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ジャンクション温度・熱抵抗 計算ツール

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要点

ジャンクション温度は Tj = Ta + P × (θjc + θcs + θsa) で求まり、熱抵抗は電気抵抗と同じく直列なら足し算になります。パワー半導体の寿命は Tj で大きく変わるため、Tj(max) ぎりぎりではなく20〜30℃のマージンを取って設計するのが一般的です。このツールは Tj の計算と、許容損失・必要なヒートシンクの逆算を1画面で行います。

熱抵抗からジャンクション温度を求める

ジャンクション温度 Tj117.5℃
ケース温度 Tc97.5℃
ヒートシンク温度 Ts90.0℃
全熱抵抗 θja3.10℃/W
Tj を 125℃ 以下に保てる最大損失27.4W
必要なヒートシンク熱抵抗 θsa2.30℃/W 以下

定常状態の直列モデルです。スイッチングのパルス損失やモータ起動時のような短時間の発熱は、データシートの過渡熱インピーダンス Zth(j-c) 曲線で評価してください。

ケース上面温度の実測から推定する（ψjt）

推定ジャンクション温度 Tj = Tt + P·ψjt97.5℃

ψjt は熱抵抗ではなく「上面温度とTjの差を電力で割った係数」で、熱の大半が基板側へ逃げる表面実装パッケージでは θjc より実測に向いています。消費電力 P は上の欄の値を使います。

損失とジャンクション温度

θja = 3.10 ℃/W、Ta = 40℃ での計算値
損失Tj判定
6.3 W59.4 ℃OK
12.5 W78.8 ℃OK
18.8 W98.1 ℃OK
25.0 W117.5 ℃OK
31.3 W136.9 ℃余裕不足
37.5 W156.3 ℃定格超過

パッケージ別の熱抵抗の目安

代表的な値の幅。実際の値は各デバイスのデータシートと実装基板（銅箔面積・層数）で大きく変わる
パッケージθja（℃/W）θjc（℃/W）
SOT-23約 200〜300—（基板への放熱が主）
SOIC-8約 100〜160約 25〜40
QFN 5×6mm（パワー）約 40〜60（基板依存）約 1〜3
D²PAK（TO-263）約 40〜60（基板依存）約 0.5〜1.5
TO-220約 60〜65（ヒートシンクなし）約 0.5〜2
TO-247約 40（ヒートシンクなし）約 0.2〜0.8
パワーモジュール（1素子あたり）—（ヒートシンク必須）約 0.05〜0.3

熱抵抗の考え方

熱抵抗は「1Wの熱を流したときに何℃の温度差が生じるか」を表す量で、電気回路のオームの法則と同じく、直列につながった熱抵抗は足し算になります。半導体チップの接合部で発生した熱は、ダイ → はんだ／焼結層 → 放熱板（ケース） → TIM → ヒートシンク → 空気 の順に流れ、それぞれの区間に熱抵抗があります。

パワー半導体の寿命は接合温度で大きく変わり、アレニウス則ではおよそ10℃上がるごとに寿命が半分になると言われます。そのため Tj(max) ぎりぎりではなく、20〜30℃程度のマージンを取った温度で設計するのが一般的です。SiCパワーデバイスは Tj(max) が175〜200℃と高く取れるため、ヒートシンクを小さくできることが利点の一つになっています。

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