SMD LED LTST-C19DKFKT-NB データシート - オレンジ AlInGaP - 20mA - 50mW - 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。本デバイスは、アルミニウムインジウムガリウムリン (AlInGaP) 半導体チップを用いてオレンジ色の光を生成します。自動化されたプリント基板 (PCB) 実装向けに設計されており、業界標準の8mmテープに巻かれた7インチリールに梱包されているため、大量生産環境に適しています。その小型フットプリントと堅牢な構造は、様々な電子分野におけるスペース制約のある、信頼性重視のアプリケーションに対応します。

1.1 特長

• 有害物質使用制限 (RoHS) 指令に準拠。
• 高輝度AlInGaP半導体チップを採用し、高い発光効率を実現。
• 自動ピック＆プレース装置用に、7インチ径リールに巻かれた8mmテープに梱包。
• 電子工業会 (EIA) 標準パッケージ外形に準拠。
• 入力論理レベルは、標準集積回路 (IC) 出力と互換性があります。
• 自動表面実装技術 (SMT) 実装装置との互換性を考慮して設計。
• 鉛フリー (Pbフリー) 実装プロセスで使用される標準的な赤外線 (IR) リフローはんだ付けプロファイルに耐えます。

1.2 用途

本LEDは、信頼性の高いコンパクトな表示またはバックライトが必要とされる幅広い電子機器向けに設計されています。主な用途分野は以下の通りです：

• 通信機器：ルーター、モデム、携帯電話の状態表示灯。
• オフィスオートメーション：キーパッド、キーボード、プリンターやスキャナーの状態表示灯のバックライト。
• 民生家電：家庭用機器の電源、モード、または機能表示灯。
• 産業機器：機械および制御システムのパネル表示灯。
• マイクロディスプレイ＆サイネージ：シンボル表示灯や小型情報表示の低レベル照明。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

以下のセクションでは、定義された条件下でのデバイスの動作限界および性能特性について詳細な分析を提供します。特に断りのない限り、すべての定格および特性は周囲温度 (Ta) 25°Cで規定されています。

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ておらず、回路設計では避けるべきです。

• 電力損失 (Pd)：50 mW。これは、最大接合温度を超えることなく、パッケージが熱として放散できる最大総電力 (電流 * 順方向電圧) です。
• ピーク順方向電流 (I_FP)：40 mA。これは、熱上昇を管理するために、通常パルス条件 (1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅) で規定される、許容される最大瞬間順方向電流です。
• 連続順方向電流 (I_F)：20 mA。これは、長期信頼性と安定した光出力を確保するための、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、接合破壊およびデバイス故障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。デバイスが正しく機能するように設計された周囲温度範囲です。
• 保管温度範囲：-40°C から +85°C。劣化なしで非動作状態で保管できる温度範囲です。
• はんだ付け温度：10秒間260°Cに耐えます。これは、鉛フリーリフローはんだ付けプロセスとの互換性を定義します。

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= 5mA, Ta=25°C) におけるデバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度 (I_V)：8.2 から 28.0 ミリカンデラ (mcd)。視感度 (人間の目) 応答曲線に一致するようにフィルタリングされたセンサーを使用して、軸上で測定されます。この広い範囲は、ビニングシステムによって管理されます。
• 指向角 (2θ_1/2)：50 度。これは、光度が軸上 (0°) 値の半分に低下する全角であり、ビームの広がりを定義します。
• ピーク発光波長 (λ_P)：約 611 nm。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)：595 から 610 nm。これは、CIE色度座標から導出され、人間の目が光の色として知覚する単一波長です。色指定のための主要なパラメータです。
• スペクトル線半値幅 (Δλ)：約 17 nm。発光スペクトルの最大パワーの半分における幅であり、色純度を示します。
• 順方向電圧 (V_F)：1.70 から 2.30 V。5mAの電流で駆動したときのLED両端の電圧降下です。この範囲もビニングによって管理されます。
• 逆電流 (I_R)：最大 10 μA。最大逆電圧 (5V) が印加されたときに流れる小さなリーク電流です。

