应用指南发光二极管发光二极管LED 的散热设计目录
1. 前言 .................................................................. 2
2. LED 的散热路径............................................... 2
3. TJ 的计算方法 ................................................... 3
4. 散热设计 .......................................................... 45. 最后 .................................................................. 8日本日亚化学工业株式会社
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Jul. 14, 2021

应用指南
1. 前言在设计 LED 灯具时，必须注意热量的发生。LED 工作温度的适用范围由芯片的结点温度（以下简称为“TJ”）决定。如果 TJ 高于最大值可能导致显著的光通量下降，甚至引起故障（例如断线导致的不亮等），所以在 LED 的使用中不能让 TJ 超过最大值。
另外尽可能降低 TJ 可以延长 LED 的寿命。因此在使用 LED 时，散热设计非常重要。本应用指南将对 LED 灯具散热设计中的注意事项进行介绍。

2. LED 的散热路径常见 LED 的构造及散热路径如图 1 所示。芯片发出的热量是经由芯片固定材料、LED 电极、焊锡和电路板散发到周围空气中。

发光二极管
发光二极管

键合线

封装树脂

芯片外封装电极

焊锡

芯片固定材料电路板图 1．LED 的构造与散热路径示意图（例：型号 NS3W183）

为了便于理解，LED 芯片发出的热的简易散热路径如图 2 所示。

芯片

芯片固定材料

电极焊锡

TJ(℃)

电路板TS(℃)

TA(℃)

RθJSRθJA图 2．芯片发出的热的散热路径

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应用指南将 LED 芯片发出的热的温度变化用参数热阻（℃/W）表示时，从以下 2 种方程式（方程式 1 和 2）
可以得知热阻和 TJ 的关系。
1）使用从 LED 芯片到周边空气的热阻 RθJA 时
TJ = TA + RθJA × W・・・・・・方程式 1
・TA= 环境温度：℃・RθJA= LED 芯片到周边空气的热阻：℃／W・W= 输入功率（IF×VF）：W（※ IF=正向电流：A、VF=正向电压：V）
2）使用从 LED 芯片到负极焊接部温度（TS）测量点的热阻 RθJS 时发光二极管发光二极管

TJ = TS ＋ RθJS × W・・・・・・方程式 2・TS= 负极焊接部温度：℃・RθJS= LED 芯片到 Ts 测量点的热阻：℃／W・W= 输入功率（IF×VF）：W（※ IF=正向电流：A、VF=正向电压：V）

3. TJ 的计算方法
取得 TJ 的方法有 2 种。其一是测量 TS 温度由此计算出 TJ，其二是使用 VF 法计算出 TJ。以下将对这两种方法详细说明。
3.1 由 TS 计算1） 如图 3 所示将热电偶固定在 LED 的 TS 测量点（负极）上后驱动，然后对达到热平衡状态的
LED 的 TS、IF、和 VF 进行测量。
※※

不同型号 LED 的 TS 测量位置和 RθJS 不同。具体请参阅该当型号 LED 的规格书。
为了尽量减少热电偶对热的影响，应尽量使用较细的热电偶。
另外日亚建议使用焊接的方法固定热电偶丝。
TS 测量点测量仪器恒流电源热电偶图 3. 测温环境（日亚推荐）2） 将测量得到 TS、IF、和 VF 放入方程式 2 中计算出 TJ。

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* 本特性は参考です。
All characteristics shown are for reference only and are not guaranteed.

管理番号 No.

应用指南

順電圧-順電流特性
Forward Voltage vs
Forward Current

3.2 使用 VF 法计算

周囲温度-順電圧特性
Ambient Temperature vs
Forward Voltage

VfIf
TA=25°C

1000

順電圧
正向电压（V）
Voltage(V)Forward

順電流
Forward Current(mA)※ 在无风的环境中进行。
※ 为了尽量避免 LED 发热导致的 VF 下降，使100用脉冲电流驱动。
脉冲条件例：周期≤10ms、占空比≤1/102） 根据 1）的结果，制作“TA vs.VF”特性图。
（视作 TA≒TJ）
10
2.0 NS3W183
2.5
3.0
3.5A vs.V
4.0F”特4.5※ 作为参考，型号
的的“T* 本特性は参考です。
順電圧性图如图4 所示。
All characteristics shown are for reference only and are not guaranteed.

