通の電圧レールから両色を駆動する場合、同じ目標電流を達成するために異なる直列抵抗値が必要となります。

5.2 光度対順電流

推奨動作範囲内では、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発熱増加により効率が低下する可能性があります。ディレーティング仕様（青色0.25 mA/°C、オレンジ色0.4 mA/°C）は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、過熱を防止し寿命を確保するために、許容される最大直流電流をどのように低減しなければならないかを示しています。

5.3 スペクトル分布

青色チップは約468-470 nmの範囲で発光し、比較的広い25 nm（標準）のスペクトル半値幅を持ちます。オレンジ色チップは約605-611 nmの範囲で発光し、より狭い17 nm（標準）の半値幅を持ちます。主波長値は、色が重要な用途において極めて重要です。

6. 機械的・パッケージ情報

6.1 ピン割り当てと極性

デバイスは4つのピンを持ちます。LTST-C155TBKFKTバリアントの場合：

- InGaN青色チップはピン1と3に接続されています。

- AlInGaPオレンジ色チップはピン2と4に接続されています。

この構成により、通常、各色を独立して制御できます。レンズはウォータークリアです。

6.2 パッケージ寸法とテープ/リール

LEDは、直径7インチ（178mm）のリール上の8mm幅エンボスキャリアテープで供給されます。標準リール数量は4000個です。データシートには、LED本体の詳細な寸法図、推奨はんだパッドレイアウト（ランドパターン）、およびテープ＆リール仕様が含まれており、これらはANSI/EIA 481-1-A-1994に準拠しています。特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.10 mmです。信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性のためには、適切なパッド設計が不可欠です。

7. はんだ付けと組立ガイドライン

7.1 リフローはんだ付けプロファイル

部品は標準リフロー工程と互換性があります。通常（スズ-鉛）はんだプロセス用と、鉛フリー（例：SnAgCu）はんだプロセス用の2つの推奨赤外線（IR）リフロープロファイルが提供されています。重要なパラメータは以下の通りです：

- プリヒート：120-150°Cまで立ち上げ。

- ソーク/プリヒート時間：最大120秒。

- ピーク温度：最大260°C。

- 液相線以上時間：ピーク温度で最大5秒。

これらのプロファイルに従うことで、LEDパッケージやダイへの熱衝撃や損傷を防止します。

7.2 ウェーブおよび手はんだ付け

ウェーブはんだ付けの場合、プリヒートは最大60秒間100°Cを超えてはならず、はんだウェーブは最大10秒間260°Cです。はんだごてによる手はんだ付けが必要な場合、先端温度は300°Cを超えず、接点時間は1箇所あたり最大3秒、1回のみに制限し、過度の熱伝達を防止してください。

7.3 洗浄と保管

洗浄：指定された洗浄剤のみを使用してください。常温でのイソプロピルアルコールまたはエチルアルコールを1分未満で使用することを推奨します。指定外の化学薬品は、エポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

保管：元の防湿バッグ外での長期保管の場合、LEDは30°C以下、相対湿度70%以下の環境で保管してください。長期保管には、乾燥剤入りの密閉容器または窒素雰囲気を使用してください。周囲の空気に1週間以上さらされた部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも24時間ベーキングし、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。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。均一な輝度を確保し損傷を防ぐため、電流制限機構が必須です。推奨回路（回路A）は、各LEDに直列抵抗を使用します。抵抗値（R）はオームの法則を用いて計算されます：R = (電源電圧 - LEDの順電圧) / 順電流。ここで、LEDの順電圧は所望の順電流における特定のLEDの順電圧です。順電圧のばらつき（ビニングおよび標準範囲参照）があるため、単一の電圧源と共有抵抗から複数のLEDを並列駆動する（回路B）ことは推奨されません。これは、大きな電流不平衡と輝度の不均一を引き起こす可能性があります。

8.2 静電気放電（ESD）保護

LEDは静電気放電や電圧サージに敏感です。取り扱いおよび組立時には以下の予防策を講じる必要があります：

- 接地リストストラップまたは帯電防止手袋を使用する。

- すべての作業台、工具、設備が適切に接地されていることを確認する。

- ESD安全な包装および輸送手順を実施する。

ESD予防策を守らないと、即時故障や長期信頼性を低下させる潜在的な損傷を引き起こす可能性があります。

8.3 熱管理

電力損失は比較的低いですが、適切な熱設計は寿命を延ばし光学性能を維持します。ディレーティング曲線は、周囲温度の上昇に伴って最大電流をどのように減少させなければならないかを指定しています。LEDの熱パッド（存在する場合）周辺または内層へのビアに十分な銅面積を確保することで、特に高周囲温度または密閉アプリケーションにおいて、放熱を助けることができます。

