現在、放熱用の高出力LEDを適用したPCBには、通常の両面銅コート基板（FR4）、アルミニウム合金ベースの高感度銅基板（MCPCB）、アルミニウム合金基板に接着剤を塗布したフレキシブルフィルムPCBの3種類があります。
放熱効果は、銅層、金属層の厚さ、絶縁媒体の熱伝導率に関係します。 35umの銅層と1.5mmのアルミニウム合金を備えたMCPCBが一般的に使用されます。フレキシブル基板はアルミニウム合金板に接着されています。 もちろん、熱伝導率の高いMCPCBSは熱性能が最も優れていますが、価格も上昇しています。
ここでは、計算例として日亜化学工業株式会社のMEASURING TCの例からデータを抜粋しています。 条件は、LED:3W白色LED、型番MCCW022、RJC=16℃/Wです。 ヒートシンクに溶接されたタイプ K 熱電対点温度計測定ヘッド。
PCBテスト基板：二層銅メッキ基板（40×40mm）、t=1.6mm、溶接面の銅層面積1180mm2、背面の銅層面積 1600mm2。
LED動作ステータス：IF-500mA、VF=3.97V
K型熱電対点温度計でTC=71℃を測定。 周囲温度TA=25℃
1. TJを計算する
TJ=RJC×PD+TC=RJC(IF×VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2.RBAの計算
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1.99W
=23.1℃/W
3. RJA の計算
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃W
=39.1℃W
設計上の TJmax が -90℃の場合、上記の条件に従って計算された TJ は設計要件を満たせません。放熱性の良い基板に変更するか、放熱面積を増やして、TJ≦TJmaxになるまで再度テスト・計算する必要があります。
別の方法は、LED の UC 値が大きすぎる場合、RJC=9℃/WIF=500mA に置き換えたときに VF=3.65V、他の条件は変更せず、T) は次のように計算できます。
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3.65 V) = 87.4 ℃
上記の71℃の計算には多少の誤差があります。新しい9℃W LEDを溶接してTCを再テストする必要があります（測定値は71℃よりわずかに小さい）。 それはあまり関係ありません。 9℃/W LEDを使用した後は、PCBの材質や面積を変更する必要がなく、設計要件を満たします。
PCB裏面のヒートシンク
計算された TJmax が設計要件よりはるかに大きく、追加領域が構造上許容されない場合は、PCB を「U」字型のアルミニウム プロファイル (またはアルミニウム プレートのスタンピング) に貼り付けるか、ヒートシンクに貼り付けることを検討してください。これら 2 つの方法は、複数の高出力 LED ランプの設計で一般的に使用されます。例えば、上記の計算例では、TJ=103℃のPCB裏面に10℃/Wのヒートシンクを貼り付けると、そのTJは約80℃まで低下します。
なお、上記TCは室温（通常15～30℃）で測定した値です。 LED ランプ TA の周囲温度が室温より高い場合、実際の TJ は室温で測定された計算された TJ よりも高くなるため、この要素を設計時に考慮する必要があります。テストをサーモスタット内で実行する場合は、使用時に温度を最高周囲温度に調整するのが最善です。
また、PCB を水平に設置するか垂直に設置するかによって放熱条件が異なり、TC 測定に一定の影響を与えます。ランプのシェルの材質、サイズ、放熱穴も放熱に影響します。したがって、設計にはある程度の余裕が必要です。
投稿日時: 2022 年 3 月 23 日
