Application Note

Light Emitting Diode

型番 NVSW719AC の熱設計について

目次
1. 概要 .................................................................. 2
2. 製品紹介 ........................................................ 2
3. 熱設計の注意点 .......................................... 3
4. 温度の測定方法 .......................................... 5
5. 熱評価 ............................................................. 8
6. 参考設計例................................................. 11
7. まとめ ............................................................ 12

本書内に記載する型番 NVSW719AC 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-C2-230307-1
1/13
Oct. 31, 2023

Application Note
1. 概要
LED は長時間高温に晒さられることで構成部材が劣化し性能や信頼性、寿命の低下などを引き起こします。よって LED 本来の性能を引き出すためには適切な放熱設計が重要になります。
照明用 LED の NVSW719AC は投入電力が大きく放熱設計が難しい製品ですが、適切な放熱により温度を抑えることができれば従来よりも小型かつ高輝度な器具の設計
図 1. NVSW719AC 外観が可能となります。本書では NVSW719AC の熱評価方法について解説します。

2. 製品紹介
2.1 製品特徴

LED の発熱量は投入電力に比例して増加するため、本製品においては LED の温度上昇を抑えるための放熱設計が特に重要であることがわかります。
光学的中心位置
Location of the optical center719タイプ
519タイプ

3.52Light Emitting Diode

図 2 に本製品の外形寸法を示します。またパッケージ面積が同じ製品との投入電力比較を図 3 に示します。

319タイプ
219タイプCathode Mark

20.40.883.5[単位:mm]0510[W]

図 3. 投入電力比較1

図 2. NVSW719AC 外形寸法
2.2 LED の構造および放熱経路

本製品の構造および放熱経路のイメージを図 4 に示します。主な発熱源はチップと蛍光体です。発生した熱は主にパッケージ基板、電極端子を経由して実装基板やヒートシンクなどの放熱部材へと放熱されていきます。
高輝度発光が特徴である本製品は小さな発光面に多くの光が集中することになります。これにより蛍光体層での発熱量が増え発光面の表面がチップよりも高温になる場合があります。よって本製品では従来のチップ温度（ジャンクション温度）の管理だけではなく、発光面の温度管理も重要になります。
発光面（蛍光体層）
蛍光体（発熱源）

反射材

チップ（発熱源）

パッケージ基板
電極端子

図 4. 放熱イメージ図

1

製品の定格電力から最大定格電力までを比較しています。 タイプは弊社製品におけるタイプ名です。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
2/13
Oct. 31, 2023

Application Note
3. 熱設計の注意点
3.1 熱抵抗モデルと各パラメータ
本製品の熱モデルを図 5 に示します。また本書で使用する用語の説明を表 1 に示します。

TTRθTJ
LED

TJ

はんだ(RθTS)

RθJS

TS

実装基板
ヒートシンクRθSALight Emitting DiodeTA
図 5. NVSW719AC の熱モデル
表 1. 熱設計に関する用語
用語記号

説明
LED 発光面の表面温度です。この温度が高い場合、樹脂部材の劣化による光表面温度TT束低下や色ずれ、信頼性の低下などが懸念されます。このため本製品では180℃以下での使用を推奨します。
LED チップの温度です。いかなる使用条件においても最大定格温度を超えない

ジャンクション温度

TJ

ように熱設計を行ってください。本製品の最大定格温度は 150℃です。
なお LED の寿命はジャンクション温度のディレーティングによって設定されています。詳細は弊社営業担当までお問合せください。
LED のカソード端子側のはんだ接合部温度です。
この部分の温度を熱電対で測定して熱評価を行います。
高温での使用ははんだの劣化やクラックの発生なはんだ接合部温度

TS

どの懸念があるため、出来るだけ低い温度での使用を推奨します。
また本製品のディレーティング特性は右図（詳細は製品仕様書を参照ください）のようになっていますので 100℃以下でご使用ください。

