SMD LED LTST-008UWQEET データシート - 白色・赤色 - 順電流30mA - 消費電力102mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、表面実装デバイス（SMD）LED部品の仕様を詳細に説明します。このLEDは自動化されたプリント基板（PCB）組立用に設計されており、スペースが重要な制約となるアプリケーションに適しています。本コンポーネントは、単一パッケージ内に2つの異なる光源を統合しています。

1.1 特長

• RoHS環境基準に準拠。
• 自動ハンドリング用に、直径7インチのリールに巻かれた12mmテープに梱包。
• 互換性のための標準EIAパッケージフットプリント。
• 集積回路（IC）ロジックレベルとの入力互換性。
• 自動ピック＆プレース組立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性。
• JEDEC Moisture Sensitivity Level 3に事前調整済み。

1.2 用途

本LEDは、以下のような幅広い電子機器およびシステムでの使用を意図しています（これらに限定されません）。

• 通信機器（例：コードレス電話、携帯電話）。
• オフィスオートメーション機器およびノートパソコン。
• 家電製品および民生用電子機器。
• ネットワークシステムおよび産業制御機器。
• 屋内サインおよびディスプレイアプリケーション。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

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限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 消費電力（Pd）：102 mW（白色）、72 mW（赤色）。これは、周囲温度（Ta）25°CにおいてLEDが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_F(PEAK)これらのパラメータは、代表的な動作条件であるTa=25°C、I100 mA（白色）、80 mA（赤色）。これは、パルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で許容される最大瞬間電流です。
• 直流順電流（I_F）：両色とも30 mA。これは、信頼性の高い動作のために推奨される最大連続順電流です。
• 動作温度範囲：-40°C ～ +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で機能するように設計されています。
• 保管温度範囲：-40°C ～ +100°C。デバイスは、電源が印加されていない状態でこの範囲内で保管できます。

2.2 電気的・光学的特性

These parameters are measured at Ta=25°C and I_F=20mAで測定されています。

• 光束（Φ_v）：白色：4.15-11.4 lm（最小-最大）。赤色：1.07-2.71 lm（最小-最大）。これはLEDの総可視光出力です。
• 光度（I_v）：白色：1500-4100 mcd（最小-最大）。赤色：355-900 mcd（最小-最大）。これは特定方向の光出力で、ミリカンデラで測定されます。
• 指向角（2θ_1/2）：代表値120度。これは、光度がピーク軸値の半分になる全角です。
• 主波長（λ_d）：赤色LEDの場合：617-630 nm（代表範囲）。白色LEDの場合は、代わりに色度座標が提供されます。
• 色度座標（x, y）：白色LEDの場合：x=0.31、y=0.31（代表値）。これにより白色点はプランキアン軌跡付近に位置します。
• 順方向電圧（V_F）：白色：2.8-3.4V（最小-最大）。赤色：1.8-2.4V（最小-最大）。許容差は±0.1V。これは指定電流で動作時のLED両端の電圧降下です。
• 逆方向電流（I_R）：両色ともV_R=5V時、最大10 μA。デバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータはテスト目的のみです。

3. ビニングシステムの説明

LEDは性能の一貫性を確保するために性能ビンに分類されます。ビンコードは製品の梱包に印字されています。

3.1 光度（I_v）ビニング

LEDは、20mAでの測定光出力に基づいてグループ分けされます。

白色LEDビン：

• W1：光束：4.15-5.80 lm、光度：1500-2100 mcd。
• W2：光束：5.80-8.10 lm、光度：2100-2900 mcd。
• W3：光束：8.10-11.40 lm、光度：2900-4100 mcd。

赤色LEDビン：

• R1：光束：1.07-1.68 lm、光度：355-600 mcd。
• R2：光束：1.68-2.71 lm、光度：600-900 mcd。

各光度ビンの許容差は±11%です。

3.2 白色LEDの色度（Chromaticity）ビニング

白色LEDは、色のばらつきを制御するために、CIE 1931色度図上の色度座標（x, y）に基づいてさらに分類されます。

• ビンコードにはZ1、Y1、Y2、X1、W1、W2が含まれます。
• 各ビンは、色度図上の4つの特定の（x,y）座標点で定義される四角形の領域によって定義されます。
• 各色調ビンの許容差は、x座標、y座標ともに±0.01です。

