LTST-C195TBKFKT-5A デュアルカラーSMD LED データシート - ブルー & オレンジ - 0.55mm高さ - 3.2V/2.3V - 38mW/50mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、デュアルカラー表面実装デバイス(SMD)発光ダイオード(LED)であるLTST-C195TBKFKT-5Aの完全な技術仕様を提供します。この部品は、青色光を発するチップ（InGaN技術ベース）とオレンジ色光を発するチップ（AlInGaP技術ベース）の2つの異なる半導体チップを、単一の超薄型パッケージ内に統合しています。スペース節約と信頼性の高い性能が重要な、自動組立プロセスおよびアプリケーション向けに設計されています。

1.1 主な特長とターゲット市場

このLEDの主な利点は、RoHS指令への準拠、0.55mmという極めて低いプロファイル、および高輝度出力です。EIA標準に準拠した7インチリール上の8mmテープに梱包されており、自動実装機および標準的な赤外線(IR)リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。その設計はI.C.互換でもあります。

代表的な応用分野は、通信機器、オフィスオートメーション、家電製品、産業機器に及びます。具体的な用途としては、キーパッドやキーボードのバックライト、状態表示、マイクロディスプレイへの統合、信号やシンボルの照明などが挙げられます。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、標準試験条件下におけるLEDの動作限界と性能特性について、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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ストレスの限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 電力損失 (P_d):ブルーチップで38 mW、オレンジチップで50 mW。このパラメータは、LEDが劣化することなく熱として放散できる最大電力を示します。
• ピーク順方向電流 (I_FP):両色とも40 mA、パルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。
• DC順方向電流 (I_F):ブルーで10 mA、オレンジで20 mA。これは推奨される最大連続順方向電流です。
• 動作・保管温度:デバイスの周囲温度(T_a)定格は、動作時は-20°C ～ +80°C、保管時は-30°C ～ +100°Cです。
• 赤外線はんだ付け条件:最大260°Cのピーク温度を最大5秒間耐えます。これは無鉛リフロープロセスの標準です。

2.2 周囲温度T_a=25°Cにおける電気的・光学的特性

これらのパラメータは、指定された条件（特に記載がない限りI_F= 5mA）で駆動された場合のデバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度 (I_V):両色とも最小11.2 mcd。代表的な最大値は、ブルーで45 mcd、オレンジで71 mcdです。これは人間の目で知覚される明るさの尺度です。
• 指向角 (2θ_1/2):代表値130度。この広い角度は、拡散性の非指向性発光パターンを示し、面照明に適しています。
• ピーク発光波長 (λ_P):代表値468 nm（ブルー）および611 nm（オレンジ）。これは分光パワー出力が最も高い波長です。
• 主波長 (λ_d):5mA時で、465-475 nm（ブルー）および600-610 nm（オレンジ）の範囲。これは人間の目が色として知覚する単一波長であり、色を定義します。
• スペクトル半値幅 (Δλ):代表値25 nm（ブルー）および17 nm（オレンジ）。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色に近い色となります。
• 順方向電圧 (V_F):5mA時で、代表値2.80V（ブルー、最大3.20V）および2.00V（オレンジ、最大2.30V）。これは電流が流れているときのLED両端の電圧降下です。
• 逆方向電流 (I_R):V_R= 5V時、両色とも最大100 µA。LEDは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータは試験目的のみのものです。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、測定された光度に基づいて選別（ビニング）され、生産ロット内での一貫性を確保します。

3.1 光度ビニング

各色には、ビンコードが割り当てられた定義済みの強度範囲があります。各ビン内の許容差は+/-15%です。

ブルーLEDビニング (@5mA):

• ビン L: 11.2 - 18.0 mcd
• ビン M: 18.0 - 28.0 mcd
• ビン N: 28.0 - 45.0 mcd

オレンジLEDビニング (@5mA):

• ビン L: 11.2 - 18.0 mcd
• ビン M: 18.0 - 28.0 mcd
• ビン N: 28.0 - 45.0 mcd
• ビン P: 45.0 - 71.0 mcd

このシステムにより、設計者はアプリケーションに必要な保証された最低輝度を持つLEDを選択でき、複数のユニット間で均一な視覚性能を達成するのに役立ちます。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線が参照されていますが（例：分光分布の図1、指向角の図6）、それらの意味は設計上極めて重要です。

