SMD LED グリーン 拡散レンズ LTST-E681UGWT データシート - パッケージ寸法 - 順電圧3.8V - 30mA - 消費電力114mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の完全な技術仕様を提供します。本コンポーネントは、均一で広い光配布を実現するように設計された拡散レンズを特徴とし、集光ビームではなく均一な照明を必要とする用途に適しています。光源にはインジウム・ガリウム・ナイトライド（InGaN）半導体材料が使用されており、緑色波長スペクトルで光を放射するように設計されています。本製品は、現代の電子機器組立プロセスとの互換性を考慮して設計されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本LEDの主な利点は、環境規制への適合、自動化された大量生産に適したパッケージ形態、および標準的な赤外線リフローはんだ付けプロセスとの互換性です。これらの特徴から、信頼性の高い一貫した緑色照明が必要とされる、民生用電子機器、汎用インジケータランプ、パネルやディスプレイのバックライト、オフィス機器、通信機器、家電製品など、様々な用途における理想的な選択肢となっています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

LEDの性能は、標準的な周囲温度条件（25°C）で定義されます。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と期待される性能の発揮に不可欠です。

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、信頼性の高い長期的な性能のためには避けるべきです。

• 消費電力（Pd）：114 mW。これは、デバイスが安全に熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：100 mA。これは最大瞬間順電流であり、パルス条件（1/10デューティサイクル、1msパルス幅）でのみ許容されます。
• 直流順電流（I_F）：30 mA。これは、定常状態動作における最大連続順電流です。
• 動作温度範囲（T_opr）：-40°C から +85°C。デバイスが機能するように設計された周囲温度の範囲です。
• 保存温度範囲（T_stg）：-40°C から +100°C。動作していない状態でデバイスを保管するための温度範囲です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、推奨動作点（I_F= 30mA, T_a=25°C）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：1120 - 2800 mcd（ミリカンデラ）。これは、人間の目の明所視応答に合わせてフィルタリングされたセンサーで測定された、LEDの知覚される明るさを指定します。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ています（セクション3参照）。
• 指向角（2θ_1/2）：120度。これは、光度が軸上で測定された値の半分に低下する全角度です。120度の角度は、拡散レンズが非常に広い視野パターンを提供することを確認しています。
• ピーク発光波長（λ_P）：518 nm。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。
• 主波長（λ_d）：520 - 535 nm。CIE色度図から導出され、光の知覚される色を最もよく表す単一波長です。これは色仕様のための重要なパラメータです。
• スペクトル半値幅（Δλ）：35 nm。これはスペクトル帯域幅、すなわち放射される波長の範囲を示します。35nmの値は、緑色InGaN LEDでは典型的です。
• 順電圧（V_F）：3.3V（代表値）、3.8V（最大値）at 30mA。これは、指定された電流で動作しているときのLED両端の電圧降下です。必要な電流制限抵抗値を計算する上で極めて重要です。
• 逆電流（I_R）：10 μA（最大値）at V_R= 5V。本デバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータは、小さな逆電圧下でのリーク電流を単に指定するものです。

3. ビンコードシステムの説明

半導体製造に内在するばらつきのため、LEDは製造後に性能ビンに仕分けられます。これにより、特定のロット内での一貫性が確保されます。3つの主要パラメータがビニングの対象となります。

3.1 順電圧ビニング

ビンD7からD11は、30mAにおける順電圧降下に基づいてLEDを分類します。例えば、ビンD9にはV_Fが3.2Vから3.4Vの間のLEDが含まれます。各ビン限界値には±0.1Vの許容差が適用されます。複数のLEDを並列接続する用途では、均一な電流分担を確保するために、同じ電圧ビンからLEDを選択することが重要です。

3.2 光度ビニング

ビンW1、W2、X1、X2は、輝度出力を分類します。例えば、ビンX2には、強度が2240から2800 mcdの最も明るいLEDが含まれます。各ビンの範囲には±11%の許容差が適用されます。このビニングにより、設計者は用途に適した輝度グレードを選択でき、視覚的な一貫性を確保できます。

