SMD LED LTST-108KSKT データシート - パッケージ 3.2x2.8x1.9mm - 電圧 1.8-2.4V - 黄色 - 72mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、表面実装デバイス (SMD) 発光ダイオード (LED) の完全な技術仕様を提供します。この部品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。その小型フォームファクタは、スペースが重要な制約となるアプリケーションに理想的です。LEDは、アルミニウムインジウムガリウムリン (AlInGaP) 半導体技術を用いて構築されており、これは琥珀色から赤色スペクトルで高効率の光を生成することで知られています。ここで取り上げる特定のバリエーションは黄色光を発します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点には、コンパクトなサイズ、標準的な自動ピック&プレース装置との互換性、および現代の電子機器製造で標準的な赤外線 (IR) リフローはんだ付けプロセスへの適合性が含まれます。RoHS指令に準拠し、環境規制を満たしています。デバイスは8mmテープに梱包され、7インチ径のリールに巻き取られており、生産ラインでの効率的な取り扱いを容易にします。

そのターゲットアプリケーションは広範で、状態表示灯、フロントパネルのバックライト、様々な電子機器における信号やシンボルの照明を含みます。典型的なエンドユース市場には、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（例：ノートパソコン）、ネットワークシステム、家電製品、屋内標識などがあります。

2. 詳細技術パラメータ分析

適切な回路設計と長期信頼性を確保するためには、電気的・光学的特性を徹底的に理解することが不可欠です。

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がある限界を定義します。周囲温度 (Ta) 25°Cで規定されています。

• 消費電力 (Pd):72 mW。これは、LEDパッケージが熱的限界を超えることなく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。これは、デューティサイクル1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下でのみ許容されます。DC定格電流を超えると、一瞬でも過熱を引き起こす可能性があります。
• 動作温度範囲:-40°C から +85°C。デバイスが機能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。デバイスが通電されていない状態での保管温度範囲です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、特に断りのない限り、Ta=25°C、順方向電流 (IF) 20mAで測定された典型的な性能パラメータです。

• 光度 (Iv):180 mcd (最小) から 450 mcd (最大) の範囲で、その範囲内に典型的な値があります。光度は、人間の目の明所視応答 (CIE曲線) に一致するようにフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。
• 視野角 (2θ1/2):110度 (典型値)。これは、光度が中心軸で測定された値の半分に低下する全角です。110度の角度は、広い視野パターンを示しています。
• ピーク発光波長 (λp):約 591 nm。これは、スペクトル出力が最も強い波長です。
• 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、色（黄色）を定義する人間の目が知覚する単一波長です。許容差はビンごとに±1 nmです。
• スペクトル線半値幅 (Δλ):約 15 nm。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近くなります。
• 順方向電圧 (VF):20mA時で1.8V (最小) から2.4V (最大) の範囲です。典型的な値はこの範囲内にあります。電流制限抵抗は、実際のVFと電源電圧に基づいて計算する必要があります。
• 逆方向電流 (IR):逆方向電圧 (VR) 5V印加時、最大10 μA。この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. ビン分けシステムの説明

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。設計者は、アプリケーション要件に合わせてビンを指定することができます。

3.1 順方向電圧 (VF) ビン分け

単位: ボルト @ 20mA。ビンごとの許容差: ±0.10V。

• ビン D2:1.8V (最小) から 2.0V (最大)
• ビン D3:2.0V (最小) から 2.2V (最大)
• ビン D4:2.2V (最小) から 2.4V (最大)

3.2 光度 (Iv) ビン分け

単位: ミリカンデラ (mcd) @ 20mA。ビンごとの許容差: ±11%。

• ビン S1:180 mcd (最小) から 224 mcd (最大)
• ビン S2:224 mcd (最小) から 280 mcd (最大)
• ビン T1:280 mcd (最小) から 355 mcd (最大)
• ビン T2:355 mcd (最小) から 450 mcd (最大)

3.3 主波長 (WD) ビン分け

単位: ナノメートル (nm) @ 20mA。ビンごとの許容差: ±1 nm。

• ビン H:584.5 nm (最小) から 587.0 nm (最大)
• ビン J:587.0 nm (最小) から 589.5 nm (最大)
• ビン K:589.5 nm (最小) から 592.0 nm (最大)
• ビン L:592.0 nm (最小) から 594.5 nm (最大)

完全な型番には、通常、VF、Iv、WDのビンコードが含まれます（例：LTST-108KSKT-D3T1K）。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのデバイスの挙動についてより深い洞察を提供します。

