SMD LED LTW-110ZDS5 データシート - 白色光 - 20mA - 70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTW-110ZDS5は、現代のスペース制約の厳しい電子アセンブリ向けに設計された表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。自動ピックアンドプレースおよびリフローはんだ付けプロセスに最適化されたミニチュア部品ファミリーに属します。この特定モデルは、白色光を生成するInGaN（窒化インジウムガリウム）半導体チップを採用し、サイドビュー実装形態で収められています。この配向は、プリント基板（PCB）表面と平行に光を放射する必要がある用途、例えばエッジライト式パネルや機器側面から視認可能な状態表示器などに特に有利です。

この部品の根底にある設計思想は、大量生産ワークフローにシームレスに統合される、信頼性の高い明るい光源を提供することです。そのパッケージはEIA（Electronic Industries Alliance）規格に準拠しており、業界標準のハンドリングおよび実装装置との互換性を保証します。部品は8mmキャリアテープに巻かれ、直径7インチのリールに供給されます。これは自動組立ラインの標準フォーマットであり、実装機への効率的なローディングを容易にします。

1.1 特徴と中核的利点

• 環境適合性：本デバイスはRoHS（有害物質使用制限）指令を満たすように製造されており、鉛、水銀、カドミウムなどの特定の有害物質を含みません。
• 先進的な半導体技術：超高輝度InGaNチップを採用。InGaN技術は、その高効率性と明るい青色光および白色光を生成する能力で知られており、通常は蛍光体コーティングを用いて白色光に変換されます。
• 製造対応性：はんだ付け性を向上させるスズメッキ端子を特徴とし、特に鉛フリー（Pbフリー）はんだ合金との適合性に優れています。SMD実装の主流手法である赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに完全に対応しています。
• 設計互換性：本デバイスはIC（集積回路）互換性があり、その駆動要件（電流、電圧）は、基板上の他のICと共に一般的に見られる標準的なロジックレベル出力またはシンプルな駆動回路によって容易に管理できます。
• 自動化対応：標準化されたEIAパッケージおよびテープ＆リール包装は、高速自動実装装置における信頼性の高い性能を保証し、実装エラーを最小限に抑え、生産スループットを向上させます。

1.2 ターゲット市場と用途

このLEDは、コンパクトなフォームファクタで信頼性の高い表示、バックライト、またはシンボル照明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、スイッチ、基地局の状態表示器。
• オフィスオートメーションおよびコンピューティング：ノートパソコンのキーボードバックライト、プリンター、スキャナー、外部記憶装置の状態表示灯。
• 民生電子機器および家電製品：音響/映像機器、キッチン家電、スマートホームデバイスの電源、モード、または機能表示器。
• 産業機器：機械、制御システム、計装機器のパネル表示器。
• 特殊ディスプレイ：キーパッド、マイクロディスプレイのバックライト、および制御パネル上のシンボルやアイコンの照明。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

LTW-110ZDS5の性能は、電気的、光学的、熱的パラメータの包括的なセットによって定義されます。これらの仕様を理解することは、適切な回路設計と長期信頼性の確保に不可欠です。

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、通常使用では避けるべきです。

• 電力損失（Pd）：70 mW。これは、デバイスが劣化することなく熱として放散できる最大電気電力です。これを超えると、接合部温度の過度な上昇、光出力の低下、寿命の短縮につながる可能性があります。
• 順方向電流（DC）：20 mA。これは、信頼性のある動作のために推奨される最大連続直流電流です。データシートで指定されている典型的動作条件は5mAです。
• ピーク順方向電流：100 mA、ただしパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ。これにより、点滅するインジケータなどで、過熱することなく短時間の高輝度が可能になります。
• 動作温度範囲：-20°C から +80°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保存温度範囲：-40°C から +85°C。デバイスは、このより広い範囲内で動作せずに保存することができます。
• 赤外線はんだ付け条件：260°Cのピーク温度を10秒間耐えます。これは鉛フリー組立プロセスにおける重要なパラメータであり、リフローはんだ付け中に部品が耐えられる熱プロファイルを定義します。