3.3 主波長ビニング

ビンAP、AQ、ARは、主波長によって定義される正確な緑色の色合いによってLEDを仕分けます。ビンAPは520.0-525.0 nm（やや青みがかった緑）をカバーし、ビンARは530.0-535.0 nm（やや黄みがかった緑）をカバーします。許容差は±1nmです。これは、特定の色相が要求される色が重要な用途において極めて重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

本LEDは、標準的なEIAパッケージフットプリントに準拠しています。PCBパッド設計と部品配置に必要なすべての重要な寸法（本体の長さ、幅、高さ、リード間隔など）は、データシートの図面に記載されています。特に指定がない限り、公差は通常±0.2mmです。拡散レンズはパッケージ本体に一体化されています。

4.2 極性識別とパッド設計

本コンポーネントは極性を持ちます。カソードは通常、パッケージ上のノッチ、緑色の点、レンズの切り欠き角などの視覚的マーカーによって識別されます。適切なはんだ接合部の形成と、リフローはんだ付けプロセス中および後の機械的安定性を確保するために、推奨されるPCB実装パッドレイアウトが提供されています。パッド設計は、サーマルリリーフとはんだのウィッキングを考慮しています。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは、鉛フリーはんだ付けを含む赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。J-STD-020B規格に準拠した推奨プロファイルが提案されています。主要なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート温度：150-200°C。
• プリヒート時間：最大120秒。
• ピークボディ温度：最大260°C。
• 液相線以上時間：はんだペースト仕様に従った推奨時間。

このプロファイルは、熱衝撃を最小限に抑えるために、制御された立ち上がりと冷却を重視しています。

5.2 手はんだ付けに関する注意

手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります：

• はんだごて温度：最大300°C。
• 接触時間：リードごとに最大3秒。
• 頻度：パッケージや内部ダイボンドを損傷するのを避けるため、はんだ付けは一度だけ行うべきです。

5.3 保管および取り扱い条件

本LEDは湿気に敏感です。吸収した湿気によるリフロー中のポップコーン現象（パッケージのひび割れ）を防ぐために、特定の保管条件が義務付けられています。

• 未開封パッケージ：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤70%で保管。1年以内に使用すること。
• 開封済みパッケージ：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤60%で保管。周囲の空気に168時間以上さらされた場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間のベーキング（乾燥）を行い、湿気を除去する必要があります。
• 開封後の長期保管には、乾燥剤入りの密閉容器または窒素パージされたデシケーターを使用してください。

5.4 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。指定外の化学洗浄剤は、プラスチックパッケージやレンズを損傷する可能性があります。

6. 包装および発注情報

6.1 テープ・リール仕様

コンポーネントは、自動ピックアンドプレースマシンと互換性のある形式で供給されます。

• テープ幅：8 mm。
• リール直径：7インチ（178 mm）。
• 1リールあたりの数量：2000個。
• 最小発注数量（MOQ）：端数数量の場合500個。
• 包装はANSI/EIA-481仕様に従っています。キャリアテープの空きポケットは、コンポーネントを保護するためにトップカバーテープで密封されています。

7. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

7.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。その光出力は主に順電流（I_F）の関数であり、電圧ではありません。したがって、定電圧源で駆動することは、熱暴走や破壊を引き起こす可能性があるため推奨されません。標準的で最も信頼性の高い方法は、電圧源（例：V_CC= 5V または 3.3V）から給電する際に直列の電流制限抵抗を使用することです。抵抗値（R_S）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。複数のLEDを使用する場合、均一な電流分配と輝度を確保するために、並列接続された各LEDに個別の抵抗を使用することを強く推奨します。なぜなら、順電圧（V_F）は同じビン内でもわずかに変動する可能性があるためです。