4.1 電流-電圧 (I-V) 特性

AlInGaP LEDのI-V曲線は、比較的安定しているが接合温度の上昇に伴ってわずかに増加する順方向電圧を示します。曲線はターンオン電圧付近では指数関数的であり、より高い電流ではより線形になります。設計者はこれを使用して動的抵抗を決定し、消費電力をモデル化します。

4.2 光度 vs. 順方向電流

この関係は、推奨動作電流範囲（最大30mA）内では一般的に線形です。電流を増やすと光出力は増加しますが、発熱も増加します。絶対最大定格を超えて動作させると、効率低下（ワットあたりの光出力の減少）と劣化の加速を引き起こします。

4.3 スペクトル分布

スペクトル出力曲線は591 nm（ピーク）を中心とし、典型的な半値幅は15 nmです。知覚される色を定義する主波長は、ビン分けされた範囲内に収まります（例：ビンKの場合、589.5-592.0 nm）。スペクトルは比較的狭く、AlInGaP材料の特徴であり、飽和した黄色を生み出します。

4.4 温度依存性

主要なパラメータは温度の影響を受けます：

• 順方向電圧 (VF):接合温度が上昇すると減少します。これは負の温度係数を持ち、AlInGaPでは通常約-2 mV/°Cです。
• 光度 (Iv):温度の上昇とともに減少します。高周囲温度で動作するアプリケーションでは、十分な明るさを確保するためにこの減衰曲線が重要です。
• 主波長 (λd):温度とともにわずかにシフトすることがあり、通常はより長い波長側（赤方偏移）に移動します。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的な表面実装パッケージに収められています。主要寸法（ミリメートル）は以下の通りです：

• 長さ: 3.2 mm (許容差 ±0.2 mm)
• 幅: 2.8 mm (許容差 ±0.2 mm)
• 高さ: 1.9 mm (許容差 ±0.2 mm)

パッド間隔、レンズ形状、カソード/アノード識別マークについては、詳細な機械図面を参照する必要があります。カソードは通常、パッケージ上の緑色のマーキングまたは面取りされたコーナーで示されます。

5.2 推奨PCBランドパターン

信頼性の高いはんだ付けのためには、PCBパッド設計が重要です。推奨パターンには、アノードとカソード用の2つの長方形パッドが含まれており、機械的強度と電気的接続のために十分なはんだフィレットを提供しつつ、はんだブリッジを防止するようにサイズ設定されています。パッド設計は、赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスの両方に最適化されています。

5.3 テープ&リール梱包

部品は、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。主要仕様：

• キャリアテープ幅: 8 mm
• リール直径: 7インチ (178 mm)
• リールあたりの数量: 4,000個
• 最小発注数量: 残数リールで500個
• ポケットピッチ: 寸法図面に準拠
• 規格: ANSI/EIA-481仕様に準拠。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル (鉛フリー)

本デバイスは、鉛フリーはんだプロセスに対応しています。J-STD-020に準拠した推奨リフロープロファイルは以下を含みます：

• 予熱:周囲温度から150-200°Cまで最大120秒で上昇させます。
• ソーク/活性化:150-200°Cの間を維持し、フラックスの活性化と温度均一化を可能にします。
• リフロー:ピーク温度260°Cを超えないように上昇させます。217°C（SnAgCuはんだの液相線温度）以上の時間は制御する必要があります。
• 冷却:制御された冷却段階。

具体的なプロファイルは、基板の厚さ、部品密度、はんだペースト仕様を考慮して、実際のPCBアセンブリに対して特性評価を行う必要があります。

6.2 手はんだ付け

手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。
• リードあたりのはんだ付け時間: 最大3秒。
• 試行: 熱ストレスを避けるため、パッドごとに1回のはんだ付け試行のみを推奨します。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、プラスチックレンズや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。許容される洗浄剤には、エチルアルコールやイソプロピルアルコールがあります。LEDは常温で1分未満浸漬するようにしてください。強力な化学洗浄剤は避ける必要があります。

7. 保管と取り扱い上の注意

7.1 湿気感受性

プラスチックLEDパッケージは湿気に敏感です。乾燥剤入りの密閉防湿バッグ (MBB) で納入された状態では、保管条件が≤30°C、≤70% RHの場合、1年間の保存寿命があります。元のバッグを開封すると、部品は周囲の湿度にさらされます。

7.2 フロアライフとベーキング

• フロアライフ:MBBを開封した後、部品は≤30°C、≤60% RHの条件下で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:MBB外で168時間を超えて保管する場合は、部品を乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターに保管する必要があります。
• ベーキング:168時間のフロアライフを超えた場合は、はんだ付け前に吸収した湿気を除去し、ポップコーン現象（リフロー中のパッケージ割れ）を防止するためにベーキングが必要です。推奨ベーキング条件：60°Cで少なくとも48時間。

