オレンジ SMD LED LTST-S220KFKT データシート - AlInGaPチップ - 20mA - 90mcd - 技術文書

1. 製品概要

LTST-S220KFKTは、高輝度のサイドビュー型表面実装デバイス（SMD）LEDです。効率的で明るいオレンジ光を発光することで知られる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。この部品は自動実装プロセス向けに設計されており、標準的な赤外線リフローはんだ付け技術と互換性があり、大量生産に適しています。主な用途は、スペースが限られており、側面発光プロファイルが有利な様々な電子機器におけるインジケータランプまたはバックライト光源です。

1.1 主な特長

• 高輝度：AlInGaP技術により高光度を実現し、順電流20mAにおける代表値は90ミリカンデラ（mcd）です。
• 広視野角：130度の視野角（2θ1/2）を特徴とし、様々な視点から良好な視認性を確保します。
• 自動化対応：7インチリールに巻かれた8mmテープで供給され、効率的なPCB実装のための自動ピックアンドプレース装置と互換性があります。
• 堅牢な構造：標準的な鉛フリー（Pbフリー）赤外線リフローはんだ付けプロファイルに耐えるように設計されており、ピーク温度260°Cで10秒間の耐性があります。
• 適合性：本製品はRoHS（有害物質の使用制限）指令に適合しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、LEDの性能と動作限界を定義する主要な電気的、光学的、熱的パラメータの詳細な内訳を提供します。

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発生する可能性のある応力限界を定義します。これらの限界以下または限界での長時間の動作は推奨されません。

• 電力損失（Pd）：75 mW。これはLEDパッケージが熱として安全に放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（IFP）：80 mA。これは最大許容パルス電流であり、通常は1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅などの条件下で規定されます。短時間の高輝度フラッシュに使用されます。
• 連続順電流（IF）：30 mA DC。これは連続動作のための最大定常電流です。
• 逆電圧（VR）：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、LEDのPN接合が損傷する可能性があります。
• 動作温度範囲（Topr）：-30°C ～ +85°C。LEDが正しく機能するように設計された周囲温度範囲です。
• 保管温度範囲（Tstg）：-40°C ～ +85°C。デバイスが通電されていない状態で安全に保管できる温度範囲です。

2.2 電気光学特性

標準周囲温度25°Cで測定されたこれらのパラメータは、通常の動作条件下でのLEDの代表的な性能を定義します。

• 光度（Iv）：IF=20mAにおいて、最小45.0 mcdから代表値90.0 mcdの範囲です。これは人間の目が知覚する光出力の明るさを測定します。
• 順電圧（VF）：代表値2.4V、IF=20mAで最大2.4V。これはLEDが電流を流しているときの両端の電圧降下です。
• ピーク波長（λP）：611 nm。これは光出力が最大となる波長です。このオレンジLEDの場合、スペクトルのオレンジ～赤色部分に位置します。
• 主波長（λd）：605 nm。これはCIE色度図から導出され、知覚される光の色を最もよく表す単一波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：17 nm。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（純色）の光出力を意味します。
• 逆電流（IR）：VR=5Vで最大10 μA。これはLEDが最大定格内で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

生産ロット間で輝度の一貫性を確保するため、LEDは測定された光度に基づいてビンに仕分けられます。LTST-S220KFKTは、以下のコードと範囲を持つビニングシステムを使用しており、20mAで測定されます。各光度ビンの許容差は+/-15%です。

• 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

これにより、設計者は均一な輝度レベルを必要とするアプリケーション向けに、特定のビンからLEDを選択することができます。

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、その意味合いは設計にとって極めて重要です。

4.1 順電流 vs. 光度 (I-Iv 曲線)

LEDの光出力（光度）は、ある点までは流れる順電流に直接比例します。推奨連続電流（30mA）を超えて動作すると、過剰な発熱、寿命の短縮、色ずれを引き起こす可能性があります。パルス電流定格（80mA）により、熱損傷なしに、より高い輝度の短時間のバーストが可能になります。

