SMT CBI バイカラーLEDインジケータ LTL-M12YB1H310U - 黄/青 - 10mA - 72/78mW - 日本語データシート

1. 製品概要

LTL-M12YB1H310Uは、表面実装技術（SMT）を用いた回路基板用インジケータ（CBI）です。特定のLEDランプと組み合わせるために設計された黒色プラスチック製の直角ハウジングを備えています。この部品はプリント基板（PCB）への組立を容易にするよう設計されており、水平または垂直のアレイを形成できる積層可能なデザインを採用しています。主な機能は、電子機器において明確で高コントラストな視覚的な状態表示を提供することです。

1.1 主要な特徴と利点

• 表面実装設計：自動SMT組立プロセスに完全対応しており、大量生産での効率的な基板実装を可能にします。
• 視認性の向上：黒色のハウジング素材は、点灯したLEDに対して高いコントラスト比を提供し、様々な照明条件下での視認性を向上させます。
• 2色光源：黄色発光用のAlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）と青色発光用のInGaN（窒化インジウムガリウム）を統合し、均一な光の外観を得るために白色拡散レンズを組み合わせています。
• 省エネルギー性：低消費電力と高発光効率が特徴で、電力に敏感なアプリケーションに適しています。
• 環境適合性：これは鉛フリー製品であり、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。
• 信頼性試験：デバイスはJEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）レベル3規格に加速されたプリコンディショニングを受けており、標準的なSMTリフロー工程に適した堅牢な耐湿性レベルを示しています。

1.2 対象アプリケーションと市場

このインジケータは、以下の主要産業における一般的な電子機器での使用を想定して設計されています：

• コンピュータシステム：マザーボード、サーバー、ストレージデバイス、周辺機器の状態表示灯。
• 通信機器：ネットワークスイッチ、ルーター、モデム、通信機器のインジケータ。
• 民生用電子機器：オーディオ/ビデオ機器、家電製品、個人用デバイスの電源、モード、または機能インジケータ。
• 産業用制御装置：信頼性の高い視覚的フィードバックを必要とする機械、計測器、制御システムのパネルインジケータ。

2. 技術仕様と客観的解釈

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が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。

• 電力損失（P_d）：黄色：72 mW、青色：78 mW。このパラメータは、LEDパッケージ内で熱に変換される総電気的電力の限界を定めます。
• ピーク順方向電流（I_FP）：両色とも80 mA。これは最大許容瞬間電流であり、通常はデューティサイクル≤1/10、パルス幅≤0.1msのパルス動作用です。これを超えると致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 直流順方向電流（I_F）：黄色：30 mA、青色：20 mA。これは、信頼性の高い長期動作のために推奨される最大連続電流です。青色LEDの定格が低いのは、InGaNの典型的な材料特性を反映しています。
• 温度範囲：動作：-40°C ～ +85°C；保管：-40°C ～ +100°C。これらの広い範囲は、過酷な環境での機能性と安全な保管条件を保証します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件下で周囲温度（T_A）25°Cで測定された典型的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：黄色：18 mcd（最小）、青色：12.6 mcd（最小）、I_F= 10mA時。これは人間の目で知覚される明るさを測定します。I_Vの分類コードは、ビニング目的で梱包袋に印字されています。
• ピーク発光波長（λ_P）：黄色：592 nm（代表値）、青色：468 nm（代表値）。これはスペクトルパワー出力が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：黄色：582-595 nm、青色：464-476 nm、I_F= 10mA時。CIE色度図から導出され、この単一波長がLEDの知覚される色を最もよく表し、そのカラービンを定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：黄色：15 nm（代表値）、青色：25 nm（代表値）。これはスペクトルの純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近いことを意味します。黄色AlInGaP LEDは、一般的に青色InGaN LEDよりも狭いスペクトルを持ちます。
• 順方向電圧（V_F）：黄色：1.7-2.4V、青色：2.7-3.8V、I_F= 10mA時。電流が流れているときのLED両端の電圧降下です。青色のV_Fが高いのは、InGaN技術の特徴です。
• 逆方向電流（I_R）：両色とも10 µA（最大）、V_R= 5V時。LEDは逆バイアス動作用に設計されていません。このパラメータはリーク試験目的のみです。

3. ビニングシステムの説明

このデータシートは、生産における色と明るさの一貫性を確保するために、主要な光学パラメータに基づくビニングシステムを暗示しています。

• 波長/色ビニング：主波長（λ_d）の範囲（黄色：582-595nm、青色：464-476nm）が許容される色のばらつきを定義します。製品はこれらの範囲内のビンに分類されます。
• 光度ビニング：光度（I_V）には最小指定値があります。デバイスは試験され、強度ビンに分類される可能性が高く、特定のビンコードが梱包に印字されています（データシートに記載の通り）。
• 順方向電圧ビニング：明示的にビニングパラメータとは記載されていませんが、指定されたV_F範囲は許容されるばらつきを示しています。一貫したV_Fは、並列回路における電流マッチングにとって重要です。

