SMD LED LTST-C990NRKT-PO データシート - AlInGaP 赤色 - 20mA - 900-2240mcd - 英語技術文書

1. 製品概要

本書は、表面実装デバイス（SMD）LEDランプの完全な技術仕様を提供します。この部品は、プリント基板（PCB）への自動実装を目的として設計されており、スペースが限られた用途に最適な小型フォームファクタを特徴とします。その主な機能は、多様な電子機器において視覚的インジケータまたはバックライト光源として機能することです。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDは、現代の電子機器製造においていくつかの重要な利点を提供します。高輝度の赤色発光を実現するUltra Bright AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）チップを採用しています。デバイスはEIA規格に準拠した7インチ径リールに巻かれた8mmテープにパッケージングされており、高速自動実装機との完全な互換性を有します。さらに、鉛フリー（はんだ付け）組立ラインで一般的に使用される標準的な赤外線（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、PCBへの確実な実装を保証します。本製品は、有害物質使用制限（RoHS）指令に準拠しています。

対象アプリケーションは広範で、通信機器、オフィスオートメーション機器、家電製品、産業用制御システムなどを含みます。具体的な用途としては、キーパッドやキーボードのバックライト、状態表示灯、マイクロディスプレイへの統合、一般的な信号やシンボルの照明などが挙げられます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、LEDの絶対最大定格および動作特性について詳細に説明します。特に断りのない限り、すべてのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで定義されています。

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。これらの限界値以下または限界値での動作は保証されません。

• 電力損失 (Pd): 62.5 mW。これはLEDパッケージが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順方向電流 (I_F(PEAK)): 60 mA。これは最大許容瞬時順方向電流であり、通常、熱応力を管理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）で規定されます。
• 連続DC順方向電流 (I_F): 25 mA。これは連続動作における最大推奨電流です。
• 逆電圧 (V_R): 5 V。この値を超える逆電圧を印加すると、破壊や故障の原因となります。
• 動作温度範囲： -30°Cから+85°C。LEDが動作するように設計された周囲温度範囲。
• 保管温度範囲： -40°Cから+85°C。非動作時の保管温度範囲。
• Infrared Soldering Condition： 260°Cで10秒間。リフローはんだ付け時にパッケージが耐えられる最大の熱プロファイル。

2.2 電気的および光学的特性

これらは標準試験条件下で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度 (I_V): 900.0 - 2240.0 mcd (millicandela)。順方向電流 (I_F) 20mAで測定。光度は、比視感度（CIE視感度曲線）に近似したセンサーとフィルターの組み合わせを用いて測定されます。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4参照）。
• 指向角 (2θ_1/2): 75度。これは、光度が中心軸（0°）で測定された値の半分となる全角度です。75度の角度は、比較的広い視野角を提供します。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 639 nm（ナノメートル）。これは、発光のスペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長 (λ_d): 624.0 - 632.0 nm。これはCIE色度図から導出され、スペクトルの赤色領域にあるLEDの知覚色を表します。
• スペクトル線半値幅 (Δλ): 20 nm。これはスペクトル帯域幅を示し、発光ピークの半値全幅(FWHM)として測定されます。20nmという値は、単色AlInGaP赤色LEDでは典型的です。
• 順方向電圧 (V_F): 1.7 - 2.5 V。LEDに20mAを印加した際の両端の電圧降下。この範囲は、半導体チップの通常の製造ばらつきを考慮したものです。
• 逆方向電流 (I_R): 10 μA (最大)。最大逆方向電圧(5V)を印加した際に流れる微小なリーク電流。

3. ビニングシステムの説明

アプリケーションにおける一貫性を確保するため、LEDは製造後に主要な光学パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。

3.1 光度ビニング

このLEDの主要なビニングパラメータは光度です。製品は複数のビンに分類され、各ビンは20mA駆動時の定義された最小および最大光度値を有します。リールまたは包装に印刷されたビンコードにより、設計者は用途に応じて一貫した輝度のLEDを選択できます。各ビン内の許容範囲は+/-15%です。ビンリストは以下の通りです：

• Bin Code V2： 900.0 - 1120.0 mcd
• Bin Code W1: 1120.0 - 1400.0 mcd
• Bin Code W2: 1400.0 - 180.0 mcd
• Bin Code X1: 1800.0 - 2240.0 mcd

より高いビンコード（例：X1）を選択することで、より高い最低輝度が保証されます。これは、均一な高い視認性が求められる用途や、駆動電流が制限される可能性がある場合に極めて重要です。

4. 性能曲線分析

グラフィカルデータは、様々な条件下でのLEDの動作についてより深い洞察を提供します。データシートに含まれる典型的な曲線は、主要パラメータ間の関係を示しています。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V 特性曲線)

この曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧との間の非線形関係を示しています。このデバイスの場合、曲線の「ひざ」は通常1.7Vから2.0V付近にあり、ここでLEDが著しく発光を開始します。このひざ点を超えると、電圧のわずかな増加が電流の大幅な増加を引き起こします。したがって、LEDは常に定電圧源ではなく、電流制限機構によって駆動されます。

4.2 光度 vs. 順方向電流

このグラフは、駆動電流の増加に伴う光出力の増加を示しています。ほとんどのLEDでは、推奨動作範囲内（このデバイスでは最大25mA）では、その関係はほぼ線形です。LEDを最大連続定格電流を超えて駆動しても、光出力は比例して増加せず、過剰な熱を発生させ、寿命と信頼性を低下させます。

4.3 スペクトル分布

スペクトルプロットは、異なる波長にわたって放射される相対的な放射パワーを示しています。639 nm（ピーク波長）を中心とした単一の支配的なピークを持ち、20 nmの半値幅によって定義される特徴的な形状を有します。これは単色の赤色出力であることを確認しています。

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Device Dimensions and Polarity

LEDパッケージには、PCBフットプリント設計に重要な特定の物理的寸法があります。データシートには詳細な寸法図が記載されています。主な特徴は全長、幅、高さを含みます。また、パッケージには通常、切り欠き、緑色の点、または一端のカソードマークなどの極性インジケータがあり、正しい電気的接続（アノード対カソード）を確保するためにPCBフットプリントと正確に合わせる必要があります。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

PCB用の推奨ランドパターン（銅パッドレイアウト）を提供します。このパターンは、リフロー時の信頼性の高いはんだ接合を確保し、適切なサーマルリリーフを提供し、はんだブリッジを防止するように設計されています。この推奨事項に従うことは、組立の成功と長期的な機械的安定性に不可欠です。

5.3 テープ＆リール梱包仕様

自動実装のため、部品はリール上のキャリアテープで供給されます。データシートには、各LEDを保持するテープポケットの寸法、テープ幅、およびリール寸法（直径7インチ）が規定されています。標準リール数量は3000個です。梱包はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。注記には、カバーテープの詳細、連続欠品の最大数（2）、および端数ロットの最小発注数量（500個）が含まれます。

6. はんだ付け、実装、取り扱いガイドライン

6.1 推奨IRリフロープロファイル

Pbフリーはんだ付けプロセスにおいては、損傷を防止するため特定の熱プロファイルが推奨されます。主なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート温度： 150-200°C
• 予熱時間： 最大120秒
• 最高体温： 最高260°C
• 260°C以上の時間: 最大10秒（リフローサイクルは最大2回まで許可）

プロファイルはJEDEC規格に準拠して作成し、生産で使用される特定のPCB設計、はんだペースト、およびオーブンで検証する必要があります。

6.2 保管条件

プラスチックパッケージの湿気敏感性（MSL 3）のため、適切な保管が極めて重要です。

• 密封包装： 30°C以下、相対湿度90%以下で保存。包装日から1年以内に使用してください。
• 開封済み包装： 防湿バッグから取り出した部品については、周囲環境が30°Cおよび60%RHを超えないようにする。IRリフローは1週間以内に完了することを推奨する。1週間を超えて保管する場合は、はんだ付け前にLEDを60°Cで少なくとも20時間ベーキングし、吸収された湿気を除去してリフロー中の「ポップコーニング」を防止すること。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、承認された溶剤のみを使用すること。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分未満浸漬することが規定されている。過酷または未指定の化学薬品はプラスチックレンズおよびパッケージを損傷する可能性がある。

6.4 静電気放電（ESD）に関する注意

LED内部の半導体チップは、静電気放電および電圧サージに敏感です。取り扱いには注意が必要です：接地リストストラップまたは静電気防止手袋を使用し、すべての機器および作業面が適切に接地されていることを確認してください。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。駆動回路で最も重要なのは電流制御です。均一な輝度を確保するため、特に複数のLEDを並列接続する場合、電流制限抵抗を直列に挿入する必要があります。 各LEDごとに. 単純な駆動回路は、電圧源（V_CC）、LED、および直列抵抗（R_S抵抗値はオームの法則を用いて計算されます：R_S = (V_CC - V_F) / I_F、ここでV_F 所望の電流IにおけるLEDの順方向電圧です_F （例：20mA）。各LEDに抵抗器を使用することで、デバイス間のVの微小な変動を補償します_F デバイス間のVの微小な変動を補償します

7.2 熱管理

消費電力は低い（最大62.5 mW）が、効果的な熱管理はLEDの寿命を延ばし、安定した光出力を維持する。PCB自体が放熱体として機能する。LEDのソルダーパッドからPCB上の銅面への良好な熱的接続を確保することで、放熱が促進される。LEDを絶対最大電流および絶対最大温度限界で長時間動作させることは避けること。

