LTST-C195TGKRKT 2色SMD LED データシート - サイズ 2.0x1.25x0.55mm - 緑 3.5V / 赤 2.4V - 76mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTST-C195TGKRKTは、コンパクトなサイズと信頼性の高い性能を要求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、2色の表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は、単一パッケージ内に2つの異なる半導体チップを統合しています：緑色発光用のInGaN（窒化インジウムガリウム）チップと、赤色発光用のAlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）チップです。その主な設計目標は、非常に薄いフォームファクターで高輝度のカラー表示ソリューションを提供することであり、超薄型の民生電子機器、ウェアラブルデバイス、高度なパネルインジケータなどのスペースに制約のある設計に適しています。

このLEDの中核的な利点は、EIA標準パッケージ1個から2色の機能を実現する点にあり、2つの別々の部品が必要なくなります。RoHS指令に準拠した環境に優しい製品です。パッケージは、7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上で供給され、量産で使用される高速自動実装装置と完全に互換性があります。さらに、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おり、自動化されたPCB組立ラインへの容易な統合を可能にします。

2. 技術パラメータの詳細な客観的解釈

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、条件がこれらの値を超えないようにする必要があります。定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 電力損失（Pd）：緑色チップで76 mW、赤色チップで75 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。
• ピーク順電流（I_FP）：緑色で100 mA、赤色で80 mA。これは最大許容パルス電流であり、通常、1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅で規定され、短時間の高輝度フラッシュに使用されます。
• 直流順電流（I_F）：緑色で20 mA、赤色で30 mA。これは、標準的な輝度動作のための推奨連続動作電流です。
• 温度範囲：動作温度：-20°C ～ +80°C；保管温度：-30°C ～ +100°C。
• IRリフロー条件：ピーク温度260°Cで10秒間耐える。これは、鉛フリー（Pbフリー）はんだプロセスの標準条件です。

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=20mAで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：緑色チップは最小112 mcd、最大450 mcd。赤色チップは最小112 mcd、最大280 mcd。代表値は規定されておらず、性能はビニングシステムによって管理されていることを示しています。
• 指向角（2θ_1/2）：両色とも代表的な広い指向角130度。これは、強度が軸上値の半分に低下するオフ軸角度として定義されます。
• ピーク波長（λ_P）：代表値 525 nm（緑）、639 nm（赤）。これは、発光スペクトルの最高点における波長です。
• 主波長（λ_d）：代表値 525 nm（緑）、631 nm（赤）。これは、人間の目が知覚する単一波長であり、CIE色度図から導出され、色の定義に極めて重要です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：代表値 35 nm（緑）、20 nm（赤）。これはスペクトルの純度を示します。半値幅が狭いほど、より飽和した純粋な色を意味します。
• 順方向電圧（V_F）：20mA時、緑色は代表値3.30V（最大3.50V）、赤色は代表値2.00V（最大2.40V）。これは、駆動回路設計と電源選択のための重要なパラメータです。
• 逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5V時、両色とも最大10 µA。データシートは、デバイスが逆方向動作用に設計されていないことを明示しており、このテストはリーク特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、主要な光学パラメータに基づいてLEDを分類するビニングシステムを使用しており、ロット内の一貫性を確保します。各光度ビンの許容差は±15%、主波長ビンの許容差は±1 nmです。

3.1 光度ビニング

緑色（@20mA）：

ビンコード R：112.0 – 180.0 mcd

ビンコード S：180.0 – 280.0 mcd

ビンコード T：280.0 – 450.0 mcd

赤色（@20mA）：

ビンコード R：112.0 – 180.0 mcd

ビンコード S：180.0 – 280.0 mcd

3.2 主波長ビニング（緑色のみ）

ビンコード AP：520.0 – 525.0 nm

ビンコード AQ：525.0 – 530.0 nm

ビンコード AR：530.0 – 535.0 nm

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線（例：スペクトル分布のFig.1、指向角のFig.6）が参照されていますが、それらの典型的な解釈は設計上極めて重要です。

