SMD LED LTST-S320KRKT データシート - 赤色 - 639nm ピーク - 20mA - 2.4V - 技術文書

1. 製品概要

LTST-S320KRKTは、信頼性の高い効率的なインジケータまたはバックライト機能を必要とする現代の電子アプリケーション向けに設計された、高輝度のサイドビュー表面実装デバイス（SMD）LEDです。先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）チップ技術を採用し、赤色スペクトルにおいて優れた発光強度と色純度を実現します。そのサイド発光設計により、光を実装面に対して平行に導くことができ、エッジライトパネル、垂直PCB上のステータス表示、または上方からの照明が困難なスペース制約のあるアプリケーションに最適です。

この部品の主な利点には、RoHS（有害物質使用制限）指令への準拠が含まれ、グリーン製品として分類されます。パッケージは光出力を最大化するウォータークリアレンズを備え、業界標準の8mmテープに載せて7インチリールで供給されるため、高速自動実装機との互換性が確保されています。また、このデバイスは標準的な赤外線（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、合理化された表面実装技術（SMT）生産ラインへの統合を容易にします。

2. 技術パラメータ詳細

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応力限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されておらず、信頼性の高い性能のためには避けるべきです。

• 電力損失（Pd）：75 mW。これは、LEDパッケージが最大接合温度を超えることなく熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_F(PEAK)）：80 mA。この電流は、パルス条件、具体的には1/10デューティサイクル、パルス幅0.1msでのみ印加できます。マルチプレクシングや短時間の高輝度フラッシュに有用です。
• 連続順電流（I_F）：30 mA DC。これは連続動作における最大推奨電流であり、長期信頼性と安定した光出力を確保します。
• 逆電圧（V_R）：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、LED接合部の即時的かつ致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度：それぞれ-30°C ～ +85°C および -40°C ～ +85°C。これらの範囲は、様々な環境条件下でのLEDの機械的完全性と性能を確保します。
• はんだ付け条件：260°Cで10秒間耐える。これは典型的な鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロファイルに適合します。

2.2 電気光学特性

標準環境温度（T_a）25°C、順電流（I_F）20 mAで測定された、LEDのコア性能を定義するパラメータです。

• 光度（I_V）：最小18.0 mcdから標準値54.0 mcdの範囲。実際の強度はビニング（セクション3参照）されており、設計における予測可能な輝度レベルを提供します。
• 指向角（2θ_1/2）：130度。この広い指向角は、拡散レンズを備えたサイドビューLEDの特徴であり、ステータスインジケータに適した広く均一な照明パターンを提供します。
• ピーク波長（λ_P）：639 nm。これはスペクトルパワー出力が最大となる波長であり、知覚される赤色光の色調を定義します。
• 主波長（λ_d）：631 nm。CIE色度図から導出され、人間の目が知覚する色を最もよく表す単一波長です。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：20 nm。この狭い帯域幅は高い色純度を示し、放出される光の大部分がピーク波長付近に集中しています。
• 順電圧（V_F）：標準2.4 V、20mA時最大2.4 V。このパラメータは電流制限回路の設計において重要です。
• 逆電流（I_R）：逆電圧5V時最大10 µA。良好な接合品質を示しています。

3. ビニングシステム説明

生産ロット間の輝度の一貫性を確保するため、LTST-S320KRKTは光度ビニングシステムを採用しています。各LEDは20 mAでの測定強度に基づいてテストされ、特定のビンコードに分類されます。

• ビンコード M：18.0 - 28.0 mcd
• ビンコード N：28.0 - 45.0 mcd
• 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

各強度ビンには+/-15%の許容差が適用されます。設計者は、アプリケーションの輝度要件に基づいて適切なビンを選択する必要があります。例えば、高視認性インジケータにはビンRまたはQが必要な場合があり、重要度の低いステータスライトにはビンMまたはNを使用できます。このシステムにより、予測可能な性能が得られ、メーカーの在庫管理が簡素化されます。