7.3 適用範囲と制限事項

このLEDは汎用電子機器を対象としている。故障が安全性を脅かす可能性がある、例外的な信頼性が要求される用途（例：航空、医療用生命維持装置、輸送安全システムなど）では、設計への採用前に、部品メーカーとの追加の認定および協議が必要である。

8. 技術比較と差別化

GaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの旧来技術と比較して、ここで使用されているAlInGaPチップは発光効率が大幅に高く、同じ駆動電流でより高い輝度を実現します。ドームレンズ設計は指定された75度の視野角達成に寄与し、軸上輝度と軸外視認性の良好なバランスを提供します。自動実装およびIRリフローとの互換性により、大量生産においてコスト効率に優れた選択肢となり、手動はんだ付けを必要とするLEDとの差別化を図っています。

9. よくあるご質問（技術仕様に基づく）

Q: 基板上の他のLEDと比べて、私のLEDが暗い、または明るさが不均一なのはなぜですか？
A: 最も一般的な原因は、LEDを並列接続する際に、それぞれに個別の電流制限抵抗を使用していないことです。順方向電圧（V_F電流の均等な分配が損なわれる原因となります。LEDごとに必ず直列抵抗を使用してください。また、使用するLEDが同じ光束ビンに属していることを確認してください。

Q: このLEDを抵抗なしで3.3Vで駆動できますか？
A: できません。LEDを3.3Vのような電源に直接接続すると、過剰な電流が流れ、最大直流順方向電流（25mA）を超えてデバイスを破損する可能性があります。電流を安全な値（例：20mA）に制限するため、直列抵抗は必須です。

Q: データシートには順方向電圧の範囲が1.7Vから2.5Vと記載されています。抵抗値の計算にはどの値を使用すべきですか？
A: 低VfのLEDでも、目標値（例：20mA）を超える電流が流れないことを保証する保守的な設計を行うには、_F 計算には最小Vf値（1.7V）を使用してください。_F これにより、抵抗値はわずかに高くなり、Vfが高いLEDでは電流はわずかに低くなりますが、_Fすべてのデバイスの安全性が保証されます。

Q: ストレージにおける「MSL 3」の意味は何ですか？
A> Moisture Sensitivity Level 3 indicates the package can be exposed to factory floor conditions (≤30°C/60% RH) for up to 168 hours (one week) before it requires baking prior to reflow soldering. Exceeding this time risks internal package damage during the high-temperature reflow process.

10. 設計と使用事例の検討

シナリオ：10個の均一な明るさの赤色LEDを使用した状態表示パネルの設計。
1. Circuit Design: 5V電源ラインを使用します。目標I_F = 20mA。典型的なV_F を2.1Vと仮定すると、R_S = (5V - 2.1V) / 0.020A = 145Ωとなります。最も近い標準値は150Ωです。10個のLEDそれぞれのアノードに直列に150Ω抵抗を1つずつ配置します。すべてのカソード側をグランドに接続します。
2. PCBレイアウト： データシートで推奨されているランドパターンを使用してください。PCBのシルクスクリーン上の極性マーキングがLEDの極性表示と一致することを確認してください。放熱と電気的リターンのために、しっかりとしたグランドプレーンを設けてください。
3. 調達： すべての10個のLEDが同様の明るさを持つように、必要な光度ビンコード（例：1400-1800 mcdの場合はW2）を販売代理店に指定してください。
4. 組立： 推奨されるIRリフロー・プロファイルに従ってください。組立後、洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコールを使用してください。
このアプローチにより、インジケーターパネルの信頼性の高い動作、一貫した外観、および長期的な安定性が確保されます。

11. 動作原理の紹介

LEDは半導体ダイオードです。その中核は、AlInGaPのような直接遷移型半導体材料で作られたp-n接合です。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領域に注入されます。電子と正孔が再結合すると、エネルギーが放出されます。LEDでは、このエネルギーは光子（光の粒子）の形で放出されます。放出される光子の波長（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まります。AlInGaPは赤色光に対応するバンドギャップを持っています。ドーム型のエポキシ樹脂レンズは、半導体チップを保護し、出力光束を整形する役割を果たし、チップからより多くの光を取り出し、視野角を決定します。

12. 技術動向

SMDインジケータLEDの一般的なトレンドは、より高い効率、より小さなパッケージサイズ、そして信頼性の向上に向かって進み続けています。AlInGaPが高効率な赤色および琥珀色LEDの主要技術であり続ける一方で、InGaN（窒化インジウムガリウム）などの他の材料は、青色、緑色、白色のスペクトルをカバーしています。従来のプラスチックパッケージを用いずにLEDチップを直接実装するチップスケールパッケージ（CSP）の開発が進行しており、さらに小型のフォームファクターを可能にしています。さらに、回路設計を簡素化し性能の一貫性を向上させるため、定電流ドライバなどの制御電子回路をLEDパッケージ自体に統合する動きも広がりつつあります。