オレンジ SMD LED LTST-C150KFKT データシート - EIAパッケージ - 20mA - 90mcd - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTST-C150KFKTは、信頼性が高く効率的なオレンジ色のインジケータ照明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、高輝度表面実装LEDです。これは、オレンジ～赤色スペクトルにおいて高い発光効率で知られる先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体チップを採用しています。この部品は標準的なEIA準拠フォーマットでパッケージングされており、大量生産で一般的に使用される自動実装システムとの互換性があります。デバイスは、効率的な取り扱いと処理を容易にするため、7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上で供給されます。

その主な設計目標は、一貫した光学性能の提供、鉛フリーはんだ付けプロセスとの互換性、およびRoHS（有害物質の使用制限）などの環境規制への適合です。"ウォータークリア" レンズ材料は、本質的なチップの色を大きな拡散や色ずれなく放射させ、鮮やかなオレンジ色の出力を実現します。

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ストレスの限界を定義します。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。

• 電力損失 (Pd):75 mW。これは、周囲温度 (Ta) 25°Cにおいて、パッケージが熱として放散できる最大総電力です。この限界を超えると、半導体接合部の過熱のリスクがあります。
• 直流順方向電流 (IF):30 mA。印加可能な最大連続順方向電流です。
• ピーク順方向電流:80 mA。これは、短時間の電流サージに対処するために、パルス条件（デューティサイクル 1/10、パルス幅 0.1ms）でのみ許容されます。
• 減衰率:25°C以上で 0.4 mA/°C。周囲温度が25°Cを超えて1°C上昇するごとに、熱的過負荷を防ぐために、許容される最大直流順方向電流を0.4 mA減少させなければなりません。
• 逆電圧 (VR):5 V。これより大きい逆電圧を印加すると、破壊や故障を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲:-55°C ～ +85°C。デバイスはこの全範囲内で動作および保管が可能です。
• はんだ付け温度耐性:デバイスは、260°Cで5秒間のウェーブまたは赤外線はんだ付け、および215°Cで3分間の気相はんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、標準的な試験条件であるTa=25°C、IF=20mAで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度 (Iv):45.0 mcd (最小)、90.0 mcd (代表値)。これは、ミリカンデラで測定された光出力です。この値は、人間の目の明所視応答曲線（CIE）に合わせてフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。
• 視野角 (2θ1/2):130° (代表値)。この広い視野角は、光が広いランバート状のパターンで放射されることを示しており、広い視認性を必要とするアプリケーションに適しています。
• ピーク発光波長 (λP):611 nm (代表値)。スペクトル出力が最も強い特定の波長です。
• 主波長 (λd):605 nm (代表値)。これは、CIE色度図から導き出された、LEDの色を定義する人間の目が知覚する単一波長です。
• スペクトル半値幅 (Δλ):17 nm (代表値)。これはスペクトル純度を示します。狭い幅ほど、より単色（純色）の出力を意味します。
• 順方向電圧 (VF):IF=20mA時、2.0V (最小)、2.4V (代表値)。動作時のLED両端の電圧降下です。これは電流制限回路を設計する上で重要です。
• 逆電流 (IR):VR=5V時、10 µA (最大)。デバイスが逆バイアスされたときの小さなリーク電流です。
• 静電容量 (C):VF=0V、f=1MHz時、40 pF (代表値)。接合容量であり、高速スイッチングアプリケーションに関連する可能性があります。

3. ビニングシステムの説明

LEDの光度はロットによってばらつくことがあります。エンドユーザーに一貫性を確保するため、製品は測定された性能に基づいて"ビン"に分類されます。LTST-C150KFKTの場合、主なビニングは20mA時の光度に対して行われます。

• ビンコード P:45.0 - 71.0 mcd
• ビンコード Q:71.0 - 112.0 mcd
• ビンコード R:112.0 - 180.0 mcdビンコード S:180.0 - 280.0 mcd