4.0
4.0

3.5
3.5

3.0
3.0
2.5
2.5
2.0
2.0-60 -40-20-60-40 -20

TA=25°C
TA=25°C

IfIv

周囲温度 No.
周围温度（℃）
管理番号

順電圧
正向电压（V）
相対光束
Voltage(V)Forward

相対光束
Relative Luminous Flux(a.u.)

4.0

1.5

1.0

VF＝3.41V

0.5TA≒TJ＝50℃

100

2.5

100

3.02003.5300400

4.0500

Ambient Temperature(°C)

NS3W183
STS-DA7-0685

4.5
4.5
1.44）利用 2）的“TA vs.V”特性图，对 3）中测量的 VF
2.5 F
600
值的 TJ 进行确认。
350
例：如图 5 所示，当VF=3.41V 时 TJ 为 50℃。
2.0順電流Forward Current(mA)发光二极管发光二极管

100020 4040 60 80 100
20100 120120

周囲温度-順電圧特性 （型号 NS3W183）
Ambient
Temperature vs
周囲温度-相対光束特性
TaVf
Forward
AmbientVoltage
Temperature vsIFP=350 mA
TaIv
IFP=350mA
Relative Luminous Flux
IFP=350mA

Relative Luminous Flux(a.u.)

Forward Current vs
Relative Luminous Flux00

图 4.“TA vs.VF”特性例

3） 在无风的环境中进行恒流驱动，在LED 到达热
順電圧-順電流特性
ForwardVoltage vs
順電流-相対光束特性
VfIf
平衡状态后测量VF。
Forward Current

0.02.0IFP=350 mA

IFP=350m

Forward Voltage(V)100TaVf

4.54.51） 将 LED 放置在恒温试验箱中，对各周围温度下600
的 VF 值进行测量。
350

NS3W183
STS-DA7-0685

4.0
1.2

3.5
3.5
1.0

3.0
3.00.82.52.52.0

2.00.6-60-40-20-60-60 -40-40 -20-20

4.5
600
70000020202040 60
60 8080
80 1001001201204060
10012040

周囲温度
周围温度（℃）
周囲温度
Ambient
Ambient Temperature(°C)
Temperature(°C)

順電圧順電流ForwardVoltage(V)ForwardCurrent(mA)图 5.TJ 计算方法例（型号 NS3W183）
順電流-相対光束特性
Forward Current vs
Relative Luminous Flux

4. 散热设计

周囲温度-相対光束特性
Ambient Temperature vsRelative Luminous Flux

IfIv
TA=25°C

TaIv

IFP=350 mA

1.42.52.0

相対光束Relative Luminous Flux(a.u.)

相対光束
Relative Luminous Flux(a.u.)

在灯具设计时提高散热能力（降低热阻）可以有效降低 TJ。例如可以通过以下几项提高散热。
・适当材质的电路板・适当的电路板焊盘铜箔面积
1.5・适当的 LED 配置（LED 间距）
・使用散热器1.0以下将对各项作详细说明。

1.2

1.0

0.8

0.5

0.6

0.0
0

100

200

300

400500600

順電流Forward Current(mA)

700-60 -40 -20

020406080

100 120

周囲温度
Ambient Temperature(°C)

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应用指南4.1 电路板材质的选择电路板种类繁多，如图 6 所示，电路板的基材主要分为树脂、金属和陶瓷。
酚醛纸（FR-1,2）

硬性电路板

纸、环氧树脂（FR-3）

树脂类电路板玻璃布（FR-4, 5）

柔性电路板

毛面玻璃、聚酯
（FR-6）

金属基电路板复合板（CEM-1, 3）

金属基类电路板

发光二极管
发光二极管

金属芯电路板氧化铝电路板陶瓷类电路板图 6.电路板分类

通常较多使用价格便宜且尺寸稳定性好的 FR-4，但是使用导热系数高的金属基电路板可以更有
效地降低 TJ。
作为参考，FR-4、铝基电路板使用时的温度测量结果如表 1 所示。
表 1.温度测量结果（例：型号 NS6W183）
Type A