4. 性能曲線分析

データシートで参照される特定のグラフ曲線（例：図1、図6）はありますが、その意味はAlInGaP LEDでは標準的です。設計者は以下の一般的な関係を期待できます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順電圧（V_F）は電流に対して対数的な関係を示します。推奨動作電流範囲内では標準の2.4V付近で比較的安定していますが、より高い電流と温度では増加します。
• 光度 vs. 順電流：強度は、最大定格電流までは順電流にほぼ比例します。ただし、効率（ルーメン毎ワット）は通常、絶対最大値よりも低い電流でピークに達し、その後は熱効果により低下します。
• 温度依存性：AlInGaP LEDの光度は負の温度係数を持ちます。接合温度が上昇すると、光出力は減少します。順電圧も温度上昇とともにわずかに減少します。一貫した輝度を維持するには、適切な熱管理が重要です。
• スペクトル分布：発光スペクトルは、639 nm（ピーク）を中心とし、半値幅20 nmのガウス状の曲線です。主波長（631 nm）は、接合温度と駆動電流の増加に伴ってわずかに（通常はより長い波長側に）シフトする可能性があります。

5. 機械的・パッケージ情報

このLEDは、サイドビューSMD LEDのEIA（Electronic Industries Alliance）標準パッケージ寸法に準拠しています。主な機械的特徴は以下の通りです：

• パッケージタイプ：標準サイドビューSMDパッケージ。
• レンズ：ウォータークリア、非拡散（KRKTバリアントの場合）、光出力を最大化します。
• 端子：リードにスズ（Sn）メッキを施し、良好なはんだ付け性と鉛フリープロセスとの互換性を提供します。
• 極性識別：カソードは通常、パッケージ上の刻印（切り欠き、ドット、またはトリミングされたリードなど）で識別されます。データシートには、正しい配置を確保するための推奨はんだパッドレイアウトと向きを示す図が含まれています。
• テープ＆リール：7インチ（178mm）径リール上の8mm幅エンボスキャリアテープに梱包されています。標準リール数量は3000個です。この梱包は、自動ハンドリングのためのANSI/EIA-481仕様に準拠しています。

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

鉛フリー実装のための推奨赤外線（IR）リフロープロファイルが提供されています。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。基板と部品を徐々に加熱し、熱衝撃を最小限に抑えます。
• ピーク温度：最大260°C。部品はこのピーク温度で10秒間の定格を持ちます。
• 液相線以上時間（TAL）：プロファイルは、LEDを過熱することなく適切なはんだ接合を形成するように特性評価されるべきです。例示プロファイルはJEDEC標準に基づいています。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、最大300°Cに設定された温度制御付きはんだごてを使用してください。リードごとの接触時間を3秒以内に制限し、プラスチックパッケージや内部ワイヤボンドへの損傷を防ぐため、この操作は一度だけ行ってください。

6.3 保管・取り扱い

• ESD（静電気放電）感受性：LEDはESDの影響を受けやすいです。取り扱い時には、接地リストストラップ、導電性マット、ESD安全包装などの適切な静電気防止対策を使用してください。
• 湿気感受性：密封リールは保護を提供しますが、元の包装から取り出された部品は1週間以内に使用する必要があります。長期保管の場合は、乾燥環境（\u003c 30°C、\u003c 60% RH）または乾燥剤入りの密閉容器で保管してください。包装なしで1週間以上保管した場合は、はんだ付け前に60°Cで20時間以上のベーキングを推奨し、\"ポップコーン現象\"（リフロー中の気化した湿気によるパッケージ割れ）を防止します。
• 洗浄：はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、室温で1分未満、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溶剤のみを使用してください。エポキシレンズやパッケージを損傷する可能性のある強力または未指定の化学薬品は避けてください。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 民生機器：スマートフォン、タブレット、ルーター、オーディオ機器の電源、バッテリー、または機能ステータス表示。
• 産業制御：機械の状態、故障警報、または動作モードのパネル取り付けインジケータ。
• 自動車内装：ボタン、スイッチ、またはマイナーなステータス表示のバックライト（この標準部品は持たない可能性のある特定の自動車グレード認定の対象となります）。
• 計測機器：試験装置、医療機器（非重要機能用）、通信ハードウェアのインジケータライト。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは常に定電流源または電圧源と直列に接続された電流制限抵抗で駆動してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算します。5V電源、目標I_F20mA、V_F=2.4Vの場合： R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 Ω。最も近い標準値（例：120Ωまたは150Ω）を使用し、実際の電流を確認してください。
• 熱管理：電力損失は低いですが、特に最大電流付近または高い環境温度で動作する場合、LED接合部から熱を逃がすために、はんだパッド周囲に十分なPCB銅面積またはサーマルビアを確保してください。
• 光学設計：サイド発光の性質上、光を製品筐体の所望の位置に導くために、光導波路または適切に配置された視認窓を設計に組み込む必要があります。

