Application Note

Light Emitting Diode

H タイプ COB の取り扱いについて

目次
1. 概要................................................................................................ 2
2. H タイプ COB の特徴........................................................... 2
3. 強度について........................................................................... 3
4. 絶縁性能について ................................................................ 5
5. 放熱性について...................................................................... 7
6. まとめ ......................................................................................... 10

本書内に記載する型番 NTCWS024B-V2、NFCWL036B-V2、NFDWJ130B-V2、および NFEWH306B-V2 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. 概要
近年、COB はダウンライト、スポットライトだけでなくハイベイや投光器へと適用分野が拡大しており、それに伴い高出力・高効率が要求されるようになりました。
弊社では、光束 10,000lm クラスの高効率 COB として H タイプ COB をラインナップしていますが、この H タイプ
COB は基板の材質や大きさ、端子電極位置等の仕様により、取り扱いや灯具設計に特に注意が必要です。
本アプリケーションノートでは、H タイプ COB の主な特徴について示すとともに、取り扱いや灯具設計の際の注意事項について解説します。

2. H タイプ COB の特徴

その利点を活かし沿面距離（図 1 参照）を 5.5mm とすることで、高い絶縁性能を確保しています（耐電圧 4kV 以上の性能を考慮して設計しています）。
表 1. 高効率 COB ラインナップ
S ﾀｲﾌﾟ

T ﾀｲﾌﾟ

73W

44W

37W

30W

27W

23W

19W

16W

13W

9.0W

4.7W

2.5W

1400

1150

1050

860

760

670

540

460

360

260

135

70[lm]

12300

7170

6080

5050

4450

3940

3190

2760

2160

1550

795

415

効率※1 [lm/W]

169

162

164

168

167

168

170

172

172

172

169

169

φ8.7

φ6.7

φ5.9

高効率COB
定格電流 [mA]※1

光束

H ﾀｲﾌﾟ

J ﾀｲﾌﾟ

D ﾀｲﾌﾟ

L ﾀｲﾌﾟ

外観（例）
LES[mm]

φ23.0

基板材質

セラミックス

基板ｻｲｽﾞ [mm]38×38×1

沿面距離 [mm]

5.5

φ14.6

φ13.4

φ11.5
セラミックス

24×19×1※219×16×1

15×12×12.0 （a＝1.0，b＝1.0）※1） 5000K, R8000, ジャンクション温度＝25℃ の標準値
※2） 沿面距離 ＝ a ＋ b （a＝4.5，b＝1.0） 下図1参照
aLight Emitting Diode表 1 に弊社高効率 COB のラインナップを示します。H タイプ COB の仕様は 73W 光束 10,000lm クラスであり、ラインナップ中最も高い出力を有しています。基板の材質は、他のタイプと同様に絶縁体であるセラミックスです。

ab

図 1. 沿面距離（ a ＋ b ）これらの特徴や性能を十分に引き出すために、以下の事項について注意が必要です。
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3. 強度について
H タイプ COB は他のタイプに比べ基板サイズが 38mm×38mm と大きい（厚さは他のタイプと同じ 1mm）ため、強度面で取り扱いや取り付けの際に注意が必要です。
3.1 強度評価
基板の大きさ、形状による強度を簡易的に評価するために、表 2 および図 2 に示すパッケージ加圧試験を実施しました。
COB の発光面を下向きにした状態で、パッケージの対角を支持します。試験装置にφ4mm の円柱状の治具を取り付け、パッケージ中央部を設定荷重で 10 秒間加圧します。設定荷重は 100N より開始し、以降 10N ずつ増やしていきます。保持時間内に基板が破壊されるまで試験を繰り返し、基板破壊時のピーク荷重測定値を記録しました。

Light Emitting Diode

表 2. パッケージ加圧試験条件
試験装置

引張圧縮試験機

加圧箇所

COB裏面 中央部 （図2参照）

設定荷重100N, 110N, 120N, 130N, ・・・・・・

保持時間10sec

試験数

各3pcs

下降速度10mm/min
COB2.1mm

2.1mm

φ4mm

COB2.1mm2.1mm

図 2. パッケージ加圧試験方法

表 3 に評価サンプル、図 4 に試験結果を示します。

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表 3. 評価サンプル（図 3 参照）[単位：mm]

基板

ﾀｲﾌﾟ

LES

ﾊﾟｯｹｰｼﾞ

縦a横b

厚さ c

対角線 d

直径 e

厚さ f

S

NTCWS024B-V2

1215119.26.72L

NFCWL036B-V2

1619124.8

8.7

2J

NFDWJ130B-V21924130.6

14.62H

NFEWH306B-V23838

153.723.0

2b190
破壊時の荷重aef (MAX)

c

平均値

170
荷重 ［N］Light Emitting Diode180160150140130
S typeL typeJ typeH type図 3. 表 3 の参照図面

