Application Note

Light Emitting DiodeNWSU333B (U365, U385)
NWSU333B-D4 (U365)
熱設計について目次
1. 概要.....................................................................................................2
2. TJ算出方法 ......................................................................................2
3. TS測定ポイント...............................................................................2
4. 放熱構成とTJ測定結果 ...........................................................3
5. 注意事項..........................................................................................7
6. まとめ.................................................................................................8

本書内に記載する型番 NWSU333B 及び NWSU333B-D4 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。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
1/9
May 31, 2022

Application Note
1. 概要
LED は発熱の影響で光出力が低下します。また、最大ジャンクション温度 TJMAX を超過して駆動すると信頼性を大きく損ないます。NWSU333B 及び NWSU333B-D4 を高性能で信頼性良くご使用いただくためには、ジャンクショ
ン温度 TJ が TJMAX の 100℃を超えないように放熱設計することが重要です。
本資料では、2種類のLED搭載基板を、放熱構成を変えて駆動した場合のTJ について記載しています。熱設計の参考にしてください。
・ LED1 個搭載基板を 2 種類の放熱構成で駆動させた際の TJ・ LED9 個搭載基板を 3 種類の放熱構成で駆動させた際の TJ

2. TJ 算出方法
TJ 算出には、以下の式を用いております。

Light Emitting DiodeTJ = TS + RθJS × W
TJ ： ジャンクション温度 (℃)
TS ： はんだ接合部温度 (℃)
RθJS ： チップから TS 測定ポイントまでの熱抵抗 (℃/W)
W ： 投入電力(W) = IF(A)×VF(V)
製品仕様を以下に示します。
項目

条件

RθJS (℃/W)
VF (V)

IF=3500mA

NWSU333B・NWSU333B-D4
U365
標準
最大1.68
2.08
3.85-

NWSU333B
U385
標準1.683.70

最大2.08-絶対最大定格 （TS=25℃）
IFMAX (mA)
IFPMAX (mA)
Topr (℃)
TJMAX (℃)

4500
6000
-10～85100

IF ： 順電流 (mA)
IFP ： パルス順電流 (mA)
IFP 条件は、パルス幅 10ms 以下、デューティー比は 10%以下
Topr ： 動作温度 (℃)

図 1 TS - 許容順電流特性

3. TS 測定ポイント
Cathode MarkAnode

Ts Point

図 2 TS 測定ポイント（NWSU333B）

CathodeCathode MarkAnode

Ts Point

Cathode図 3 TS 測定ポイント（NWSU333B-D4）

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
2/9May 31, 2022

Application Note
4. 放熱構成と TJ 測定結果
実装基板に LED を 1 個搭載した場合と 9 個搭載した場合で、放熱構成を変えて TJ を確認しました。

4-1. LED1 個搭載基板を 2 種類の放熱構成で駆動させた際の TJ
放熱構成 4-1-1. LED1 個搭載基板＋ヒートシンク A
実装基板の仕様を、以下に示します。
厚さ(mm)
絶縁層0.120

銅箔0.105

銅ベース
1.5外形寸法(mm)30×30Light Emitting Diode・ 銅箔及び銅ベースの熱伝導率は 390 W/m・K、絶縁層の熱伝導率は 4.5 W/m・K

写真 1 実装状態（NWSU333B）

写真 2 実装状態（NWSU333B-D4）

図 4 実装構造

ヒートシンク A の仕様を以下に示します。
材質
アルミ

ヒートシンクA
サイズ(mm)
50×38×t25

ベース厚(mm)
5枚数
8

フィン
サイズ(mm)1×38

熱抵抗(℃/W)
5.70

配列
8×1・ 放熱グリスの熱伝導率は 5.3 W/m・K
放熱構成 4-1-1 での測定結果を、以下の表に示します。
TA (℃)
25製品

波長ランク

NWSU333B
NWSU333B-D4

U365

NWSU333B

U385

IF (A)
3.54.53.5
4.5

VF (V)
3.6
3.7
3.5
3.6

W (W)
12.616.712.316.2TS (℃)
831017590TJ (℃)
109136100124

実装基板
放熱グリス
ヒートシンク A
写真 3 評価した光源の構成 （NWSU333B）

この放熱構成では、U385 ランク品に 3.5A を印加した場合においても TJ は 100℃以上となり、TJMAX を超えました。
この放熱構成では冷却できないため、ヒートシンクのサイズを大きくした場合を考えてみます。
This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
3/9
May 31, 2022

Application Note
放熱構成 4-1-2. LED1 個搭載基板＋ヒートシンク B
ヒートシンク B の仕様を以下に示します。
材質
アルミ

ヒートシンクB
サイズ(mm) ベース厚(mm)53×53×t35
4枚数
64

フィン
サイズ(mm)0.8×9配列13×5

熱抵抗(℃/W)
4.25・ 放熱グリスの熱伝導率は 5.3 W/m・K
放熱構成 4-1-2 での測定結果を、以下の表に示します。
TA (℃)

