SMD LED LTST-C150KDKT-10A データシート - 1.6x0.8x0.6mm - 2.4V - 50mW - 赤色 AllnGaP - 英語技術文書

1. 製品概要

この文書は、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。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、幅広い電子機器におけるスペース制約のある用途に最適な部品です。

1.1 特徴

• RoHS環境指令に準拠。
• 赤色光を発する超高輝度アルミニウムインジウムガリウムリン（AllnGaP）半導体チップを採用しています。
• 自動実装に対応するため、8mmテープに包装され、直径7インチのリールに巻き取られています。
• 標準EIAパッケージフットプリント。
• 入力は標準集積回路(IC)ロジックレベルと互換性あり。
• 自動ピックアンドプレース実装装置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えます。

1.2 ターゲットアプリケーション

このLEDは、コンパクトで信頼性の高いインジケータやバックライト光源を必要とする幅広い用途に適しており、以下に限定されません：

• Telecommunication devices, office automation equipment, home appliances, and industrial control systems.
• キーパッドやキーボードのバックライト用。
• ステータスおよび電源インジケーター。
• マイクロディスプレイおよびパネルインジケーター。
• 信号と象徴的照明。

2. 技術パラメータ：客観的かつ詳細な解釈

以下のセクションでは、デバイスの電気的、光学的、および環境仕様について詳細な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの値は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性がある限界を表しています。これらの条件下での動作は保証されません。すべての定格は、周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 電力損失 (Pd): 50 mW。これはデバイス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))): 40 mA。これは最大許容瞬時順方向電流であり、通常、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。
• Continuous Forward Current (I_F): 20 mA。これは連続動作における推奨最大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： -30°C から +85°C。デバイスが機能するように設計されている周囲温度の範囲。
• 保管温度範囲： -40°C から +85°C。非動作時の保管温度範囲。
• 赤外線リフローはんだ付け条件： 260°Cのピーク温度を最大10秒間。これは、組立時にパッケージが耐えられる熱プロファイルを定義します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、通常動作条件下（周囲温度Ta=25°C、I_F=10mA、特に記載がない限り）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): 2.8 から 28.0 mcd (ミリカンデラ)。光出力の知覚される明るさ。この広い範囲はビニングシステムによって管理される。
• 指向角 (2θ_1/2): 130度。これは、光度が軸上測定値の半分に低下する全角度です。このような広い視野角は、インジケータに適した広く拡散した光パターンを提供します。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 650.0 nm (ナノメートル)。スペクトルパワー出力が最大となる波長です。
• Dominant Wavelength (λ_d): 630.0 から 645.0 nm。これは、色（この場合は赤）を定義する、人間の目が知覚する単一波長です。CIE色度図から導出されます。
• スペクトル線半値幅 (Δλ): 20 nm (typical)。これは発光のスペクトル純度または帯域幅を示し、最大パワーの半値におけるスペクトル幅として測定されます。
• 順方向電圧 (V_F): 1.6 ～ 2.4 V。指定された試験電流 (10mA) で駆動した際のLED両端の電圧降下。
• 逆方向電流 (I_R): 最大10 μA (マイクロアンペア)。最大逆方向電圧 (5V) 印加時に流れる微小なリーク電流。

3. ビニングシステムの説明

生産アプリケーションにおける輝度の一貫性を確保するため、LEDは性能グループ、すなわち「ビン」に分類されます。

3.1 光度ビンコード

本製品の主なビニングは、10mAで測定された光度に基づいています。各ビン内の許容差は+/-15%です。

• Bin H: 2.8 - 4.5 mcd
• Bin J: 4.5 - 7.1 mcd
• Bin K: 7.1 - 11.2 mcd
• Bin L: 11.2 - 18.0 mcd
• Bin M: 18.0 - 28.0 mcd

このシステムにより、設計者は特定の用途に適した輝度グレードを選択し、コストと性能のバランスを取ることができます。

4. 性能曲線分析

元の文書では具体的なグラフィカルデータが参照されていますが、主要な関係性は、標準的なLEDの物理特性と提供されたパラメータに基づいてここで説明されています。

4.1 電流対電圧（I-V）特性

LEDはダイオードです。その順方向電圧（V_F）は順方向電流（I_F). 指定されたV_F 10mAにおける1.6Vから2.4Vの範囲は、赤色AllnGaP LEDの典型的な値です。推奨連続電流（20mA）を超えて動作させると、V_F はわずかに上昇しますが、主に過剰な熱を発生させ、効率と寿命を低下させます。