4.1 順方向電流 vs. 光度 (I_F-I_V曲線)

光出力は順方向電流にほぼ比例しますが、この関係は完全に線形ではなく、特に高電流では加熱による効率低下が生じる可能性があります。推奨DC電流以下で動作させることで、安定した出力と長寿命が確保されます。

4.2 順方向電圧 vs. 順方向電流 (I_F-V_F曲線)

LEDはダイオードのような指数関数的なI-V特性を示します。順方向電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こす可能性があります。したがって、安定した予測可能な光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧源ではなく定電流源でLEDを駆動するのが標準的な方法です。

4.3 分光分布

スペクトル曲線は、波長全体にわたる相対的な発光パワーを示します。ピーク波長(λ_P)と半値幅(Δλ)はこの曲線から抽出されます。オレンジ色のAlInGaPチップは通常、青色のInGaNチップよりもスペクトル幅が狭く、より飽和した色となります。

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

デバイスは標準的なSMDフットプリントに準拠しています。重要な寸法には、本体サイズと総高さ0.55mmが含まれます。ピン割り当ては以下の通りです：ピン1と3はブルーLEDのアノード/カソード用、ピン2と4はオレンジLEDのアノード/カソード用です。レンズはウォータークリアです。特に指定がない限り、すべての寸法公差は±0.1 mmです。

5.2 推奨PCBパッドレイアウトと極性

データシートには、プリント回路基板(PCB)の推奨ランドパターン（フットプリント）が記載されています。このパターンに従うことは、信頼性の高いはんだ接合、適切な位置合わせ、リフロー工程中の効果的な放熱を実現するために重要です。パッド設計は、トゥームストーニング（部品が一端で立ち上がる現象）の防止にも役立ちます。LEDのカソード表示と一致する、PCBシルクスクリーン上の明確な極性マーキングは、誤った取り付けを防ぐために不可欠です。

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パラメータ

無鉛はんだプロセス向けに、推奨リフロープロファイルが提供されています。主なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート:150-200°C、最大120秒間。基板を徐々に加熱し、フラックスを活性化します。
• ピーク温度:最大260°C。
• 液相線温度以上での時間:部品はピーク温度に最大10秒間さらされ、リフロー工程は2回を超えて実行してはなりません。

これらのパラメータは、LEDパッケージや内部の半導体ダイを損傷することなく、信頼性の高い実装を確保するために、JEDEC標準に基づいています。

6.2 保管および取り扱い条件

ESD対策:LEDは静電気放電(ESD)に敏感です。リストストラップ、帯電防止マット、接地された設備を使用して取り扱う必要があります。

湿気感受性レベル (MSL):デバイスのMSL定格は3です。これは、元の防湿バッグを開封した後、工場フロア条件（<30°C/60% RH）下で1週間（168時間）以内にはんだ付けしなければならないことを意味します。この時間を超えた場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間のベーキング（乾燥）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。

長期保管:未開封の梱包は、≤30°C、≤90% RHで保管する必要があります。開封済みの梱包や長期保管の場合は、部品を乾燥剤入りの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。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコール(IPA)やエチ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。指定外の化学洗浄剤は、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. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

LEDは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに収納され、直径7インチ（178mm）のリールに巻かれています。標準梱包数量はリールあたり4000個です。フルリール未満の数量の場合は、最小梱包数量500個が適用されます。梱包はANSI/EIA-481標準に準拠しています。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション回路

各色チャネル（ブルーとオレンジ）は独立して駆動する必要があります。直列の電流制限抵抗が最も簡単な駆動方法です。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。より安定した性能、特にV_電源が変動する場合や精密な輝度制御のためには、定電流駆動回路（専用LEDドライバICやトランジスタベースの定電流源の使用など）が推奨されます。

8.2 熱管理

電力損失は低いですが、適切な熱設計はLEDの寿命を延ばします。PCBパッド設計が、ヒートシンクとして機能する十分な銅面積を提供していることを確認してください。LEDを絶対最大電流および電力定格で長時間動作させることは避けてください。これはルーメン維持率の低下（時間の経過に伴う光出力の低下）を加速させます。