周囲温度

TA

発光面とチップの熱抵抗

RθTJ

LED の熱抵抗

RθJS

発光面とはんだ接合部の熱抵抗

RθTS

実装基板および放熱部材の熱抵抗

RθSA

LED の周囲温度です。密閉器具など LED 周辺に熱がこもり易い構造の場合は温度上昇を考慮する必要があります。
LED 発光面の表面からチップまでの熱抵抗です。
主に蛍光体の特性なので色度や演色性ランクなどにより抵抗値は変動します。
LED チップからはんだ接合部までの熱抵抗です。この熱抵抗値を使用してはんだ接合部温度と投入電力からジャンクション温度を算出することができます。
LED の発光面からはんだ接合部までの熱抵抗です。
はんだ接合部温度の測定値から表面温度を算出することができます。
LED のはんだ接合部から周囲（空気中）までの熱抵抗です。実装基板や放熱グリス、ヒートシンクなどの放熱部材の合成抵抗です。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
3/13
Oct. 31, 2023

Application Note
3.2 ランドパターン設計
本製品の電極端子形状および推奨ランドパターン形状を図 6、7 に示します。放熱に対する影響が一番大きいのはダイヒートシンク端子です。この端子は LED 内で電気的に絶縁されているため図 8 に示すようにカソード端子とダイヒートシンク端子を銅箔パターンで接続することが可能です。このようにダイヒートシンク直下の銅箔0.450.40.5➞ 放熱経路
LED 外形・電極

1.3■ 銅箔
■ ソルダーレジスト

3.30.5

1.2

3.2
1.3

2.4
3.2

パターンを広くとることで発生した熱を効率良く実装基板に広げることができます。

カソード端子CathodeAnodeダイヒートシンク
Die Heat Sink

Light Emitting Diode0.5

ダイヒートシンク端子

4.1[単位:mm]

図 6. 電極端子[単位:mm]

図 7. 推奨ランドパターン形状

図 8. ランドパターン形成例

3.3 周辺部材について2 次光学レンズやカバーなどの周辺部材をご使用になられる場合は LED 表面で発生した熱や光が周辺部材に影響を与えないことをご確認ください。（図 9 参照） 参考に光学部品として使用される部材の一般的な耐熱温度を表 2 に示します。
また LED 表面や周辺部材にフラックスやゴミなどの異物が付着している場合、LED から発せられた強烈な光が照射されることで異物が発熱し、焦げや発煙などにつながる恐れがあるためご注意ください。（図 10 参照）
表 2. 参考耐熱温度2材質

参考耐熱温度

アクリル

70-90℃

ポリカーボネート

120-130℃

ガラス> 200℃

シリコーン> 200℃

材質：アクリル

図 9. 熱による二次光学レンズの変形例

2

図 10. フラックス付着による焼損例

参考温度です。製品や仕様によって異なる場合があります。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
4/13
Oct. 31, 2023

Application Note
4. 温度の測定方法
本製品の熱評価では、はんだ接合部温度 TS、ジャンクション温度 TJ、表面温度 TT を測定する必要があります。本章では各温度の測定方法をご紹介します。
4.1 はんだ接合部温度 TS の測定方法
はんだ接合部温度は図 11 のようにはんだ接合部分（カソード端子側）に熱電対を固定して測定してください。
放熱性能に影響が出ないよう熱電対は先端が小さく細いものを使用します。熱電対取り付けの際にフラックス

図 11. 接着剤による熱電対取り付け例
4.2 ジャンクション温度 TJ の測定方法
ジャンクション温度の測定には以下の 2 つの方法があります。各々の測定方法について簡単に説明します。
‧ JESD51 に準拠した測定方法‧ はんだ接合部温度と投入電力から算出
4.2.1 JESD51 に準拠した測定方法
弊社では JESD51 に準拠した方法でジャンクション温度を測定しています。通常はジャンクション温度と相関関係がある順電圧（ΔVF）を測定することでジャンクション温度を導き出しますが、本製品に限っては順電圧よりも線形性に優れる LED チップのピーク波長λP を使用します。測定の概要を以下に示します。
①ジャンクション温度－ピーク波長特性の取得
恒温槽内で一定温度に保たれた LED に駆動電流 IF と同じ電流値で熱の発生が限りなく小さいパルス電流
IFP を流し、発光スペクトル（LED チップのピーク波長λP）を測定します。（図 12） これを複数の温度条件で実施します。LED の自己発熱がないため LED のジャンクション温度は恒温槽内の温度と一致します。よっ恒温槽（TA1, TA2, TA3, ・・・）

