Application Note

Light Emitting Diode

Nichia 123G Series
ジャンクション温度の算出方法

目次
1. 概要 ................................................................................... 2
2. 適用品種 ......................................................................... 2
3. 用語解説 ......................................................................... 2
4. TMP 測定について ......................................................... 4
5. TJ 算出方法..................................................................... 4
6. TJ 算出例.......................................................................... 4
7. 熱電対取り付け時の注意 ....................................... 5
8. TMP 測定時の注意 ........................................................ 5
9. まとめ................................................................................ 6

本書内に記載する型番 NFSW123G、NFSA123G、NJSW123G、および NJSA123G は弊社製品の型番であり、商標権を有する可能性のある他社製品といかなる関連性・類似性を有するものではありません。

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1. 概要
LED を用いた製品設計を行ううえで、熱の発生に注意が必要です。LED を使用できる温度は、ジャンクション温度（TJ）により決められます。この TJ が絶対最大定格を瞬時でも超えると性能に悪影響を及ぼし、最悪の場合不灯になる可能性があります。必ず絶対最大定格の範囲内で使用しなければなりません。そのため、実際の使用環境において LED を点灯させたとき、TJ がどのくらいの温度になるかを把握しておく必要があります。
本書では、熱電対を用いた温度測定により TJ を推定する方法について解説します。

2. 適用品種
本書は、表 1 に示す LED を対象とした参考資料となります。

Light Emitting Diode表 1. 適用品種
品種

Nichia 123G Series

クラス

0.5W

1W

型番

NFSW123G

NFSA123G

NJSW123GNJSA123G

発光色

White

Amber

White

Amber

2.0×3.0×0.7

2.0×3.0×0.7

2.0×3.0×0.7

2.0×3.0×0.7

外観サイズ [mm]3. 用語解説
LED を基板に実装したときの断面図と熱抵抗簡易モデルを図 1 に示します。また、各部の温度または熱抵抗に関する用語解説を表 2 に示します。
TJ ：ジャンクション温度
LED

熱抵抗 RθJMP

熱抵抗 RθJS_el
TMP ：測定ポイント温度

はんだ基板銅箔

熱抵抗 RθSMP

TS ：はんだ接合部温度

図 1. LED 実装状態断面図と熱抵抗簡易モデル

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表 2. 用語解説
用語記号

解説
チップの温度です。

ジャンクション温度

TJ

Nichia 123G Series の最大定格は 150℃ですので、この温度以下にてご使用ください。
LED 電極に接合するはんだの温度です。

はんだ接合部温度

TS

この温度については測定することができませんが、熱シミュレーションにて使用する場合があります。
LED 実装状態における弊社指定の測定ポイントの温度です。
カソード側ランド上のはんだ部分に測定ポイントを指定しています。

Light Emitting Diode

測定ポイント温度

TMP（次章図 2 参照）
この温度を測定することで TJ の推定を行います。詳細は次章以降で説明します。
チップからはんだ接合部までの熱抵抗です。
この値は、JEDEC 規格 JESD51 に準拠して測定、算出された値です。

RθJS_el

型番によって値が異なり、仕様書に標準値および最大値が記載されています。
本アプリケーションノートで解説する TJ の推定には使用しません。
チップからはんだ接合部までの熱抵抗で、LED の電力変換効率（ηe）※1を考慮した値です。（図 1 には示していません）
次式で表すことができます。

RθJS_realRθJS_real＝RθJS_el/（1-ηe/100）
型番によって値が異なり、仕様書に標準値および最大値が記載されています。

熱抵抗

熱シミュレーションにて使用する場合があります。
本アプリケーションノートで解説する TJ の推定には使用しません。
はんだ接合部から TMP 測定ポイントまでの熱抵抗です。
RθSMP

この値は、実装する基板の放熱性能（熱伝導性）、使用するヒートシンク、動作温度等によって変化します。
チップから TMP 測定ポイントまでの熱抵抗です。
図 1 より、RθJS_el と RθSMP を合わせた熱抵抗であることが分かります。

RθJMP

別表「Nichia 123G Series 熱抵抗値一覧」に各型番に対応する RθJMP 値を示しています。
TMP を測定して TJ を推定する際、この熱抵抗値を使用します。詳細は次章以降で説明します。

