SMD LED LTST-M140KSKT データシート - イエロー AlInGaP - 30mA - 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) であるLTST-M140KSKT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) 実装向けに設計されたLEDファミリーに属し、スペース制約のあるアプリケーションに適した小型サイズと構成を特徴とします。LEDはAlInGaP (アルミニウムインジウムガリウムリン) 半導体材料を利用して黄色光を出力し、ウォータークリアレンズパッケージに封止されています。

中核となる設計思想は、現代の大量生産電子機器製造との互換性にあります。このデバイスは、自動ピックアンドプレース装置との互換性を持ち、標準的な赤外線 (IR) リフローはんだ付けプロセスの熱プロファイルに耐えるように設計されており、合理化された生産ラインに最適です。

対象市場とアプリケーションは広範であり、部品の汎用性と信頼性を反映しています。主な用途には、ステータスインジケータ、フロントパネルのバックライト、通信機器、オフィスオートメーション機器、家電製品、および各種産業機器内の信号またはシンボル照明が含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。これらの値は周囲温度 (Ta) 25°Cで規定されています。最大連続順方向電流 (DC) は30 mAです。デューティサイクル1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下では、デバイスは80 mAのピーク順方向電流を扱うことができます。LEDに印加できる最大許容逆電圧は5 Vです。総消費電力は72 mWを超えてはなりません。デバイスは-40°Cから+85°Cの温度範囲内での動作に対応し、-40°Cから+100°Cの環境で保管できます。

2.2 電気的・光学的特性

代表的な電気的・光学的性能は、標準試験条件である順方向電流 (IF) 20 mA、Ta=25°Cで測定されます。主要パラメータは以下の通りです：

• 光束 (Φv)：最小0.42ルーメン (lm) から代表的最大1.35 lmの範囲です。これは放射される光の総合的な知覚パワーを測定します。
• 光度 (Iv)：光束に対応し、最小140ミリカンデラ (mcd)、代表的最大450 mcdです。光度は中心軸に沿って測定されます。
• 指向角 (2θ1/2)：光度が軸方向値の半分となる全角は、典型的に120度であり、広い視野パターンを示しています。
• ピーク波長 (λP)：スペクトル放射が最も強い波長は、典型的に591ナノメートル (nm) です。
• 主波長 (λd)：知覚される色を定義する単一波長は、584.5 nmから594.5 nmの間で規定され、一貫した黄色の色調を保証します。
• スペクトル線半値幅 (Δλ)：典型的に15 nmで、放射光のスペクトル純度または帯域幅を表します。
• 順方向電圧 (VF)：20 mA時で1.8 Vから2.4 Vの範囲であり、ビニングされた部品では±0.1 Vの許容差があります。
• 逆電流 (IR)：5 Vの逆バイアスを印加した場合、最大10マイクロアンペア (μA) です。

3. ビニングシステムの説明

大量生産における一貫性を確保するため、LEDは主要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の特定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20 mA時に3つの電圧ビン (D2, D3, D4) に分類されます。ビンD2は1.8Vから2.0V、D3は2.0Vから2.2V、D4は2.2Vから2.4Vをカバーします。各ビンには±0.1Vの許容差があります。より厳密な電圧ビンを選択することで、特に複数のLEDが直列接続される場合に、より一貫性のある駆動回路の設計に役立ちます。

3.2 光束および光度ビニング

光出力は5つの主要コード (C2, D1, D2, E1, E2) にビニングされます。例えば、ビンC2は光束0.42 lmから0.54 lm (対応する光度140-180 mcd) を指定し、最高出力ビンであるE2は1.07 lmから1.35 lm (355-450 mcd) をカバーします。各光度ビンの許容差は±11%です。このビニングは、複数のインジケータやバックライトアレイ全体で均一な輝度を必要とするアプリケーションにおいて極めて重要です。

3.3 色相 (主波長) ビニング

黄色の正確な色合いを定義する主波長は、4つのカテゴリにビニングされます：H (584.5-587.0 nm)、J (587.0-589.5 nm)、K (589.5-592.0 nm)、L (592.0-594.5 nm)。各ビンの許容差は±1 nmです。これにより、交通信号や特定のステータスインジケータなど、特定の黄色調が要求されるアプリケーションでの精密な色合わせが可能になります。