4.2 光度 vs. 順方向電流

光出力（I_V）は、広い範囲で順電流にほぼ比例します。ただし、非常に高い電流では、熱効果の増大やその他の非理想的な半導体の挙動により、効率は低下する傾向があります。LEDを典型的な10mAまたは20mAで駆動することで、最適な効率と信頼性が確保されます。

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): 減少する。これは負の温度係数を持つ。
• 光度 (I_V): 減少する。温度が高くなると半導体の内部量子効率が低下し、同じ電流でも発光出力が低くなる。
• Dominant Wavelength (λ_d): わずかにシフトする可能性があり、知覚される色相が変化する恐れがある。

PCB設計における適切な熱マネジメントは、性能の一貫性を維持するために極めて重要である。

4.4 Spectral Distribution

放射スペクトルはピーク波長（λ）を中心に分布している。_P）は650 nmで、典型的な半値幅（Δλ）は20 nmです。これにより飽和した赤色が得られます。主波長（λ_dこれは知覚される色を定義するもので、波長は630 nmから645 nmの間にあります。

5. 機械およびパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは標準的な表面実装型パッケージ外形に準拠しています。主要寸法は、本体が長さ約1.6mm、幅約0.8mm、高さ約0.6mmです（詳細図面は原典参照）。特に指定がない限り、全ての寸法公差は±0.1mmです。レンズはウォータークリアであり、AllnGaPチップ本来の赤色が視認できます。

5.2 推奨PCBランドパターン

信頼性の高いはんだ付けと適切な位置合わせを確保するため、プリント基板用のはんだパッドレイアウトの提案を提供します。このパターンは、リフロー工程での良好なはんだフィレット形成を促進しつつ、はんだブリッジのリスクを最小限に抑えるように設計されています。

5.3 極性識別

カソード（負極端子）は通常、LEDパッケージ上の切り欠き、緑色の点、レンズの角切りなどの視覚的マーカーで示されます。逆電圧を印加するとデバイスを損傷する可能性があるため、組立時には正しい極性を遵守する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは鉛フリー（Pb-free）はんだ付けプロセスに対応しています。JEDEC規格に準拠した推奨リフロープロファイルを提供します。

• プリヒート温度： 150°Cから200°C。
• 予熱時間： 最大120秒。
• ピークボディ温度： 最大260°C。
• 260°C以上時間： 最大10秒間。
• リフロー工程数： 最大2回まで。

実際のPCB設計、ソルダーペースト、および使用するオーブンに応じて、具体的なプロファイルを特性評価する必要があります。

6.2 手はんだ付け（必要な場合）

手作業による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。
• はんだ付け時間: リードごとに最大3秒。
• はんだ付け試行回数: 接続ごとに1回のみ。

長時間の加熱は、内部ワイヤーボンドおよびエポキシ樹脂パッケージを損傷する可能性があります。

6.3 保管条件

Moisture sensitivity level (MSL)は、SMD部品にとって重要な要素です。

• 密閉包装（乾燥剤付き）： 30°C以下、相対湿度90%以下で保存。乾燥包装日から1年以内に使用してください。
• 開封済み包装： 30°C以下、相対湿度60%以下で保管してください。部品は1週間以内（MSL 3）にIRリフロー工程にかける必要があります。
• 延長保管（袋出し後）： 乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーター内で保管してください。1週間以上保管した場合は、はんだ付け前に60°Cで少なくとも20時間のベーキングを行い、吸湿した水分を除去し、リフロー中の「ポップコーン現象」を防止する必要があります。

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承認済みアルコール系溶剤のみを使用してください。常温での浸漬は1分未満とします。指定外の化学洗浄剤はLEDレンズやパッケージ材を損傷する可能性があります。

7. 梱包および注文情報

7.1 テープ・アンド・リール仕様

部品は自動実装用のエンボス加工キャリアテープに供給されます。

• キャリアテープ幅： 8mm。
• リール直径： 7インチ。
• リールあたりの数量： 3000個（標準フルリール）。
• 残数に対する最小発注数量（MOQ）： 500個。
• ポケットシーリング： 空のポケットはカバーテープでシールされます。
• 欠品： 業界標準（ANSI/EIA 481）に基づき、連続する欠落ランプは最大2つまで許容されます。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

