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Light Emitting Diode

型番 NVSxx19C モジュールの放熱性について

目次
1. 概要 ................................................................................... 22. 端子形状の違いについて ....................................... 2
3. 放熱性評価 .................................................................... 3
4. まとめ................................................................................ 5

本書内に記載する型番 NVSx119C および NVSx219C 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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1/6Sep. 1, 2021

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1. 概要
弊社の点光源 LED、NICHIA NVSxx19C Series は、2 種類の端子形状の LED をラインアップしています。
LED のチップから TS ポイントまでの熱抵抗 RθJS は、端子形状が異なりますが同等になっています。しかし、モジュールの仕様によっては、端子形状の違いにより熱経路が変化し放熱性に差異が出る場合があります。
なお、NVSxx19C シリーズは、単独で高い電力で駆動しているため熱の上昇による光束低下の懸念があるの
3.5
0.42.93.52.9で十分な配慮が必要です。

本書では、NVSx219C および NVSx119C の端子形状の違いによる放熱性の違いに着目し、モジュール状態3.53.5における放熱性評価結果について解説していきます。

2. 端子形状の違いについて
Cathode Mark

Cathode Mark

NVSx219C の端子形状は、カソード、ダイヒートシンク、アノードの 3 端子で構成しており、ダイヒートシンクは、で構成しており、電気的に絶縁されたダイヒートシンクは有していません。
22

NVSx219C と NVSx119C の相違点は、端子形状のみであり他は同一の部材を使用した LED となっています。
NVSx219C、NVSx119C の外観を図 1 に、NVSx219C の裏面形状を図 2 に、NVSx119C の裏面形状を図 3 に示します。
3.20.53.2

1.30.5

3.20.45

3.22.4

Light Emitting Diode

アノードとカソードと電気的に絶縁されています。一方、NVSx119C の端子形状は、カソードとアノードの 2 端子

CathodeAnodeダイヒートシンク
Die Heat Sink

図 1. 外観

図 2. NVSx219C 裏面形状

CathodeAnode

図 3. NVSx119C 裏面形状

LED を駆動させることにより発生する熱は、LED チップからセラミック基板に拡がり、それぞれの端子から基板の銅箔部分を通って基板全体へ放熱されます。NVSx219C は、カソード、ダイヒートシンク、アノードを介して基板上の銅箔に放熱されます。NVSx119C は、アノードとカソードを介して基板上の銅箔に放熱されます。
NVSx219C の LED チップから発生した熱の放熱経路を図 4 に、NVSx119C の放熱経路を図 5 に示します。
LED チップ

熱の流れ

セラミック基板銅箔TS 測定ポイント(カソード側)レジスト

LED チップ

熱の流れ

セラミック基板銅箔TS 測定ポイント(カソード側)

レジスト基板基板

図 4. NVSx219C 放熱経路

図 5. NVSx119C 放熱経路

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3. 放熱性評価
3.1 基板部材、ヒートシンクサイズ別による評価
3.1.1 評価方法
モ ジ ュー ル 設 計時 に おいて、 端 子 形 状 の 違 いに よる 放 熱 性 の 差異 を評 価す る ため、 NVSx219C、NVSx119C をそれぞれ 24 個実装したモジュールを作製しました。評価手順を以下に示します。
・アルミ基板は､NVSx219C と NVSx119C で同じ仕様のものとしました。
・ランドパターンは、NVSx219C については、2 種類（パターン①、パターン②）、NVSx119C については、1 種類（パターン③）を作製しました。表 1 にアルミ基板のパターン図を示します。
・一般的なモジュール設計を再現するため、3 種類のヒートシンクを準備し（Rjhs≒1.1℃/W、Rjhs≒0.7℃/W、Rjhs≒0.45℃/W）、作製したアルミ基板と組み合わせて放熱性を確認しました。
・モジュールへの入力電流は、ヒートシンクの放熱能力に応じた適切な値を設定しました。
（IF=700mA、IF=1200mA、IF=1800mA）表 2 に、ヒートシンクに取り付けられた基板を示します。

Light Emitting Diode

・アルミ基板に TS ポイントを 4 点設定し、熱飽和時の温度を測定しました。（表 1）・光束の熱飽和による低下を評価するため、点灯直後の光束と熱飽和時の光束を測定しました。
表 1. 評価条件
型番ランドパターン

NVSx219C
パターン①

NVSx119C
パターン②

パターン③

基板銅箔パターン

TS ポイントTS ポイント

放熱グリス

サンハヤト株式会社 SCH-301 約 4.0g(シリコーン樹脂)

取付方法

M4 ステンレスネジ+ワッシャ、ネジ取付トルク 50cN・m

基板

縦 119mm x 横 136mm x 厚み 1.6mm、アルミ基板
銅箔厚み=35μm、絶縁層熱伝導率=2.7W/m・K

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表 2. ヒートシンク取り付け状態
ヒートシンクの熱抵抗Rjhs≒1.1℃/W

Rjhs≒0.7℃/W

Rjhs≒0.45℃/W

電流条件

700mA

1200mA

1800mA

縦 136mm×横 150mm

縦 133mm×横 150mm

縦 200mm×横 250mm

×高さ 40mm

×高さ 64mm

×高さ 40mm

サイズ

外観3.1.2 評価結果認しました。また、NVSx219C のパターン①と②では、パターン②の方が、放熱性がよくなることを確認しました。放熱性評価結果を表 3 に示します。
表 3. 放熱性評価結果
ヒートシンク
IF=700mA

TS 温度

熱飽和時光束低下率(熱飽和時 TS, n=4point(Avg.))（TJ≒25℃→熱飽和,n=1 基板）

縦 136mm

パターン①:NVSx219C①
パターン②:NVSx219C②

90

パターン③:NVSx119C
85807570

横 150mm

25Relative Lumen Decrease Rate[a.u.]