2.2 電気的および光学的特性（Ta=25°C）

これらは、標準試験条件下で測定された典型的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）：試験電流（IF）5mAにおいて、最小28.0 mcd（ミリカンデラ）から最大112.0 mcdの範囲。特定ユニットの実際の値はビンランク（N, P, Q）に分類されます。光度は、人間の目の明所視応答（CIE曲線）をシミュレートするフィルターを用いて測定されます。
• 視野角（2θ1/2）：130度。これは、光度がピーク値（0度、チップに直接垂直に測定）の半分に低下する全角です。このような広い視野角はサイドビューLEDの特徴であり、広く均一な照明を提供します。
• 色度座標（x, y）：5mAにおける典型的値は x=0.304, y=0.301。CIE 1931色度図上のこれらの座標は、白色光の知覚色を定義します。特定ユニットは色相ビン（S1-S6）に分類されます。これらの座標には±0.01の許容差が適用されます。
• 順方向電圧（VF）：5mAにおいて2.70Vから3.15Vの間。これは、指定電流が流れるときのLED両端の電圧降下です。ユニットはこのパラメータに基づいてグループ（L7, L8, L9）にビニングされます。一般的に、低いVFは高い電気効率を示します。
• 逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）10mAにおいて0.6から1.2 μA。重要な注意：データシートは、この試験条件がIR（赤外線）試験専用であり、デバイスは逆方向動作用に設計されていないことを明示しています。回路で逆バイアスを印加するとLEDを損傷する可能性があります。

2.3 熱的特性

熱抵抗（RθJA）の数値として明示的には与えられていませんが、熱性能は電力損失定格（70mW）および動作温度範囲を通じて示唆されます。最大接合温度はLED寿命の重要な要素です。LEDを最大電流以下で動作させ、放熱のための十分なPCB銅面積（推奨パッドレイアウトに示す通り）を確保し、周囲温度を仕様内に維持することは、すべて熱性能管理に不可欠です。

3. ビンランクシステムの説明

半導体製造における自然なばらつきを考慮するため、LEDは性能ビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションに応じて特性が厳密に制御された部品を選択できます。

3.1 順方向電圧（VF）ランク

LEDは、5mAにおける順方向電圧降下に基づいて分類されます。

- ビン L7：VF = 2.70V から 2.85V

- ビン L8：VF = 2.85V から 3.00V

- ビン L9：VF = 3.00V から 3.15V

各ビンの許容差は±0.1Vです。同じVFビンからLEDを選択することで、定電圧源で駆動する場合の一貫した輝度を確保したり、直列接続時の電流制限抵抗計算を簡素化したりできます。

3.2 光度（Iv）ランク

LEDは、5mAにおける光出力強度に基づいて分類されます。

- ビン N：Iv = 28.0 mcd から 45.0 mcd

- ビン P：Iv = 45.0 mcd から 71.0 mcd

- ビン Q：Iv = 71.0 mcd から 112.0 mcd

各ビンの許容差は±15%です。このビニングは、バックライトアレイや複数インジケータパネルなど、複数のLED間で均一な輝度を必要とする用途において重要です。

3.3 色相（色度）ランク

これは最も複雑なビニングであり、CIE 1931図上の白色光の色点を定義します。6つのビン（S1からS6）が定義され、それぞれが（x,y）座標平面上の小さな四角形領域を表します。例えば、ビンS3はおよそ（0.294, 0.254）から（0.314, 0.315）までの座標をカバーします。±0.01の許容差が適用されます。このビニングは、色の一貫性が重要な用途、例えば隣接するLED間の白色の色合い（例：クールホワイト vs ウォームホワイト）の目立つ違いを防ぐために不可欠です。

4. 性能曲線分析

データシートには、表形式のデータポイントを超えた貴重な知見を提供する典型的な特性曲線が含まれています。

4.1 相対光度 vs 順方向電流

この曲線は、光出力が駆動電流と共にどのように増加するかを示します。通常は非線形です。出力は電流と共に増加しますが、効率（ルーメン毎ワット）は多くの場合、絶対最大値よりも低い電流でピークに達します。典型的な5mA条件での動作は、このデバイスにとって輝度と効率の良いバランスを表している可能性が高いです。

4.2 順方向電圧 vs 順方向電流

この曲線は、ダイオードのI-V特性を示します。順方向電圧は電流と共に増加しますが、線形ではありません。この曲線を理解することは、特に定電圧電源を使用する場合、駆動回路の設計において重要です。電圧の小さな変化が電流、ひいては輝度の大きな変化につながる可能性があるためです。

4.3 相対光度 vs 周囲温度

この曲線は、熱効果を理解する上で重要です。周囲温度が上昇すると、LEDの光度は一般的に減少します。この曲線の傾きは、デバイスの熱感度を示します。設計者は、LEDが高温環境で動作する場合、期待される光出力を減額する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

データシートには、LEDの詳細な機械図面が提供されています。主要寸法には、全長、幅、高さ、半導体チップキャビティのサイズと位置、はんだ付け可能端子の位置とサイズが含まれます。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準許容差は±0.1mmです。サイドビュー設計は、主要な発光面がパッケージの長辺側にあることを意味します。

