SMD LED グリーン ドームレンズ LTST-C930TGKT データシート - 2.8x3.2V - 76mW - 技術文書

1. 製品概要

LTST-C930TGKTは、インジウム・ガリウム・ナイトライド（InGaN）半導体材料を用いて緑色光を発する高輝度表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。特徴的なドーム形状のレンズを備えており、フラットレンズの代替品と比較して光出力と視野角特性を向上させるように設計されています。この部品は、自動ピックアンドプレース組立システムおよび標準リフローはんだ付けプロセスとの互換性を考慮して設計されており、大量生産環境に適しています。主な用途は、ステータスインジケータ、小型ディスプレイのバックライト、パネル照明、信頼性の高い一貫した緑色照明が求められる様々な民生電子機器です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、その材料とパッケージ設計に由来します。InGaNチップ技術は効率的な緑色発光を提供し、これは赤色や青色LEDと比較して高輝度を達成することがしばしばより困難です。ドームレンズは一次光学素子として機能し、半導体チップからの光取り出し効率を効果的に高め、より広く均一な視野角を提供します。デバイスはEIA規格に準拠した7インチリール用の8mmテープにパッケージングされており、自動生産ラインへのシームレスな統合を保証します。ターゲット市場は、特にオフィスオートメーション、通信機器、家電製品分野の電子機器メーカーなど、幅広い範囲を網羅しており、LEDは信頼性の高い視覚的表示部品として機能します。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、LTST-C930TGKTに規定された電気的、光学的、熱的パラメータの詳細な内訳を提供し、設計エンジニアに文脈を提供します。

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。通常動作を意図したものではありません。

• 電力損失（Pd）：76 mW。これは、周囲温度（Ta）25°CにおいてLEDパッケージが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、半導体接合部の過熱のリスクがあります。
• 直流順電流（IF）：20 mA。信頼性の高い長期性能のための推奨連続動作電流です。
• ピーク順電流：100 mA。これはパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容され、直流動作には使用すべきではありません。
• ディレーティング係数：50°C以上で0.25 mA/°C。この重要なパラメータは、周囲温度が50°Cを超えて1°C上昇するごとに、最大許容直流順電流を0.25 mAずつ直線的に減少させなければならないことを示します。例えば、70°Cでは、最大直流電流は20 mA - (0.25 mA/°C * 20°C) = 15 mAとなります。
• 逆電圧（VR）：5 V。これより大きい逆バイアス電圧を印加すると、LED接合部の破壊と故障を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度：それぞれ-20°C ～ +80°C および -30°C ～ +100°C。これらは、動作時および非動作時の保管における環境限界を定義します。
• はんだ付け条件：ウェーブ（260°C、5秒）、赤外線リフロー（260°C、5秒）、気相リフロー（215°C、3分）のための特定のプロファイルが提供されています。これらの時間-温度限界を遵守することは、パッケージのクラックやはんだ接合部の問題を防ぐために重要です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、特に断りのない限り、Ta=25°C、IF=20mAで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）：710.0 mcd（最小）から2000.0 mcd（標準）の範囲。これは、人間の目の明所視応答（CIE曲線）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光源の知覚される明るさです。特定のユニットの実際の強度は、そのビンコードに依存します。
• 視野角（2θ1/2）：25度（標準）。これは、光度が軸上（0°）で測定された値の半分に低下する全角です。25度の角度は、比較的集中したビームパターンを示し、より高い軸上強度のために設計されたドームレンズの特徴です。
• ピーク発光波長（λP）：530 nm（標準）。これは、スペクトルパワー出力が最大となる波長です。これはInGaN材料の物理的特性です。
• 主波長（λd）：525 nm（IF=20mA時標準）。これは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を表します。これは色指定のための重要なパラメータです。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：35 nm（標準）。これは、最大パワーの半分での発光スペクトルの帯域幅を測定します。35nmの値は緑色InGaN LEDでは一般的で、中程度に純粋な緑色を示します。
• 順電圧（VF）：20mA時、2.80V（最小）、3.20V（標準）、3.60V（最大）。これはLEDが動作しているときの両端の電圧降下です。その変動は電圧ビニングシステムによって管理されます。
• 逆電流（IR）：VR=5V時、10 μA（最大）。逆バイアス下での小さなリーク電流です。
• 静電容量（C）：VF=0V、f=1MHz時、40 pF（標準）。この接合容量は、高周波スイッチングアプリケーションに関連する可能性があります。

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に、LEDは性能ビンに分類されます。LTST-C930TGKTは3次元ビニングシステムを使用しています。

3.1 順電圧ビニング

ユニットは、20mA時の順電圧（VF）に基づいて分類されます。ビンコード（D7、D8、D9、D10）は、ビンごとに±0.1Vの許容差を持つ特定の電圧範囲に対応します。例えば、D8ビンのLEDは、VFが3.00Vから3.20Vの間になります。これにより、設計者は、特に複数のLEDが並列に接続されている場合など、電流制御が重要な回路において、一致した電圧降下を持つLEDを選択することができます。

