LTW-020ZDCG ホワイトLED データシート - SMDパッケージ - 3.2V 標準 - 20mA - 1000-1720mcd - 技術文書

1. 製品概要

本コンポーネントは、省エネでコンパクトな光源として設計されたホワイト表面実装LED（発光ダイオード）です。LED技術に固有の長寿命と信頼性を競争力のある輝度レベルと組み合わせ、従来の照明ソリューションに取って代わることを目的とした固体照明アプリケーションに設計の柔軟性を提供することを目指しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な特徴は、自動実装装置との互換性、赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスへの適合性、グリーン製品基準（鉛フリーおよびRoHS）への準拠です。12mm幅のテープに収納され、7インチ径のリールに巻かれています。

主な応用分野：

• 自動車、バス、航空機内装の読書灯。
• 懐中電灯、自転車ライトなどの携帯照明。
• 建築・装飾照明：ダウンライト、コーブ照明、棚下照明、タスク照明。
• 屋外・セキュリティ照明：ボラード、ガーデンライト。
• サイン：非常口や販売促進ディスプレイ用のエッジライト式サイン。
• 信号照明：交通信号、ビーコン、踏切信号灯。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

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生じる可能性がある限界を定義します。特に逆バイアス状態での動作は注意が必要です。

• 消費電力：120 mW
• ピーク順電流：100 mA (1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅時)
• DC順電流：30 mA
• 逆電圧：5 V
• 動作温度範囲：-30°C ～ +85°C
• 保管温度範囲：-40°C ～ +100°C
• リフローはんだ付け条件：ピーク温度260°C、最大10秒間（鉛フリープロセス）。

2.2 電気光学特性

特に断りのない限り、周囲温度(Ta)25°C、順電流(IF)20mAで測定。

• 光度 (IV)：最小1000 mcd、標準1720 mcd。このパラメータは、CIE明所視感度曲線に合わせて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。
• 指向角 (2θ1/2)：110度。これは、光度がピーク強度の少なくとも半分となる角度の広がりを定義します。
• 色度座標 (x, y)：CIE 1931色度図に基づく。提供される標準値はx=0.300、y=0.290。これらの座標には±0.01の許容差が適用されます。参照される試験標準はCAS140Bです。
• 順電圧 (VF)：IF=20mA時、最小2.9 V、最大3.6 V。
• ESD耐圧：2 kV (人体モデル)。接地リストストラップや設備の使用を含む、適切なESD取り扱い予防措置を強く推奨します。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、生産ロット内の一貫性を確保するために、主要パラメータに基づいてビンに分類されます。設計者は、アプリケーションにおける色と明るさのマッチングのためにこれらのビンを考慮する必要があります。

3.1 順電圧 (VF) ビニング

LEDは、20mA時の順電圧降下に基づいてビン(V0～V6)に仕分けられます。各ビンの範囲は0.1Vで、各ビンに±0.1Vの追加許容差があります。

• 例：ビンV0は2.9Vから3.0Vをカバー。

3.2 光度 (IV) ビニング

LEDは、20mA時の光度に基づいてビン(T, A, B, C, D)に仕分けられます。各ビンの範囲には±10%の許容差が適用されます。

• 例：ビンDは1580 mcdから1720 mcdをカバー。

3.3 カラーランク (色度ビニング)

詳細な表で特定のカラーランク（例：A52、A53、BE1、BG3）が定義されています。各ランクは、3つまたは4つの(x, y)座標点で指定された、CIE 1931色度図上の四角形または三角形によって定義されます。これにより、特定の白色点座標を必要とするアプリケーションのための精密な色選択とマッチングが可能になります。

4. 性能曲線分析

データシートは、周囲温度25°Cで測定された典型的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。提供されたテキストでは具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、そのような曲線には通常以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順電流：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、通常は非線形で、最終的に飽和します。
• 順電圧 vs. 順電流：ダイオードの特性である指数関数的関係を示すIV曲線。
• 相対光度 vs. 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、熱管理の重要な要素です。
• 分光パワー分布：ホワイトLED（おそらく蛍光体を塗布した青色チップ）の場合、青色のピークとより広い蛍光体変換された黄色スペクトルを示します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

特に指定のない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.1 mmです。パッケージは業界標準のSMDフォーマットです。アノード端子は図面で明確にマークされており、組立時の正しい極性方向を確認できます。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