5.2 推奨PCB実装パッドと極性

PCB設計のためにランドパターン（フットプリント）の推奨が提供されています。これは、リフロー中に良好なはんだ接合を形成するための最適な銅パッドのサイズと形状を示しています。図面はアノードとカソードの接続を明確に示しており、実装時の正しい配向と、電源投入時にLEDが点灯することを保証するために不可欠です。カソードは通常、LEDパッケージ自体の切り欠き、ドット、または緑色のマーキングなどのマーカーによって識別されます。

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（Pbフリープロセス）

鉛フリーはんだ付けのための推奨リフロープロファイルが提供されています：

- 予熱：150-200°C。

- 予熱時間：最大120秒。

- ピーク温度：最大260°C。

- 液相線以上時間（ピーク時）：最大10秒、このリフロープロセスは2回を超えて実行すべきではありません。

データシートは、最適なプロファイルは特定のPCBアセンブリ（基板厚さ、部品数、はんだペースト）に依存することを正しく指摘しています。プロファイルは特定の生産ラインで特性評価されるべきですが、これらの部品レベルの限界内に留まるべきです。

6.2 手はんだ付け（必要な場合）

修理または試作の場合：

- はんだごて温度：最大300°C。

- はんだ付け時間：接合部あたり最大3秒。

- 熱ストレスを最小限に抑えるため、これは1回のみ実行すべきです。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、プラスチックパッケージを損傷しないように指定された溶剤のみを使用してください。データシートでは、常温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することを推奨しています。指定されていない化学液体は避ける必要があります。

7. 保管および取り扱い上の注意

7.1 静電気放電（ESD）感受性

LEDは静電気および電気サージによって損傷する可能性があります。取り扱い時にはリストストラップまたは静電気防止手袋の使用が推奨されます。作業台やはんだごてを含むすべての装置は適切に接地する必要があります。

7.2 湿気感受性および保管

部品の湿気感受性レベル（MSL）は3です。

- 密封パッケージ：≤30°C、≤90% RHで保管可能。乾燥剤入りの元の防湿袋内での棚寿命は1年です。

- 開封済みパッケージ：周囲環境は30°C / 60% RHを超えてはなりません。元の包装から取り出した部品は、1週間以内にリフローはんだ付けする必要があります。

- 長期保管（袋から出した状態）：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する必要があります。

- 再ベーキング：1週間以上暴露された場合、部品ははんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングし、吸収した湿気を除去し、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。

8. 包装および注文情報

8.1 テープおよびリール仕様

デバイスは8mm幅のエンボス加工キャリアテープに供給されます。主要なテープ寸法には、ポケット間隔（ピッチ）、ポケットサイズ、カバーテープシール位置が含まれます。テープは標準的な7インチ（178mm）直径のリールに巻かれています。

8.2 リール包装詳細

• 1リールあたり数量：3000個。
• 最小包装数量：残数は500個から。
• カバーテープ：空のポケットはトップカバーテープでシールされます。
• 欠品部品：標準的な慣行に従い、リール上で最大2連続のランプ欠品が許容されます。
• 規格準拠：包装はANSI/EIA-481仕様に従います。

9. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

9.1 典型的なアプリケーション回路

LEDには電流制限機構が必要です。最も簡単な方法は直列抵抗です。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R = (電源電圧 - LEDのVF) / IF。例えば、5V電源、VF 3.0V（典型的）、希望IF 5mAの場合：R = (5V - 3.0V) / 0.005A = 400オーム。390オームまたは430オームの標準抵抗が適しています。電源電圧や温度の変動にわたって一定の輝度を必要とするアプリケーションでは、定電流駆動回路が推奨されます。

9.2 信頼性と長寿命のための設計

• 電流減額：LEDを絶対最大20mAではなく、典型的な5mA電流以下で動作させることで、動作寿命が大幅に延長され、長期の光度維持率が向上します。
• 熱管理：推奨されるPCBパッドレイアウトを使用してください。これにはサーマルリリーフ接続が含まれます。高出力または高周囲温度のアプリケーションでは、LEDフットプリントの下に追加の銅面積または熱ビアを追加して、接合部から熱を逃がすことを検討してください。
• 逆電圧保護：デバイスは逆バイアス用に設計されていないため、回路設計でこの状態を防止するようにしてください。ACまたはバイポーラ回路では、並列保護ダイオードが必要になる場合があります。