3.3 タグ上の複合ビンコード

梱包タグ上の単一の英数字コード（A1からA6）は、同一パッケージ内の白色LEDと赤色LEDの両方の光度ビンを組み合わせたもので、相互参照表に示されています。

4. 性能曲線分析

データシートには、特に断りのない限り25°C周囲温度で測定した代表的な特性曲線が含まれています。これらの曲線は設計解析に不可欠です。

• 順電流 vs. 順電圧（I_F-V_F曲線）：白色LEDと赤色LEDの両方について、電流と電圧の指数関数的関係を示します。これは定電流駆動回路の設計に重要です。
• 光度 vs. 順電流（I_v-I_F曲線）：光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示します。高電流では効率低下や発熱により、一般的に準線形以下の傾向になります。
• 相対光度 vs. 周囲温度：光出力の温度依存性を示します。光度は一般に接合温度の上昇とともに減少します。
• 分光分布：赤色LEDの場合、この曲線は波長の関数としての相対放射パワーを示し、ピーク発光波長（λ_P）とスペクトル半値幅（Δλ）を示します。
• 指向角パターン：光度の角度分布を示す極座標プロットで、120度の指向角を確認できます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的な表面実装パッケージです。特に指定のない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、一般的な公差は±0.2 mmです。図面には上面図、側面図、フットプリントが示されています。

5.2 ピン配置と極性識別

コンポーネントには複数のピンがあります。配置は以下の通りです：

• ピン（0,1）および2：青色/白色LEDダイ（InGaN）に接続。
• ピン3および4：赤色LEDダイ（AlInGaP）に接続。
• ピン5および（6,7）：未接続（ヌル）。

レンズ色は黄色です。駆動回路に接続する際は正しい極性を守る必要があります。逆電圧を印加するとデバイスが破損する可能性があります。

5.3 推奨PCB実装パッドレイアウト

信頼性の高いはんだ付け、適切な熱管理、機械的安定性を確保するために、PCB用の推奨ランドパターン（銅パッドレイアウト）が提供されています。この推奨事項に従うことで、トゥームストーニングを防止し、良好なはんだフィレットを確保するのに役立ちます。

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プロファイル

J-STD-020Bに準拠した、鉛フリー（Pbフリー）はんだプロセス用の詳細なリフローはんだ付け温度プロファイルが規定されています。プロファイルグラフは以下を示します：

• 予熱/立ち上げ：フラックスを活性化するための制御された上昇。
• ソークゾーン：基板と部品を均一に加熱するためのプラトー。
• リフローゾーン：ピーク温度はコンポーネントの最大許容温度（保管温度に関連）を超えてはなりません。
• 冷却速度：はんだ接合を適切に固化させるための制御された下降。

このプロファイルに従うことは、熱衝撃を防止し、LEDパッケージや内部ダイを損傷することなく信頼性の高いはんだ接続を確保するために重要です。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合：

• エチルアルコールまたはイソプロピルアルコールのみを使用してください。
• LEDを常温の室温で浸漬してください。
• 浸漬時間は1分未満に制限してください。
• 指定外の化学洗浄剤の使用は避けてください。パッケージ材料を損傷する可能性があります（例：変色やひび割れ）。

6.3 保管および取り扱い条件

• 未開封パッケージ：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤70%で保管。乾燥剤入りの元の防湿袋で保管した場合の保管寿命は1年です。
• 開封済みパッケージ：保管環境は温度30°C、湿度60%RHを超えないようにしてください。元の梱包から取り出した部品は、168時間（7日）以内にIRリフローはんだ付けを行う必要があります。
• 長期保管（袋から出した状態）：168時間を超える期間保管する場合は、湿気吸収を防ぐために、乾燥剤入りの密閉容器または窒素パージしたデシケーターにLEDを保管してください。湿気吸収はリフロー中のポップコーン現象を引き起こす可能性があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