LEDは電流駆動デバイスです。均一な輝度を確保し、特に複数のLEDを並列駆動する際の電流集中を防ぐため、各LEDに直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。抵抗値（R）はオームの法則を用いて計算されます：R = (V_SUPPLY - V_F) / I_F、ここでV_F は所望の電流IにおけるLEDの順方向電圧です_F。計算にデータシートの最大V_F （2.4V）を使用することで、デバイス間のばらつきがあっても電流が目標値を超えないことを保証します。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理： 消費電力は低い（最大50mW）が、PCBパッドを通じた良好な熱経路を確保することは、特に周囲温度が高い場合や駆動電流が大きい場合に、安定した光出力と長寿命を維持するのに役立つ。
• ESD（静電気放電）保護： LEDは静電気に敏感です。取り扱いや組立時には、適切なESD対策（リストストラップ、接地された作業台、導電性フロア）を実施する必要があります。
• Optical Design: 130度の視野角は広い照射を実現します。より集光した光が必要な場合は、外部レンズや導光板が必要となる場合があります。

9. 技術的比較と差別化

このAllnGaP赤色LEDは以下の特定の利点を提供します：

• vs. 従来のGaAsP赤色LED： AllnGaP技術は大幅に高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力、またはより低い電力で同等の輝度を実現します。
• 標準スルーホールLEDとの比較： SMDパッケージははるかに高い実装密度を可能にし、完全自動化された生産ラインと互換性があり、PCB上のリード曲げや穴あけ加工が不要となります。
• 主な利点： AllnGaPによる高輝度、広視野角、そしてコンパクトでリフローはんだ付け可能なパッケージの組み合わせにより、このデバイスは現代の電子機器において非常に汎用性が高い。

10. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

10.1 このLEDを3.3Vまたは5Vのロジックピンから直接駆動できますか？

いいえ、電流制限抵抗なしでは駆動できません。 直接接続すると、ピンの電流供給能力とLEDの動的抵抗によってのみ制限される非常に大きな電流が流れようとし、LEDを破壊するか駆動ICを損傷する可能性が高いです。必ず直列抵抗を使用してください。

10.2 なぜ光度（2.8〜28.0 mcd）にこれほど広い範囲があるのですか？

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（H から M）は、測定された輝度によって部品を分類します。アプリケーションで見た目を均一にするには、同じ光度ビンに属するLEDを指定して使用してください。

10.3 20mAの連続定格電流を超えるとどうなりますか？

定格を超えると接合温度が上昇します。これにより半導体材料の劣化が加速し、光出力の恒久的かつ急速な低下（ルーメン減衰）を引き起こし、最悪の場合、破壊的故障に至る可能性があります。回路設計では常に絶対最大定格内で動作するように設計してください。

11. 実用的な使用例

11.1 設計事例：ステータスインジケータパネル

シナリオ： 5Vレールから給電される、10個の同一赤色ステータスインジケーターを備えた制御パネルの設計。均一な輝度が重要。
設計手順：

1. 駆動電流の選択： Iの選択_F = 10mAで良好な輝度と長寿命を実現。
2. 抵抗値の計算： 最大V_F (2.4V)を最悪ケース設計に使用。R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260Ω。最も近い標準E24値は270Ω。
3. 抵抗の電力計算： P = I² * R = (0.01)² * 270 = 0.027W。標準的な1/8W (0.125W) または 1/10W 抵抗器で十分です。
4. LEDビンを指定： 全ての10個のインジケーターを一致させるため、発注書には単一の光度ビン（例：ビンL: 11.2-18.0 mcd）のLEDを指定してください。
5. PCBレイアウト： 推奨ランドパターンを使用してください。パネル設計が130度の視野角を確保し、意図したユーザー位置からインジケーターが見えるようにしてください。

12. 動作原理の概要

発光ダイオード（LED）は、電気エネルギーをエレクトロルミネセンスと呼ばれるプロセスを通じて直接光に変換する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧を印加すると、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際、エネルギーを放出します。AllnGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDでは、このエネルギーは主に可視スペクトルの赤色領域における光子（光）として放出されます。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、それは結晶成長プロセスにおいてアルミニウム、インジウム、ガリウムの比率を調整することで設計されます。

13. 技術動向と開発

オプトエレクトロニクスの分野は進化を続けている。業界で観察される一般的な傾向には以下が含まれる：

• 効率の向上： 継続的な材料科学およびチップ設計の研究により、ワット当たりのルーメン（lm/W）をより多く生成するLEDが実現され、同じ光束出力に対する電力消費が削減される。
• 小型化： パッケージサイズはさらに小型化が進み（例：0402、0201メトリックサイズ）、超小型デバイス向けにPCB上でのさらなる高密度実装を可能にします。
• 色の一貫性の向上： エピタキシャル成長とビニング技術の進歩により、主波長と光度の公差がより厳密になり、設計者は色と輝度をより精密に制御できるようになりました。
• 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。

これらの進展は、拡大するアプリケーション範囲に対して、設計者により高性能で効率的かつ信頼性の高いコンポーネントを提供することを目指しています。