各光度ビンには+/-15%の許容差が適用されます。均一な輝度が重要なシステム（例：マルチLEDディスプレイやバックライト）を設計する場合、視覚的な輝度の不一致を避けるために、単一のビンコードを指定するか、ビンの範囲を理解することが不可欠です。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ（図1、図6）が参照されていますが、それらが示唆する特性はAlInGaP LEDでは標準的であり、設計上重要です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V 曲線)

関係は指数関数的です。オンしきい電圧（約1.8V）を超えるわずかな電圧の増加は、電流の大幅な増加を引き起こします。これが、熱暴走や破壊を防ぐために、LEDが定電圧源ではなく電流制限源によって駆動されなければならない理由です。

4.2 光度 vs. 順方向電流

動作範囲内では、光出力は一般に順方向電流に比例します。ただし、効率（ルーメン/ワット）は通常、最大定格よりも低い電流でピークに達し、熱の増加により高電流では低下します。

4.3 温度依存性

光度と順方向電圧は温度に依存します。接合温度が上昇すると：

• 光度が低下：出力が大幅に低下する可能性があり、これは熱管理において考慮しなければならない要因です。
• 順方向電圧が低下：VFは負の温度係数を持ちます（AlInGaPでは通常約-2 mV/°C）。周囲温度が大きく変動する場合、これは単純な抵抗制限回路の電流に影響を与える可能性があります。

4.4 スペクトル分布

スペクトル出力曲線は611 nmのピークを中心とします。17 nmの半値幅は、AlInGaPのような直接遷移型半導体に特徴的な比較的狭いスペクトルを示し、純粋なオレンジ色を生み出します。

5. 機械的・梱包情報

デバイスは標準的なEIA表面実装パッケージ外形に準拠しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

• すべての主要寸法はミリメートル単位です。特に指定がない限り、標準公差±0.10 mmが適用されます。

データシートには、LED本体の詳細な寸法図が含まれており、PCBフットプリント（ランドパターン）を作成するために不可欠です。信頼性の高いはんだ接合とリフロー中の適切な位置合わせを確保するために、推奨はんだパッドレイアウトも提供されています。極性は、デバイス上のカソードマーク（通常はノッチ、緑色の線、またはパッケージの片側にある他の視覚的インジケータ）によって示されます。

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ファイル

データシートには、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：

1. 通常プロセス用：スズ鉛（SnPb）はんだに適した標準プロファイル。
2. 鉛フリープロセス用：SAC（Sn-Ag-Cu）のような鉛フリーはんだペーストに最適化されたプロファイル。このプロファイルは通常、鉛フリー合金のより高い融点に対応するため、より高いピーク温度（最大260°C）を持ちます。液相線温度以上の時間（TAL）と昇温速度は、熱衝撃を防ぎ、LEDのエポキシパッケージを損傷することなく適切なはんだ接合を形成するために重要です。

6.2 保管条件

LEDは湿気に敏感なデバイスです。周囲湿度への長時間の暴露は、吸収された水分の急速な気化により、高温リフローはんだ付けプロセス中に"ポップコーン現象"（パッケージのひび割れ）を引き起こす可能性があります。

• 推奨保管条件：30°C、相対湿度70%を超えないこと。
• 袋出し時間：元の防湿バッグから取り出した場合、LEDは1週間以内にリフローはんだ付けする必要があります。
• 長期保管/ベーキング：元の梱包の外で1週間を超えて保管する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気中で保管してください。このように1週間以上保管されたLEDは、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも24時間ベーキングして湿気を除去する必要があります。

6.3 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、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。はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、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を推奨します。

7. 梱包・発注情報

製品は、自動実装のための業界標準梱包で供給されます：

• テープ＆リール：8mm幅エンボスキャリアテープ。
• リールサイズ：直径7インチ。
• 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。
• 梱包規格：ANSI/EIA-481-1-A-1994規格に準拠。テープの空ポケットはカバーテープでシールされています。

品番LTST-C150KFKTは、シリーズ、色、光度ビン、レンズタイプ、梱包を示す典型的なメーカーコーディングシステムに従っています。

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シナリオ

このLEDは、オレンジ色の状態表示、バックライト、または装飾照明を必要とする幅広いアプリケーションに適しています。以下を含みます：

• 民生電子機器（オーディオ/ビデオ機器、家電）。
• 産業用制御パネルおよび計器。
• 自動車内装照明（非重要用途）。
• 看板および装飾照明。
• PCB上の汎用インジケータランプ。

