LED基板の設計と放熱対策:初心者向けガイド
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LED基板の設計は製品の性能と寿命を左右する重要な要素で、特に放熱対策が欠かせません。今回は、LED基板の基本から放熱設計のポイントまで、初心者にもわかりやすく解説します。

LED基板とは?基本構造と用途
LED基板とは、LED(発光ダイオード)を実装するためのプリント基板のことを指します。基板上にLEDチップを配置し、電気回路を形成することで、LEDに電力を供給して発光させる仕組みです。
主に以下の3層構造で、成り立っています。
l 表層の銅箔回路
l 絶縁層
l 基材層
一般的なLED基板の使用例
LED基板は私たちの身の回りで幅広く使用されています。家庭用照明器具、液晶テレビのバックライト、車載ライト、産業用検査装置など、多様な用途で活躍しています。
通常のPCBとの違い
LED基板と一般的なPCBの最大の違いは放熱性能の重要度です。
一般的なPCBは電気信号の伝達が主目的ですが、LED基板では熱を効率よく逃がすことが同等以上に重視されるため、アルミ基板や銅基板といった金属基板が選択されることが多くなります。
LED基盤とLED基板の違いはある?
「LED基板」と「LED基盤」は同じものを指しますが、「基板」が電子部品を実装する板状部材を指す専門用語です。
「LED基盤」や、「LED基板」、「基盤」と検索する方が多いですが、設計・製造の現場や技術文書では必ず「基板」表記を使うため、メーカーの技術文書なども読んでみてみてください。
アルミ基板とは?LEDに使われる理由

アルミ基板は、アルミニウムを基材に使用した放熱性に優れた金属基板です。銅箔、絶縁層、アルミ板の3層構造で、熱を効率的に放熱できます。
LEDは投入電力の40〜70%を熱として発生するため、優れた放熱性能が必要なのです。
FR-4基板との放熱性能の違い
FR-4基板の熱伝導率は約0.3W/m·Kに対し、アルミ基板は約150〜200W/m·Kと数十倍以上の性能を持ちます。0.5W以上の出力ではアルミ基板の採用が推奨されます。
LED基板設計における放熱対策の基本
LEDは投入電力の40〜70%を熱として発生するため、適切な放熱設計が不可欠です。
もう少し詳細に解説します。
基板レベルでできる放熱設計の方法
基板設計の段階で実施できる効果的な放熱対策には、水平方向と垂直方向の2つの方法があります。
水平方向の放熱対策
· LED周辺の銅箔エリアを広く確保する
· パターンに不要な切れ目を作らない
· 放熱パッドを大きめに設計する
垂直方向の放熱対策
· サーマルビア(熱伝導ビア)で基板裏面へ熱を逃がす
· LED直下に複数配置して熱抵抗を低減する
銅箔エリアもサーマルビアも、広げすぎ・増やしすぎても効果は頭打ちになるため、熱シミュレーションや実測で最適値を見極めることが重要なのです。
放熱不足によるトラブル例
放熱設計が不十分な場合、さまざまな問題が発生します。
最も顕著な問題は、光出力の低下です。ジャンクション温度が上昇すると、LEDの光出力は大幅に低下します。
ほかにも以下のような問題があげられます。
· 色温度の変化による照明品質の低下
· ジャンクション温度10度上昇ごとに寿命が約半分になる
· 極端な場合はLEDパッケージの樹脂部分が変色・劣化
これらのトラブルを避けるためには、設計段階から十分な放熱対策を盛り込み、試作段階で必ず温度測定を実施してください。
初心者がLED基板を設計する際の注意点

LED基板設計で最初に検討すべきは、部品の配置と配線のレイアウトです。
部品配置と配線で気をつけるポイント
主に気をつけるポイントは、3つです。
LEDの配置
· 発熱の大きいLEDは互いに離して配置する
· 基板の端に寄せすぎず、適度な余白を確保する
· 複数配置する場合は基板全体で熱分布が均等になるよう配慮する
配線パターン
· LED直下の銅箔面積を最大化する
· 電流が流れる配線は太く短く設計する
· 不要なパターンの切り込みを避ける
他部品との位置関係
· 電解コンデンサなど熱に弱い部品はLEDから離す
· ドライバICの発熱も考慮した全体配置を心がける
· 温度センサーは正確に測定できる適切な位置に配置する
電流・電圧設計の基本
LED基板では、適切な電流・電圧の設計が性能と寿命を大きく左右します。
LEDの順電流はデータシートの推奨値を必ず守り、定格電流を超えないことが鉄則です。順電圧は個体差や温度で変動するため、電圧マージンを10〜20%確保します。
初めてのLED基板設計で失敗しないために
初心者が陥りやすい失敗パターンを理解し、それを避けることが成功への近道です。LED基板設計では、まず放熱から考えてみましょう。
よくある質問
Q1: LED基板と通常のPCBの最大の違いは何ですか?
A: 最大の違いは放熱性能の重要度です。一般的なPCBは電気信号の伝達が主目的ですが、LED基板では熱を効率よく逃がすことが同等以上に重視されます。
Q2: アルミ基板とFR-4基板、どちらを選ぶべきですか?
A: LEDの出力で判断します。0.5W以下の低出力LEDであればFR-4基板でも対応可能ですが、それ以上の出力ではアルミ基板の採用が推奨されます。
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