図 4. 基板破壊時の荷重

本試験結果より、H タイプ COB は他のタイプに比べ強度が低く割れやすいことが分かります。取り扱いや取り付けの際は、基板の割れや欠けを防ぐため以下の点について十分に注意してください。
・COB を取り扱う際、落下させたり強い衝撃や力を加えたりしないでください。
・COB を取り付ける際、取り付け面は平坦にしてください。
・COB をホルダー等で取り付け面に固定する際、必要以上のトルクで締め付けないようにしてください。
・COB と取り付け面の間に異物（はんだボール、導線等）を噛み込まないようにしてください。
なお、H タイプ COB を取り付ける際は、他の COB と同様に、取り付け面との間に放熱グリスを塗布することを推奨します。放熱グリスの使用については、5 章で詳しく解説します。
また、COB の取り扱い、取り付けに関する詳細は、アプリケーションノート「COB 組み立て・取り扱いについて」をご参照ください。ただし、H タイプ COB 専用の推奨ホルダーはございません。ホルダー選定の際は、COB の強度だけでなく、後に述べる絶縁性能や放熱性等への影響を十分に考慮した構造およびCOBの信頼性に悪影響を及ぼさない材質（ハロゲンフリーを推奨します）のホルダーを用い、取り付け後の器具に不具合が生じないことを十分に検証してください。

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4. 絶縁性能について
H タイプ COB の端子電極部と電気的接続を行う場合、絶縁性能を損なわないよう注意が必要です。
4.1 絶縁性能評価
H タイプ COB の絶縁性能を評価するため、表 4 および図 5 に示す耐電圧試験を実施しました。
COB のアノードとカソード端子電極を 1 つに接続し、COB をアルミ板上に固定した状態で、端子電極側とアルミ板側の 2 点間に交流電圧を 1 分間印加します。設定電圧は 4000V からスタートし、印加中に絶縁破壊が生じる（20mA 以上の電流が流れる）まで 100V ずつ高くして試験を繰り返し、耐電圧を調べました。

Light Emitting Diode表 4. 耐電圧試験条件
試験装置

耐電圧/絶縁抵抗試験器

設定電圧

AC 4000V, 4100V, 4200V, 4300V, ・・・・・・

印加時間

1min

NG判定基準20mA以上

試験数

3pcs

リード線

COB

絶縁クリップ

高電圧側
出力端子

アルミ板

低電圧側
出力端子

絶縁クリップ

耐電圧/絶縁抵抗試験器

図 5. 耐電圧試験方法

表 5 に試験結果を示します。
表 5. 耐電圧試験結果
耐電圧 [V]

ｻﾝﾌﾟﾙ

沿面距離[mm]123

平均

NFEWH306B-V2

5.55300

5100

52005200

本試験結果より、H タイプ COB は耐電圧 4kV 以上を十分に満たしていることを確認しました。
4.2 絶縁性能の低下について
H タイプ COB の端子電極にリード線をはんだ付けする際、端子電極周囲にフラックスが飛散し付着した場合を想定して次の試験を行いました。
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前節 4.1 のサンプル 1、2、3 を用い、カソード端子電極の周囲に故意にはんだのフラックスを付着させてサンプ
ル 4、5、6 とします。前節 4.1 と同じ方法、条件で耐電圧を測定し、その影響を調べました。
表 6 にフラックス付着状態の写真および試験結果を示します。
表 6. 端子電極周囲へのフラックス付着を想定した耐電圧試験結果
端子電極周囲にフラックス付着

ｻﾝﾌﾟﾙ

フラックス付着無し

456500045004900

参考

外観Light Emitting Diode

耐電圧 [V]

本試験結果より、いずれの COB もフラックス付着無しの場合と比較し、耐電圧が低下することを確認しました。
本試験での絶縁破壊は、全てフラックスを付着させたカソード端子電極付近で生じています。したがって、フラックスの付着状態によっては、絶縁性能が 4kV 未満になる可能性もあると考えられます。
リード線のはんだ付けに関する注意事項として、はんだの含有成分（ハロゲン等）が端子電極とセラミック基板の密着強度を低下させ、端子電極部の剥離を引き起こす場合がありますので、はんだはノンハロゲンタイプをご使用ください。
なお、リード線のはんだ付け作業および上記の端子電極部剥離に関する詳細は、アプリケーションノート「COBへのリード線取り付け作業」をご参照ください。
ホルダーを用いて H タイプ COB の端子電極部と電気的に接続する場合、COB の沿面距離を損なうことのないように、ホルダー側の絶縁対策が必要です。例えば、図 6 に示す箇所（赤線部分）の絶縁が不十分な場合、その箇所と筐体間で絶縁破壊が生じてしまうため、絶縁性能は 4kV 未満になる恐れがあります。
ケーブル