Light Emitting Diode

25製品

波長ランク

NWSU333B
NWSU333B-D4

U365

NWSU333B

U385

IF (A)
3.5
4.5
3.5
4.5

VF (V)
3.7
3.7
3.6
3.6

W (W)
13.0
16.7
12.6
16.2

TS (℃)
73876576

TJ (℃)
100
12291110

実装基板
放熱グリス
ヒートシンク B
写真 4 評価した光源の構成 （NWSU333B）

この放熱構成では、U385 ランク品に 3.5A を印加した場合において、TJ は 91℃となり TJMAX を超えることはありませんでした。U365 ランク品においては、TJ は 100℃となり TJMAX を超えますが、ヒートシンクを A から B へとサイズを大きくすることで、放熱性能が良くなり TJ は下がりました。
LED がこのように 1 個である場合や、十分な幅のピッチで実装している場合においては、ヒートシンクのサイズを大きくするだけで TJMAX を超えないように設計できる可能性があります。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
4/9
May 31, 2022

Application Note
4-2. LED9 個搭載基板を、3 種類の放熱構成で駆動させた際の TJ
放熱構成 4-2-1. LED9 個搭載基板＋ヒートシンク C実装基板の仕様を以下に示します。
銅箔0.035

厚さ(mm)
絶縁層0.120

銅ベース
1.5

外形寸法(mm)
60×60

内部回路
3直列×3並列

実装ピッチ(mm)8.2・ 銅箔及び銅ベースの熱伝導率は 390 W/m・K、絶縁層の熱伝導率は 4.5 W/m・K

Light Emitting Diode

TS 測定箇所（中心 LED）

写真 5
写真 6実装状態(NWSU333B) 実装状態(NWSU333B-D4)

図 5 実装構造

ヒートシンク C の仕様を以下に示します。
材質
アルミ

ヒートシンクC
サイズ(mm)
100×100×t40

ベース厚(mm)
7

本数
625

フィン
サイズ(mm)
2×2

配列
25×25

熱抵抗(℃/W)
0.52

・ 放熱グリスの熱伝導率は 5.3 W/m・K
放熱構成 4-2-1 での測定結果を、以下の表に示します。
TA (℃)
25

製品
NWSU333B

波長ランク
U385

IF (A)
3.5

VF (V)
3.4

W (W)
11.9

TS (℃)146

TJ (℃)
171

実装基板
放熱グリス
ヒートシンク C
写真 7 評価した光源の構成 （NWSU333B）

この放熱構成では、U385 ランク品に 3.5A を印加した場合においても、大幅に TJMAX を超えました。電流値を上げるほど、また波長が短くなるほど放熱は厳しくなります。
このような高密度実装の場合、ヒートシンクだけでは冷却できないため、ファンを付けた強制空冷仕様を考えてみます。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
5/9
May 31, 2022

Application Note
放熱構成 4-2-2. LED9 個搭載基板＋ファン付きヒートシンク（ヒートシンク C にファンを付けたもの）
ファンの仕様を以下に示します。
サイズ(mm)
92×92×t38

風量(m3/min)
5.05

静圧(Pa)
385

放熱構成 4-2-2 での測定結果を、以下の表に示します。
TA (℃)
25製品

波長ランクNWSU333BNWSU333B-D4

U365

NWSU333B

U385

IF (A)
3.5
4.5
3.5
4.5VF (V)
3.7
3.7
3.6
3.6W (W)
13.0
16.7
12.6
16.2

TS (℃)
55665056

TJ (℃)
821017690

Light Emitting Diode

実装基板
放熱グリス
ヒートシンク C
ファン
写真 8 評価した光源の構成 （NWSU333B）
この放熱構成では、U365 ランク品に 4.5A を印加した場合においてのみ TJMAX を超えました。ファンを付けることで大幅に放熱性がよくなりました。U365 ランク品に 4.5A を印加する場合は、ヒートシンクサイズを大きくするか、もう少しピッチ幅を広げるなどして、十分に冷却する必要があります。

放熱構成 4-2-3. LED9 個搭載基板＋水冷ヒートシンク
水冷ヒートシンクの仕様を以下に示します。
ヒートシンク材質
サイズ(mm)
銅120×120×t25

水温(℃)
25流量(L/min.)5.6

熱抵抗(℃/W)
0.01

・ 放熱グリスの熱伝導率は 5.3 W/m・K
放熱構成 4-2-3 での測定結果を、以下の表に示します。
TA (℃)
25製品

波長ランク

NWSU333B
NWSU333B-D4U365

NWSU333B

U385

IF (A)
3.5
4.5
3.5
4.5

VF (V)
3.7
3.8
3.6
3.7

W (W)
13.0
17.1
12.6
16.7

TS (℃)3944
3539

TJ (℃)
6680
6174This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
6/9
May 31, 2022

