SMD LED LTST-416GEBW-P3 データシート - 白色拡散レンズ - RGBチップ - 5mA駆動 - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、自動プリント基板実装向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDの仕様を詳細に説明します。本コンポーネントは白色拡散レンズを備え、単一パッケージ内に3つの異なる半導体光源（緑色InGaNチップ、赤色AlInGaPチップ、青色InGaNチップ）を統合しています。拡散レンズを通した合成出力により、白色光の外観を実現します。この設計は、信頼性の高い状態表示、シンボル照明、またはフロントパネルバックライトが必要な、消費電力機器、通信機器、産業機器におけるスペース制約のあるアプリケーションを対象としています。

1.1 主な特長

• RoHS環境指令に準拠。
• 自動ピックアンドプレースシステム向けに、7インチ径リール内の12mmテープにパッケージング。
• 設計互換性のための標準化されたEIAパッケージフットプリント。
• ロジックレベル互換の駆動電流。
• 赤外線リフローはんだ付けプロセスに耐性あり。
• JEDEC Moisture Sensitivity Level 3に事前調整済み。

1.2 対象アプリケーション

• 通信およびネットワークハードウェアにおける状態インジケータ。
• オフィスオートメーションおよび家電製品における信号およびシンボル照明。
• 産業制御機器のフロントパネルバックライト。
• 消費電力機器における汎用インジケータ照明。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的分析

以下のセクションでは、原資料で定義されたデバイスの電気的、光学的、および熱的特性について、詳細かつ客観的な分析を提供します。特に明記しない限り、すべてのデータは周囲温度（Ta）25°Cを基準としています。

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生じる可能性のある応力限界を表します。これらの限界での連続動作は推奨されません。

• 消費電力（Pd）：緑/青色チップ：90 mW；赤色チップ：69 mW。このパラメータは熱管理設計において極めて重要です。
• ピーク順電流（I_F(PEAK)）：すべてのチップで100 mA（パルス条件：1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）。
• 連続順電流（I_F）：すべてのチップで30 mA DC。
• 動作温度範囲：-40°C ～ +85°C。
• 保管温度範囲：-40°C ～ +100°C。

2.2 電気光学特性

各チップの標準テスト電流 I_F= 5mA で測定。これらは通常動作条件下での代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_v）：
  • 緑：600 - 1200 mcd（ミリカンデラ）
  • 赤：200 - 400 mcd
  • 青：100 - 200 mcd
• 視野角（2θ_1/2）：通常120度。この広い角度は拡散レンズによるもので、クリアレンズLEDと比較してより均一な光分布を提供します。
• 主波長（λ_d）：
  • 緑：523 - 535 nm
  • 赤：617 - 630 nm
  • 青：465 - 477 nm
• 順方向電圧（V_F）：
  • 緑：2.0 - 3.0 V
  • 赤：1.4 - 2.3 V
  • 青：2.0 - 3.0 V
• 逆方向電流（I_R）：V_R= 5V で最大10 μA。本デバイスは逆バイアス動作向けに設計されておらず、このパラメータはテスト目的のみです。

3. ビニングシステムの説明

製造における色および輝度の一貫性を確保するため、デバイスはビンに分類されます。白色光出力は、すべてのRGBチップを5mAで駆動して測定した、統合されたRGBチップの機能です。

3.1 光度（I_v）ランク

デバイスは総光度出力に基づいて分類されます。 T1ビン：900 - 1300 mcd（約2.7 - 3.9ルーメン） T2ビン：1300 - 1800 mcd（約3.9 - 5.4ルーメン） 各ビンの許容差は±11%です。

3.2 色度（CIE）ランク

デバイスは、白色光の知覚色を定義するCIE 1931色度図上の色座標に従ってビニングされます。ビンコード（例：H4、J5、K6、L4）は、x,y座標平面上の特定の四角形領域を表します。各ビンには、x座標とy座標について定義された4つの角点（Point1-4）があります。選択された色相ビン内での配置許容差は、x座標およびy座標ともに±0.01です。この精密なビニングにより、設計者はアプリケーションに非常に厳密な色の一貫性を持つLEDを選択できます。

