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LEDの放熱性能 | LED照明製造・販売・開発・OEM・ODM (株)グッドグッズ

LEDは発熱しないのですか?

LEDの光にはほとんど熱が含まれてなく、熱くありませんが、LED自体は発熱しており、LED照明器具の本体を通じて、外へ放熱しています。

LEDはもともと消費電力が少ないため、蛍光灯ほどの高温にはなりません。

しかし、電気を流すことで発熱することは必然で、LEDも長時間点灯させると熱を持ってきます。 この熱は、光源側にはほとんど含まれず、LED素子部分や電源部やまわりの樹脂に含まれます。

この熱を効率よく放熱しないと、 熱を持った箇所が劣化してしまい、せっかくの長寿命であるLEDも、器具の故障で点かなくなってしまう恐れがあります。

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LEDの熱経路について

LEDから発生する熱について、図1に示す熱経路のイメージ図を用いて説明します。

LEDチップから周辺雰囲気の間には、ダイボンド、電極、はんだ、基板を介して熱伝達していると考えられます。

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LED熱設計が必要な理由

1.機能・性能の確保 温度が高くなって

・輝度が落ちる(LED)

2.寿命の確保 温度が高すぎて

・早く壊れる

・部品交換や保守が頻繁になる

3.安全性の確保 温度が高すぎて

・低温やけどする

・熱くて不快になる

・発火発煙に至る

LEDの温度が制限される理由

・LEDは半導体であり、熱に弱い。

・半導体は温度が高くなると抵抗が減少し、発熱量が増える

・高温になると、発熱量増加⇒温度上昇⇒さらなる発熱量増加⇒・・という熱暴走に至る

・温度が高くなると発光効率が低下する(暗くなる)

(LEDは相対光度が初期の70%に達した段階で寿命と見なされる)

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放熱技術の変化

基板の放熱能力が部品の温度を決める

■LEDは基板への放熱があって始めて熱設計が成立する

■適切な放熱特性を持った基板を選定しないと不具合を発生する可能性がある

■ただし、LEDの実装方法により、基板の面方向への熱拡散が要求される場合と

厚み方向の熱通過が要求される場合があり、同じ「高放熱」でも意味合いが異なる

熱設計について

製品設計を行なう上で、放熱能力を上げる(熱抵抗を低くする)設計を取り入れることで、 Tjを低くすることができます。

設計例として下記項目が挙げられます。

(A)基板材質の選択

(B)基板の銅箔面積の最適化

(C)LED配置(LEDピッチ)の最適化

(D)ヒートシンクの導入

各項目のについての詳細内容を以下に示します。

A)基板材質の選択

基板の種類は大きく分けて、下図に示すように樹脂系基板、金属ベース系基板、セラミック系基板に 分けられます。

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一般的に安価で寸法安定性に優れたガラス布基板(FR- 4)を使用する場合が多いですが、高い熱伝導率を求める場合は金属ベース系基板を使用することでTjを低くすることができます。

(B)基板の銅箔面積の最適化

図8に示すように基板の銅箔パターン面積をできるかぎり広くすることにより、LEDで発生した熱を より多く基板へ放熱させることができます。

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(C)LED配置(LEDピッチ)の最適化

図9に示すようにLEDピッチが狭いとLEDから発生する熱が集中して、放熱し難くなります。

参考例として2×2のLED配置した基板での熱分布シミュレーションを図10に示します。

シミュレーション結果からも、LEDピッチが狭いと、隣のLED熱の影響により熱がこもり易くなります。

このため、可能な限りLEDピッチを広くとることでTjを低くすることができます。

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(D)ヒートシンクの導入

基板背面側にヒートシンクを設けることで放熱性を高めることができます。

また、基板とヒートシンクとの接続には、熱伝導性の高い両面テープ、放熱シート、又は放熱グリスを 用いることでさらに有効となります。