3.2 光度ビニング

これは、明るさの一貫性にとっておそらく最も重要なビンです。ビン（V、W、X、Y）は、最小および最大光度値を定義し、それぞれ±15%の許容差があります。例えば、'W'ビンのLEDは、1120.0 mcdから1800.0 mcdの間の強度を持ちます。複数のインジケータで均一な明るさを必要とするアプリケーションでは、同じ強度ビンからLEDを選択することが不可欠です。

3.3 主波長ビニング

このビニングは色の一貫性を保証します。ビン（AP、AQ、AR）は、主波長（λd）の範囲を、±1 nmの厳しい許容差で定義します。例えば、'AQ'ビンのLEDは、λdが525.0 nmから530.0 nmの間になります。同じ波長ビンのLEDを使用することで、製品全体で一貫した緑色の色合いが保証されます。

4. 性能曲線分析

データシートで参照されている特定のグラフ（図1、図6）はありますが、その意味は標準的です。相対光度 vs. 順電流曲線は、低電流ではほぼ線形の関係を示し、高電流では効率低下と加熱により準線形に近づく傾向があります。順電圧 vs. 順電流曲線は指数関数的なターンオン特性を示し、動作領域で安定します。相対光度 vs. 周囲温度曲線は重要です。通常、負の温度係数を示し、接合温度が上昇すると光出力が減少することを意味します。これは、熱管理と電流ディレーティングの重要性を強調しています。スペクトル分布曲線（λPおよびΔλによって参照）は、530nmを中心としたガウス分布に似た形状を示します。

5. 機械的・パッケージング情報

デバイスは標準的なSMD LEDフットプリントに準拠しています。データシートには、一般的な公差±0.10mmの詳細なパッケージ寸法図（すべてmm単位）が含まれています。主な機械的特徴には、ドームレンズの形状とカソード識別マークが含まれます。信頼性の高いはんだフィレットとリフロー中の適切な位置合わせを確保するために、推奨はんだパッドレイアウトが提供されています。極性はデバイス上で明確にマークされており、通常はカソード側に切り欠きまたは緑色の点があり、逆接続を防ぐために組立時に観察されなければなりません。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

データシートは、2つの推奨赤外線（IR）リフロープロファイルを提供しています：1つは標準的なSnPbはんだプロセスのため、もう1つは鉛フリー（例：SnAgCu）プロセスのためのものです。両方のプロファイルは、制御された立ち上がり、フラックスを活性化し基板温度を均一にするための十分な予熱/ソークゾーン、液相線以上の定義された時間（TAL）、260°Cを超えないピーク温度、および制御された立ち下がりを強調しています。これらのプロファイルに従うことで、エポキシパッケージと半導体ダイへの熱衝撃を防ぎます。

6.2 保管と取り扱い

LEDは湿気に敏感なデバイスです。元の防湿バリア包装から取り出した場合、1週間以内にリフローはんだ付けする必要があります。元の袋の外で長期間保管する場合は、乾燥した環境（例えば、乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーター）で保管しなければなりません。環境湿度に1週間以上さらされた場合は、はんだ付け前に約60°Cで24時間のベーキングを推奨し、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

指定された洗浄剤のみを使用してください。イソプロピルアルコール（IPA）またはエチルアルコールが推奨されます。LEDは常温で1分未満浸漬する必要があります。過酷または未指定の化学薬品は、エポキシレンズ材料を損傷し、曇りやクラックを引き起こす可能性があります。

7. パッケージングと発注情報

標準的なパッケージングは、7インチ径リールあたり1500個で、部品は8mm幅のエンボスキャリアテープ上にあります。テープには空のポケットを密封するためのカバーテープがあります。残りリールの最小発注数量は500個です。パッケージングはANSI/EIA-481-1-A規格に準拠しています。型番LTST-C930TGKT自体は、おそらく内部コーディングスキームに従っており、'LTST'は製品ファミリー、'C930'は特定のシリーズ/パッケージ、'TG'は色（緑）とレンズタイプを示し、'KT'はビニングまたはその他のバリアントを示している可能性があります。

8. アプリケーション設計推奨事項

8.1 駆動回路設計

重要な考慮事項：LEDは電圧駆動ではなく、電流駆動デバイスです。LEDを動作させる最も信頼性の高い方法は、定電流源を使用することです。単純な電圧駆動回路では、直列の電流制限抵抗が絶対に必須です。データシートは、複数のユニットが並列に接続されている場合、各LEDに個別の抵抗を使用することを強く推奨しています（回路モデルA）。複数の並列LEDに単一の抵抗を使用すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLED間の順電圧（VF）特性のわずかな変動が、電流分担に大きな不均衡を引き起こし、不均一な明るさと最低VFのLEDへの過負荷の可能性をもたらすためです。