重要注意：データシートは、このLEDが"通常の電子機器"を対象としていることを明示しています。故障が生命や健康を危険にさらす可能性のある、例外的な信頼性を必要とするアプリケーション（航空、医療、輸送安全システム）では、設計導入前にメーカーに相談する必要があります。

8.2 設計上の考慮事項と回路構成

駆動方法：LEDは電流駆動デバイスです。最も重要な設計ルールは、順方向電流を制御することです。

• 推奨回路（回路A）：各LEDに直列の電流制限抵抗を使用します。これは、複数のLEDを並列に接続する場合に不可欠です。なぜなら、個々のLEDの順方向電圧（VF）の自然なばらつきを補償するためです。個別の抵抗がない場合、わずかに低いVFを持つLEDは不均衡に多くの電流を引き込み、輝度の不均一や過電流故障を引き起こす可能性があります。
• 非推奨回路（回路B）：複数のLEDを単一の共有電流制限抵抗で直接並列に接続することは、上記の電流の偏りのリスクがあるため推奨されません。

直列抵抗（R）の値は、オームの法則を使用して計算されます：R = (電源電圧 - LEDのVF) / 希望電流。保守的な設計のためには、データシートの代表値または最大VFを常に使用してください。

8.3 静電気放電 (ESD) 保護

LEDは静電気放電に敏感です。ESDは潜在的または致命的な損傷を引き起こす可能性があり、高い逆リーク電流、低い順方向電圧、または低電流での点灯不良として現れます。

予防措置には以下が含まれます：

• 取り扱い時に導電性リストストラップまたは静電気防止手袋を使用する。
• すべての作業台、設備、保管ラックが適切に接地されていることを確認する。
• プラスチックレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和するためにイオナイザーを使用する。

潜在的なESD損傷をテストするには、LEDが点灯するかどうかを確認し、低い試験電流（例：1-5mA）でそのVFを測定します。異常な読み値は損傷の可能性を示します。

9. 技術比較と差別化

LTST-C150KFKTの主な差別化要因は、その材料システムとパッケージ設計に根ざしています：

• AlInGaPチップ技術：標準的なGaAsPなどの古い技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率と輝度、より優れた温度安定性、およびより長い動作寿命を提供します。これにより、高い視認性と信頼性を要求するアプリケーションで優れています。
• ウォータークリアレンズ：光を散乱させ色純度を低下させる可能性のある拡散または着色レンズと比較して、より鮮やかでビビッドな色を提供します。これは色の定義が重要なアプリケーションに理想的です。
• 鉛フリー＆RoHS準拠：現代の環境規制を満たしており、これは今日販売されるほとんどの電子機器の必須要件です。
• 広視野角 (130°)：優れたオフアクシス視認性を提供し、さまざまな角度から見る必要があるパネルインジケータに有利です。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長 (λP)は、LEDが最も多くの光パワーを放射する物理的な波長であり、スペクトルから直接測定されます。主波長 (λd)は、人間の色知覚（CIE図表）に基づいて計算された値であり、私たちが見る単一の色を最もよく表します。このオレンジ色のような単色LEDでは、これらはしばしば近い値ですが、設計における色指定に関してはλdがより関連性の高いパラメータです。

10.2 なぜ20mAの試験電流が使用されるのですか？

20mAは歴史的に多くの小信号LEDの標準駆動電流であり、輝度、効率、および電力損失の間の良いバランスを提供してきました。これは、異なるLEDモデルを比較するための共通の参照点として機能します。アプリケーションでは異なる電流を使用できますが、すべての性能パラメータ（Iv、VF）はそれに応じてスケーリングされ、絶対最大定格内に収める必要があります。

10.3 適切な光度ビンをどのように選択すればよいですか？

アプリケーションの輝度要件と均一性許容度に基づいてビンを選択してください。単一のインジケータの場合、どのビンでも十分かもしれません。すべてのLEDが同じ明るさに見える必要があるアレイの場合、単一の狭いビン（例：ビンQ）を指定し、残りのわずかなばらつきを隠すために光拡散を実装する必要があります。

