ジャンクション温度計算ツール
電力損失と熱抵抗チェーン (θ JC + θ CS + θ SA) から半導体接合部温度を計算します。トランジスタ、MOSFET、および IC の熱設計に不可欠です。
公式
仕組み
ジャンクション温度計算ツールは電力損失と熱抵抗経路から半導体ダイ温度を計算します。これは信頼性解析、ヒートシンクの選択、ディレーティングの計算に不可欠です。パワーエレクトロニクスのエンジニア、熱設計者、信頼性エンジニアは、これを使用してデバイスの寿命を予測し、熱による故障を防止します。JEDEC JESD51-1によると、ジャンクション温度Tj = Ta + Pd ×（θ JC + θ CS + θ SA）。ここで、θ JCはジャンクション対ケース（パワーパッケージの場合は0.5〜5°C/W）、θ CSはケースからシンク（インターフェースにより0.1〜1°C/W）、θ Saはシンクから周囲への温度（ヒートシンクの場合は1〜20°C/W）です。Tj (max) を10°C超えると、アレニウスの式によるデバイスの寿命は半分になり、Tj (最大) -25°Cで動作すると寿命が2倍になります。TO-220 パッケージは θ JC = 1 ～ 2 °C/W、D²PAK は θ JC = 0.5-1°C/W、QFN パッケージは θ JC = 2 ～ 10 °C/W です。露出パッドの面積にもよりますが、
計算例
TO-220パッケージのデューティサイクルが 50% の12VでのIRFZ44N MOSFETスイッチング10Aのジャンクション温度を計算します。データシートより:Rds (on) = 22mΩ、Tj = 25°C、θ JC = 1°C/W、Tj (最大) = 175°C。伝導損失:P_cond = I² × Rds (on) × D = 10² × 0.022 × 0.5 = 1.1W。100kHz でのスイッチング損失:p_SW 約 0.5 W (Qg × Vds × f から推定)合計Pd = 1.6WTO-220 クリップオンヒートシンク (θ SA = 12°C/W) とサーマルペースト (θ CS = 0.5°C/W) の場合:Tj = 40°C + 1.6W × (1 + 0.5+ 12) = 40°C + 21.6°C = 61.6°C。これはTj (最大) を 113°C 下回っており、優れた信頼性マージンが得られます。注:Tj = 100°C で Rds (on) は 1.5 倍に増加します。正確な結果を得るには、繰り返し再計算してください。
実践的なヒント
- ✓10年間の信頼性を実現するには、設計目標としてTj (max)-25°Cを使用します。JEDEC JEP122Hによると、Tj (最大) での動作時と比較してライフタイムマージンが2倍になります
- ✓サーマル・インターフェース・マテリアル:シリコーングリース (0.1°C/W)、サーマルパッド (0.3-1°C/W)、相変化材料 (0.05°C/W) — アセンブリ要件に基づいて選択
- ✓ヒートシンクのない SMD パッケージには、データシートの θ JA が適用されます。標準値:SOT-23 = 250°C/W、SOIC-8 = 125°C/W、QFN-16 = 40°C/W、露出パッドをはんだ付けした状態で
よくある間違い
- ✗θ JC + θ CS + θ SA — θ JA の代わりに θ JA を使用すると、ヒートシンクがなく、空気が静止していると仮定します。ヒートシンクを使用した実際の熱経路の抵抗ははるかに低くなります。
- ✗θ CS (界面抵抗) を無視 — ドライ接点は0.5-1°C/W、サーマルペーストは0.1-0.2°C/Wに低下します。これを省略すると、Tjが5〜15°C過小評価されます
- ✗Rds (on) の温度依存性を忘れる — MOSFETの温度係数は正 (Tj (max) で25℃で1.5～2倍)、精度を確保するためには反復計算が必要
よくある質問
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