• IV曲線：順方向電圧（V_F）と順方向電流（I_F）の関係は非線形です。両チップにおいて、V_FはI_Fの増加とともに上昇し、接合温度の上昇とともに低下します。安定した発光出力を確保するために、定電圧源よりも定電流ドライバの使用を強く推奨します。
• 温度特性：光度は、接合温度が上昇すると一般的に低下します。-20°Cから+80°Cの動作温度範囲は、規定された性能が保証される周囲条件を定義します。設計者は、高電流時や密閉空間での過度の温度上昇を防ぐために、PCB上の熱管理を考慮する必要があります。
• スペクトル分布：緑色（InGaN）チップは、赤色（AlInGaP）チップ（20nm）と比較して、より広いスペクトル半値幅（35nm）を持ちます。これは、他のLEDと併用する場合の色混合に影響を与え、知覚される色の彩度に影響します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

デバイスはEIA標準パッケージ外形に準拠しています。主要寸法には、本体サイズ約2.0mm x 1.25mm、極めて低いプロファイル高さ0.55mm（代表値）が含まれます。特に断りのない限り、すべての寸法公差は±0.10mmです。パッケージはウォータークリアレンズを備えており、規定の広い指向角を達成し、発光色に影響を与えない最適な設計です。

5.2 ピン割り当てと極性

LEDは4つの端子を持ちます。緑色チップはピン1と3の間に接続されています。赤色チップはピン2と4の間に接続されています。この構成により、各色を独立して制御できます。各チップのカソード/アノードの指定は、推奨はんだパッドレイアウト図から確認し、PCB設計および組立時に正しい向きを確保する必要があります。

5.3 推奨はんだパッド寸法

データシートは、PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）を提供しています。これらの寸法を遵守することは、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不可欠です。パッド設計はまた、はんだ付け中のトゥームストーニング（部品が一端で立ち上がる現象）を防ぐのにも役立ちます。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリープロセス向けの推奨IRリフロープロファイルが提供されています。主要パラメータは以下の通りです：

- プリヒート：150°C ～ 200°C。

- プリヒート時間：最大120秒。基板と部品を徐々に加熱し、フラックスを活性化させ、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：部品はピーク温度に最大10秒間さらされるべきであり、このリフローサイクルは2回以上実行すべきではありません。

このプロファイルは信頼性を確保するためにJEDEC標準に基づいています。ただし、データシートは正しく指摘しているように、最適なプロファイルは特定の基板設計、部品、はんだペースト、およびオーブンに依存するため、特性評価が推奨されます。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、温度が300°Cを超えないはんだごてを使用し、接点ごとの接触時間を最大3秒に制限してください。これは、LEDチップとプラスチックパッケージへの熱ダメージを避けるために、一度だけ行うべきです。

6.3 保管条件

LEDは湿気に敏感なデバイス（MSD）です。

- 未開封パッケージ：温度≤30°C、湿度≤90%RHで保管。防湿バッグ開封日から1年以内に使用してください。

- 開封済みパッケージ：温度≤30°C、湿度≤60%RHで保管。開封後1週間以内にIRリフローを完了することを推奨します。元の袋から長期間保管する場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターを使用してください。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のひび割れ）を防止する必要があります。

6.4 洗浄

指定された洗浄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パッケージを損傷する可能性があります。はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、LEDを室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分未満浸してください。互換性が確認されていない限り、超音波洗浄は使用しないでください。機械的ストレスを引き起こす可能性があります。

7. 梱包・発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

デバイスは、保護用トップカバーテープ付きのエンボスキャリアテープに収められ、7インチ（178mm）径のリールに巻かれて供給されます。標準リール数量は4000個です。残数については、最小梱包数量500個が利用可能です。梱包はANSI/EIA 481-1-A-1994仕様に準拠しています。リールあたり最大2個の連続した欠品部品（空ポケット）が許容されます。