・・・

測定電流 IFP・・・

受光器

TA1TA2TA3λP↓

λP (nm)て図 13 のようにジャンクション温度とピーク波長の関係性が取得できます。

Intensity (-)

Light Emitting Diodeや接着剤などが発光面に付着していないことを確認してください。

分光器

Wavelength (nm)図 12. 測定回路

TJ (℃)

図 13. ジャンクション温度とピーク波長の関係

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
5/13
Oct. 31, 2023

Application Note
②ピーク波長の測定およびジャンクション温度の算出
駆動電流 IF を流し熱飽和するまで十分な時間点灯させピーク波長を測定します。（図 14） 図 13 のジャンクション温度-ピーク波長特性を使用してここで測定されたピーク波長からジャンクション温度を導き出すことができます。（図 15）

受光器

λP (nm)Intensity (-)

周囲温度 TA✕

分光器

駆動電流 IF✕λP

Wavelength (nm)

TJ (℃)

図 14. LED チップのピーク波長測定

図 15. ジャンクション温度の算出

Light Emitting Diode

本製品では上記のような方法でジャンクション温度および熱抵抗の測定を行っています。 3 ただし、この測定は専用の測定器が必要で、かつ器具やモジュールなどの測定には適していないため、お客様においては次に説明するはんだ接合部温度と投入電力から算出する方法をお勧めします。
4.2.2 はんだ接合部温度 TS と投入電力から算出
熱電対で測定したはんだ接合部温度と熱抵抗 RθJS および投入電力（順電圧 VF×駆動電流 IF）を使ってジャンクション温度を算出することができます。
計算式および計算に必要な熱抵抗値は式 1、表 3 または製品仕様書をご確認ください。なお設計に余裕を持たせるため熱抵抗値は最大値を使用することをお勧めします。
TJ = TS + RθJS×W（式 1）

TJ = ジャンクション温度(℃)
TS = はんだ接合部温度(℃)
RθJS = チップからはんだ接合部までの熱抵抗(℃/W)
W = 投入電力(W)

表 3. NVSW719AC の熱抵抗 RθJS4

熱抵抗 RθJS

34単位

標準

最大℃/W

2.5

3.5

測定精度向上のため予告なく変更する可能性があります。
最大値は参考値です。（使用基板：Al t=1.5mm、銅箔 t=35μm）

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
6/13
Oct. 31, 2023

Application Note
4.3 表面温度 TT の測定方法
表面温度の測定は非接触型の赤外線サーモグラフィを使用してください。熱電対などの接触型測温器を使用した場合、センサー部や接着剤に光が当たることで発熱し正確な測定値を得られない可能性があります。
表面温度は図 16 に示す製品発光面の中心部付近の温度を測定してください。ただし測定器の解像度が低い場合は温度が平均化され正確な測定ができませんので製品サイズに適した解像度の測定器を選定してください。
なお光学レンズやカバーなどで LED が覆われる場合は赤外線サーモグラフィによる測定ができません。この場合は熱電対で測定したはんだ接合部温度から表面温度の概算値を推測することになります。はんだ接合部
温度と表面温度の関係については次章の評価結果を参照してください。