LEDは自動組立用のエンボスキャリアテープで供給されます。

• テープ幅：12 mm。
• リール直径：7インチ。
• 1リールあたりの数量：4000個。
• 最小梱包数量：残数は500個から。
• テープの空ポケットはトップカバーテープで密封されています。
• 連続して最大2個までの部品欠品が許容されます。
• 梱包はANSI/EIA-481仕様に準拠しています。

テープポケットおよびリールの詳細寸法はデータシートに記載されています。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

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。直列の電流制限抵抗が最も簡単な駆動方法です。抵抗値（R_s）はオームの法則を使用して計算できます：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。部品のばらつきがあっても電流が制限値を超えないようにするため、データシートの最大V_Fを使用してください。特に電源電圧や温度が変動する場合のより安定した性能のためには、定電流ドライバ（リニアまたはスイッチング）の使用が推奨されます。

8.2 熱管理

消費電力は比較的低いですが、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。

• 放熱を助けるために、推奨されるPCBパッドレイアウトを使用してください。
• 高電流または高周囲温度のアプリケーションでは、パッドの下に熱ビアを使用して熱を内部または底面の銅層に伝達することを検討してください。
• 接合部から周囲への熱抵抗（θ_JA）を考慮して、最大接合温度を超えないようにしてください。

8.3 光学設計上の考慮事項

• 120度の指向角は、バックライトや状態表示に適した広く拡散した光パターンを提供します。
• より焦点の合ったビームが必要な場合は、LEDの上に二次光学系（レンズ）を配置できます。
• 黄色のレンズは白色光に対してカラーフィルター/拡散板として機能し、正確な相関色温度（CCT）に影響を与える可能性があります。

9. 技術比較および差別化

このコンポーネントの主な差別化点は、単一のSMDパッケージ内に2色（白色と赤色）の構成を持つことです。これにより、2つの別々のLEDを使用する場合と比較して、PCBスペースを節約し、組立を簡素化できます。主なポイントは以下の通りです：

• スペース効率：2つの機能を1つのフットプリントに統合。
• 組立の簡素化：2回ではなく1回の配置サイクル。
• 性能：指定された性能ビンを持つ、独立してアドレス可能な明確な白色および赤色光源を提供。
• 互換性：標準EIAフットプリントとIRリフロー互換性により、最新のSMTラインへのドロップインソリューションとなります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 5V電源でLEDを直接駆動できますか？

いいえ。5V電源をLEDに直接接続すると過剰な電流が流れ、破損する可能性が高いです。最大30mA DCに設定された直列抵抗や定電流ドライバなどの電流制限機構を使用する必要があります。

10.2 光束（lm）と光度（mcd）の違いは何ですか？

光束（ルーメン）は、LEDが全方向に放射する可視光の総量を測定します。光度（カンデラ）は、特定の視認方向から見たLEDの明るさを測定します。データシートのmcd値は通常、軸上（オンアクシス）強度です。広指向角のLEDは、同じルーメン値の狭ビームLEDと比較して、高いルーメン値を持ちながらmcd値が低くなる場合があります。

10.3 発注時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？

相互参照表から複合ビンコード（例：A3）を指定することで、白色（例：W2）と赤色（例：R1）の両方のコンポーネントについて所望の性能範囲のLEDを受け取ることができます。これは、複数のユニット間で一貫した明るさと色を必要とするアプリケーションで重要です。

10.4 このLEDは屋外使用に適していますか？

動作温度範囲は-40°Cまで拡張されていますが、最大は+85°Cです。一部の屋外環境では機能する可能性がありますが、データシートには主に屋内用途（サイン、ディスプレイ）が記載されています。屋外使用の場合は、紫外線への曝露、湿気の侵入、より高い周囲温度への曝露を考慮し、本資料でカバーされていない追加の保護対策が必要になる可能性があります。