8.3 光学設計

130度という広い指向角により、このLEDは集光ビームではなく、広く均一な照明を必要とするアプリケーションに適しています。より指向性の高い光が必要な場合は、外部レンズや導光板が必要になる場合があります。ウォータークリアレンズは、真の色の発光に最適です。

9. 技術比較と差別化

この部品の主な差別化要因は、超薄型0.55mmパッケージでのデュアルカラー機能です。これにより、通常は単色LEDが占有するフットプリント内で、2つの独立した状態表示または色混合が可能になります。青色にInGaN、オレンジ色にAlInGaPを使用することは、それぞれの色に対する標準的で高効率な半導体技術を表しており、良好な輝度と信頼性を提供します。自動組立および標準リフロープロファイルとの互換性により、現代の電子機器製造におけるドロップイン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）

10.1 ブルーとオレンジのLEDを、それぞれの最大DC電流で同時に駆動できますか？

できません。絶対最大定格はチップごとの電力損失限界（ブルー38mW、オレンジ50mW）を規定しています。I_F=10mA（ブルー）とI_F=20mA（オレンジ）で両方を同時に駆動すると、約28mW（ブルー：10mA * 2.8V）と40mW（オレンジ：20mA * 2.0V）の合計68mWの電力消費となります。これは個々の最大値の合計を下回っていますが、熱が非常に狭い領域に集中します。信頼性の高い長期動作のためには、最大定格以下で駆動し、PCBへの熱的影響を考慮することが望ましいです。

10.2 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

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あり、分光器で測定されます。主波長(λ_d))は、人間の目が色として知覚する単一波長を表す、CIE色度図から導出された計算値です。単色LEDではこれらはしばしば近い値になりますが、より広いスペクトルを持つLED（白色LEDなど）では大きく異なる場合があります。このデータシートでは、正確な色指定のために両方が提供されています。

10.3 LEDが逆方向動作用に設計されていないのに、なぜ逆方向電流(I_R)の仕様があるのですか？

I_R仕様（5V時最大100 µA）は、品質およびリーク試験パラメータです。これは半導体接合の完全性を保証します。組立中や回路内で、LEDは短時間小さな逆バイアスにさらされる可能性があります。このパラメータは、そのような条件下でもリーク電流が定義された限界を超えないことを保証し、適切に製造されたデバイスであることを示します。安全な動作条件として解釈すべきではありません。

11. 実用的な使用例

シナリオ：携帯機器上のデュアルステータスインジケータ

携帯型医療機器が、単一のインジケータを使用して複数の状態を表示します：オフ（消灯）、スタンバイ（オレンジ）、アクティブ（ブルー）。LTST-C195TBKFKT-5Aは、2つの別々のLEDを使用する場合と比較してスペースを節約できるため理想的です。マイクロコントローラユニット(MCU)には2つのGPIOピンがあり、それぞれが電流制限抵抗（例：5V電源を想定し、ブルー用150Ω、オレンジ用100Ω）を介してLEDの一方の色チャネルに接続されています。ファームウェアはピンを独立して制御します。超薄型の高さにより、薄いフロントパネルの後ろに収まります。広い指向角により、様々な角度から状態が確認できます。設計者は、環境光下で十分な輝度を確保するために、両色ともビンMまたはNを選択します。

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、電子と正孔が接合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、エネルギーを放出します。標準的なシリコンダイオードでは、このエネルギーは熱として放出されます。LEDでは、半導体材料（青色/緑色用のInGaN、赤色/オレンジ色/黄色用のAlInGaP）が直接遷移型のバンドギャップを持つため、このエネルギーが主に光子（光）として放出されます。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。ウォータークリアエポキシレンズはチップを保護し、光出力パターンを形成するのに役立ちます。

13. 技術トレンド

このようなSMD LEDの開発は、いくつかの業界トレンドに沿っています：小型化（より薄く、より小さなパッケージ）、効率向上（単位電気入力あたりのより高い発光出力）、および信頼性の向上（過酷な環境および自動組立に対する堅牢性）。複数のチップ（多色またはRGB）を単一パッケージに統合することは、基板スペースを節約し、組立を簡素化する一般的な方法です。さらに、色の一貫性の向上（より厳密なビニング）や、一般照明用途向けにより高い電力密度を扱えるパッケージの開発に向けた継続的な取り組みがありますが、この特定の部品は低電力インジケータ用途に最適化されています。