4.2 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。接合温度が上昇すると：

• 光度の低下：光出力は通常低下します。データシートの仕様は25°Cでの値です。より高い動作温度では、出力は低くなります。
• 順電圧の低下：VFは負の温度係数を持ちます。
• 波長のシフト：ピーク波長と主波長がわずかにシフトし、知覚される色に影響を与える可能性があります。

4.3 スペクトル分布

スペクトル曲線は、異なる波長にわたる光強度を示します。611nmのピークと17nmの半値幅は、比較的狭いスペクトル帯域幅を持つ飽和した色を提供するオレンジLEDであることを確認しています。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

このLEDはサイドビュー型パッケージ設計を採用しており、主な発光は上面ではなく部品の側面から行われることを意味します。これはエッジライティングアプリケーションに理想的です。

5.1 パッケージ寸法と極性

この部品はEIA標準パッケージ外形に準拠しています。主要な寸法公差は通常±0.10mmです。カソード（負極端子）は通常、ノッチ、ドット、またはトリムされたリードなどのマーキングで示されます。データシートには、リフロー中に適切な位置合わせとはんだ接合部形成を確保するための推奨はんだパッドレイアウトを含む詳細な寸法図が含まれています。

5.2 推奨はんだパッド設計

良好なはんだ付け歩留まりと機械的安定性を促進するために、推奨ランドパターン（はんだパッドフットプリント）が提供されています。この設計に従うことで、トゥームストーニング（一端がパッドから浮き上がる）や不十分なはんだ接合などの問題を防ぐのに役立ちます。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

このLEDは鉛フリー（Pbフリー）赤外線リフロープロセスと互換性があります。JEDEC標準に準拠した推奨プロファイルが提供されています。主要なパラメータは以下の通りです：

• 予熱：150-200°Cで最大120秒間、基板を徐々に加熱し、はんだペーストフラックスを活性化します。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線温度以上時間（TAL）：はんだ接合部が融点以上に保たれる時間は、適切なぬれのために十分である必要がありますが、LEDへの熱ストレスを避けるために過度であってはなりません。プロファイルでは、ピーク温度時間は最大10秒と提案されています。

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。接点ごとの接触時間を3秒以内に制限し、プラスチックパッケージと内部ワイヤーボンドへの熱損傷を防ぐためにはんだ付けは1回のみ行ってください。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。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分未満浸漬することは許容されます。プラスチックレンズやパッケージを損傷する可能性のある強力なまたは未指定の化学薬品の使用は避けてください。

6.4 保管および取り扱い

• ESD対策：LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。取り扱い時にはリストストラップ、静電気防止マット、適切に接地された設備を使用してください。
• 湿気感受性：データシートではパッケージが密閉されていると示されていますが、SMD部品については、元の梱包が開封された後は標準的なMSL（湿気感受性レベル）対策が適用されます。周囲湿度にさらされた場合は、リフロー前にベーキング（例：60°Cで20時間）が必要になる場合があり、これによりポップコーン現象（加熱中の蒸気圧によるパッケージのひび割れ）を防ぎます。
• 保管条件：開封済みの梱包については、温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管してください。最良の結果を得るためには、1週間以内の使用が推奨されます。

7. 梱包および発注情報

標準的な梱包形式は自動実装にとって重要です。

• テープ＆リール：部品は8mm幅のエンボス加工キャリアテープに配置されています。
• リールサイズ：直径7インチ。
• 1リールあたりの数量：4000個。
• 梱包上の注意：空のポケットはカバーテープで密封されています。連続して欠品する最大数は2個です。残数の最小発注数量は500個です。梱包はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション回路

LEDは電流駆動デバイスです。一貫した輝度と長寿命を確保するには、電圧源を使用する場合は定電流で駆動するか、直列に電流制限抵抗を接続する必要があります。

直列抵抗の計算例（5V電源、代表VF=2.4V、IF=20mAを使用）：
抵抗値, R = (電源電圧 - VF) / IF = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ω。
抵抗電力定格, P = (電源電圧 - VF) * IF = (2.6V) * 0.020A = 0.052W。標準的な1/8W（0.125W）または1/10W抵抗で十分です。