Light Emitting Diode※測定放射率：0.95

図 16. 表面温度の測定箇所

図 17. 赤外線サーモグラフィによる測定例

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
7/13
Oct. 31, 2023

Application Note5. 熱評価はんだ接合部温度 TS と LED 表面温度 TT を測定しました。
5.1 評価条件
5.1.1 評価 LED
白色 LED では色温度が低いものや演色性が高いものほど蛍光体濃度が高くなり、それに伴い蛍光体層（発光面）の発熱量は大きくなります。本評価では代表して以下 4 ランクの熱評価を行いました。
Lot1： 色度ランク sm27(色温度 2700K 相当)、演色性ランク R9050(Ra≥90 相当)
Lot2： 色度ランク sm40(色温度 4000K 相当)、演色性ランク R9050(Ra≥90 相当)
Lot3： 色度ランク sm50(色温度 4000K 相当)、演色性ランク R9050(Ra≥90 相当)

Light Emitting Diode

Lot4： 色度ランク Cr70(色温度 7000K 相当)、演色性ランク Rnn(Ra フリー)
5.1.2 実装基板およびヒートシンク
評価に使用した LED 実装基板およびヒートシンクは以下の通りです。
LED 実装基板
材質：アルミ (厚み 1mm)
5絶縁層熱伝導率 ： 2.7W/m・K
絶縁層厚み：120μm

銅箔厚み：35μm

ランドパターン：

弊社推奨形状（図 7,8 参照）

ヒートシンク
参考寸法：

38mm×50mm×25mm
6

参考熱抵抗 ：

図 18. 評価基板、ヒートシンク外観

5.77℃/W

5.1.3 駆動電流値
水準 1： IF=500mA
水準 2： IF=1050mA（定格電流）
水準 3： IF=1500mA（最大定格電流）5.2 評価方法
周囲温度 TA＝25℃の無風環境で点灯させ、十分に熱飽和した状態ではんだ接合部温度と発光面温度を測定しました。はんだ接合部温度は熱電対で測定、表面温度は発光面の表面を赤外線サーモグラフィで測定しました。
また測定されたはんだ接合部温度と熱抵抗 RθJS（3.5℃/W）を使用しジャンクション温度を算出しました。

56

メーカーのカタログ値です。
シミュレーション値です。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
8/13
Oct. 31, 2023

Application Note
5.3 評価結果
はんだ接合部温度と表面温度の測定結果、およびはんだ接合部温度から算出されたジャンクション温度を200

200150150TSTJ
TT

100

温度 [℃]

温度 [℃]

図 19-22 に示します。

5050000500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]

2000

0

図 19. sm27/R9050 ランク測定結果

500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]2000

図 20. sm40/R9050 ランク測定結果

200200150150TSTJ
TT

100

温度 [℃]

温度 [℃]

Light Emitting DiodeTSTJ
TT100TSTJ
TT

100

5050000500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]2000

図 21. sm50/R9050 ランク測定結果

050010001500駆動電流 IF [mA]2000

図 22. Cr70/Rnn ランク測定結果

いずれの条件もジャンクション温度より表面温度の方が高くなります。特に色温度の低いものほど表面温度の上昇が大きいため注意が必要です。器具設計の際はジャンクション温度とともに必ず表面温度を測定し、最大定格温度または推奨温度を超えていないことを確認する必要があります。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
9/13
Oct. 31, 2023

Application Note
5.4 表面温度 TT の算出方法について
図 19-22 の結果から得られる熱抵抗 RθTS（発光面からはんだ接合部までの熱抵抗）を図 23-26 に示します。
この熱抵抗 RθTS を使用することではんだ接合部温度から表面温度の概算値を算出することができます。計算式は式 2 を参照してください。使用する熱抵抗値は LED ランクおよび駆動電流の組み合わせで一番近い条件

10.010.09.09.0

熱抵抗 RθTS [℃/W]

熱抵抗 RθTS [℃/W]の値を読み取ってください。

8.07.06.0
5.0

7.06.05.04.00500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]20000

図 23. sm27/R9050 ランク測定結果

10.0

10.0

9.0

9.0

8.0
7.0
6.0
5.0

500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]2000

図 24. sm40/R9050 ランク測定結果

熱抵抗 RθTS [℃/W]

熱抵抗 RθTS [℃/W]

