应用指南发光二极管发光二极管LED 散热设计
通孔的设计方法目录
1.

散热设计的目的 ............................................ 22.

LED 的散热路径............................................ 23.

对电路板的散热 ............................................ 24.

通孔设计 ........................................................ 35.

总结 ................................................................ 5日本日亚化学工业株式会社
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Jun. 9, 2021应用指南
1. 散热设计的目的在对使用 LED 产品的设计上必须要考虑到热的发生。
LED 能够使用的温度由结点温度（以下简称为“TJ”）来决定。如果超过了结点温度（TJ）的绝对最大额定值，会出现明显的光通量低下，甚至会出现故障（例如:金线断线引起的不亮等），所以在使
用中尽可能不能让 TJ 值超过最大值。
另外尽量降低 TJ 值可延长 LED 的寿命。
由此使用 LED 时，散热设计就会变得极为重要。
本文通过试作结果，对散热设计之一的通孔设计方法进行解说。

2. LED 的散热路径关于 LED 发出热量的散热路径如下图 1 所示。
热量从 LED 芯片发出后通过芯片固定材料、金属电极、焊锡、电路板向外散发。
Encapsulating resin
封装树脂发光二极管发光二极管

Bonding wire
金线Chip芯片

Package
外封装Electrode (Cathode)金属电极（负极）Solder焊锡
Die Bonding
芯片固定材料Board电路板图 1．LED 构造和散热路径示意图

3. 对电路板的散热
LED 发出的热量传导到电路板时，其散热状态如表 1 的模拟散热试验结果所示。
发出的热量以 LED 为中心，向四周以同心圆状散发。
表 1．模拟散热结果电路板焊盘图案模拟散热

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应用指南4. 通孔设计在本文中为了寻找最适合的通孔设计，进行了以下 3 项试验和验证。
<验证项目>（1） 通孔尺寸（2） 通孔个数（3） 通孔的圆周上的配置距离
（注）・试验和验证所用的电路板为 FR-4（双面板）。板厚：1.6mm、铜箔厚：35μm。
・基于第 3 项的模拟散热试验结果，将通孔设置在以 LED 为中心的同心圆上。
4.1 通孔尺寸设计
改变通孔尺寸，对其放热效果进行验证。
（将通孔个数和圆周上的配置距离设定为一定值。
）
表 2．通孔尺寸设计 验证用电路板发光二极管发光二极管基准电路板

通孔尺寸 验证用（φd）

效果验证以基准电路板（无通孔）的 TJ 为基准值 1，将不同条件下的 TJ 与其的比率作为指数。
通过变更通孔尺寸所得到的验证结果如图 2 所示。
测定结果
通孔尺寸和TJ的关系

基准电路板
10.6W

TJ (a.u.)

0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
00.5

11.5

22.5

通孔尺寸: φd (mm)

图 2. 通孔尺寸设计 验证结果

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应用指南根据上记验证结果，通孔尺寸并不是越大散热效果就越好，而是存在一个最适当值。
散热的好坏应该和铜箔的表面积有关。
如果将设计重点放在铜箔的表面积上，理论上应该为（通孔所产成的孔壁表面积） － （表面缺损面积）
的差越大，散热效果越好。
另外此关系也可用以下的公式来表示。
y = （xπ・A・t） － ｛（x/2）2π・A・2｝= -1/2Aπ｛（x – t）2 – t2｝[ x ： 通孔直径φd（mm）][ A ： 通孔个数][ t ： 电路板厚度（mm）][ y ： 铜箔纯增表面积（mm2）]
从上式可以看出 x = t，也就是说通孔的直径（φd）等于电路板厚度时为最大值，散热效果最好。

发光二极管发光二极管

4.2 通孔个数的设计改变通孔个数验证其散热效果。
（将通孔尺寸和圆周上的配置距离设定为一定值。
）
表 3．通孔个数设计 验证用电路板
基准电路板

通孔个数 验证用通孔个数 [N]通过改变通孔个数所得到的验证结果如图 3 所示。
测定结果通孔个数和TJ的关系

基准电路板
10.6W

TJ (a.u.)

0.9

0.8
0.7
0.6
0.5

05

10152025

通孔个数: N (个)图 3．通孔个数设计 验证结果
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应用指南通孔个数增加散热效果也随之增加，但是在达到一定个数后散热效果的增加就不再明显了。
另外随着通孔个数增加电路板的加工工序、所需费用也会随之增加，在设计时也必须考虑到这点。
4.3 通孔在圆周上的配置距离设计改变通孔在圆周上的配置距离，验证对散热效果的影响。
（将通孔尺寸和通孔个数设定为一定值。）
表 4． 通孔的圆周方向配置距离 验证用电路板基准电路板圆周方向的配置距离验证用通过变更通孔在圆周上的配置距离而得到的散热效果如图 4 所示。

测定结果圆周上的配置距离和TJ的关系
10.6W
0.9TJ (a.u.)

发光二极管
发光二极管

（φD）

0.8
0.7
0.6
0.505101520

通孔在圆周方向上的配置距离: φD (mm)

图 4．通孔在圆周上的配置距离设计 验证结果从图 4 的结果可以看出，通孔越靠近热源 LED，其散热效果越大。
但是考虑到加工性和操作性等，配置的位置需要谨慎考虑。

5. 总结合理搭配本文介绍的设计实例，对电路板进行设计可提升 LED 的使用效率，也可以提高产品质量。
（注）请注意在有电路的铜箔处设计通孔时有可能造成电路板背面短路。

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