8. 技術比較・差別化

LTST-S320KRKTは、いくつかの主要な特徴により市場で差別化されています：

• チップ技術：従来のGaAsPや標準GaPと比較してAlInGaPを使用することで、発光効率が大幅に高く、温度安定性が優れており、より明るく一貫した赤色光を実現します。
• サイドビューパッケージ：トップ発光LEDに対する設計上の代替案を提供し、光をPCBに対して平行に伝える必要がある特定のレイアウト課題を解決します。
• 高輝度ビニング：最大180 mcd（ビンR）までのビンの入手可能性により、非常に高い視認性を必要とするアプリケーションが可能です。
• 堅牢なプロセス互換性：IRリフローおよび自動実装との明示的な互換性により、製造が合理化され、スルーホール代替品と比較して実装コストと複雑さが低減されます。

9. よくある質問（FAQ）

Q: このLEDをマイクロコントローラのGPIOピンから直接駆動できますか？

A: GPIOの電流供給能力によります。多くのMCUピンは10-25mAしか供給できません。20mAでは、限界に達しているか超えている可能性があります。GPIOを使用してより高いLED電流をスイッチングするトランジスタ（例：MOSFET）を制御する方が安全です。

Q: ピーク波長（639nm）と主波長（631nm）の違いはなぜですか？

A: ピーク波長は発光スペクトルの物理的な最大値です。主波長は、人間の色知覚（CIEチャート）に基づく計算値です。人間の目の感度（明所視応答）がこのシフトを引き起こし、\"見かけの\"色が631nmに対応します。

Q: LEDを30mAで連続動作させるとどうなりますか？

A: これは最大DC定格ですが、絶対最大値で動作すると、より多くの熱が発生し、時間の経過とともに発光効率が低下し、LEDの寿命が短くなる可能性があります。最適な信頼性のため、ほとんどのアプリケーションでは15-20mAにデレーティングすることを推奨します。

Q: 発注時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？

A: 購入注文書に必要な光度ビンコード（例：\"P\"）を指定することで、45-71 mcdの範囲の輝度を持つLEDを受け取ることが保証されます。これにより、製品の外観の一貫性が保証されます。

10. 設計事例

シナリオ：コンパクトなIoTセンサーモジュールのステータスインジケータを設計中。PCBは高密度実装されており、インジケータは筐体の側面から視認可能である必要があります。

実装：サイド発光特性のためにLTST-S320KRKTが選択されました。PCBの端に配置されます。120Ωの電流制限抵抗が3.3Vラインと直列に接続され、約 (3.3V - 2.4V)/120Ω = 7.5mAの順電流が得られます。これは屋内使用に十分な輝度を提供し、バッテリー駆動のIoTデバイスにとって重要な要素である消費電力を最小限に抑えます。LEDの広い指向角により、ユーザーの視点が完全に合っていなくても視認性が確保されます。部品は標準SMT実装で配置され、IRリフロープロファイルは260°Cで10秒以内に収まるように調整され、熱損傷なく信頼性の高いはんだ接合が確保されます。

11. 技術原理紹介

LTST-S320KRKTはAlInGaP半導体技術に基づいています。この材料はIII-V族の化合物半導体です。p-n接合に順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。ここでそれらは再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。活性層中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの特定の組成が半導体のバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光の波長（色）を決定します。この赤色LEDの場合、バンドギャップは約639 nmに対応するエネルギーの光子を生成するように設計されています。ウォータークリアエポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力パターン（130度指向角）を形成し、半導体材料からの光取り出しを向上させます。

12. 業界動向

LTST-S320KRKTのようなインジケータLEDの動向は、より高い効率、より小さなパッケージ、そしてより大きな統合に向かって続いています。AlInGaPは高効率赤色および琥珀色LEDの主要技術であり続けていますが、InGaN（インジウムガリウム窒化物）技術は、緑色、青色、白色を含む可視スペクトル全体を高効率でカバーするまでに進歩しています。将来の開発では、サイドビューパッケージのさらなる小型化とチップスケールパッケージ（CSP）LEDの採用増加が見られるかもしれません。これにより、従来のプラスチックパッケージが不要になり、さらに小さな占有面積と潜在的に優れた熱性能が実現します。さらに、フルカラーインジケータアレイや、一貫した色と輝度が最も重要である洗練されたヒューマンマシンインターフェースなどのアプリケーションの要求を満たすための、正確な色調調整とより厳密なビニングへの重点が高まっています。