SMD LED 0603 イエロー AlInGaP データシート - 外形寸法 1.6x0.8x0.6mm - 電圧 1.8-2.4V - 電力 72mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、小型0603パッケージフォーマットの表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。このデバイスは自動化されたプリント基板（PCB）実装プロセス向けに設計されており、大量生産に適しています。そのコンパクトなサイズは、基板スペースが限られているアプリケーションに理想的です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、現代の電子機器製造における標準である自動ピックアンドプレース装置および赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性です。RoHS（有害物質の使用制限）を含む関連する業界標準に準拠しています。デバイスは、生産ラインでの効率的な取り扱いのためにテープおよびリールに梱包されています。

ターゲットアプリケーションは広範で、通信（ルーター、電話の状態表示など）、オフィスオートメーション（キーボードのバックライト、パネル表示など）、家電、産業機器、信号、シンボル、屋内看板用の各種照明アプリケーションなどの分野をカバーします。その主な機能は、状態表示または低レベルの照明光源としての役割です。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、標準試験条件（Ta=25°C）下でのLEDの主要な性能パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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がある限界を定義します。連続動作を意図したものではありません。

• 電力損失 (Pd):72 mW。これは、性能や信頼性を低下させることなくLEDパッケージが熱として放散できる最大電力です。
• 連続順方向電流 (IF):30 mA DC。印加可能な最大定常電流です。
• ピーク順方向電流:80 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）でのみ許容されます。これにより、短時間の高輝度フラッシュが可能になります。
• 逆電圧 (VR):5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、即座に故障する可能性があります。
• 動作温度範囲:-40°C から +85°C。LEDが仕様内で動作することが保証される周囲温度範囲です。
• 保管温度範囲:-40°C から +100°C。非動作状態での保管温度範囲です。

2.2 電気光学特性

これらは、順方向電流 (IF) 20 mA で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度 (Iv):最小140.0 mcdから最大450.0 mcdの範囲です。実際の値は生産ビンに依存します（セクション3参照）。これは人間の目で知覚される明るさの尺度です。
• 指向角 (2θ1/2):約110度。これは、光度がピーク（軸上）値の半分に低下する全角です。110度の角度は、比較的広い視野パターンを示しています。
• ピーク波長 (λP):代表値 591 nm。可視スペクトルの黄色領域に位置します。
• 主波長 (λd):584.5 nm から 594.5 nm の間で規定されています。これは、LEDの色に最もよく一致すると人間の目で知覚される単一波長です。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):約15 nm。これはピーク周辺で放射される波長の広がりを定義し、色純度に影響を与えます。
• 順方向電圧 (VF):20 mA時で1.8 Vから2.4 Vの間です。これは動作時のLED両端の電圧降下です。個々のユニットの許容差は、そのビン値から+/-0.1Vです。
• 逆電流 (IR):VR=5V時、最大10 μA。これは逆バイアス条件下でのリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

生産の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おける色と明るさの均一性に関する特定の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順方向電圧 (VF) ビニング

LEDは3つの電圧ビン（D2、D3、D4）に分類され、各ビンは0.2Vの範囲を持ちます。これは、特に複数のLEDが直列接続される場合に、均一な電流分布を確保するための電流制限回路の設計において極めて重要です。

3.2 光度 (Iv) ビニング

輝度は5つのビン（R2、S1、S2、T1、T2）に分類され、最小値は140.0 mcdから355.0 mcdの範囲です。これにより、必要な輝度レベルに基づいて選択が可能です。各ビン内では+/-11%の許容差が適用されます。

3.3 主波長 (WD) ビニング

色の一貫性は、4つの波長ビン（H、J、K、L）を通じて管理され、584.5 nmから594.5 nmの範囲をカバーします。これにより、アセンブリで使用されるすべてのLEDで均一な黄色調が確保されます。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフが参照されていますが、その意味合いは設計にとって極めて重要です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V 曲線)

I-V特性は非線形です。代表的なVFをわずかに超える電圧の増加は、大きく、場合によっては破壊的な電流の増加につながる可能性があります。したがって、LEDは定電圧源ではなく、電流制限された電源で駆動する必要があります。