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は主要なパラメータに基づいて選別 (ビニング) されます。これにより、設計者はアプリケーションに必要な特定の電圧、輝度、色の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順方向電圧 (V_F) ビニング

ビンは、テスト電流5mAにおける順方向電圧範囲を定義します。これは、特に複数のLEDが並列接続される場合に、均一な電流分配を確保するための電流制限回路の設計において重要です。

• ビン D1： V_F= 1.7V から 1.9V
• ビン D2： V_F= 1.9V から 2.1V
• ビン D3： V_F= 2.1V から 2.3V
• ビンごとの許容差：±0.1V

3.2 光度 (I_V) ビニング

ビンは、最小および最大の光出力を分類し、輝度ニーズに基づいた選択を可能にします。

• ビン K： I_V= 8.2 mcd から 11.0 mcd
• ビン L： I_V= 11.0 mcd から 18.0 mcd
• ビン M： I_V= 18.0 mcd から 28.0 mcd
• ビンごとの許容差：±15%

3.3 主波長 (λ_d) ビニング

このビニングは、異なる製造ロット間での色の一貫性を確保し、色合わせが必要なアプリケーションにとって重要です。

• ビン N： λ_d= 595 nm から 600 nm
• ビン P： λ_d= 600 nm から 605 nm
• ビン Q： λ_d= 605 nm から 610 nm
• ビンごとの許容差：±1 nm

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのデバイスの挙動に関する洞察を提供します。データシートで参照される特定の曲線はありますが、典型的な関係を以下に説明します。

4.1 電流-電圧 (I-V) 特性

順方向電圧 (V_F) は、順方向電流 (I_F) に対して対数的な関係を示します。これは非線形に増加し、非常に低い電流 (ターンオン電圧付近) では急激に上昇し、より高い電流ではチップおよびパッケージ内の直列抵抗によりより線形に増加します。指定された電流範囲内でLEDを動作させることで、安定したV_Fと最適な効率が確保されます。

4.2 光度-順方向電流特性

光出力 (光度) は、広い範囲で順方向電流にほぼ比例します。ただし、効率 (ルーメン毎ワット) は、熱効果の増加とドループにより、非常に高い電流では低下する可能性があります。データシートの代表的な動作条件である5mAは、輝度、効率、および寿命のバランスを考慮して選択されています。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。接合温度が上昇すると：

- 順方向電圧 (V_F) は通常低下します。

- 所定の電流に対する光度は低下します。

- 主波長がわずかにシフトする可能性があります (通常、AlInGaPでは長波長側へ)。動作温度範囲全体で一貫した光学性能を維持するには、PCB設計における適切な熱管理が不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは、標準的なSMDパッケージ外形に準拠しています。特に指定のない限り、主要な寸法公差は±0.1mmです。レンズはウォータークリアでブラックキャップを備えており、迷光反射を低減し、オレンジ発光の知覚輝度を向上させることでコントラストを高めます。

5.2 推奨PCBランドパターン

リフロー中に信頼性の高いはんだ接合を形成するために、推奨されるはんだパッドレイアウトが提供されています。このパターンは、良好なはんだ濡れ、適切な位置合わせ、十分な機械的強度を促進し、はんだブリッジを最小限に抑えるように設計されています。この推奨事項に従うことは、実装歩留まりにとって極めて重要です。

5.3 極性識別

カソードは通常、デバイス本体にマークされており、レンズの緑色の色合い、切り欠き、またはドットで示されることが多いです。正しい極性を実装時に確認し、回路の適切な動作を確保する必要があります。

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パラメータ (Pbフリープロセス)

本デバイスは、鉛フリーはんだ付けに適合しています。重要なパラメータは、ピークボディ温度が最大10秒間260°Cを超えないことです。完全なリフロープロファイルには以下が含まれます：

