LTST-S220KSKT イエロー SMD LED データシート - EIAパッケージ - 電圧2.4V - 電力75mW - 技術文書

1. 製品概要

LTST-S220KSKTは、現代の電子実装プロセス向けに設計された表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。これはサイドビュー型チップLEDファミリーに属し、主な発光がプリント基板（PCB）の実装面に対して平行に放射されることを意味します。この配向は、端面照明やデバイスの側面から視認可能な状態表示が必要なアプリケーションに特に有用です。本LEDは、黄色から赤色スペクトルで高効率の発光が可能なことで知られるアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体材料を採用しています。デバイスは光を拡散しないウォータークリアレンズで封止されており、インジケータ用途に適したより集束された強力なビームを実現します。

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、厳しい環境規制のあるグローバル市場に適しています。はんだ付け性と耐食性を向上させるため、スズメッキリードを備えています。パッケージはEIA（Electronic Industries Alliance）規格に準拠しており、大量生産で使用される幅広い自動実装機との互換性を保証します。さらに、表面実装技術における鉛フリー（Pbフリー）はんだ接合の標準である赤外線（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います。

このLEDのターゲット市場は、自動化組立ラインを用いて統合可能な、信頼性の高い明るい黄色の状態表示を必要とする、民生電子機器、産業用制御パネル、自動車内装照明、計器類、およびあらゆるアプリケーションを含みます。

2. 技術パラメータ詳細解釈

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生じ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動作は保証されません。絶対最大定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 電力損失（Pd）：75 mW。これは、LEDパッケージが性能や寿命を劣化させることなく熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると熱損傷のリスクがあります。
• ピーク順電流（IFP）：80 mA。これは最大許容瞬間順電流であり、通常、接合部の過度の温度上昇を防ぐためにパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で規定されます。
• 直流順電流（IF）：これらのパラメータは標準試験条件（Ta=25°C、IF=20mA）で測定され、デバイスの性能を定義します。
• 逆電圧（VR）：5 V。これより高い逆電圧を印加すると、LEDのPN接合の破壊と不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。
• 動作温度範囲：-30°C から +85°C。LEDはこの周囲温度範囲内で動作するように設計されています。
• 保管温度範囲：-40°C から +85°C。デバイスは動作させずにこのより広い温度範囲内で保管できます。
• 赤外線はんだ付け条件：260°Cで10秒間。これは、鉛フリー実装に重要なリフローはんだ付けプロセスのピーク温度と時間許容値を定義します。

2.2 電気光学特性

These parameters are measured under standard test conditions (Ta=25°C, IF=20mA) and define the device's performance.

• 光度（Iv）：18.0 - 54.0 mcd（標準値）。これは人間の目（明所視）が知覚するLEDの明るさを測定したものです。広い範囲はビニングシステムが使用されていることを示します（セクション3参照）。光度は、CIEの眼応答曲線をシミュレートするフィルターを用いて測定されます。
• 指向角（2θ1/2）：130度（標準値）。これは、中心軸（0°）での光度値の半分に低下する全角度です。130°の角度は比較的広い視野パターンを示します。
• ピーク発光波長（λP）：591 nm（標準値）。これはLEDのスペクトルパワー出力が最大となる波長です。可視スペクトルの黄色領域に該当します。
• 主波長（λd）：589 nm（標準値）。これはCIE色度図から導出され、光の知覚色を最もよく表す単一波長です。このデバイスではピーク波長に非常に近い値です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：20 nm（標準値）。これは最大パワーの半分における発光スペクトルの幅です。20 nmの値は中程度に純粋な黄色を示します。
• 順電圧（VF）：2.0 V（最小）、2.4 V（標準）、（最大値は20mAで未指定）。これは指定電流で動作時のLED両端の電圧降下です。電流制限回路の設計に極めて重要です。
• 逆電流（IR）：VR=5V時、10 μA（最大）。これは指定逆電圧が印加されたときに流れるわずかなリーク電流です。

ESDに関する注意：データシートは、静電気やサージがLEDを損傷する可能性があると警告しています。取扱時には、接地リストストラップ、帯電防止手袋の使用、すべての設備の接地確保など、適切な静電気放電（ESD）対策を強く推奨します。

3. ビニングシステムの説明

生産ロット間で明るさの一貫性を確保するため、LEDは標準試験電流（20mA）で測定された光度に基づいてビンに分類されます。LTST-S220KSKTでは以下のビンコードリストが使用されます：

• ビン M：18.0 - 28.0 mcd
• ビン N：28.0 - 45.0 mcd
• ビン P：45.0 - 71.0 mcd
• ビン Q：71.0 - 112.0 mcd
• ビン R：112.0 - 180.0 mcd

各光度ビンの許容差は +/- 15% です。これは、ビンNと表示されたLEDの実際の光度が約23.8 mcdから51.75 mcdの間である可能性があることを意味します。設計者は、アプリケーションの明るさ要件を規定する際にこのばらつきを考慮する必要があります。データシートでは、この特定の型番については波長や順電圧の別個のビンは示されておらず、それらのパラメータについてはより厳密な管理または単一ビン仕様であることを示唆しています。

