SMD LED LTST-T680QSWT データシート - 拡散型黄色 AlInGaP - 20mA - 130mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、表面実装デバイス（SMD）LEDの技術仕様を提供します。この部品は、自動プリント基板（PCB）実装プロセス向けに設計されており、スペースに制約のあるアプリケーションに適した小型フォームファクタを特徴とします。LEDは、拡散型の黄色光を出力するために、AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体材料を利用しています。その主な機能は、様々な電子システムにおける状態表示、信号照明、またはフロントパネルバックライトとしての役割です。

1.1 特徴

• RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠。
• 自動実装機用に、7インチ径リールに8mmテープで梱包。
• 標準化されたEIA（Electronic Industries Alliance）パッケージフットプリント。
• 標準集積回路（IC）ロジックレベルとの入力互換性。
• 自動部品実装システムとの互換性を考慮した設計。
• 標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに耐性あり。
• JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）湿気感受性レベル3に加速するための前処理済み。

1.2 アプリケーション

本LEDは、幅広い民生用、商用、産業用電子機器での使用を想定しています。典型的な用途分野には、通信機器（コードレス/携帯電話など）、オフィスオートメーション機器（ノートパソコン、ネットワークシステムなど）、家電製品、および一般的な産業用制御パネルが含まれます。具体的な役割としては、状態表示、信号またはシンボルの照明、フロントパネルバックライトとして使用されます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

以下のセクションでは、標準試験条件（Ta=25°C）におけるLEDの主要性能パラメータについて詳細な分析を提供します。

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。

• 消費電力（Pd）：130 mW。これは、パッケージが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_F(peak)）：100 mA。これは、許容される最大瞬間順電流であり、通常は過熱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。
• 連続順電流（I_F）：50 mA。これは、連続動作における最大推奨DC電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。この値を超える逆バイアス電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度範囲：-40°C ～ +85°C。デバイスが機能するように設計された周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲：-40°C ～ +100°C。非動作時の保存温度範囲です。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、通常動作条件（I_F= 20mA, Ta=25°C）におけるデバイスの性能を定義します。

• 光度（I_V）：710 - 1400 mcd（ミリカンデラ）。これは、単位立体角あたりの知覚される光束です。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ています（セクション3参照）。測定はCIEの明所視応答曲線に従います。
• 指向角（2θ_1/2）：120°（標準）。これは、光度が光軸（0°）での値の半分になる全角です。120°の角度は、広範囲の照明に適した広く拡散した発光パターンを示しています。
• ピーク発光波長（λ_P）：592 nm（標準）。スペクトル放射強度が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：584.5 - 594.5 nm。これは、CIE色度図から導かれる、光の知覚される色を最もよく表す単一波長です。色指定のための主要なパラメータです。
• スペクトル半値幅（Δλ）：15 nm（標準）。最大強度の半分における発光のスペクトル幅です。15nmという値はAlInGaP材料の特徴であり、比較的純粋な黄色を示しています。
• 順電圧（V_F）：20mA時、2.1V（標準）、2.6V（最大）。指定された順電流が流れるときのLED両端の電圧降下です。
• 逆電流（I_R）：V_R=5V時、10 μA（最大）。デバイスが最大定格内で逆バイアスされたときに流れるわずかなリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは性能別にビン分けされます。これにより、設計者はアプリケーションに応じた特定の電圧、輝度、色の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順電圧（V_f）ランク

LEDは、20mA時の順電圧降下に基づいてビン分けされます。これは、電流制限回路の設計や並列配列での均一な輝度を確保するために重要です。

• ビン D2：1.8V - 2.0V
• ビン D3：2.0V - 2.2V
• ビン D4：2.2V - 2.4V
• ビン D5：2.4V - 2.6V
• ビンごとの許容差：±0.1V

3.2 光度（I_V）ランク

このビニングは、特定の製品コードに対して最低輝度レベルを保証します。

• ビン U2：710 mcd - 900 mcd
• ビン V1：900 mcd - 1120 mcd
• ビン V2：1120 mcd - 1400 mcd
• ビンごとの許容差：±11%