4.2 光度 vs. 順方向電流

光出力は一般に順方向電流に比例しますが、非常に高い電流ではこの関係が非線形になる可能性があります。推奨される20mA以下で動作させることで、安定した性能と長寿命が確保されます。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。一般的に、順方向電圧は温度の上昇とともに減少し、発光効率（単位電力あたりの光出力）も減少します。これは、広い周囲温度範囲で動作するアプリケーションでは考慮する必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは標準的な0603（1.6mm x 0.8mm）フットプリントに準拠しています。代表的な高さは約0.6mmです。正確なPCBランドパターン設計のためには、詳細な寸法図を参照してください。

5.2 極性識別

カソードは通常、デバイス上にマークされており、多くの場合、レンズの対応する側の緑色の色合いやパッケージの切り欠きによって示されます。PCBフットプリントには、誤った配置を防ぐために極性インジケータ（例：ドットまたはKマーキング）を含める必要があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 推奨IRリフロー・プロファイル

データシートでは、鉛フリープロセス用のJ-STD-020Bに準拠したプロファイルを推奨しています。主要なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート:150-200°C、最大120秒間。基板と部品を徐々に加熱します。
• ピーク温度:最大260°C。
• 液相線以上時間 (TAL):最大10秒が推奨され、リフロー工程は2回以上行わないでください。

これらのパラメータは、熱衝撃、はんだ接合部の欠陥、またはLEDの内部構造への損傷を防ぐために重要です。

6.2 保管条件

LEDは湿気に敏感なデバイス（MSD）です。

• 未開封パッケージ:30°C以下、70%RH以下で保管。梱包日から1年以内に使用してください。
• 開封済みパッケージ:30°C以下、60%RH以下で保管。周囲空気に168時間以上さらされた場合は、はんだ付け前に少なくとも48時間、60°Cでベーキング（乾燥）を行い、リフロー中のポップコーン現象を防止してください。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、室温で1分未満、エチルアルコールやイソプロピルアルコールなどの指定溶剤のみを使用してください。指定外の化学薬品はエポキシ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 梱包仕様

LEDは、12mm幅のエンボス加工キャリアテープに供給され、7インチ（178mm）径のリールに巻かれています。各リールには4000個が含まれています。テープポケットはカバーテープで密封され、輸送および取り扱い中の部品を保護します。

7.2 品番の解釈

品番（例：LTST-010KSKT）は通常、パッケージサイズ（010は0603）、レンズ色（Kはウォータークリア）、およびチップ材料/色（SKTは特定のAlInGaP黄色組成を示す可能性が高い）に関する情報をエンコードしています。正確な解読は、メーカーの命名規則ガイドで確認してください。

8. アプリケーション提案

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。最も一般的な駆動方法は、直列の電流制限抵抗を使用することです。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (Vcc - VF) / IF。ここで、Vccは電源電圧、VFはLED順方向電圧（信頼性のためにビンの最大値を使用）、IFは目的の順方向電流（例：20mA）です。Vccや温度の範囲で一定の明るさを得るには、定電流駆動回路の使用が推奨されます。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理:電力損失は低いですが、パッド周囲に十分なPCB銅面積を確保することで放熱に役立ちます。特に高い周囲温度やより高い電流で駆動する場合に有効です。
• ESD保護:LEDは静電気放電（ESD）に敏感な場合があります。実装中は標準的なESD取り扱い予防策を遵守してください。
• 光学設計:広い110度の指向角は、インジケータを様々な角度から見る必要があるアプリケーションに適しています。より指向性の高い光が必要な場合は、二次光学系（レンズ）が必要になる場合があります。

9. 技術比較と差別化

従来のスルーホールLEDと比較して、このSMDタイプは以下のような大きな利点を提供します：はるかに小型、自動実装への適合性（コスト削減）、リードがないことによる信頼性の向上、両面PCB実装との互換性。SMD LEDファミリー内では、0603パッケージは小型化と取り扱い/製造の容易さのバランスを提供し、0402より大きく0805より小さいサイズです。黄色光にAlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）技術を使用することは、GaP上のGaAsPなどの古い技術と比較して、通常、より高い効率とより優れた温度安定性を提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