- 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の制御されたランプアップ。

- ソークゾーン：通常150-200°Cで最大120秒間、基板温度を均一化します。

- リフローゾーン：最大260°Cのピーク温度で、液相線以上 (TAL) の時間を制御します。

- 冷却ゾーン：はんだ接合を固化させるための制御されたランプダウン。

プロファイルは、特定のPCB実装に基づいて、JEDEC規格およびはんだペーストメーカーの推奨事項に従って開発する必要があります。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、最大300°Cに設定された温度制御付きはんだごてを使用してください。はんだパッドとの接触時間は、接合ごとに3秒以下に制限し、LEDパッケージやワイヤーボンドへの熱損傷を防ぐために一度だけ行うべきです。

6.3 保管および取り扱い

- ESD対策：LEDは静電気放電 (ESD) に敏感です。接地リストストラップ、帯電防止マット、および管理された環境下で取り扱ってください。

- 湿気感受性：本パッケージは、湿気感受性レベル (MSL) 3に格付けされています。元の密閉された防湿バッグが開封された場合、部品は工場出荷状態 (≤30°C/60% RH) から1週間 (168時間) 以内にIRリフローを施す必要があります。この期間を超えて保管する場合は、はんだ付け前に少なくとも20時間60°Cでベーキングしてください。

- 長期保管：未開封のバッグは、≤30°Cおよび≤90% RHで保管し、日付コードから1年間の推奨保存期間があります。

6.4 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マイルドなアルコール系溶剤を使用してください。浸漬は室温で1分未満とします。過酷または未指定の化学薬品は、プラスチックレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

本デバイスは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに梱包され、7インチ (178mm) 径のリールに巻かれています。標準梱包では、リールあたり4000個です。フルリール未満の数量については、最小梱包数量500個が利用可能です。テープおよびリールの寸法は、自動フィーダーとの互換性を確保するためにANSI/EIA-481規格に準拠しています。

7.2 品番の解釈

品番 LTST-C19DKFKT-NB は、特定の属性をエンコードしています：

- LTST：製品ファミリー/シリーズ識別子。

- C19DKFKT：パッケージタイプ、色、および性能特性を定義する内部コード。

- NB：特定のビン組み合わせまたは特別なオプション (例：特定のV_F/I_V/λ_dビン) を示すことが多いサフィックス。このサフィックスの正確なビンコードは、サプライヤーに確認する必要があります。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮点

8.1 電流制限

LEDは電流駆動デバイスです。常に直列の電流制限抵抗または定電流駆動回路を使用してください。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F。データシート (または選択したビン) の最大V_Fを使用して、電源電圧変動や部品公差があっても電流が最大定格を超えないようにします。

8.2 熱管理

電力損失は低いですが、PCB銅パッドを通じた効果的な放熱は寿命を延ばし、安定した光出力を維持します。サーマルパッドに接続された十分な銅面積を使用し、特に高温環境下または最大電流近くで駆動する場合には、熱ビアを内部層または底面層に設けて放熱を改善することを検討してください。

8.3 光学設計

50度の指向角は広いビームを提供します。より集光されたビームが必要なアプリケーションでは、二次光学素子 (レンズ) を使用できます。ブラックキャップはサイドグレアを低減するため、軸外視認性を最小限に抑える必要があるフロントパネル表示灯に適しています。

9. 技術比較および差別化

このAlInGaPオレンジLEDは、他の技術と比較して明確な利点を提供します：

- 従来のGaAsP/GaPとの比較：AlInGaPは、同じ駆動電流に対して著しく高い発光効率と輝度を提供し、所定の光出力に対して消費電力を低減するか、または視認性を向上させます。

- 蛍光体変換LEDとの比較：直接発光型AlInGaP LEDは、通常、より狭いスペクトル帯域幅 (≈17nm) を持ち、オレンジ色に見えるようにフィルタリングされた蛍光体変換白色LEDの広いスペクトルと比較して、より飽和した純粋なオレンジ色を提供します。