4. 性能曲線分析

データシートは、設計に不可欠な典型的な特性曲線を参照しています。

• I-V（電流-電圧）曲線：順方向電流（I_F）と順方向電圧（V_F）の関係を示します。非線形であり、ターンオン/閾値電圧（黄色で約1.5V、青色で約2.5V）を超えると、わずかな電圧増加で電流が急速に増加します。このため、駆動回路には電流制限が必要です。
• 光度 vs. 順方向電流：一般的に、低電流時にはI_VがI_Fに比例して直線的に増加し、高電流時には熱や効率低下により飽和する可能性があります。
• 温度依存性：光度は一般に接合温度の上昇とともに減少します。順方向電圧も温度上昇とともに減少します（負の温度係数）。
• スペクトル分布：このグラフは、相対放射パワー対波長を示し、λ_Pでピークを持ち、Δλで定義される幅を持ちます。主波長λ_dはこのスペクトルから計算されます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

この部品は直角（90度）の実装プロファイルを特徴とします。主要な寸法に関する注意点は以下の通りです：

• すべての寸法はミリメートル単位で、特に指定がない限りデフォルト公差は±0.25mmです。
• ハウジング素材は黒色プラスチックです。
• 内蔵LEDは黄/青のバイカラータイプで、光の混合と広い視野角を得るための白色拡散レンズを備えています。

5.2 極性識別と実装

正確なパッドレイアウトは提供されたテキストでは詳細に記載されていませんが、SMT LEDには正しい極性方向が必要です。PCBフットプリント設計は部品のリード配置と一致しなければなりません。黒色ハウジングと直角設計は、実装時の機械的位置合わせを支援します。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

6.1 保管と取り扱い

• 未開封パッケージ：30°C以下、相対湿度70%以下で保管してください。袋の封入日から1年以内に使用してください。
• 開封済みパッケージ：防湿バリアバッグから取り出した部品は、30°C以下、相対湿度60%以下で保管してください。暴露後168時間（1週間）以内にIRリフローはんだ付けを完了することを推奨します。
• 長時間暴露時：暴露時間が168時間を超える場合は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも48時間のベーキング（乾燥）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による損傷を防止する必要があります。

6.2 はんだ付けプロセスパラメータ

• 手はんだ（はんだごて）：最高温度350°C、接合部あたり最大時間3秒。1回のみ適用してください。
• フローはんだ付け：予熱：150-200°C、最大120秒。はんだ波：最高260°C、最大5秒。プロセス最大回数は2回です。
• リフローはんだ付け：この部品はJEDECレベル3に適合しています。サンプルのリフロープロファイルが提供されており、JEDECの制限値とはんだペーストメーカーの推奨事項に従う必要性が強調されています。リフロープロセスは2サイクルを超えてはなりません。プロファイルは通常、予熱、熱浸漬、リフローピーク（推奨～245-260°C）、冷却段階を含みます。

6.3 洗浄と機械的ストレス

• 必要に応じて、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤を使用して洗浄してください。
• 組立中にリードやハウジングに機械的ストレスを加えないでください。リードフレームベースを曲げる際の支点として使用しないでください。

7. 梱包と発注情報

7.1 梱包仕様

• キャリアテープ：標準10スプロケットホールピッチ設計。素材：黒色導電性ポリスチレン合金。厚さ：0.40 ±0.06 mm。
• リール：標準13インチ（330mm）直径リール。数量：リールあたり1,400個。
• 段ボール箱：1リールが乾燥剤と湿度指示カードとともに防湿バリアバッグ（MBB）に梱包されます。3つのMBBが内装箱に梱包されます（合計4,200個）。10個の内装箱が外装箱に梱包されます（合計42,000個）。

7.2 品番と改訂

基本品番はLTL-M12YB1H310Uです。文書の改訂履歴は追跡され、現在の仕様書の有効日は2021年4月1日です。

8. アプリケーション設計推奨事項

8.1 駆動回路設計

重要な考慮事項：LEDは電流駆動デバイスです。均一な明るさを確保するためには、特に複数のLEDを並列接続する場合、各LEDに直列の電流制限抵抗を使用しなければなりません（回路モデルA）。電圧源から複数のLEDを直接並列駆動すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLEDの順方向電圧（V_F）のわずかなばらつきが、電流、ひいては明るさの大きな差を引き起こすためです。

直列抵抗値（R_s）はオームの法則を使用して計算できます：R_s= (供給電圧V_supply- V_F) / I_F、ここでI_Fは所望の動作電流（例：10mA）、V_Fはデータシートからの代表的な順方向電圧です。

8.2 熱管理

電力損失は低いですが、LEDの接合温度を指定された動作範囲内に維持することは、長期信頼性と安定した光出力にとって極めて重要です。特に最大直流電流付近で動作する場合は、はんだパッド周囲に十分なPCB銅面積またはサーマルリリーフを確保して放熱してください。