3.3 主波長（W_d）ランク

このビニングは、LEDが発する黄色の正確な色合いを制御します。

• ビン H：584.5 nm - 587.0 nm
• ビン J：587.0 nm - 589.5 nm
• ビン K：589.5 nm - 592.0 nm
• ビン L：592.0 nm - 594.5 nm
• ビンごとの許容差：±1 nm

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフデータが参照されていますが、AlInGaP LEDの典型的な性能傾向について説明できます。

4.1 電流-電圧（I-V）特性

順電圧（V_F）は、順電流（I_F）に対して対数的な関係を示します。ターンオン電圧（AlInGaPでは約1.8V）以下では、電流は最小限です。この閾値を超えると、V_FはI_Fに対して比較的線形に増加し、その傾きはダイオードの動的抵抗によって決まります。推奨の20mAで動作させることで、標準的なV_F range.

4.2 光度-順電流特性

光度（I_V）は、通常動作範囲内では順電流（I_F）にほぼ比例します。ただし、接合温度の上昇やその他の非線形効果により、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。定格出力と長寿命を維持するためには、指定された連続電流（50mA）以下でLEDを駆動することが不可欠です。

4.3 温度特性

LEDの性能は温度に依存します。一般的に、順電圧（V_F）は負の温度係数を持ち、接合温度が上昇すると減少します。逆に、光度は一般に接合温度の上昇とともに減少します。アプリケーションにおける適切な熱管理（例：放熱のための十分なPCB銅面積）は、指定された動作温度範囲内で一貫した光出力とデバイスの信頼性を維持するために重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的な表面実装パッケージに収められています。特に指定がない限り、すべての主要寸法はミリメートル単位で提供され、一般的な公差は±0.2mmです。パッケージには、広い120°の指向角を生み出す拡散レンズが含まれています。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

赤外線または気相リフローはんだ付け用のランドパターン設計が提供されています。この推奨フットプリントに従うことで、適切なはんだ接合の形成、リフロー中の自己位置合わせ、および信頼性の高い機械的接続が確保されます。パッド設計は、LEDパッケージからの放熱にも役立ちます。

5.3 極性識別

表面実装LEDは通常、カソード（負）端子を示すために、パッケージ上にマーキングまたは形状的特徴（ノッチや面取りされた角など）があります。デバイスが機能するためには、PCB上での正しい極性方向が必須です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル（鉛フリープロセス）

データシートは、J-STD-020Bに準拠したプロファイルを参照しています。典型的な鉛フリーリフロープロファイルは以下を含みます：

• 予熱/ランプアップ：フラックスを活性化し、熱衝撃を最小限に抑えるために、約150-200°Cまで徐々に温度を上昇させます。
• ソークゾーン：通常150-200°Cの間で最大120秒間の温度保持を行い、PCB全体の温度均一化を図ります。
• リフローゾーン：温度を急速に上昇させ、最大260°Cのピークに達します。液相線温度（例：217°C）以上の時間は制御する必要があります。
• 冷却：はんだ接合を固化させるための制御された冷却段階です。
• 注意：特定のプロファイルは、基板の厚さ、部品密度、はんだペースト仕様を考慮して、実際のPCBアセンブリに最適化する必要があります。

6.2 保管および取り扱い

• 未開封パッケージ：30°C以下、70%RH以下で保管。乾燥剤入りの防湿バッグ内では、梱包日から1年以内に使用してください。
• 開封済みパッケージ：ドライパックから取り出した部品については、推奨保管環境は30°C以下、60%RH以下です。部品は、大気にさらされてから168時間（1週間）以内にIRリフロー処理を行うべきです。それ以上の時間大気にさらされた場合は、はんだ付け前に60°Cで48時間のベーキングを行うことを推奨します。これにより吸収された湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防ぎます。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコール（IPA）やエチルアルコールなどのアルコール系溶剤を使用してください。常温で1分未満の浸漬とします。LEDレンズやパッケージ材料を損傷する可能性のある未指定の化学洗浄剤は避けてください。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープおよびリール仕様

部品は、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに収められ、7インチ（178mm）径のリールに巻かれています。標準リール数量は1リールあたり2000個です。梱包はANSI/EIA-481仕様に準拠しており、自動実装装置との互換性を確保しています。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーション回路