7.2 品番の解釈

品番LTST-C195TGKRKTは、メーカーの内部コーディングシステムに従っており、通常、シリーズ、サイズ、色、ビンコード、および梱包に関する情報をエンコードしています。この場合、\"TG\"と\"KR\"は、それぞれ緑色と赤色の色/ビニングの組み合わせを示している可能性が高いです。

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シナリオ

• 状態表示：2色機能により、単一の部品ポイントから複数の状態信号（例：緑=正常/オン、赤=故障/警告、両方=スタンバイ/注意）を表示できます。
• キーパッド・アイコンのバックライト：その薄型プロファイルは、民生電子機器、家電、自動車内装の薄いボタンやシンボルのバックライトに理想的です。
• パネル実装インジケータ：スペースが限られ、明確な色の識別が必要な産業用制御パネル、ネットワーク機器、計測器向けです。
• 携帯型・ウェアラブルデバイス：スマートウォッチ、フィットネストラッカー、医療モニターは、低い高さと2機能インジケータの利点を享受できます。

8.2 設計上の考慮事項

• 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定電流ドライバを使用してください。供給電圧（V_CC）、所望の電流におけるLEDの代表的なV_F、および所望のI_F（例：20mA）に基づいて抵抗値を計算します。緑色の例：R = (V_CC- 3.3V) / 0.020A。
• ESD保護：LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。トレース長が長い場合やESDが発生しやすい環境では、LED接続部近くのPCBにESD保護対策（例：TVSダイオード）を実装してください。常に適切なESD対策（リストストラップ、接地された作業台）を講じて部品を取り扱ってください。
• 熱管理：電力損失は低いですが、特に高周囲温度または最大電流付近で動作する場合、熱パッド（存在する場合）またはリード周囲に十分な銅面積を確保して熱を逃がすようにしてください。
• 光学設計：ウォータークリアレンズと130度の指向角は、広く拡散した光を提供します。指向性のある光が必要な場合は、外部レンズや光導波路が必要になる場合があります。

9. 技術比較・差別化

LTST-C195TGKRKTの主な差別化要因は、以下の機能の組み合わせにあります：

1. 超薄型プロファイル（0.55mm）：多くの標準的な2色LEDよりも薄く、ますます薄型化する製品の設計を可能にします。

2. チップ技術：緑色に高効率InGaN、赤色にAlInGaPを使用し、良好な輝度と色性能を提供します。

3. 2チップ統合：2色を1つの業界標準パッケージフットプリントに組み合わせており、2つの別々のLEDを使用する場合と比較して、PCBスペースと組立コストを節約します。

4. 製造互換性：テープ＆リール、自動実装、鉛フリーIRリフロープロセスとの完全な互換性により、大量の自動化生産に理想的です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 緑色と赤色のLEDを、それぞれの最大直流電流で同時に駆動できますか？

A: 絶対最大定格はチップごとの電力損失（緑76mW、赤75mW）を規定しています。20mA（緑）と30mA（赤）で同時動作した場合、それぞれ約66mW（3.3V*0.02A）と60mW（2.0V*0.03A）の電力消費となり、これは定格内です。ただし、小さなパッケージ内で発生する総発熱を考慮する必要があり、高周囲温度ではデレーティングが必要になる場合があります。

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）は、発光スペクトルの最高強度点における物理的な波長です。主波長（λ_d）は、人間の色知覚（CIE図）に基づいて計算された値であり、私たちが見る\"色\"を表します。単色LEDではこれらはしばしば近い値ですが、より広いスペクトル（ここでの緑色チップのように）ではわずかに異なる場合があります。λ_dは色の仕様により関連性が高いです。

