許容損失・熱抵抗とは何ですか？

ICの選定や熱設計を行う際、データシートに記載されている「**許容損失（Pd）**」「**熱抵抗（$\theta_{ja}$・$\psi_{jc}$）**」「**ジャンクション温度（$T_j$）**」は重要なパラメータです。ここではそれぞれの意味と基本的な使い方を解説します。 ## **1. 許容損失とは** 許容損失（Maximum Power Dissipation：Pd）とは、周囲温度（$T_a$）からジャンクション温度の絶対最大定格（$T_{jmax}$）に達するまでにICが消費できる最大の電力です。 許容損失はパッケージの放熱能力と周囲温度によって決まり、データシートには特定の条件（基板実装条件・周囲温度）での値が記載されています。 ## **2. 熱抵抗とは** 熱抵抗とは、ICの発熱に対してどれだけ温度が上昇しやすいかを示す指標です。電気回路の抵抗と同様に、熱の流れにくさを表します。 代表的な熱抵抗として以下の2つがあります。 * **$\theta_{ja}$（ジャンクション〜周囲間熱抵抗）** ICのジャンクションから周囲空気までの熱抵抗です。 基板実装した状態での放熱性を示します。一般的な熱設計で最もよく使われます。 * **$\psi_{jc}$（ジャンクション〜ケース間熱抵抗）** ICのジャンクションからパッケージ表面（ケース・トップ）までの熱抵抗です。$\psi_{jt}$（ジャンクション〜トップ間）と表記されることもあります。パッケージ表面温度からジャンクション温度を推定する際に使用します。 単位は $[\text{°C/W}]$ で、値が小さいほど放熱性が高いことを示します。 ## **3. 許容損失と熱抵抗の関係** 許容損失とジャンクション温度・熱抵抗の関係は以下の式で表されます。 $$P_d = \frac{T_{jmax} - T_a}{\theta_{ja}}$$ この式から、$\theta_{ja}$ が大きいほど（放熱性が低いほど）許容できる $P_d$ が小さくなることがわかります。また周囲温度 $T_a$ が高くなるほど許容損失も低下します。これがデータシートの許容損失ディレーティンググラフに表れています。 ## **4. ジャンクション温度の計算** ICの内部温度であるジャンクション温度（$T_j$）は以下の式で求められます。 **$\theta_{ja}$ を使用する場合（基板実装・周囲温度から推定）** $$T_j = T_a + P_d \times \theta_{ja}$$ **$\psi_{jc}$ を使用する場合（パッケージ表面温度から推定）** $$T_j = T_c + P_d \times \psi_{jc}$$ * $T_j$：ジャンクション温度 [°C] * $T_a$：周囲温度 [°C] * $T_c$：パッケージ表面温度 [°C] * $P_d$：ICの消費電力 [W] $T_j$ がデータシートに記載されている最大ジャンクション温度（$T_{jmax}$）を超えないように設計する必要があります。 ## **5. 設計上の注意点** * **$\theta_{ja}$・$\psi_{jc}$ は実装・基板条件に大きく依存する** データシートに記載の $\theta_{ja}$・$\psi_{jc}$ は特定の基板・実装条件での値です。 実際の基板での $\theta_{ja}$ は、銅箔面積・基板材質・放熱パターンによって大きく変動します。 * **$\psi_{jc}$ の測定方法に注意する** パッケージ表面温度の測定には、測定方法によって測定値が大きくずれることがあります。正確な温度を測定するためには、測定部品に応じて最適な測定方法を選択する必要があります。 ## **まとめ** | 項目 | 内容 | |---|---| | **許容損失（Pd）** | $T_a$ から $T_{jmax}$ に達するまでにICが消費できる最大電力 | | **$\theta_{ja}$** | ジャンクション〜周囲間の熱抵抗。実装・基板条件に大きく依存する | | **$\psi_{jc}$（$\psi_{jt}$）** | ジャンクション〜ケース（トップ）間の熱抵抗 | | **ジャンクション温度** | $T_j = T_a + P_d \times \theta_{ja}$（または $T_c + P_d \times \psi_{jc}$）で算出 |