LEDは電流駆動デバイスです。電圧源に接続する場合は、直列の電流制限抵抗が必須です。抵抗値（R_s）はオームの法則を使用して計算できます：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。複数のLEDを並列に駆動する際に均一な輝度を得るためには、並列配列全体に単一の抵抗を使用するのではなく、各LEDに個別の電流制限抵抗を使用することを強く推奨します。これにより、個々のLED間の順電圧（V_F）の自然なばらつきを補償できます。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：特に最大定格電流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。LEDの放熱パッドに接続された銅面は、放熱に役立ちます。
• ESD保護：すべてのLEDで明示されているわけではありませんが、LEDに接続された信号線に基本的なESD保護を実装することは、敏感な環境では良い設計慣行です。
• 光学設計：拡散レンズは広い指向角を提供します。指向性のある光が必要な場合は、外部光学部品（リフレクター、ライトパイプ）が必要になる場合があります。

9. 技術比較と差別化

このAlInGaPベースの黄色LEDは、特定の利点を提供します。GaAsP（ガリウムヒ素リン）黄色LEDのような旧技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい出力と、温度および寿命にわたってより優れた色安定性を実現します。拡散レンズによる広い120°の指向角は、集光ビームではなく広く均一な照明を必要とするアプリケーションのための重要な特徴であり、指向性の光向けに設計された狭い指向角のLEDと差別化されます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 5V電源を使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

20mA時の標準V_F2.1Vを使用：R = (5V - 2.1V) / 0.02A = 145 オーム。最も近い標準値である150オームを使用すると、I_F≈ 19.3mAとなり、許容範囲内です。常に最大V_F(2.6V)を使用して計算し、最小電流が輝度要件を満たすことを確認してください：R_min= (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 オーム。

10.2 定電流源を使用して、電流制限抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

はい、20mAに設定された定電流ドライバーは、順電圧の変動に依存せずに正確な電流制御を保証するため、LEDを駆動する優れた方法です。これは、重要な輝度アプリケーションでしばしば好まれます。

10.3 なぜピーク電流定格（100mA）が連続電流（50mA）よりも高いのですか？

ピーク電流定格により、より高い電流の短いパルスが可能になります。これは、マルチプレクシング方式や短く明るいフラッシュを作成するのに役立ちます。低いデューティサイクル（1/10）により、平均消費電力と接合温度が安全限界内に保たれ、熱損傷を防ぎます。

11. 実用的な使用例

シナリオ：ネットワークルーターのフロントパネル状態表示

設計者は、ルーターのフロントパネルに電源、インターネット接続、Wi-Fiアクティビティを示す複数の黄色状態表示LEDを必要としています。彼らは、様々な角度から光が見えることを保証する広い指向角のためにこのLEDを選択します。LEDは、マイクロコントローラのGPIOピンを介して15mA（より長い寿命のために20mA試験条件より低い）で駆動されます。各LEDには150オームの直列抵抗が使用され、3.3Vレールに接続されます。拡散レンズは、家庭/オフィス環境に適した柔らかくまぶしくない光を提供します。LEDは、推奨パッドレイアウトに従ってPCB上に配置され、標準的な鉛フリーリフロープロファイルを使用して実装されます。

12. 動作原理の紹介

LEDは半導体ダイオードです。材料のバンドギャップエネルギーを超える順電圧が印加されると、電子と正孔がp-n接合部で再結合します。AlInGaP LEDでは、この再結合イベントにより光子（光）の形でエネルギーが放出されます。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リン化物層の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接発光の波長（色）を定義します—この場合は黄色スペクトル（約590nm）です。半導体チップを囲む拡散エポキシレンズは光を散乱させ、広い発光パターンを作り出します。

13. 技術トレンド

LED技術の一般的なトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン）、改善された演色性、およびより高い信頼性に向かっています。表示用LEDでは、光出力を維持または増加させながら小型化が進んでいます。また、SMDパッケージで利用可能な色域を広げることに焦点が当てられています。黄色、琥珀色、赤色LEDへのAlInGaPの使用は、確立された高性能技術を表しています。将来の開発には、さらに狭いスペクトル発光や高温でのより高い効率を達成するための新しい材料システムやナノ構造が関与する可能性があります。