11. 実践的な設計および使用事例

シナリオ：ネットワークルーター用デュアルステータスインジケーター

設計者は、コンパクトなルーターPCB上に電源（常時点灯の白色）とネットワークアクティビティ（点滅する赤色）のインジケーターを必要としています。

実装：

1. 部品選定：LTST-008UWQEETは、必要な2色を1つの3.2mm x 2.8mmフットプリントで提供するため、スペースを節約できる点で選定されました。
2. 回路設計：2つの独立した駆動回路を設計：
   • 3.3Vレールから白色LEDを約15mAで駆動するための単純な抵抗器を、常時点灯の電源オンインジケーターとして使用。
   • メインプロセッサのGPIOピン（これも直列抵抗付き）で赤色LEDを駆動。ファームウェアがこのピンを点滅させてデータアクティビティを示します。
3. PCBレイアウト：推奨パッドレイアウトを使用。はんだ付けを容易にしつつ、わずかな放熱のためのグランドプレーンへの熱経路を維持するために、パッドにサーマルリリーフ接続を追加。
4. ビニング：生産ユニット間の一貫性のために、部品表（BOM）にビンコードA3（白色：W2、赤色：R1）を指定し、すべてのルーターが同様に明るいインジケーターを持つことを保証。
5. 組立：部品は組立ラインのピック＆プレース機と互換性のある7インチリールで供給されます。指定されたIRリフロープロファイルがオーブンにプログラムされます。

この事例は、民生電子機器で一般的な、スペース制約のある多機能インジケーターアプリケーションにおける本コンポーネントの有用性を強調しています。

12. 原理紹介

発光ダイオード（LED）は、電流が流れると光を発する半導体デバイスです。この現象はエレクトロルミネセンスと呼ばれます。

• 白色LED：一般的に、窒化インジウムガリウム（InGaN）で作られた青色LEDチップが蛍光体層でコーティングされています。チップからの青色光が蛍光体を励起し、黄色光を発します。青色光と黄色光の組み合わせは、人間の目には白色として知覚されます。黄色のレンズはこの出力をさらに修正する可能性があります。
• 赤色LED：赤色光は、リン化アルミニウムインジウムガリウム（AlInGaP）で作られた半導体チップによって直接生成されます。半導体材料内で電子が正孔と再結合するとき、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。材料の特定の組成が、この場合は赤色（約630 nm）の、発光の波長（色）を決定します。

順方向電圧（V_F）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーに特徴的です。高いバンドギャップ（青色/白色）は、低いバンドギャップ（赤色）よりも高いV_Fをもたらします。

13. 開発動向

SMD LEDの分野は、いくつかの明確なトレンドとともに進化し続けています：

• 効率向上（lm/W）：継続的な材料科学とチップ設計の改善により、単位電力あたりの光出力が増加し、エネルギー消費と熱負荷が低減されます。
• 信頼性と寿命の向上：パッケージ材料、ダイ接合技術、蛍光体の安定性の進歩により、動作寿命が延び、より重要なアプリケーションにLEDが適するようになっています。
• 小型化：光学性能を維持または向上させながら、パッケージは縮小し続けています（例：3528から2016、1010サイズへ）。これにより、より高密度でコンパクトな電子設計が可能になります。
• 色品質と一貫性の向上：より厳しいビニング公差と新しい蛍光体の処方により、白色LEDの演色評価数（CRI）が向上し、単色LEDの彩度と一貫性が高まります。
• 統合ソリューション：多色パッケージを超えて、統合ドライバ（IC）を内蔵したLED、ESD保護用の内蔵ツェナーダイオード、特定の光学パターン用に設計されたパッケージなどのトレンドがあり、外部部品の必要性を減らしています。

本データシートで説明されているようなコンポーネントは、複数の個別機能を単一の信頼性が高く製造可能なパッケージに組み合わせる、統合の中間段階を表しています。