9. 技術比較と差別化

この2色LEDの主な差別化点は、標準SMDパッケージ内に2つの異なる高輝度チップを有することです。2つの別々の単色LEDを使用する場合と比較して、PCBスペースを節約し、部品点数を減らし、ピックアンドプレース組立を簡素化します。青色にInGaNを使用することで、GaPなどの旧技術よりも高い効率と輝度を実現しています。オレンジ色にAlInGaP技術を使用することで、赤-オレンジ-琥珀色スペクトルにおいて高効率と優れた色純度を提供します。この組み合わせにより、状態表示（例：スタンバイ用青色、動作中/故障用オレンジ色）や単純な色混合において設計の柔軟性が得られます。

10. よくある質問（FAQ）

Q1: 青色とオレンジ色のLEDを、それぞれ定格電流で同時に駆動できますか？

A1: 絶対最大定格はチップごとに規定されています。パッケージ全体の総電力損失は、各動作チップからの損失の合計となります。特に高周囲温度では、結合された熱負荷がパッケージの放熱能力を超えないことを確認する必要があります。ディレーティング仕様を参照してください。

Q2: 青色とオレンジ色のチップで順電圧が大きく異なるのはなぜですか？

A2: 順電圧は、半導体材料のバンドギャップに基づく基本的な特性です。InGaN（青色）はAlInGaP（オレンジ色/赤色、～2.0 eV）よりも広いバンドギャップ（～3.4 eV）を持っており、これが直接、導通と発光を達成するために必要なより高い順電圧につながります。

Q3: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A3: ピーク波長（λP）は、スペクトルパワー分布が最大となる波長です。主波長（λd）は、標準白色参照光と比較したときにLEDの出力と同じ色に見える単色光の波長です。対称スペクトルを持つLEDでは、これらはしばしば近い値になります。非対称スペクトルの場合、λdの方が知覚される色をよりよく表します。

Q4: 発注時に強度ビンコードをどのように解釈すればよいですか？

A4: ビンコード（例：N、P、Q、R）は、試験電流におけるLEDの保証された最小および最大光度範囲を定義します。ビンコードを指定することで、その範囲内で一貫した輝度のLEDを受け取ることが保証されます。例えば、オレンジ色チップのビンPを発注すると、20mA時に45.0から71.0 mcdの間の強度が保証されます。

11. 設計・使用事例

シナリオ: ネットワークルーター用デュアルステータスインジケーター

設計者は2つの状態表示（電源オン/スタンバイとネットワーク活動）が必要ですが、前面パネルには1つのLED表示穴のスペースしかありません。LTST-C155TBKFKTを使用することで、洗練された解決策が得られます。

実装：青色LEDは、電源信号に、15mA用に計算された電流制限抵抗を介して接続されます（例：R = (3.3V - 3.5V)/0.015A、標準Vfに基づいて供給電圧または抵抗値を若干調整する必要があります）。オレンジ色LEDは、ネットワークコントローラーからのパルス信号に接続され、データ活動を示すために点滅します。マイクロコントローラーファームウェアは、両方のLEDを第3の状態（例：故障状態用の点灯オレンジ色）にも使用するようにプログラムできます。この単一コンポーネントは複数の役割を果たし、2つのLEDソリューションと比較して、スペース、組立コストを節約し、部品表を簡素化します。

12. 技術原理

これらのLEDの発光は、直接遷移型半導体材料におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。p-n接合に順電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。再結合時に放出されるエネルギーは光子として放出されます。この光子の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギー（Eg）によって決定され、式 λ ≈ 1240/Eg (nm) に従います。ここでEgは電子ボルト（eV）単位です。InGaN材料はより短い波長（青色、緑色、白色）に、AlInGaP材料はより長い波長（黄色、オレンジ色、赤色）に使用されます。ウォータークリアレンズは通常、発光波長に対して透明なエポキシまたはシリコーンで作られています。

13. 業界動向

SMDインジケーター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）、より小さなパッケージサイズ、および統合度の向上に向かって続いています。複雑な状態表示と小型化をサポートするため、単一パッケージ内の2色および多色LEDがより一般的になっています。また、過酷な条件（高温、高湿度）下での信頼性向上、および現代の電子機器製造に必要な鉛フリーおよび高温はんだ付け工程との互換性への強い推進力もあります。さらに、自動車内装、民生用家電、プロ用機器など、ブランドアイデンティティとユーザーエクスペリエンスが正確な視覚的合図に結びついている用途において、正確な色の一貫性とより厳しいビニング公差への需要が高まっています。