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフィカルデータが参照されていますが、このようなLEDの代表的な性能曲線は重要な設計上の洞察を提供します。これらには一般的に以下が含まれます：

• 電流対電圧 (I-V) 曲線：順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示します。この曲線は動作点の決定と電流制限回路の設計に不可欠です。
• 光度対順方向電流 (I-L曲線)：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、推奨動作範囲内ではほぼ線形関係にあります。これは、所望の輝度を得るための駆動電流の選択に役立ちます。
• 光度対周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示します。このデレーティングを理解することは、高温環境で動作するアプリケーションにとって極めて重要です。
• スペクトル分布曲線：波長に対する相対強度をプロットし、~591 nmでのピークと15 nmの半値幅を示し、単色の黄色発光を確認します。
• 指向角パターン：光強度の角度分布を示す極座標プロットで、典型的にはランバートまたは類似の発光パターンを持つ120度の指向角を確認します。

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SMDパッケージです。すべての寸法はミリメートル単位で提供され、特に指定がない限り一般的な許容差は±0.2 mmです。データシートには、上面図、側面図、フットプリントを含む詳細な機械図面が含まれており、本体の長さ、幅、高さ、はんだパッドの配置とサイズなどの主要寸法が示されています。

5.2 パッド設計と極性識別

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対応した推奨PCBランドパターン (接続パッド) が提供されています。このパターンは、信頼性の高いはんだ接合部の形成と機械的安定性のために最適化されています。部品は極性マーキングを備えており、通常はパッケージ自体のカソードマーカー (切り欠き、ドット、またはトリムされたリードなど) で示されます。LEDはダイオードであり、電流は一方向にしか流れないため、正しい向きは必須です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

データシートは、鉛フリープロセスに対応したJ-STD-020Bに準拠した推奨IRリフロープロファイルを提供します。主要パラメータには、予熱ゾーン、制御されたピーク温度への立ち上がり、制御された冷却段階が含まれます。推奨される最大ピーク温度は260°Cで、LEDパッケージや半導体ダイへの熱ダメージを防ぐため、217°C (代表的な鉛フリーはんだの液相温度) 以上の時間は注意深く制御されます。

6.2 保管および取り扱い上の注意

LEDは湿気に敏感なデバイスです。乾燥剤入りの元の防湿包装で密封されている場合、保管は温度≤30°C、相対湿度 (RH) ≤70%で、1年以内に使用する必要があります。密封袋を開封すると、フロアライフが始まります。部品は温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管し、168時間以内 (JEDEC Level 3) にIRリフローすることを推奨します。この期間を超えて保管する場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間ベーキングを行い、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。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。LEDを室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ます。指定外の化学洗浄剤は、エポキシレンズやパッケージ材料を損傷する可能性があります。

7. 梱包および発注情報

自動実装のための標準梱包は、直径7インチ (178 mm) のリールに巻かれた12 mm幅のエンボスキャリアテープです。各リールには3000個が含まれます。テープとリールの仕様はANSI/EIA-481規格に準拠しています。残数発注の場合、最小梱包数量は500個です。テープには部品ポケットを密封するためのカバーテープが含まれており、リール内で連続して欠品が許容される最大数は2個です。

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

最も一般的な駆動方法は、定電流源または単純な直列抵抗です。抵抗値 (R) は次の式で計算されます：R = (電源電圧 - VF) / IF。ここで、VFは所望の電流IFにおけるLEDの順方向電圧です。例えば、電源5V、VF 2.0V、目標IF 20mAの場合、必要な直列抵抗は (5V - 2.0V) / 0.02A = 150オームです。少なくとも (5V-2.0V)*0.02A = 0.06Wの定格を持つ抵抗を選択する必要があり、1/8Wまたは1/10W抵抗が典型的です。

8.2 設計上の考慮点

• 電流制限：常に電流制限デバイス (抵抗またはドライバIC) を使用してください。電圧源に直接接続すると過剰電流が流れ、即座に故障します。
• 熱管理：消費電力は低いですが、はんだパッド周囲に十分なPCB銅面積またはスルーホールを確保することで放熱に役立ちます。特に高周囲温度条件下やより高い電流で駆動する場合に重要です。
• ESD保護：高度に敏感とは明示されていませんが、実装中は標準的なESD取り扱い上の注意を守る必要があります。
• 光学設計：広い120度の指向角は、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。集光が必要な場合は、二次光学系 (レンズ) が必要になります。