Q3: デバイスが逆方向動作用でない場合、なぜ5Vで逆方向電流テストを行うのですか？

A: V_R=5VでのI_Rテストは、半導体接合の品質とリークテストです。チップの完全性を検証します。実際の回路で逆方向電圧を印加することは推奨されず、LEDは大きな逆方向電圧をブロックするように設計されていないため、すぐに損傷する可能性があります。

Q4: アプリケーションに適切なビンコードをどのように選択すればよいですか？

A: 複数のユニット間で一貫した輝度を必要とするアプリケーション（例：パネルの状態表示）では、より厳しい光度ビン（例：ビンSまたはT）を指定してください。色が重要なアプリケーション（例：色混合）では、主波長ビン（緑色の場合はAP、AQ、AR）を指定してください。納入されるロットがビニング要件を満たすように、調達時にサプライヤーと相談してください。

11. 実用例

シナリオ: IoTセンサーモジュール用2状態表示器の設計

コンパクトなIoTセンサーモジュールは、スペース制約のため、単一のLEDを使用して電源（緑）とデータ送信アクティビティ（赤）を表示する必要があります。LTST-C195TGKRKTが選択されました。

1. PCBレイアウト：推奨はんだパッドフットプリントを使用しました。ピン1&3（緑）は、100Ω抵抗を介して\"ON\"時にHigh出力に設定されたGPIOピンに接続されています（3.3V電源の場合：(3.3V-3.3V)/0.02A ≈ 0Ωなので、小さな抵抗で突入電流を制限）。ピン2&4（赤）は、68Ω抵抗を介して別のGPIOピンに接続されています（3.3V電源の場合：(3.3V-2.0V)/0.02A = 65Ω）。

2. ファームウェア：電源が正常な場合、緑色LEDは連続的に点灯します。データ送信パケット中、赤色LEDは短く点滅します。

3. 結果：モジュールは、1つの2.0x1.25mmポイントから明確な2状態表示を提供し、基板スペースと高さを最小限に抑え、標準的なSMTプロセスを使用して組立てられています。

12. 原理紹介

LEDの発光は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性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、光子（光）の形でエネルギーを放出します。発光の特定の波長（色）は、活性領域で使用される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。

-緑色LEDは、InGaN（窒化インジウムガリウム）化合物半導体を使用しています。インジウムとガリウムの比率を調整することでバンドギャップを調整し、緑色光（約525 nm）を生成します。

-赤色LEDは、AlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）化合物半導体を使用しています。この材料系は、赤色、橙色、琥珀色の光を効率的に生成します。ここでは、赤色発光（約631-639 nm）に調整されています。

両チップは、チップを保護し、機械的安定性を提供し、光出力パターンを形成するウォータークリアエポキシレンズを備えた単一のプラスチックパッケージに収められています。

13. 開発動向

LTST-C195TGKRKTのようなSMD LEDの市場は、いくつかの主要なトレンドによって進化し続けています：

1. 小型化：より薄く、より小さな部品への需要は続いており、パッケージ高さを0.5mm以下、フットプリントをさらに小さくする方向に進んでいます。

2. 統合度の向上：2色を超えて、RGB（3チップ）またはRGBW（3チップ+白色）を単一パッケージに統合するトレンド、さらにはLEDパッケージ内にドライバICを組み込む（\"スマートLED\"）トレンドがあります。

3. 高効率化・高輝度化：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、より高い発光効率（電気ワットあたりのより多くの光出力）が得られ、同じ電流でより低い電力消費またはより高い輝度が可能になります。

4. 信頼性と熱性能の向上：パッケージ材料（モールドコンパウンド、リードフレーム）の進歩により、湿気、高温、熱サイクルに対する耐性が向上し、特に自動車および産業アプリケーションでの動作寿命が延びています。

5. 色の一貫性と高度なビニング：光束、色度座標（CIE図上のx, y）、順方向電圧に対するより厳しいビニング公差は、ディスプレイバックライトや建築照明などのアプリケーションで標準要件となりつつあり、より高度な生産テストと選別を推進しています。