いいえ、直接はできません。マイクロコントローラのGPIOピンは電圧源であり、電流源ではありません。LEDを直接接続すると、ピンの内部抵抗とLEDの動的抵抗によってのみ制限される電流を引き出そうとし、絶対最大電流を超えてLEDを破壊する可能性があります。常に直列の電流制限抵抗または専用のLEDドライバを使用してください。

10.2 光度の範囲が140-450 mcdと広いのはなぜですか？

この範囲は、すべての生産ビンにわたる総合的な広がりを表しています。特定のビンコード（例：T2）を指定することで、はるかに狭い輝度範囲（355-450 mcd）のLEDを確保し、製品内で一貫した明るさを実現できます。ビニングシステムにより、異なる輝度要件に対して異なるビンを使用することでコスト最適化が可能になります。

10.3 標準的なリードはんだプロファイルでこのLEDをはんだ付けするとどうなりますか？

リードはんだプロファイルはより高いピーク温度（しばしば>260°C）を持ちます。推奨される260°Cのピークを超えると、いくつかの問題が発生する可能性があります：エポキシレンズの劣化（黄変）、パッケージ内部のワイヤボンドの損傷、または早期故障につながる熱応力。常に推奨される鉛フリープロファイルまたは注意深く制御された低温プロファイルを使用してください。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：ネットワークスイッチ用状態表示パネルの設計

設計者は、ネットワークスイッチのフロントパネル上のポートアクティビティ表示用に複数の黄色状態LEDを必要としています。パネルはスペースが限られており、小型部品が必要です。0603パッケージが選択されました。均一な外観を確保するために、設計者は部品表（BOM）内のすべてのLEDに対して、単一の波長ビン（例：K: 589.5-592.0 nm）と単一の輝度ビン（例：S2: 224-280 mcd）を指定します。駆動回路は3.3V電源ラインを使用します。VFを2.2V（ビンD3の中間値）、目標IFを20mAと仮定すると、電流制限抵抗はR = (3.3V - 2.2V) / 0.020A = 55オームと計算されます。標準の56オーム抵抗が選択されます。PCBランドパターンは、データシートの推奨パッドレイアウトに従って設計され、信頼性の高いはんだ付けとリフロー中の適切な自己位置決めを確保します。

12. 動作原理の紹介

LEDは半導体ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型半導体からの電子とp型半導体からの正孔が活性領域（接合部）に注入されます。電子が正孔と再結合すると、エネルギーが放出されます。LEDでは、このエネルギーは光子（光）の形で放出されます。光の特定の波長（色）は、活性領域で使用される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。この黄色LEDの場合、材料システムはAlInGaPであり、黄色光（〜590 nm）に対応するバンドギャップを持っています。ウォータークリアのエポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力ビームを形成するのに役立ちます。

13. 技術トレンド

SMD LEDの一般的なトレンドは、以下のいくつかの主要な分野に向かっています：

1. 効率向上:継続的な材料科学の改善（より優れたAlInGaPやInGaNエピタキシーなど）により、ワットあたりのルーメン（lm/W）が増加し、同じ光出力に対する消費電力が削減されます。
2. 小型化:パッケージは継続的に小型化（例：0402、0201）され、より小さな最終製品を可能にしますが、これは熱管理と取り扱いに課題をもたらします。
3. 信頼性と安定性の向上:パッケージ材料とプロセスの改善により、寿命が延び、温度と時間に対する性能の一貫性が向上します。
4. 統合ソリューション:内蔵の電流制限抵抗、さらには同じパッケージ内に簡単なドライバICを備えたLEDへの移行があり、エンドユーザーの回路設計が簡素化されます。
5. 色の一貫性:より厳しいビニング許容差と改善された製造プロセスにより、生産ロット間の色の均一性が継続的に向上しています。

この特定の0603 AlInGaP黄色LEDは、この進化する技術的景観の中で、成熟した、信頼性が高く、費用対効果の高いソリューションを表しています。