Light Emitting Diode

4.0

8.0

8.0
7.0

6.0
5.0
4.0

4.00500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]2000

図 25. sm50/R9050 ランク測定結果

TT = TS + RθTS×W0500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]2000

図 26. Cr70/Rnn ランク測定結果（式 2）

TT = 表面温度(℃)
TS = はんだ接合部温度(℃)
RθTS = 表面からはんだ接合部までの熱抵抗(℃/W)
W = 投入電力(W)This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
10/13
Oct. 31, 2023

Application Note
6. 参考設計例
放熱性能の異なる 3 つのモジュールの熱評価を行いました。放熱設計の参考にしてください。
6.1 評価モジュール仕様
評価したモジュールの仕様を表 4 に示します。
表 4. 評価モジュール仕様
モジュール①

モジュール②モジュール③

NVSW719AC
sm27/R9050

←

←

寸法

Φ20mm

Φ40mm

Φ60mm

Light Emitting Diode

外観搭載 LED

LED 実装基板

ヒートシンク材質

アルミ（厚み 1.0mm）←←絶縁層熱伝導率72.7 W/m・K←←寸法

Φ23.5mm×14mm

Φ40mm×27mm

66mm×75mm×40mm

参考熱抵抗 719℃/W

10℃/W

1.9℃/W

6.2 評価方法
周囲温度 TA＝25℃の無風環境で点灯させ、十分に熱飽和した状態ではんだ接合部温度と発光面温度を測定しました。はんだ接合部温度は熱電対で測定、表面温度は発光面の表面を赤外線サーモグラフィで測定しました。
また測定されたはんだ接合部温度と熱抵抗 RθJS（3.5℃/W）を使用しジャンクション温度を算出しました。

7

メーカーのカタログ値です。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
11/13
Oct. 31, 2023

Application Note
6.3 評価結果
評価結果を図 27-29 に示します。
250

250200

最大推奨 TT (180℃)

150

最大定格 TJ (150℃)

100TSTJ
TT

最大推奨 TT (180℃)

150

TSTJTT

最大定格 TJ (150℃)

1005050000500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]02000

図 27. モジュール①(Φ20mm)測定結果

500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]2000

図 28. モジュール②(Φ40mm)測定結果

250
200

温度 [℃]

Light Emitting Diode

温度 [℃]

温度 [℃]

200

最大推奨 TT (180℃)

150

TSTJ
TT

最大定格 TJ (150℃)

100
5000500

1000
1500
駆動電流 IF [mA]2000

図 29. モジュール③(Φ60mm)測定結果
ヒートシンクの容量が小さく放熱性能が低いモジュール①では IF=800mA でジャンクション温度が最大定格温度に達するためそれ以上出力を上げることができません。またモジュール②では IF=1200mA で表面温度が180℃を超えるためそれ以上での使用は推奨されません。本製品を最大出力で使用するにはジャンクション温度と表面温度がいずれも最大定格温度および最大推奨温度を超えないモジュール③同等もしくはそれ以上の放熱性能が必要であることがわかります。
なお本評価は周囲温度 TA=25℃での測定結果です。器具設計の際は光学カバーや筐体で密閉されることによる LED 周囲温度の上昇を加味した熱設計を行う必要があります。

7. まとめNVSW719AC の高輝度、高出力という特徴を活かすためには放熱設計が重要になります。お客様においては本書を参考に、最終仕様製品で十分な熱評価を実施し、余裕を持った熱設計を行ってください。
本書に示す評価結果および熱抵抗値 RθTS は弊社評価条件および環境におけるものであり、お客様の使用条件や環境によって結果が異なる場合があります。これらの値は参考値としてお取り扱い願います。

This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
SP-QR-C2-230307-1
12/13Oct. 31, 2023

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、ご了承いただいたうえでご利用ください。
‧ 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、製品の代表的動作および応用例を示したものであり、その使用に関して、弊社および第三者の知的財産権その他の権利の保証または実施権の許諾を行うものではありません。
‧ 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、正確性およ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。

Light Emitting Diode‧ 本書に記載されている情報等に関する著作権およびその他の権利は、弊社また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、本書の一部また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-C2-230307-1
13/13
Oct. 31, 2023