サイズ

Solder Temperature[℃]

Rjhs≒
1.1℃/W

Measurement Condition

Measurement Condition：TA=25℃, 700mA/1hr, Rjhs≒1.1℃/W
95

650.7℃/W
サイズ
縦 133mm

Solder Temperature[℃]

Rjhs≒

7565

IF=1800mA
Rjhs≒

9085
8075

横 250mm

70

高さ 40mm65

パターン②:NVSx219C②
パターン③:NVSx119C

1510

Measurement Condition
25TA=25℃, 1200mA/1hr, Rjhs≒0.7℃/W
パターン①:NVSx219C①
パターン②:NVSx219C②

パターン③:NVSx119C

2015105

Measurement Condition
95

縦 200mm

パターン③:NVSx119C

80

高さ 64mmサイズ

パターン②:NVSx219C②

85700.45℃/W

パターン①:NVSx219C①90

横 150mm

パターン①:NVSx219C①20

TA=25℃, 1200mA/1hr, Rjhs≒0.7℃/W
Relative Lumen Decrease Rate[a.u.]

Measurement Condition
95

Measurement Condition

TA=25℃, 1800mA/1hr, Rjhs≒0.45℃/W
パターン①:NVSx219C①
パターン②:NVSx219C②
パターン③:NVSx119C

25

Relative Lumen Decrease Rate[a.u.]

IF=1200mA

TA=25℃, 700mA/1hr, Rjhs≒1.1℃/W

5

高さ 40mm

Solder Temperature[℃]Light Emitting Diode

NVSx119C、NVSx219C の順に TS 温度および熱飽和時の光束低下率が小さく、放熱性がよくなることを確

TA=25℃, 1800mA/1hr, Rjhs≒0.45℃/W
パターン①:NVSx219C①
パターン②:NVSx219C②20

パターン③:NVSx119C

15105

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3.2 電流値別による評価
3.2.1 評価方法.
項 3.1.1 では、ヒートシンクのサイズを 3 種類準備し、ヒートシンクの放熱能力に応じた適切な入力電流を設定し、評価しました。これは、物理サイズの小さなモジュールには、小さい電流を、大きなモジュールには、大きい電流を流すことの再現を意図しています。
この項では、モジュールサイズが一定であった場合、電流の変化により NVSx219C、NVSx119C の放熱はどのようになるのかを評価します。評価手順を以下に示します。
・アルミ基板は、項 3.1.1 で作製した NVSx219C、NVSx119C の 3 種類の基板を使用します。（表 1）・ヒートシンクは、項 3.1.1 で使用した Rjhs≒0.7℃/W のもの 1 種類のみを使用します。（表 2）・モジュールへの入力電流は、IF=1200mA、1500mA、1800mA と変化させて確認しました。
・アルミ基板に TS ポイントを 4 点設定し、熱飽和時の温度を測定しました。（表 1）・光束の熱飽和による低下を評価するために、点灯直後の光束と熱飽和時の光束を測定しました。

NVSx119C、NVSx219C の順に TS 温度および熱飽和時の光束低下率が小さく、放熱性がよくなることを確認しました。また、NVSx219C のパターン①と②では、パターン②の方が、放熱性がよくなることを確認しました。放熱性評価結果を表 4 に示します。
表 4. 放熱性評価結果
TS 温度

熱飽和時光束低下率(熱飽和時 TS, n=4point(Avg.))（TJ≒25℃→熱飽和, n=1 基板）

Measurement Condition：TA=25℃,Rjhs≒0.7℃/W

Measurement Condition：TA=25℃, Rjhs≒0.7℃/W

13025120

Relative Lumen Decrease Rate[a.u.]

パターン①:NVSx219C①
Solder Temperature[℃]Light Emitting Diode3.2.2 評価結果

パターン②:NVSx219C②
パターン③:NVSx119C

110

1009080
IF=1200mA
IF=1200mA

IF=1500mA
IF=1500mA

IF=1800mA
IF=1800mA

パターン①:NVSx219C①
パターン②:NVSx219C②
20

パターン③:NVSx119C

15105

IF1200mA=1200mA

IF1500mA=1500mA

IF1800mA=1800mA

4. まとめ
今回の評価では、何れの条件でも NVSCx119C の放熱性は、NVSx219C よりよい傾向があることを確認しました。これは、NVSx119C の実装部端子面積が NVSx219C より大きく、より基板に熱を伝えることが可能なことに起因すると考えられます。
NVSx219C でモジュールを設計した場合、基板のランドパターンの形状によって放熱が悪化する可能性を考慮する必要があります。NVSx119C でモジュールを設計した場合でも、ランドパターンを広くとる必要はあります。
しかし、実装部端子面積が大きく、シンプルな 2 端子であるため、比較的設計が容易になる傾向があると考えられます。
本書における評価は一例であり、LED の品種およびお客様の使用条件、使用環境によっては、値が異なる可能性がありますので、本資料は、参考資料としてお取り扱い願います。
以上
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