4. 性能曲線分析

具体的なグラフは提供されたテキストでは詳細に記述されていませんが、このようなLEDの典型的な曲線には以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順電流（I-V曲線）：この曲線は、順電流の増加に伴う光出力の増加を示します。低電流では一般的に線形ですが、高電流では熱効果や効率低下により飽和する可能性があります。
• 相対光度 vs. 周囲温度：このグラフは、周囲（または接合部）温度の上昇に伴う光出力の低下（デレーティング）を示します。AlInGaP LEDは通常、温度上昇に伴い出力が低下します。
• 順電圧 vs. 順電流：これはダイオードに特徴的な指数関数的関係を示します。電圧は電流とともに増加します。
• 順電圧 vs. 周囲温度：順電圧は通常、負の温度係数を持ち、温度が上昇するとわずかに減少することを意味します。
• スペクトル分布：相対放射パワー対波長のプロットで、ピークは約591 nm、半値全幅は約20 nmを示します。

これらの曲線は、非標準動作条件下でのデバイスの挙動を理解し、熱管理設計を行うために不可欠です。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法

LEDはEIA標準のSMDパッケージ外形に準拠しています。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で提供され、標準公差は±0.10 mmです。データシートには、PCBフットプリント設計に必要な長さ、幅、高さ、リード間隔、およびその他の重要な機械的特徴を示す詳細な寸法図が含まれています。

5.2 パッド設計と極性

データシートには、PCBレイアウトのための推奨はんだ付けパッド寸法が記載されています。これらの推奨事項に従うことで、信頼性の高いはんだ接合とリフロー時の適切な位置合わせが保証されます。部品には極性マーキングがあり、通常はパッケージ本体にノッチまたはカソード表示があります。LEDは電流を一方向にしか流さないため、正しい向きは極めて重要です。

5.3 テープ＆リール梱包

LEDは、自動実装装置との互換性のために、業界標準の8mmテープに巻かれた直径7インチのリールで供給されます。主な梱包上の注意点は以下の通りです：

• 空の部品ポケットはトップカバーテープで密封されています。
• 各7インチリールには4000個が含まれます。
• 残数部品の最小梱包数量は500個です。
• リール仕様上、連続する最大2個のLED欠品（空ポケット）が許容されます。
• 梱包はANSI/EIA 481規格に従います。

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

鉛フリー（Pbフリー）はんだ付けプロセス向けに、推奨される赤外線（IR）リフロープロファイルが提供されています。重要なパラメータは以下の通りです：

• 予熱温度：150–200°C
• 予熱時間：最大120秒
• ピーク温度：最大260°C
• ピーク温度保持時間：最大10秒（かつ最大2回のリフローサイクルが許容されます）。

このプロファイルはJEDEC標準に基づいています。データシートは、最適なプロファイルは特定のPCB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、特性評価が必要であることを強調しています。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、以下の制限が適用されます：

• はんだごて温度：最大300°C
• はんだ付け時間：最大3秒（1回のみ）。

6.3 洗浄

未指定の化学洗浄剤はLEDパッケージを損傷する可能性があるため使用しないでください。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。

6.4 保管条件

• 未開封パッケージ：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管してください。乾燥剤入りの元の防湿袋で保管した場合の保管寿命は1年です。
• 開封済みパッケージ：保管環境は30°Cまたは60% RHを超えないようにしてください。元の梱包から取り出したLEDは、1週間以内にIRリフローする必要があります。
• 長期保管（開封済み）：1週間を超える保管の場合は、LEDを乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターに入れてください。梱包から出して1週間以上保管したLED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湿を除去し、リフロー時のポップコーン現象を防止する必要があります。

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

このサイドビューイエローLEDは、PCB上面のスペースが制限されている場合、またはインジケータを端面から視認する必要があるアプリケーションに最適です。一般的な用途は以下の通りです：

• 民生電子機器（ルーター、セットトップボックス、充電器）の状態表示。
• メンブレンスイッチやサイドライトパネルのバックライト。
• 自動車内装の計器盤およびダッシュボード照明。
• 産業機器の状態および故障表示。
• 携帯機器のバッテリーレベルまたは充電表示。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：LEDは電流駆動デバイスです。特に複数のLEDを並列接続する場合、均一な明るさを確保するためには電流制限機構が不可欠です。これは通常、直列抵抗または定電流駆動回路を使用して実現されます。抵抗値は次の式で計算できます：R = (Vcc - VF) / IF。ここで、Vccは供給電圧、VFはLED順電圧（安全のために最大値または標準値を使用）、IFは目的の順電流（例：20mA）です。
• 熱管理：電力損失は低いですが、接合部温度を限界内に維持することは寿命と安定した光出力にとって重要です。高温環境または最大電流付近で動作する場合は、十分なPCB銅面積または熱ビアを確保してください。
• ESD保護：LEDに接続される敏感な信号線にはESD保護ダイオードを組み込むか、特にLEDがユーザーが触れる可能性がある場合は、駆動回路に固有の保護機能があることを確認してください。
• 光学設計：ウォータークリアレンズは集束ビームを生成します。拡散またはより広い照明パターンが必要な場合は、機械設計において外部拡散板または光導波路を考慮する必要があります。