9. 技術比較と差別化

LTST-M140KSKTは、黄色発光にAlInGaP技術を使用することで差別化を図っています。GaAsPなどの古い技術と比較して、AlInGaP LEDは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい出力と、より優れた温度安定性を実現します。広い120度の指向角は、インジケータアプリケーションの重要な特徴です。標準的なIRリフロープロセスとテープ＆リール梱包との互換性により、手動挿入が必要なスルーホールLEDと比較して、自動化された大量生産においてコスト効率の高い選択肢となっています。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: 光束 (lm) と光度 (mcd) の違いは何ですか？

A: 光束は、全方向に放射される可視光の総量を測定します。光度は、特定の方向 (通常は中心軸) での明るさを測定します。このような広角LEDの場合、mcd値は基準点ですが、総光出力はルーメン値でより良く表されます。

Q: このLEDを3.3V電源で駆動できますか？

A: はい。代表的なVF 2.0V、目標電流20mAで計算すると、必要な直列抵抗は (3.3V - 2.0V) / 0.02A = 65オームです。抵抗の電力定格が十分であることを確認してください。

Q: ビニングが重要なのはなぜですか？

A: ビニングは色と輝度の一貫性を保証します。製品内で複数のLEDを使用する場合 (例：ステータスライトのアレイ)、同じ電圧、光度、波長ビンから発注することで、均一な外観が保証されます。

Q: 絶対最大逆電圧5Vを超えるとどうなりますか？

A: 定格を超える逆電圧を印加すると、LEDのPN接合が突然、壊滅的に破壊され、即座に永久的な故障を引き起こします。

11. 実用的な使用例

シナリオ: ネットワークルーターのステータスインジケータパネルの設計パネルには、異なるポートのリンクアクティビティを示すために4つの黄色LEDが必要です。ユーザーエクスペリエンスにとって、均一な輝度と色が重要です。

設計手順：

1. 黄色の色合い、適切な輝度、SMD形状を考慮してLTST-M140KSKTを選択します。

2. ビン指定：一貫性を確保するために、単一の光度ビン (例：224-280 mcdのD2) と単一の主波長ビン (例：587.0-589.5 nmのJ) を選択します。中程度の電圧ビン (D3) は許容可能です。

3. 回路設計：ルーターのPCB上の共通3.3Vレールを使用します。各LEDの直列抵抗を計算します。VF 2.1V (ビンD3の中間値)、目標20mAと仮定：R = (3.3V - 2.1V) / 0.02A = 60オーム。標準の62オーム、1/10W抵抗を使用します。

4. レイアウト：LEDをPCBフロントパネルに対称的に配置します。良好なはんだ付け性を確保するため、データシートの推奨ランドパターンに従います。

5. 実装：推奨リフロープロファイルに従います。開封したLEDリールは、168時間のフロアライフ内で使用するか、より長く保管する場合は適切にベーキングしてください。

12. 動作原理

このLEDの発光は、AlInGaP材料で作られた半導体PN接合におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、N型領域からの電子とP型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子 (光) の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接放射光の波長 (色) に対応します。この場合、黄色 (~591 nm) です。ウォータークリアエポキシレンズは半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、光出力パターンを形成します。

13. 技術トレンド

LTST-M140KSKTのようなSMD LEDの開発は、小型化、信頼性向上、自動化製造に向けた電子機器のより広範なトレンドの一部です。AlInGaP技術は、赤、オレンジ、黄色LEDに対する成熟した効率的なソリューションを表しています。業界の進行中のトレンドには、さらなる高発光効率 (電気入力ワット当たりのより多くの光出力) の追求、より厳密なビニングによる色の一貫性の向上、より高密度な統合を可能にするより小さなパッケージサイズ (例：チップスケールパッケージ) の開発が含まれます。さらに、自動車や産業アプリケーションの要求を満たすため、より高い温度や湿度範囲などの過酷な環境条件下での信頼性向上に焦点が当てられています。