9. 技術比較と差別化

個別のLEDチップやより単純なSMT LEDと比較して、このCBI（回路基板用インジケータ）は明確な利点を提供します：

• 統合ソリューション：LEDチップ、レンズ、構造的な直角ハウジングを1つのSMTパッケージに統合し、機械設計と組立を簡素化します。
• 視認性の向上：黒色ハウジングと拡散レンズは、多くのクリアレンズでハウジングのないLEDと比較して、優れたコントラストと視野角を提供します。
• バイカラー機能：2つの異なる半導体材料（AlInGaPとInGaN）を1つのパッケージに統合することで、追加のPCBスペースを使用せずにデュアルステータス表示（例：電源オン/スタンバイ、モードA/モードB）が可能になります。
• 積層可能な設計：一貫した間隔と位置合わせで複数インジケータバーやアレイを作成することを容易にします。

10. よくある質問（FAQ）

Q1: このLEDを5Vまたは3.3Vのロジック出力から直接駆動できますか？

A1: いいえ。直列の電流制限抵抗を使用しなければなりません。例えば、5V電源で青色LED（V_F～3.2V 代表値）を10mAで駆動する場合：R_s= (5V - 3.2V) / 0.01A = 180 Ω。より高い電流やマルチプレクシングには、駆動トランジスタまたは専用LEDドライバICが必要になる場合があります。

Q2: ピーク波長（λ_P）と主波長（λ_d）の違いは何ですか？

A2: λ_Pは光スペクトルの物理的なピークです。λ_dは、人間の目で知覚される色を表す計算値で、全スペクトルとCIE等色関数から導出されます。λ_dは色仕様とビニングにより関連性があります。

Q3: JEDECレベル3のプリコンディショニングをどのように解釈すればよいですか？

A3: JEDECレベル3は、防湿バリアバッグを開封後、リフローはんだ付け前にベーキングを必要とせずに、最大168時間（1週間）工場の周囲条件（≤30°C/60% RH）に部品を暴露できることを意味します。これは製造スケジュールに柔軟性をもたらします。

Q4: 黄色と青色で最大電流が異なるのはなぜですか？

A4: 異なる半導体材料（AlInGaP対InGaN）は異なる電気的・熱的特性を持ち、メーカーの信頼性試験で定義された異なる最大安全動作電流密度につながります。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：ネットワークスイッチ用のステータスパネルを設計する。パネルにはリンクアクティブ用の緑色ランプ、アクティビティ用の黄色ランプ、PoE（Power over Ethernet）アクティブ用の青色ランプが必要です。この特定部品は黄/青ですが、緑色の類似CBI部品を使用できます。設計者は以下のようにします：

1. PCBフロントパネルエリアに3つのCBIフットプリント（緑、黄、青用）を垂直アレイで配置します。
2. 各LEDについて、システムの3.3VデジタルI/O電圧と適切な明るさを得るための所望の8mA駆動電流に基づいて適切な直列抵抗を計算します。
3. スイッチのメインマイクロコントローラから電流制限抵抗を経由してLEDのアノードに制御信号を配線します。すべてのカソードをグランドに接続します。
4. 組立指示書で、SMTラインがJEDECレベル3のリフロープロファイルに従うこと、およびはんだ付け前にCBIが168時間以上暴露された基板はベーキングしなければならないことを指定します。

このアプローチにより、自動組立が容易な、プロフェッショナルで一貫性のある見た目のインジケータパネルが得られます。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、半導体p-n接合デバイスです。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接合領域（活性層）に注入されます。そこでそれらは再結合し、エネルギーを放出します。これらの材料（AlInGaPとInGaN）では、このエネルギーは主に光子（光）として放出されます。このプロセスをエレクトロルミネッセンスと呼びます。放出される光の特定の色（波長）は、活性層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。AlInGaPは赤、オレンジ、黄色の光に対応するバンドギャップを持ち、InGaNは緑から紫外線までの光を生成でき、青色が一般的な出力です。白色拡散レンズは光を散乱させ、より均一で広い視野角を作り出します。

13. 技術トレンド

CBIのようなSMTインジケータの開発は、エレクトロニクスのより広範なトレンドに従っています：

• 小型化と統合：パッケージサイズの継続的な縮小と、より多くの機能（例：RGBマルチカラー、内蔵ICドライバ）の単一SMTパッケージへの統合。
• 高効率化：内部量子効率（IQE）と光取り出し技術の継続的な改善により、単位入力電力あたりの光度が向上しています。
• 信頼性と堅牢性の向上：パッケージ材料とダイアタッチ技術の進歩により、より広い温度範囲と長寿命での性能が向上しています。
• 標準化：標準化されたフットプリントと光学特性の広範な採用により、エンジニアの設計と調達が簡素化されています。