※1

電力変換効率とは、入力した電気エネルギーが光エネルギーとしてどれだけ外部に出力されるかを示した割合で、次式で求めることができます。
電力変換効率[%]＝放射束[W]/投入電力[W]×100
LED の場合、残りのエネルギーは全て熱エネルギーに変換されます。

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4. TMP 測定について実装された LED の TMP を測定することにより、TJ の推定値を算出することができます。TMP 測定時の電流は、実際にご使用になる最大の動作電流(IF)で行ってください。図 2 に TMP 測定ポイントを示します。
TMP は、熱電対先端の測温部を LED カソード側のランド部分にはんだ付けした状態で測定します。熱電対測温部のはんだ付けは、できるだけランド（銅箔）に接近した位置に行ってください。
TMP 測定ポイント

カソードマーク基板
TMP 測定ポイント

LED
はんだはんだ

熱電対Light Emitting Diode

熱電対はんだ

ランド

LED

基板

図 2. TMP 測定ポイント

5. TJ 算出方法
製品動作時における TJ は、以下の関係式（1）を用いて算出することができます。

TJ ＝ TMP ＋ RθJMP × W

・・・・・・・ （1）TJ ： ジャンクション温度 [ ℃ ]TMP ： 測定ポイント温度 [ ℃ ]RθJMP ： チップから TMP 測定ポイントまでの熱抵抗 [ ℃/W ]W ： 投入電力（IF×VF） [ W ] （IF：順電流[A]，VF：順電圧[V]）RθJMP 値は、製品型番により異なります。別表「Nichia 123G Series 熱抵抗値一覧」をご確認ください。一覧に記載がない製品については、弊社営業担当までお問い合わせください。

6. TJ 算出例
TMP 測定値を用いた TJ の算出例を示します。
例）NFSW123G を投入電力 0.5W で駆動したときの TMP 測定値が 45℃の場合
NFSW123G の RθJMP＝31.6℃/W （別表「Nichia 123G Series 熱抵抗値一覧」参照）
TJ ＝ TMP ＋ RθJMP × W より
TJ ＝45[℃]＋31.6[℃/W]×0.5[W]＝60.8[℃]This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
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7. 熱電対取り付け時の注意
熱電対は、できるだけ素線径の細いものをご使用ください。素線径が太い場合、放熱経路となり測定値に誤差が生じる可能性があります。
また、熱電対の測温部の形状が大きいものや測温部の位置によっては、測定したい部分へ接触できないことがあります。測温部が TMP 測定ポイントから遠ざかったり、TMP 測定ポイント以外の部分に接触したりすると、測定値がばらつく原因となりますのでご注意ください。

測温部

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測温部

素線径が細く、測温部が素線径が太く、測温部のTMP 測定ポイントに接触している形状が大きすぎる

図 3. 熱電対取り付けの例（はんだ付け前）
熱電対の測温位置は、接合もしくは接触の根元部分です。図 4（b）のように根元でねじれた熱電対では、先端部分ではなく、ねじれの部分で測温します。熱電対先端が TMP 測定ポイントに接触していても、測温部が離れてしまうと TMP が低くなる可能性があります。測温部が TMP 測定ポイントに接触するようご注意ください。

（a）

（b）

（c）

測温部
測温部

測温部
図 4. 熱電対の測温位置

8. TMP 測定時の注意
TJ は同じ駆動条件でも LED 周辺の放熱環境により変化します。TMP を測定する際は、できるだけ最終製品に近い灯具状態、実際の使用状態を想定した灯具姿勢、想定される最大の周囲温度、エージング後の完全な熱飽和状態で行ってください。なお、測定温度は、基板材質、銅箔の厚さ、ランド形状、LED の配置、ヒートシンク等が影響しますのでご注意ください。
また、測定によるばらつき等も考慮し、必ず複数の LED について評価を実施してください。測定数を増やすことで、TMP 測定値の妥当性の見極めが容易になります。
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9. まとめ
実装状態の LED の TJ を推定するため、実測評価用の熱抵抗 RθJMP と TMP 測定値を用いた算出方法を紹介
しましたが、より正確な TJ 推定値を得るために、熱電対の取り付けや TMP の測定条件・状態に注意して評価を行ってください。
また、放熱性に関するさまざまな条件や特性のばらつきを想定し、TJ が最大定格を超えることのないよう余Light Emitting Diode

裕のある設計を行ってください。

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日亜化学工業株式会社 774-8601 徳島県阿南市上中町岡491番地
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