7.2 熱管理

消費電力は比較的低い（最大114mW）ですが、適切な熱設計はLEDの寿命を延ばし、安定した光出力を維持します。PCBパッド設計が、熱を基板に放散するための十分なサーマルリリーフを提供していることを確認してください。LEDを最大定格電流（30mA）付近または高周囲温度（+85°Cに近い）で動作させると、光度が低下し、寿命が短くなる可能性があります。高信頼性が要求される用途では、動作電流を定格以下で使用する（デレーティング）ことが一般的な手法です。

7.3 光学的統合

拡散レンズの120度の指向角は、広く柔らかい光パターンを提供します。これは、LED自体がインジケータとして直接視認される用途や、小さな領域やアイコンの均一なバックライトが必要な用途に適しています。より集光した光が必要な用途では、二次光学系（別のレンズなど）が必要となります。拡散レンズはまた、明るいダイポイントの見え方を最小限に抑え、より均一な発光面を作り出すのにも役立ちます。

8. 技術比較と差別化

クリアレンズのLEDと比較して、この拡散レンズタイプは、ピーク軸上光度（カンデラ）を犠牲にして、はるかに広く均一な指向角を実現しています。これは性能上の欠陥ではなく、機能的な選択です。リン化ガリウム（GaP）グリーンLEDなどの旧来の技術と比較して、InGaNベースのデバイスは、はるかに高い発光効率（同じ電流でより明るい光出力）と、より鮮やかで純粋な緑色を提供します。鉛フリー高温リフローはんだ付けとの互換性は、旧来のスルーホールLEDや手はんだ付けが必要なデバイスとの差別化要因であり、現代の自動化されたSMT組立ラインに適合しています。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 5V電源を使用する場合、どの抵抗を使用すべきですか？

代表的なV_F3.3Vと、より長寿命のために希望するI_F20mAを使用すると、計算は次の通りです：R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85オーム。最も近い標準値は82オームまたは100オームです。選択した抵抗とビンからの最大/最小V_Fを使用して実際の電流を再計算し、安全な範囲内に収まることを確認してください。

9.2 3.3VのマイクロコントローラピンでこのLEDを駆動できますか？

可能ですが困難です。代表的なV_F（3.3V）は電源電圧と等しいため、希望する動作電流で直列抵抗のための電圧マージンが残りません。LEDは暗く点灯するか、全く点灯しない可能性があり、特にV_Fが範囲の上限（最大3.8V）にある場合はその可能性が高くなります。3.3Vレールからの効率的な動作には、専用のLEDドライバ回路またはブーストコンバータの使用を推奨します。

9.3 なぜ保管条件がそれほど厳しいのですか？

プラスチックエポキシパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があります。リフローはんだ付けの急速な加熱中に、この閉じ込められた湿気が瞬時に気化し、高い内部圧力を発生させます。これにより、パッケージがひび割れる（ポップコーン効果）または剥離し、即時の故障や長期信頼性の低下を引き起こす可能性があります。保管およびベーキング手順は、湿気の吸収を防ぎます。

10. 動作原理

本LEDにおける発光は、半導体InGaN p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。接合の内蔵電位を超える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。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。活性領域におけるインジウム・ガリウム・ナイトライド（InGaN）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、それが直接、放出される光の波長（色）を定義します—この場合は緑色です。拡散レンズは、散乱粒子を含むエポキシ樹脂で作られており、放出された光の方向をランダム化して指向角を広げます。

11. 業界動向

LED業界は、発光効率（ルーメン毎ワット）の向上、演色性の改善、コスト削減に引き続き焦点を当てています。インジケータタイプのSMD LEDに関しては、さらなる小型化（0402や0201のようなより小さなパッケージサイズ）、自動車および産業用途のためのより高い信頼性、設計者が均一な視覚的結果を達成するのを助けるための、より一貫性があり厳密な性能ビンの開発がトレンドです。組立におけるより高度な自動化への動きは、より要求の厳しいリフロープロファイルに耐えられる、より堅牢な包装を推進しています。