8.2 静電気放電（ESD）保護

LEDは静電気放電による損傷を受けやすいです。取り扱いおよび組立環境では適切なESD対策を実施する必要があります：接地されたリストストラップと作業台を使用し、プラスチックレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和するためにイオナイザーを使用し、すべての機器が適切に接地されていることを確認してください。

8.3 熱管理

電力損失は低い（最大76mW）ですが、PCBパッドを通じた効果的な放熱は、LEDの性能と寿命を維持するために重要です。ディレーティング曲線（50°C以上で0.25 mA/°C）は、LED周辺の周囲温度が高くなると予想される設計に適用する必要があります。PCB上のはんだパッド周囲に十分な銅面積を確保することで、放熱に役立ちます。

9. 技術比較と差別化

LTST-C930TGKTの主な差別化は、ドームレンズと緑色光のためのInGaN技術の組み合わせにあります。フラットレンズLEDと比較して、ドームはより高い軸上光度とより制御された視野角を提供します。緑色のためのリン化ガリウム（GaP）などの古い技術と比較して、InGaNは著しく高い輝度と効率を提供します。鉛フリー（Pbフリー）リフロープロセスとの互換性により、現代のRoHS準拠の電子機器製造に適しています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5V電源から直接駆動できますか？

A: いいえ。直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。20mA時の標準VFが3.2Vの場合、オームの法則（R = (電源電圧 - Vf) / If）を使用すると、抵抗値は（5V - 3.2V）/ 0.02A = 90オームになります。標準の91または100オームの抵抗が適切であり、その定格電力は少なくともI^2 * R = (0.02^2)*90 = 0.036Wである必要があるため、1/10Wまたは1/8Wの抵抗で十分です。

Q: なぜ光度は範囲（710-2000mcd）として与えられているのですか？

A: これは全体の仕様の広がりです。実際の生産ユニットはより狭いビン（V、W、X、Y）に分類されます。設計で一貫した明るさを得るには、発注時に必要な強度ビンを指定してください。

Q: 絶対最大直流順電流20mAを超えるとどうなりますか？

A: 20mAを超えて連続動作すると、接合温度が安全限界を超えて上昇し、ルーメン減衰（LEDが時間とともに暗くなる）を加速し、壊滅的な故障を引き起こす可能性があります。特に周囲温度が高い場合、駆動回路は電流を定格値以下に制限するように設計してください。

11. 設計と使用事例

シナリオ：10個の均一に明るい緑色LEDを使用したステータスインジケータパネルの設計。

1. 回路設計：安定化電圧源（例：5V）を使用します。10個の個別の電流制限抵抗を、各LEDと直列に配置します。複数のLEDで1つの抵抗を共有しないでください。

2. 部品選択：すべてのLEDを同じ光度ビン（例：すべて'W'ビン）および同じ主波長ビン（例：すべて'AQ'ビン）から発注して、均一な明るさと色を保証します。各LEDに独自の抵抗があるため、順電圧ビンはここではそれほど重要ではありません。

3. PCBレイアウト：データシートの推奨はんだパッド寸法に従ってください。カソード/アノードパッドが大きな銅面に接続されている場合は、はんだ付けを助けるために小さなサーマルリリーフ接続を含めてください。

4. 組立：推奨される鉛フリーIRリフロープロファイルに従ってください。組立エリアにESD対策があることを確認してください。

5. 結果：10個すべてのLEDで一貫した色と明るさを持つ、信頼性が高くプロフェッショナルな外観のインジケータパネル。

12. 動作原理の紹介

LEDは半導体p-n接合ダイオードです。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。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。標準的なシリコンダイオードでは、このエネルギーは主に熱として放出されます。InGaNのような直接遷移型半導体では、この再結合エネルギーの大部分が光子（光）として放出されます。発光の特定の波長（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定されます。インジウム・ガリウム・ナイトライド（InGaN）合金により、エンジニアはこのバンドギャップを調整して、スペクトルの青色、緑色、紫外線部分で光を生成することができます。チップを囲むドーム形状のエポキシレンズは、チップを保護し、光出力を形成し、取り出し効率を向上させ、視野角を定義する役割を果たします。

13. 技術トレンド

LED技術の分野、特に緑色発光については、進化を続けています。主なトレンドは以下の通りです：

- 効率向上（ルーメン毎ワット）：進行中の材料科学研究は、特に緑色波長において、InGaN LEDの効率低下を減らすことを目指しており、歴史的に青色や赤色よりも効率が低い傾向にあります。

- 色の一貫性とビニング：エピタキシャル成長と製造管理の進歩により、固有パラメータの分布が狭まり、ビン内の広がりと広範な選別の必要性が減少しています。

- 小型化：より小さく、密度の高い電子機器への要望は、光出力を維持または向上させながら、さらに小さなパッケージフットプリントのLEDを推進し続けています。

- 信頼性と寿命：パッケージ材料、ダイアタッチ方法、蛍光体技術（白色LED用）の改善により、過酷な環境条件下での動作寿命と性能が延長されています。