赤外線または気相リフロープロセス中に確実にはんだ付けを行うために、プリント回路基板用のランドパターンデザインが提供されています。適切なはんだ接合部の形成と機械的安定性を達成するためには、この推奨フットプリントに従うことが重要です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本コンポーネントは、ピーク温度260°C、最大10秒間の鉛フリーリフローはんだ付けに対応しています。J-STD-020Dに準拠したリフロープロファイルが推奨されます。プロファイルには、熱衝撃を最小限に抑え、信頼性の高いはんだ接合部を確保するために、適切な予熱、ソーク、リフロー、冷却段階を含める必要があります。

6.2 保管および取り扱い条件

このLEDは、JEDEC J-STD-020に基づき、湿気感受性レベル(MSL) 3に分類されます。

• 未開封パッケージ：30°C以下、相対湿度90%以下で保管。乾燥剤入りの防湿袋内での保管寿命は1年です。
• 開封済みパッケージ：30°C以下、相対湿度60%以下で保管。部品は開封後168時間（7日）以内にはんだ付けを行う必要があります。湿度指示カードがピンク色（相対湿度10%以上）に変わった場合、または開封時間を超えた場合は、使用前に60°Cで少なくとも48時間ベーキングすることが推奨されます。未使用部品は乾燥剤とともに再密封してください。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。LEDを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は可能です。指定外の化学洗浄剤の使用は、LEDパッケージや光学部品を損傷する可能性があるため禁止されています。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

コンポーネントは、幅12mmのエンボスキャリアテープに収納され、直径7インチ（178mm）のリールに巻かれています。

• リール容量：リールあたり最大2000個。
• 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ています。
• 欠品：仕様上、連続する最大2個の欠品（"ランプ"）が許容されます。
• 標準：梱包はEIA-481-1-B仕様に準拠しています。

キャリアテープのポケットとリールの両方の詳細な寸法図がデータシートに提供されています。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

8.1 設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは常に定電流源または電流制限抵抗で駆動してください。絶対最大DC電流は30mAです。標準動作は20mAです。
• 熱管理：消費電力は低い（最大120mW）ですが、十分なPCB銅面積または熱ビアを確保することで、より低い接合温度を維持し、光出力と寿命を維持するのに役立ちます。
• ESD保護：デバイスの定格が2kV HBMのみであるため、回路内および取り扱い時にESD保護対策を実施してください。
• 光学：110度の指向角は広範囲の照明に適しています。集光ビームの場合は、二次光学（レンズ）が必要になります。

8.2 アプリケーションの制限と注意事項

データシートには、アプリケーション範囲に関する重要な注意事項が含まれています。これらのLEDは、標準的な商業用および産業用電子機器を対象としています。故障が直接生命や健康を脅かす可能性のあるアプリケーション（以下を含む）向けには設計または認定されていません：

• 航空管制システム
• 医療用生命維持装置
• 輸送安全上重要な信号（追加の認定なし）
• その他の高信頼性/安全上重要なシステム

そのようなアプリケーションでは、メーカーへの相談が必要です。

9. 技術比較と差別化

この単一のデータシートでは他の型番との直接比較は提供されていませんが、このコンポーネントの主な差別化要因は以下のように推測できます：

• 輝度範囲：パッケージサイズに対して比較的高い光度（20mA時最大1720 mcd）を提供し、良好な点光源輝度を必要とするアプリケーションをターゲットとしています。
• カラービニング：広範なカラーランク表により精密な色選択が可能で、複数のLED間で一貫した白色外観を必要とするアプリケーションに有利です。
• 互換性：標準SMD組立プロセス（自動実装、IR/気相リフロー）との完全な互換性により、大量生産におけるドロップインソリューションとなります。

10. 技術パラメータに基づくよくある質問

10.1 標準的な動作電流と電圧は何ですか？

標準試験条件および標準動作点は順電流20mAです。この電流では、順電圧は通常2.9Vから3.6Vの間になり、特定のVFビンに依存します。消費電力は約60-70mWです。

10.2 カラービニングコードはどのように解釈すればよいですか？

英数字コード（例：A52、BE3）は、カラーランク表で定義されたCIE 1931色度図上の特定の領域に対応します。設計における色の均一性を確保するには、同じカラーランクのLEDを指定して使用してください。最初の文字/数字は、類似した色温度または色相をグループ化することが多いです。

10.3 このLEDを5V電源で駆動できますか？

直接はできません。5V電源をLEDに直接接続すると過剰な電流が流れ、絶対最大定格を超えてデバイスを破損する可能性が高いです。直列の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用する必要があります。例えば、5V電源で20mAを目標とし、VFを3.2Vと仮定すると、必要な直列抵抗は R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90オーム（標準の91オーム抵抗が使用可能）となります。