8. 技術比較と差別化

他の黄色インジケータLEDと比較した、LTST-S220KSKTの主な差別化要因は以下の通りです：

• サイドビューパッケージ：上面発光型LEDとは異なり、このフォームファクタは垂直方向のスペースを節約し、独特の照明形状を可能にするという明確な機械的利点があります。
• AlInGaP技術：従来の黄色リン化ガリウム（GaP）ベースのLEDと比較して、より高い効率と優れた温度安定性を提供し、より明るく一貫した出力を実現します。
• 完全なプロセス互換性：テープ＆リール梱包、自動実装、IRリフローはんだ付けに対応した設計により、コスト効率が高く、大量の自動化製造における優先選択肢となっています。
• RoHS準拠：多くの市場で必須要件となっている現代の環境基準を満たしています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 5V電源にはどの抵抗が必要ですか？

A: 標準順電圧（VF）2.4V、目標電流（IF）20mAを使用すると、直列抵抗値は R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 オームとなります。標準の130Ωまたは150Ω抵抗が適しています。実際の明るさを常に確認し、より保守的な設計のために最大VFを使用することを検討してください。

Q2: 3.3VマイクロコントローラピンでこのLEDを駆動できますか？

A: はい、ただし利用可能な電圧マージンはわずかです。VF_minは2.0V、VF_typは2.4Vです。3.3Vでは、抵抗計算は R = (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 オームとなります。これは可能ですが、VFと供給電圧の変動により電流が大きく変化する可能性があります。重要なアプリケーションでは、定電流ドライバまたは注意深い特性評価が推奨されます。

Q3: なぜ指向角は130°と広いのですか？

A: サイドビューパッケージとウォータークリアレンズの設計は、広い半球面に光を放射するように最適化されています。これは、拡散レンズを必要とせず、様々な角度から視認可能なインジケータに有益です。

Q4: 注文時のビンコード（例：N）はどのように解釈すればよいですか？

A: ビンコードは保証される光度の範囲を指定します。ビンNを注文すると、20mA時に28.0から45.0 mcdの光度を持つLEDを受け取ることが保証されます。最低明るさを必要とするアプリケーションでは、適切なビンを指定するか、供給業者に入手可能性を確認してください。

10. 実用例

シナリオ：ネットワークルーターの状態表示の設計

設計者は、薄型ルーターの前面から視認可能な電源/アクティビティ表示が必要です。PCBは垂直に実装されるため、サイドビューLEDが最適です。彼らはLTST-S220KSKTをPCBの端面に配置し、ルーターの前面パネルの小さな窓に光を導く光導波路に向けます。47Ωの直列抵抗を使用して3.3Vシステムレールから駆動し、約19mAの電流（(3.3V-2.4V)/47Ω）を得ます。光導波路を通して十分な明るさが視認できるように、ビンPのLEDを選択します。この設計は、データシートで指定された自動実装およびリフロープロセスを活用し、信頼性が高く迅速な組立を保証します。

11. 原理紹介

発光ダイオード（LED）は、電流が流れると光を発する半導体デバイスです。この現象はエレクトロルミネセンスと呼ばれます。LTST-S220KSKTでは、活性領域はアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）で構成されています。順電圧が印加されると、n型半導体からの電子とp型半導体からの正孔が活性領域に注入されます。電子が正孔と再結合すると、より高いエネルギー状態から低い状態に落ち、そのエネルギー差が光子（光の粒子）として放出されます。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を決定します—この場合は黄色（約589-591 nm）です。サイドビューパッケージは、発生した光を横方向にパッケージ外へ導くために、反射キャビティと成形エポキシレンズを組み込んでいます。

12. 開発動向

このようなSMDインジケータLEDの動向は、いくつかの重要な分野に向かって継続しています：

• 効率向上：継続的な材料科学の進歩により、ワット当たりのルーメン（効率）を増加させ、同じ明るさでの消費電力を削減することが目指されています。
• 小型化：光学性能を維持または向上させながら、パッケージサイズは縮小し続けており（例：0603から0402メトリックサイズへ）、より高密度なPCB設計を可能にしています。
• 信頼性と安定性の向上：パッケージ材料とダイボンド技術の改善により、時間と温度に対する寿命と色安定性が向上しています。
• より広い色域と一貫性：波長と光度に対するより厳密なビニング許容差が標準となりつつあり、設計者により予測可能な性能を提供しています。
• 統合化：複数のLED（例：RGB）、制御IC、さらには受動部品を単一のよりスマートなモジュールパッケージに統合する傾向が高まっています。

LTST-S220KSKTのような部品は、この進化する状況の中で、性能、コスト、製造性のバランスを取った、成熟した高度に最適化されたソリューションを表しています。