8. アプリケーション設計上の考慮点

8.1 電流制限

順方向電流を安全な値（最適な性能と寿命のためには通常20mA）に制限するために、直列抵抗が必須です。抵抗値 (R) はオームの法則を使用して計算されます：R = (電源電圧 - LEDのVF) / 希望電流。電流が限界を超えないことを保証するために、最悪ケース設計にはデータシートの最大VF (2.4V) を常に使用してください。

8.2 熱管理

消費電力は低い（最大72 mW）ですが、適切な熱設計はLEDの寿命を延ばし、明るさを維持します。LEDパッドに接続された十分な銅面積をPCBに確保し、ヒートシンクとして機能させるようにしてください。LEDを他の発熱部品の近くに配置しないでください。高周囲温度アプリケーションでは、最大順方向電流を減衰させてください。

8.3 光学設計

広い110度の視野角は、広い視認性を必要とするアプリケーションに適しています。集光または指向性のある光が必要な場合は、二次光学部品（レンズ、導光板）が必要になる場合があります。ウォータークリアレンズにより、AlInGaPチップの本来の黄色が直接見えます。

9. 比較と差別化

他の黄色LED技術との比較：

• 従来のGaAsPとの比較：AlInGaPは、著しく高い発光効率と優れた温度安定性を提供し、より明るく一貫した光出力をもたらします。
• 蛍光体変換白色/黄色との比較：これは直接発光半導体であるため、より狭いスペクトル（より飽和した色）を持ち、時間の経過とともに蛍光体が劣化する問題がありません。
• 主要な利点：標準的なEIAパッケージフットプリント、鉛フリーリフロー対応、および小型サイズでの高輝度という組み合わせが、現代の電子機器における汎用性の高い選択肢となっています。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長 (λp) は、LEDが最も多くの光パワーを発する物理的な波長です。主波長 (λd) は、人間の目が色として知覚する単一波長を表す、CIE測色システムに基づく計算値です。この黄色LEDのような単色光源では、両者は近いですが同一ではありません。色合わせを考慮する設計者は、主波長ビンを使用すべきです。

10.2 このLEDを電流制限抵抗なしで駆動できますか？

できません。LEDは非線形なI-V特性を持つダイオードです。順方向電圧を超える電圧源に直接接続すると、電流が制御不能に上昇し、急速に最大定格を超えてデバイスを破壊します。直列抵抗または定電流ドライバーが常に必要です。

10.3 なぜ保管とベーキングの要件があるのですか？

LEDパッケージに使用されるプラスチックエポキシは、空気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のリフローはんだ付けプロセス中に、この閉じ込められた湿気が急速に気化し、内部圧力を発生させ、パッケージの剥離やダイの割れ（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。保管とベーキングの手順は、この故障モードを防止するために湿気含有量を制御します。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：3.3V電源ラインで動作する携帯機器の状態表示灯を設計する。

1. 電流選択：明るさと消費電力の良いバランスのために20mAを選択。
2. 抵抗計算：最悪ケースVF (最大) = 2.4Vを使用。R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45オーム。最も近い標準値は47オーム。実際の電流を再計算：I = (3.3V - 2.2V_典型) / 47 = ~23.4mA (安全)。
3. PCBレイアウト：47Ω抵抗をLEDの近くに配置。推奨ランドパターンを使用。放熱のため、LEDの下に小さな銅面を設ける。
4. 製造：組立工場が鉛フリーリフロープロファイルガイドラインに従うことを確認。168時間以内に使用しない場合は、開封したリールをドライキャビネットに保管。

12. 技術原理の紹介

このLEDは、基板上に成長させたアルミニウムインジウムガリウムリン (AlInGaP) 半導体材料に基づいています。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、この再結合によりエネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光の特定の波長（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、これは結晶成長プロセス中にアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を調整することで設計されます。ウォータークリアエポキシレンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、光出力を整形し、光取り出し効率を向上させます。

13. 業界動向

表示灯用途のSMD LEDにおけるトレンドは、より高い効率（mAあたりのより多くの光出力）、設計の柔軟性を高めるためのより小さなパッケージサイズ、過酷な条件（より高い温度、湿度）下での信頼性向上に向かって続いています。また、色と明るさのより厳しいビン分け許容差に焦点が当てられており、消費財においてより一貫した美的結果を可能にしています。小型化への要請はチップスケールパッケージ (CSP) LEDの開発を推進していますが、このような標準パッケージは、成熟した製造プロセスと既存の組立インフラとの互換性により、コスト重視の大量生産アプリケーションでは依然として支配的です。