10.4 MSL 3の取り扱い要件は何ですか？

MSL 3は、防湿袋を開封後、工場の床環境（30°C/60% RH以下）で最大168時間（7日間）耐えられることを意味します。袋を開封した場合、リフローはんだ付けプロセスを完了するのに1週間の猶予があります。この時間を超えた場合、部品は吸収した湿気を除去し、リフロー中の"ポップコーン"現象（パッケージのひび割れ）を防ぐために、60°Cで48時間ベーキングする必要があります。

11. 実践的な設計と使用例

11.1 例：PCB実装インジケータライトの設計

シナリオ：3.3VマイクロコントローラGPIOピンから駆動するシンプルなステータスインジケータの作成。
設計手順：

1. 電流制限：GPIOピンは20mAを供給できます。これはLEDの標準電流と一致します。外部ドライバは不要です。
2. 抵抗計算（安全マージンのため）：VCC（3.3V）がVF（約3.2V）に近い場合でも、突入電流を制限するために小さな直列抵抗を使用することが良い習慣です。 R = (3.3V - 3.2V) / 0.02A = 5オーム。より安全な制限のために10オーム抵抗を使用します。
3. PCBレイアウト：推奨ランドパターンを使用します。カソード（外形図で識別）を抵抗に接続し、次にGPIOピンに接続します。アノードを3.3Vレールに接続します。わずかな放熱のためにLEDパッドの下に小さな銅面を含めます。
4. ソフトウェア：GPIOピンをハイに駆動してLEDを点灯させます。

11.2 例：タスク照明用マルチLEDアレイ

シナリオ：均一な照明のために10個のLEDを使用した棚下照明の設計。
設計上の考慮事項：

• 色合わせ：LED間の目に見える色の違いを避けるために、サプライヤーから単一の厳密なカラービン（例：BE2）を指定してください。
• 駆動方法：直列または並列直列構成で200mA（10 LED * 20mA）を供給できる定電流LEDドライバICを使用します。電圧降下のため、単純なリニアレギュレータは非効率です。
• 熱管理：放熱を可能にするために、金属基板PCB（MCPCB）上にLEDを適切に間隔をあけて配置します。LEDあたり120mWは合計1.2Wに相当し、意識的な熱設計が必要です。
• 光学：本来の110度のビームで十分な場合があります。より集光または拡散した外観の場合は、光ガイドまたは拡散板の追加を検討してください。

12. 動作原理の紹介

LTW-020ZDCGのようなホワイトLEDは、通常、蛍光体変換の原理で動作します。デバイスの中心は、順バイアスがかかると（電流が流れると）青色光を発する、インジウムガリウム窒化物（InGaN）で作られた半導体チップです。この青色発光チップは、セリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG）をベースにしたことが多い蛍光体材料の層でコーティングまたは覆われています。

チップからの青色光子が蛍光体に衝突すると、その一部が吸収されます。蛍光体はその後、このエネルギーをより広いスペクトル、主に黄色領域で光として再放出します。吸収されずに残った青色光と蛍光体から放出された黄色光が混合され、人間の目には白色光として知覚されます。青色と黄色の正確な比率、および特定の蛍光体組成が、生成される白色光の相関色温度（CCT）と色度座標（x, y）を決定し、データシートで説明されている詳細なビニングシステムにつながります。

13. 技術トレンドと発展

固体照明（SSL）の分野は進化を続けています。このようなコンポーネントの背景となる業界で観察される一般的なトレンドには以下が含まれます：

• 効率向上（ルーメン毎ワット）：半導体エピタキシー、チップ設計、蛍光体技術の継続的な改善により、ホワイトLEDの発光効率が着実に向上し、同じ光出力に対するエネルギー消費が減少しています。
• 色品質の向上：複数蛍光体ブレンドや新しい蛍光体材料（例：量子ドット）の開発は、演色評価数（CRI）を向上させ、LED照明下で色がより自然に見えるようにし、より広範囲の精密な色温度を提供することを目指しています。
• 小型化と高密度化：パッケージングの進歩により、より小さなLEDフットプリントとより高い電力密度が可能になり、よりコンパクトで明るい照明ソリューションが実現しています。
• スマートおよび接続照明：調光、色調調整、接続性（IoT）を可能にするために、制御電子機器をLEDパッケージまたはモジュールに直接統合することが増加傾向にあり、単純な受動部品を超えています。
• 信頼性と寿命予測：故障メカニズムの理解の深化とより良い試験方法により、様々な動作条件下でのより正確な寿命予測（L70、L90メトリクス）が可能になり、プロフェッショナルな照明設計に不可欠です。

このデータシートで説明されているようなコンポーネントは、この技術的進歩の成熟した地点を表しており、幅広い一般照明アプリケーションに対する信頼性の高い標準化されたソリューションを提供します。