絶縁箇所

ホルダー側端子
COB端子電極

ホルダー（絶縁体）
COB セラミック基板
筐体（ヒートシンク）

図 6. 沿面距離確保のため十分な絶縁が要求される箇所

これらのことから、COB 本来の絶縁性能を低下させないよう以下の点について十分に注意してください。
・COB の端子電極部にリード線をはんだ付けする際は、周囲にフラックスを付着させないようにしてください。
・COB の基板表面は、異物（埃）、汚れ、湿気等の無い清浄な状態を保ってください。
・COB の端子電極部とホルダー等で電気的に接続する場合、COB の沿面距離を損なわないよう必要な箇所を確実に絶縁してください。
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5. 放熱性についてラインナップ中で最も高い出力を有する H タイプ COB は、狭範囲に多数の LED チップが密集していることにより特に熱が集中しやすい構造です。熱の上昇による性能低下（温度特性による光束低下）や信頼性（寿命）悪化を避けるために効率的な放熱対策を施し、最大ジャンクション温度（140℃）を超えることがないようご配慮ください。
5.1 放熱性評価
表 7 に示す条件で 3 種類のヒートシンク（表 8 参照）にそれぞれ COB を取り付け、表 9 に示す条件で光束および TC を測定しました。

Light Emitting Diode表 7. ヒートシンク取り付け条件

放熱ｸﾞﾘｽ取り付け

COB

NFEWH306B-V2 5000K/R8000

ﾋｰﾄｼﾝｸ

3種類 （表8参照）
ﾒｰｶｰ

ｻﾝﾊﾔﾄ株式会社

型番

SCH-20

材質

ｼﾘｺｰﾝ

熱伝導率

0.84W/m・K

固定ﾎﾙﾀﾞｰ 2箇所

ﾈｼﾞ

M2.6ﾅﾍﾞﾈｼﾞ （ﾜｯｼｬなし）

締め付けﾄﾙｸ

0.3N･m

表 8. 評価に用いたヒートシンク
No.

HS-1

HS-2

HS-3

ﾒｰｶｰ

ABL Components

LSIｸｰﾗｰ株式会社

古河電気工業株式会社

型式

165AB2500B

90F294L150

FL-WHP-1200

ｻｲｽﾞ [mm]300×250×40

294×150×90

143×130×220

重量3.0kg

3.6kg

1.2kg

材質ｱﾙﾐ

ｱﾙﾐ

ｱﾙﾐ、銅（ﾋｰﾄﾊﾟｲﾌﾟ）

ﾌｨﾝ数

30

1711

熱抵抗

約0.3℃/W

約0.4℃/W

約0.3℃/W

取り付け状態This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
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表 9. 評価条件
駆動電流① 700mA（35W相当）

ｴｰｼﾞﾝｸﾞ② 1400mA *定格（73W相当）③ 2100mA *最大定格（110W相当）

60min

図 8 に示す TC 測定結果をもとに、次の式を用いてエージング 60 分後のジャンクション温度（TJ）を算出し、図 9に駆動電流に対する TJ を、また図 10 に TJ に対する光束をプロットしました。なお、図 8 より、いずれの場合もエージング 60 分でほぼ熱飽和に達していることが分かります。
TJ ＝ TC ＋ RθJC × W
TJ： ジャンクション温度 （℃）
TC： ケース温度 （℃） ※図 7 参照
RθJC： チップから TC 測定ポイントまでの熱抵抗 （℃/W）※RθJC 最大値＝0.70℃/W を使用
W： 投入電力 IF×VF （W） ※IF：順電流，VF：順電圧

700mA

図 7. Tc 測定ポイント

1400mA

7060

505030HS-1HS-2HS-320104030HS-1HS-2HS-320100

Tc ［℃］

6050402040604030HS-1HS-2HS-32010002100mA7060

Tc ［℃］

Tc ［℃］

700020時間 ［min］

4060020時間 ［min］

4060時間 ［min］

図 8. 各駆動電流における Tc 測定結果

16018000

14016000
14000

100HS-180

HS-2HS-360

光束 [lm]120

TJ [℃]

Light Emitting Diode

Tc測定ポイント

12000
10000
HS-18000

HS-2HS-36000

TJMAX
TJ MAXTJMAX
TJ MAX
4000

40500

700

900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300

駆動電流 [mA]

図 9. 駆動電流－ジャンクション温度特性

4060

80

100

120140160

TJ [℃]