複数のLEDの場合、並列接続よりも直列接続（電源電圧が十分に高い場合）が好ましく、各LEDに同一の電流が流れることを保証し、均一な輝度を促進します。

8.2 設計上の考慮点

• 熱管理：特に最大電流定格付近で動作する場合、PCBレイアウトが十分な放熱対策を提供していることを確認してください。サーミカルパッド（存在する場合）をグランドプレーンに接続することで放熱を助けることができます。
• 電流制限：電流制限機構なしでLEDを電圧源に直接接続しないでください。
• 逆電圧保護：逆バイアスの印加を避けてください。逆電圧が印加される可能性のある回路（例：AC結合）では、LEDと並列に保護ダイオードを追加することを検討してください（カソード同士、アノード同士）。

9. 技術比較と差別化

LTST-S220KFKTは、AlInGaP技術とサイドビューパッケージの組み合わせによって差別化されています。従来のGaAsPやGaP LEDと比較して、AlInGaPはオレンジ/赤色に対して大幅に高い効率と輝度を提供します。サイドビュー形状は、ボタンのバックライト、デバイス端のステータスインジケータ、光導波路など、光を表面に水平方向に導く必要があるアプリケーションにおいて設計の柔軟性を提供します。

10. よくある質問 (FAQ)

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発する物理的な波長です。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、私たちが見る色を最もよく表します。これらはしばしば近い値ですが、同一ではありません。

10.2 このLEDを3.3V電源で駆動できますか？

はい。20mAでの代表VF 2.4Vを使用すると、直列抵抗は R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ω と計算されます。抵抗の電力定格が十分であることを確認してください（0.9V * 0.02A = 0.018W）。

10.3 連続電流よりもはるかに高いピーク電流定格があるのはなぜですか？

ピーク電流定格（80mA）は、非常に短いパルス（0.1ms）用です。これにより、LEDは信号目的でより明るいフラッシュを発生させることができ、熱が蓄積する時間が不十分なため、接合温度が損傷レベルまで上昇することはありません。一定の照明のためには、連続電流（30mA）を超えてはなりません。

10.4 ビンコードはどのように解釈すればよいですか？

リールラベルまたは梱包上のビンコード（例：P、Q、R、S）は、内部のLEDの光度範囲を示しています。単一のビンから選択することで、製品内で一貫した輝度を確保できます。例えば、同じ電流で駆動した場合、ビンSのLEDはビンPのLEDよりも大幅に明るくなります。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：携帯機器用の低バッテリーインジケータの設計
LTST-S220KFKTは優れた選択肢です。そのオレンジ色は一般的な警告表示です。サイドビューパッケージにより、PCBの端に実装し、光をデバイス筐体の半透明ウィンドウに向けることができます。デバイスの3.3VレールからのGPIOピンと直列抵抗を介して15-20mAで駆動することで、明確で明るい信号を提供します。130度の広い視野角により、デバイスを斜めから見た場合でもインジケータが見やすくなります。リフローはんだ付けとの互換性により、他のすべてのSMD部品と一緒に1回の工程で実装できるため、製造コストを削減できます。

12. 動作原理

LEDは半導体ダイオードです。バンドギャップ電圧を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域（この場合はAlInGaPチップ）で再結合します。この再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。半導体（AlInGaP）の特定の材料組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが放出される光の波長（色）を決定します—この場合はオレンジ色です。サイドビューパッケージには、チップから発せられた光を成形し側面に向ける成形プラスチックレンズが組み込まれています。

13. 技術トレンド

AlInGaP材料の使用は、高効率の赤色、オレンジ色、黄色LEDを製造するための確立された成熟した技術を表しています。より広範なLED業界における継続的な開発は、効率（ルーメン/ワット）の向上、演色性の改善、およびより高い電力密度の実現に焦点を当てています。LTST-S220KFKTのようなインジケータタイプのLEDについては、さらなる小型化、さらに広い視野角の開発、および要求の厳しい実装プロセスとの互換性の向上がトレンドです。電子機器製造におけるより高い自動化と信頼性への推進は、堅牢でリフローはんだ付け可能なSMD LEDをスルーホール部品に代わる標準的な選択肢とし続けています。