4. 機械的仕様およびパッケージング情報

4.1 パッケージ寸法およびピン割り当て

本デバイスは標準SMDフットプリントに準拠しています。重要な寸法にはボディサイズおよびパッド間隔が含まれます。特に明記しない限り、すべての寸法公差は±0.2 mmです。個々の色を点灯させるためのピン割り当ては以下の通りです：アノード（共通プラス）はピン1に接続されます。緑色カソードはピン2、赤色カソードはピン3および4（内部接続）、青色カソードはピン6です。ピン5およびその他は未接続（NC）または機械的固定用の場合があります。

4.2 推奨PCBランドパターン

適切なはんだ付けおよび機械的安定性を確保するために、推奨されるはんだパッドレイアウトの上面図が提供されます。このパターンに従うことで、トゥームストーニング（リフロー中の一端の浮き上がり）を防止し、良好なはんだフィレットを確保するのに役立ちます。

4.3 テープおよびリールパッケージング

コンポーネントは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープで供給されます。主なパッケージング仕様は以下の通りです：

• キャリアテープ幅：12 mm。
• リール直径：7インチ（178 mm）。
• フルリールあたりの数量：2000個。
• 部分リールの最小発注数量：500個。
• 連続欠品コンポーネント（ポケット）の最大数：2個。
• パッケージングはEIA-481-1-B規格に準拠。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 IRリフローはんだ付けプロファイル（無鉛プロセス）

推奨プロファイルは、無鉛はんだ付けのためのJ-STD-020Bに従います。

• 予熱：150°C ～ 200°C。
• 予熱時間：最大120秒。
• ピークボディ温度：最大260°C。
• 液相線以上時間：推奨最大10秒。
• リフローサイクル数：最大2回。

通常、温度対時間のグラフプロファイルが提供され、ランプアップ、ソーク、リフロー、および冷却段階を視覚化できます。

5.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合：

• はんだごて温度：最大300°C。
• 接触時間：接点あたり最大3秒。
• 重要：熱ストレスを避けるため、手はんだ付けは1回のみ行ってください。

5.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄は注意して行う必要があります。指定された溶剤のみを使用してください。推奨剤は室温でのエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールです。LEDは1分未満浸漬してください。指定外の化学薬品はエポキシレンズまたはパッケージを損傷する可能性があります。

6. 保管および取り扱い上の注意

6.1 保管条件

密閉防湿バッグ（MBP）：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤70%で保管。乾燥剤入り密閉バッグ内での保管寿命は1年です。バッグ開封後："フロアライフ"が始まります。温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管。暴露後168時間（7日）以内にIRリフロー工程を完了することを強く推奨します。この期間を超えて保管する場合は、コンポーネントを新しい乾燥剤を入れた密閉容器または窒素デシケーターに入れてください。168時間以上暴露されたコンポーネントは、はんだ付け前にベーキング処理（約60°Cで少なくとも48時間）を行い、吸収した湿気を除去し、"ポップコーニング"（リフロー中の蒸気圧によるパッケージ割れ）を防止する必要があります。

6.2 アプリケーションノートおよび制限事項

本LEDは、標準的な商業用および産業用電子機器での使用を目的としています。故障が生命、健康、または安全に直接的なリスクをもたらす可能性のあるアプリケーション（航空、医療生命維持、または重要な輸送制御システムなど）向けに設計または認定されていません。そのような高信頼性アプリケーションでは、コンポーネントメーカーに特定の認定データについて相談することが必須です。

7. 設計上の考慮点およびアプリケーション提案

7.1 電流制限

赤、緑、青色チップの順方向電圧（V_F）が異なるため、共通の電圧源から駆動するには、各色チャネルに個別の電流制限抵抗が必要です。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。代表的なV_Fと希望の駆動電流（例：仕様適合のための5mA、最大30mAまで）を使用して、適切な抵抗値および電力定格が得られます。