Type B

Type CType D外观电路板基材
RθJA (℃/W)

铝FR-463

电路板尺寸

50

4434

30mm×30mm,30mm×30mm,t=1.6mm

t=1.7mm

正面铜箔

154mm2 t=0.07mm

302mm2, t=0.07mm

616mm2, t=0.07mm

500mm2, t=0.07mm

背面铜箔154mm2, t=0.07mm

302mm2, t=0.07mm

616mm2, t=0.07mm-IF (mA)

700

VF (V)

3.18

3.24

3.29

3.3TS (℃）

1431189580

TJ (℃）

165141118103※测量条件：RθJS＝10℃/W、TA=25℃、热电偶固定处直径：Φ0.076mm
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应用指南J
Measurement铜箔面积
Resultsvs.T
CopperArea vs. TJ

200

FR-4FR-4
铝基电路板
Aluminium

Type-A
Type-A
Type-B
Type-B
Type-C
Type-C
Type-D
Type-D

100J

TT
J（℃）
(℃）

15050001002003004002)
CopperArea(mm铜箔面积（mm2）500600700发光二极管发光二极管

图 7. 型号 NS6W183 的 TJ 测量结果（铜箔面积 vs TJ）

根据以上对相同面积电路板的测量结果，和 FR-4 相比铝基电路板的 TJ 更低更有利于散热。

4.2 电路板的焊盘铜箔面积
如图 8 所示，尽量加大电路板焊盘的铜箔面积 LED 的发热可以更有效地散发。
另外从表 1、图 7 的测量结果也可以看出，铜箔面积越大 TJ 越低，也说明增加铜箔面积有利于散热。
LEDLED

铜箔FoilCopper

LEDLED

铜箔FoilCopper：Solder：阻焊层Resist铜箔面积小

铜箔面积大

（散热差）

（散热好）

图 8. 电路板焊盘铜箔形状

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应用指南4.3 LED 的配置（LED 间距）如图 9 所示的 LED 间距，间距小时 LED 发出的热量会更集中，不容易散发。作为参考，电路板
上 LED 呈 2x2 配置时的热分布模拟试验结果如图 10 所示。根据试验结果，LED 间的距离越窄
越容易受周边 LED 发热的影响。所以应该尽量加大 LED 间距，使 TJ 降低。

发光二极管发光二极管LED 间距小LED 间距大图 9. LED 配置图

TS = 67.3℃

TS = 55.7℃

TS = 46.3℃

LED 间距LED 间距LED 间距

12mm

15mm

20mm

图 10. LED 呈 2x2 配置时热分布模拟试验结果（例：型号 NSSW157）※在电路板设计上，有尽量加大铜箔面积，并且让 LED 铜箔间的间隙一定。

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应用指南4.4 散热器的使用
在 LED 背面安装散热器可以提高散热效果。作为参考有、无使用散热器时的温度测量结果如表3 所示。从此结果可以看出有使用散热器时的 RθJA、TJ 更低，所以更有利于散热。另外电路板和散热器间最好使用导热性能高的双面胶、散热片或散热膏，这样可以更有利于散热。作为参考，
型号 NS6W183 的有、无使用散热器时的温度测量结果如表 3 所示。散热器安装例如图 11 所示。
表 3. 有无散热器时的温度测量结果（例：型号 NS6W183）
无散热器

有散热器

外观发光二极管发光二极管

电路板基材

FR-4

RθJA (℃/W)

44

电路板尺寸

30mm×30mm、

铜箔面积

616mm2、

32

IF (mA)

t=1.6mmt=0.07mm

700

VF (V)

3.29

3.49

TS (℃）9573

TJ (℃）

118

97

COB
散热器

LED 基板
电路板
両面テープ
双面胶

散热膏

ヒートシンク散热器COB 使用散热器时LED 电路板使用散热器时图 11. 散热器使用例

5. 最后
希望客户在参考本应用指南的基础上进行散热设计，这样可以更好地发挥出 LED 性能，提高灯具可靠性。
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