- 他のパッケージサイズとの比較：標準化されたEIAパッケージは、業界標準のPCBフットプリントおよびピック＆プレースノズルとの幅広い互換性を確保し、設計および実装の複雑さを軽減します。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q1: このLEDを3.3Vまたは5Vのロジック出力から直接駆動できますか？

A: 電流制限抵抗なしでは直接駆動できません。順方向電圧は約1.8Vであるため、3.3Vまたは5Vに直接接続すると過剰な電流が流れ、LEDを破壊します。常に適切な直列抵抗を計算して使用してください。

Q2: なぜ光度 (8.2 から 28.0 mcd) にこれほど広い範囲があるのですか？

A: これは半導体製造における自然なばらつきによるものです。ビニングシステム (K, L, M) により、アプリケーションに必要な輝度グレードを選択でき、生産ロット内の一貫性を確保します。

Q3: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長 (λ_P) は、光スペクトルの物理的なピークです。主波長 (λ_d) は、CIE色度座標から計算され、人間の目が色として知覚する単一波長を表します。λ_dは、色指定および色合わせにとってより関連性の高いパラメータです。

Q4: このLEDを何回リフローできますか？

A: データシートでは、はんだ付け条件 (260°C、10秒) を最大2回適用できると規定されています。これは潜在的なリワークを考慮したものです。リフローサイクルを最小限に抑えることがベストプラクティスです。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ: ネットワークスイッチの状態表示灯の設計。

LEDは各ポートでリンクアクティブを示します。設計では3.3V電源ラインを使用します。

1. 電流選択：適切な輝度と長寿命のために、I_F= 5mAを選択します。

2. 抵抗計算：保守的なV_Fを2.3V (データシートの最大値) と仮定すると、R = (3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200Ω。標準の220Ω抵抗を使用すると、I_F≈ (3.3-1.8)/220 ≈ 6.8mAとなり、これは依然として安全で良好な輝度を提供します。

3. ビニング：パネル上のすべてのポートで均一な外観を得るために、厳密な主波長ビン (例：ビン P: 600-605nm) と一貫した光度ビン (例：ビン L: 11-18mcd) を指定します。

4. PCBレイアウト：推奨されるランドパターンを使用します。カソードパッドをわずかに大きな銅面に接続して、軽微な放熱を行います。

5. 実装：IRリフロープロファイルガイドラインに従います。LEDがMSL 3のフロアライフを超えて暴露された場合は、基板をベーキングしてください。

12. 動作原理

このLEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。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。接合のターンオン電圧を超える順方向バイアス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。ここで、それらは放射再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定のバンドギャップエネルギーが、発光の波長 (色) を決定し、この場合はオレンジスペクトル (≈605nm主波長) になります。エポキシレンズパッケージは、半導体チップを保護し、機械的安定性を提供し、発光パターンを形成する役割を果たします。

13. 技術トレンド

このようなSMD LEDの開発は、光エレクトロニクスにおけるより広範なトレンドの一部です：

- 効率向上：継続的な材料科学研究は、AlInGaPおよび他の化合物半導体の内部量子効率および光取り出し効率を改善し、ワットあたりのルーメンを向上させることを目指しています。

- 小型化：より小型で高密度なエレクトロニクスへの要望は、光学性能を維持または向上させながら、パッケージサイズを縮小する (例：0603から0402メトリックフットプリントへ) ことを推進し続けています。

- 統合：トレンドには、カラーミキシングのために複数のLEDチップ (RGB) を単一パッケージに統合すること、またはスマート照明ソリューションのために制御ICとLEDを組み合わせることが含まれます。

- 信頼性と標準化：自動車、産業、およびプロフェッショナル照明アプリケーションの要求を満たすために、厳格な品質基準、より長い動作寿命、および標準化されたテスト/性能指標 (例：寿命予測のためのTM-21) に重点が置かれています。