7.2 熱管理

消費電力は比較的低いですが、長寿命のためには適切なPCB設計が不可欠です。LED接合部から十分な熱伝導を提供するために、推奨されるはんだパッドを使用してください。LEDを最大連続電流（30mA）付近またはその値で駆動するアプリケーションでは、周囲温度および基板レイアウトに注意し、指定された動作温度範囲内に留まることが重要です。

7.3 光学統合

白色拡散レンズは広く均一な視野角（120°）を提供し、LEDが軸外角度から見られる可能性のあるアプリケーションに適しています。拡散性により、ホットスポットおよびグレアが低減されます。より指向性のあるビームが必要なアプリケーションでは、外部の二次光学系（レンズ、ライトパイプ）が必要になります。

8. 代表的な性能曲線分析

データシートには、非標準条件下でのデバイス動作を理解するために不可欠な主要な関係のグラフ表示が含まれています。

• 相対光度 vs. 順電流：この曲線は、光出力が駆動電流とともに、通常は準線形の様式で増加する様子を示し、効率の変化を強調しています。
• 順方向電圧 vs. 順電流：ダイオードの指数関数的なI-V特性を示します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が低下する様子を示します。これは高温環境設計において重要です。
• スペクトル分布：白色LEDについては常に詳細が記載されているわけではありませんが、個々のチップのピーク波長およびスペクトル半値幅（Δλ：緑～30nm、赤～20nm、青～25nm）を理解することは、演色性およびフィルタ選択に役立ちます。

これらの曲線により、設計者は25°Cでの5mAという標準テスト条件以外の動作点での性能を推定できます。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: より明るい白色光を得るために、3色すべてを同時に駆動できますか？A: はい、ただし、総消費電力が動作中のチップの中で最も低い最大定格（この場合、赤色チップの69mW）を超えないこと、および接合温度が限界内に留まることを確認する必要があります。各チャネルの電流は独立して制御する必要があります。

Q: なぜ各色の順方向電圧が異なるのですか？A: 順方向電圧は、半導体材料のバンドギャップの基本的な特性です。赤色AlInGaP LEDは、緑色および青色InGaN LEDよりもバンドギャップが低く、その結果V_F.

Q: "JEDEC Level 3への事前調整"とはどういう意味ですか？A: コンポーネントがMoisture Sensitivity Level 3（MSL 3）に分類されていることを意味します。これは、防湿バッグ開封後の最大許容フロアライフが、温度≤30°C/相対湿度60%の条件下で168時間であり、その後リフロー用のベーキングが必要になることを示しています。

Q: アプリケーションに適した正しいビンをどのように選択すればよいですか？A: 色の一貫性が重要なアプリケーション（例：複数LEDのステータスバーやバックライト）では、単一の厳密なCIEビンコード（例：J5）および単一の光度ビン（例：T1）を指定してください。それほど重要でないアプリケーションでは、より広いビン選択が許容され、コスト効果が高くなる可能性があります。

10. 動作原理および技術的背景

本LEDは、半導体材料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。各チップのp-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。光の波長（色）は、特定の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：赤色はAlInGaP、緑色および青色はInGaNです。"白色"光は、単一の白色蛍光体（蛍光体変換白色LEDのように）によって生成されるのではなく、拡散白色封止材を通る3つの原色光（赤、緑、青）の加法混色です。このRGB方式により、各チップへの電流を変化させることで色調を調整する可能性がありますが、本データシートでは固定の白色点での動作を規定しています。

SMDパッケージ形式は、大量生産および自動実装の業界標準を表しています。拡散レンズエポキシの使用は、散乱粒子を組み込むことで視野角を広げ、光出力を柔らかくし、直接視認が一般的なインジケータ用途に理想的です。3つのチップを1つのパッケージに統合することで、3つの個別の単色LEDを使用する場合と比較してPCBスペースを節約できます。