Application Note

実装基板
放熱グリス
水冷ヒートシンク写真 9 評価した光源の構成 （NWSU333B）

Light Emitting Diode

この放熱構成では、U365 ランク品に 4.5A を印加した場合においても、TJMAX に対して余裕のある状態でした。
U365 ランク品においては、ファンを付けた強制空冷仕様では十分に冷却できない可能性があるため、水冷仕様を推奨します。

5. 注意事項
5-1. ヒートンシンクの設置方向による放熱性能差
自然空冷ヒートシンクは、設置方向によって放熱性能が異なります。温まった空気が溜まると、TS が上昇してしまうため、空気の動きを妨げないことが重要です。弊社では、フィンを垂直にしてヒートシンクを設置しており、温まった空気が上部から排出されるようにしています（図 6 参照）。実機設計の際は、フィンの向きにも注意して、ヒートシンクを設置してください。

写真 10 フィン垂直（弊社設置の向き）

写真 11 フィン下向き（空気の流れを妨げた向き）
図6

フィンを垂直に設置したときの熱経路イメージ図

5-2. LED を複数個実装した場合の実装位置による放熱性能差
LED を複数個実装した場合、実装ピッチや位置によって TS が異なります。例として、放熱構成4-2-2 において、LED を 9 個搭載したときの位置が中心のものと端のものとで、TS 及び TJ の比較をしました。結果を以下に示します。

TS 測定箇所（端 LED）
TS 測定箇所（中心 LED）

写真 12 LED を 9 個搭載した LOB の Ts 測定位置
This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
7/9
May 31, 2022

Application Note
放熱構成 4-2-2. LED9 個搭載基板＋ファン付きヒートシンク（ヒートシンク C にファンを付けたもの）

TA (℃)

製品

波長ランク25

NWSU333B
NWSU333B-D4U365

IF (A)
3.54.5

TS測定箇所
中心端中心端VF (V)
3.73.73.7
3.7

W (W)
13.0
13.0
16.7
16.7

TS (℃)
55476655

TJ (℃)
827410190

これによると、中心の LED に比べて端の LED の方が、TJ は 10℃程度低くなっています。このため、TJ が最も高くなる中心位置の LED で TS 測定し、熱設計してください。

Light Emitting Diode

6. まとめ実装 LED 数が 1 個の場合においては、ヒートシンクのサイズを大きくすることで、TJMAX を超えない領域で駆動できる可能性があります。
複数個の LED が高密度実装されている場合においては、ヒートシンクのみでは TJMAX 以内に抑えることは厳しいですが、ヒートシンクにファンを付けたり、水冷仕様にすれば、TJMAX 以内に抑えることができます。高密度実装
では、隣り合う LED 同士間で熱の干渉が発生し放熱性が悪くなるため、ピッチ幅を十分に確保するか、強制空冷や水冷仕様にして、十分に冷却できていることを確認いただいた上でご使用ください。

備考
NWSU333B 及び NWSU333B-D4 では、絶対最大定格を、IF は 4.5A、TJ は 100℃と定めています。左記いずれかを超える条件でのご使用は保証不可となりますので、ご注意下さい。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
8/9
May 31, 2022

Application Note
＜免責事項＞
本書は、弊社が管理し提供している参考技術文書です。
本書を利用される場合は、以下の注意点をお読みいただき、ご了承いただいた上でご利用ください。
・本書は弊社が参考のために作成したものであり、弊社は、本書により何らの保証をも提供するものではありません。
・本書に記載されている情報は、製品の代表的動作及び応用例を示したものであり、その使用に関して、弊社及び第三者の知的財産権その他の権利の保証又は実施権の許諾を行うものではありません。

Light Emitting Diode

・本書に記載されている情報については正確を期すべく注意を払っておりますが、弊社は当該情報の完全性、正確性及び有用性を一切保証するものではありません。また、当該情報を利用、使用、ダウンロードする等の行為に関連して生じたいかなる損害についても、弊社は一切の責任を負いません。
・弊社は、本書の内容を事前あるいは事後の通知なく変更する場合がありますのでご了承ください。
・本書に記載されている情報等に関する著作権及びその他の権利は、弊社又は弊社に利用を許諾した権利者に帰属します。弊社から事前の書面による承諾を得ることなく、本書の一部又は全部をそのままあるいは改変して転載、複製等することはできません。

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
http://www.nichia.co.jp

Phone: 0884-22-2311 Fax: 0884-21-0148

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-211165-2
9/9
May 31, 2022