図 10. ジャンクション温度－光束特性This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
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図 9 の結果より、いずれのヒートシンクを用いた場合も最大定格電流 2100mA（110W 相当）で駆動させると、TJは最大ジャンクション温度の 140℃付近となっています。このような場合、信頼性を考慮し TJ を低下させる対策が必要です。ただし、器具による放熱性改善の難易度は非常に高くなりますので、駆動電流を抑えての使用が有効と考えます。弊社では、H タイプ COB の使用条件として、定格 1400mA 以下での駆動を推奨します。
要求する出力を満たさない場合は、より放熱性の優れる基板を用いた弊社 COB-Z シリーズをご検討ください。
なお、COB-Z シリーズのラインナップ、仕様等については、弊社 LED カタログをご確認ください。
図 10 からは、同じ駆動電流でも器具の放熱性を高め TJ の上昇を抑えることで、より効率良く光束を得られることが分かります。

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5.2 筐体との密着性による放熱への影響について
COB と筐体（ヒートシンク）の密着性は、放熱に影響を及ぼします。次の試験は、放熱グリスの塗布量不足により、COB とヒートシンクの密着面積が減少した場合を想定しています。また、放熱グリスを塗布しない場合や中央部に塗布できていない部分がある場合についても確認しました。
放熱グリスの塗布量（塗布範囲）を表10 に示す条件でヒートシンクに取り付け、最大定格電流2100mA で駆動させます。塗布量 100%、70%、50%については 60 分点灯し、熱飽和状態の TC 測定値から TJ を算出しました。また、同時にサーモグラフィを用いて COB 発光面中央部の表面温度（TT）についても確認しました。
TJ 算出値と表面温度について図 11 に示します。
表 10. 放熱グリス塗布量減による放熱への影響調査
100%（全面塗布）

70%

50%0%（全面塗布なし）

95%（中央部塗布なし）

放熱ｸﾞﾘｽ
塗布量

放熱ｸﾞﾘｽｻﾝﾊﾔﾄ株式会社 SCH-20

ﾋｰﾄｼﾝｸ

LSIｸｰﾗｰ株式会社 90F294L150
最大定格電流 2100mA

駆動条件
60min

5min ※410min ※4TC※1 [℃]

点灯時間59.962.765.754.545.8※2TJ [℃]

136.6139.4

142.4

※5

※5100.0

111.7

120.5

190.0

162.0

ｻｰﾓｸﾞﾗﾌｨ※3TT[℃]※1） TC： TC測定ポイントに熱電対を取り付けて測定した温度※2） TJ： TC測定値より算出したジャンクション温度 （R θJC最大値＝0.70℃/W を用いて計算）※3） TT： サーモグラフィによるCOB発光面中央部の表面温度 （図中に示す円内の平均温度）※4） 表面温度が急激に高温になったため測定中止※5） TC測定値からTJを推定することは不可能

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200
TJ算出値
TJ 算出値
180

表面温度

温度 ［℃］

16014012010080

Light Emitting Diode

グリス100%グリス70%グリス50%

グリス無し

中央部
グリス無し

図 11. ジャンクション温度と表面温度測定結果

図 11 より、放熱グリスの塗布量（塗布範囲）が少なく COB とヒートシンクの密着面積が減少するほど放熱の効果は低下し、TJ および表面温度は上昇することが分かります。また、放熱グリスを塗布しない場合や中央部に放熱グリスが塗布できていない部分がある場合は、短時間の点灯で表面温度が非常に高温になることを確認しました。この時の表面温度の値から、TJ は明らかに最大ジャンクション温度 140℃を超えていると推測できます。
これらのことから、放熱をより効果的に行うために、放熱グリスは COB の基板全面に薄く均一に塗布し、ヒートシンクとの間に隙間ができないよう完全に密着させてください。
また、熱飽和時の TJ の推定は、TC の測定により算出できますが、サーモグラフィによる発光部表面温度測定での検証も合わせて行ってください。TJ 推定値の妥当性だけでなく、発光面の熱分布（均一性）の確認も可能であり、非常に有効です。

6. まとめ本アプリケーションノートでご説明した内容は、信頼性の高い灯具設計を行う上で非常に重要となります。弊社
H タイプ COB の仕様に関する特徴を十分に理解していただき、高出力、高効率、高耐電圧という本来の性能を損なうことのないよう、筐体への取り付け方法、電気的接続方法、放熱設計方法等の注意事項について遵守していただくようお願いいたします。
なお、本アプリケーションノートに示した試験データは一例であり、COB の品種、試験条件、試験環境等により値が異なることが考えられますので、参考としてお取り扱いください。また、製品設計の際には、実測による検証を十分に行ってください。

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