10.4 このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

いいえ、直接はできません。マイクロコントローラのGPIOピンは電圧源であり電流源ではなく、通常、出力電圧を維持しながら一貫した20mAを供給することはできません。さらに重要なことに、LEDの負の温度係数に対する保護を提供しません。あなたは必ずセクション8.2で説明したように直列電流制限抵抗を使用しなければなりません。3.3V電源で20mAを目標とする場合の抵抗値は、約 (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45オームです。標準の47オーム抵抗が適切な選択となります。

11. 実践的設計・使用事例

シナリオ：産業機器用の状態表示パネルを設計し、"システム作動中"を示すために3つの明るく均一なオレンジ色のLEDが必要です。

1. 部品選定：高輝度（ビンSで最大280mcd）、オレンジ色、自動実装に適したSMDパッケージであることから、LTST-C150KFKTが選ばれました。
2. 回路設計：システムの電源ラインは5Vです。均一な輝度を確保するために、3つの同一の駆動回路が使用され、各LEDに1つずつ割り当てられます。代表VF 2.4Vと設計電流20mAを使用して、直列抵抗値を計算します：R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130オーム。最も近い標準値である130または120オームが選択されます。抵抗の定格電力は (5V-2.4V)*0.02A = 0.052Wなので、標準の1/8W (0.125W) 抵抗で十分です。
3. PCBレイアウト：データシートのメーカー推奨はんだパッド寸法を使用してPCBフットプリントを作成します。放熱のため、LED間に十分な間隔を確保します。
4. 熱考慮：パネルは筐体内にあります。光出力を低下させる温度上昇を緩和するために、LEDパッドの近くに小さなサーマルビアを配置して熱を他のPCB層に伝導させ、筐体には通気口を設けます。
5. 調達：視覚的な均一性を保証するために、生産に必要な3,000個すべてに対して発注書に"ビンコード S"を指定します。

12. 動作原理

LTST-C150KFKTにおける発光は、AlInGaP材料で作られた半導体p-n接合におけるエレクトロルミネ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接合部を越えて注入されます。これらの電荷キャリアが半導体の活性領域で再結合すると、エネルギーを放出します。AlInGaPのような直接遷移型材料では、このエネルギーは主に光子（光）の形で放出されます。放出される光の特定の波長（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、これは約2.03 eV（611 nm付近のオレンジ光に対応）になるように結晶成長プロセス中に設計されます。"ウォータークリア" エポキシ封止材はチップを保護し、機械的安定性を提供し、光出力ビームを形成するレンズとして機能します。

13. 技術トレンド

LED技術の開発は、LTST-C150KFKTのような部品に関連するいくつかの重要な分野に焦点を当て続けています：

• 効率向上 (lm/W)：継続的な材料科学研究は、非放射再結合を減らし、チップからの光取り出し効率を向上させることを目指しており、同じ電流でより明るいLED、またはより低い電力で同じ輝度を実現します。
• 色の一貫性とビニングの改善：エピタキシャル成長と製造プロセス制御の進歩により、パラメータ分布が狭まり、広範なビニングの必要性が減少し、生産直後からより一貫した性能を提供します。
• 小型化：より小さな電子機器への要求により、光学出力を維持または向上させながら、より小さなパッケージフットプリントのLEDが求められています。
• 信頼性と寿命の向上：パッケージ材料（エポキシ、シリコーン）とダイボンド技術の改善により、熱サイクル、湿度、およびその他の環境ストレスに対する耐性が向上し、動作寿命が延びています。
• 統合：複数のLEDチップ（例：RGB）、制御回路、またはドライバーさえも単一パッケージに統合する傾向があり、エンドユーザーの設計を簡素化し、PCBスペースを削減します。

LTST-C150KFKTのような部品は、この進化における成熟した最適化点を表しており、標準的なインジケータアプリケーションに対して信頼性が高く高性能なソリューションを提供します。