10. 技術比較と差別化

GaP（リン化ガリウム）や標準GaNデバイスなどの古いLED技術と比較して、LTW-110ZDS5のInGaNチップは優れた発光効率を提供し、消費電力単位あたりの光出力が多くなります。サイドビューパッケージはトップビューLEDと差別化され、横方向の発光が必要とされる特定の光学設計上の課題を解決します。高温鉛フリーリフロープロファイルとの互換性により、現在の環境規制および製造基準に適合する現代的な部品となっており、リードはんだ付けまたはウェーブはんだ付けにのみ適している可能性のある古い部品とは異なります。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを3.3Vマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: 可能ですが、注意が必要です。典型的なVFは3.0Vであるため、電流制限抵抗には0.3Vしか残りません。5mAでは、60オームの抵抗が必要です。低い電圧ヘッドルームは、VFまたは電源電圧のわずかな変動により輝度が不安定になる可能性があることを意味します。専用のLEDドライバまたはより高い電源電圧の方がより信頼性が高いです。

Q: 型番のZDS5は何を意味しますか？

A: 完全な命名規則はここでは詳細に説明されていませんが、多くのメーカーシステムでは、このような接尾辞は色（白色）、パッケージスタイル（サイドビュー）、ビニング（強度/色ランク）、端子メッキなどの特定の属性を示します。正確な内訳についてはメーカーの製品ガイドを参照してください。

Q: マルチLED設計で色の一貫性を確保するにはどうすればよいですか？

A: 同じ色相ビン（S1-S6）および同じ光度ビン（N, P, Q）から部品を注文してください。ディストリビューターと協力して、注文時にこれらのビンコードを指定し、一致した性能を保証してください。

Q: このLEDは自動車内装照明に適していますか？

A: 動作温度範囲（-20°C から +80°C）は一部の内装用途をカバーする可能性がありますが、自動車グレードは通常、より広い範囲（例：-40°C から +105°C または 125°C）およびより厳格な信頼性認定（AEC-Q102）を必要とします。このデータシートはそのような適合性を主張していないため、注意事項セクションで定義されている通常の電子機器向けです。

12. 実用的な使用例

シナリオ: ネットワークスイッチの状態表示パネルの設計。

パネルには、リンク/アクティビティ用に10個の同一の状態表示LEDがあります。要件：均一な白色、一貫した輝度、24時間365日の信頼性のある動作。

設計手順：

1. 回路設計：安定した5Vラインを使用。LEDあたり約5mAの駆動電流のための直列抵抗を計算。VFビンL8（2.85-3.00V）を仮定し、最悪ケースの輝度計算には最大VFを使用：R = (5V - 3.0V) / 0.005A = 400オーム。部品選択：サプライヤーに指定：型番 LTW-110ZDS5、10個すべて同じ色相ビン（例：S3）および同じ光度ビン（例：P）から。これにより視覚的一貫性が確保されます。PCBレイアウト：データシートの推奨はんだパッドフットプリントを実装。カソードパッドを共通のグランドプレーンに接続して良好な放熱を確保。組立：鉛フリーリフロープロファイルガイドラインに従い、ピーク温度が260°Cを超えないようにする。結果：控えめな電流駆動と適切な熱設計により、長期的に性能を維持する、10個の同一で明るい白色インジケータを備えたプロフェッショナルな外観のパネル。

13. 動作原理の紹介

LEDは半導体ダイオードです。バンドギャップを超える順方向電圧が印加されると、n型半導体からの電子が活性領域（InGaNチップ）でp型半導体からの正孔と再結合します。この再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。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。InGaNは、青色/紫外線スペクトルの光を生成するバンドギャップを持っています。白色光を作成するために、LEDチップは蛍光体材料でコーティングされています。チップからの青色/UV光が蛍光体を励起し、その後、より広いスペクトルで光を再放出し、組み合わさって白色光の知覚を生み出します。サイドビューパッケージには、光出力を整形し、広い130度の視野角を作り出す成形プラスチックレンズが組み込まれています。

14. 技術トレンドと背景

LTW-110ZDS5は、成熟し広く採用されている技術を代表しています。SMD LEDの現在のトレンドは、いくつかの主要分野に焦点を当てています：効率向上：チップ設計と蛍光体の継続的な開発により、ワットあたりのルーメン（lm/W）を高め、同じ光出力に対するエネルギー消費を削減。色品質の改善：白色LEDの演色評価数（CRI）を向上させ、小売照明や写真など、正確な色知覚が重要な用途に適したものにする。小型化：ウェアラブルや小型化センサーなどの超コンパクトデバイス向けに、さらに小さなパッケージサイズ（例：0402、0201メートル法）の開発。統合ソリューション：内蔵ドライバ、コントローラ、または複数のカラーチップ（RGB）を単一パッケージに収めたLEDの増加により、スマート照明や動的カラー効果のための回路設計を簡素化。この部品は標準的なインジケータおよびバックライト機能の主力ですが、これらのトレンドはより専門的な市場セグメントでの革新を推進しています。