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2021.01.12 熱設計

熱抵抗データ:熱抵抗、熱特性パラメータの定義

電子機器における半導体部品の熱設計

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今回は、前回示した実際の熱抵抗データのθJAとΨJTの定義についてです。

θJAとΨJTの定義

前回のおさらいになりますが、確認しておきます。

 ・θJA(℃/W):ジャンクション-周囲環境間熱抵抗
 ・ΨJT(℃/W):ジャンクション-パッケージ上面中心間熱特性パラメータ

具体的なイメージができるように、θJAとΨJTを模式化した図を示します。

JEDEC規格 JESD51に基づく、ジャンクション-周囲環境間熱抵抗θJA(℃/W)、およびジャンクション-パッケージ上面中心間熱特性パラメータθJT(℃/W)を示す模式図

θJAはジャンクションから周囲環境までの熱抵抗で、放熱には複数の熱経路が存在します。ΨJTはジャンクションからパッケージ上面中心までの熱特性パラメータです。

また、ジャンクションからパッケージ上面間の熱抵抗θJC-TOPと、ジャンクションからパッケージ下面間の熱抵抗θJC-BOTも定義されており、以下に図示します。θJC-TOPとΨJTに関しては、「パッケージ上面」か「パッケージ上面中心」という微妙な違いである点に留意してください。

JEDEC規格 JESD51に基づく、ジャンクションからパッケージ上面間の熱抵抗θJC-TOPと、ジャンクションからパッケージ下面間の熱抵抗θJC-BOTを示す模式図

これらはJEDEC規格 JESD51により定義されています。以下に、各定義と用途、計算式をまとめました。

記号 定義 用途 計算式
θJA ジャンクションと周囲環境間の熱抵抗。※1 形状が異なるパッケージ間での放熱性能の比較。 θJA = (TJ – TA) / P
ΨJT デバイス全体の消費電力Pに対するジャンクションとパッケージ上面中心の温度差を表す熱特性パラメータ。 実セット(実際の放熱環境)でのジャンクション温度の推定。 ΨJT = (TJ – TT) / P
θJC-TOP ジャンクションとパッケージ上面間の熱抵抗。放熱経路はパッケージ上面のみで、その他は断熱状態。 熱伝導、熱流体シミュレーションなどに用いる。
熱抵抗回路網法にも適用可能。
θJC-TOP = (TJ – TC-TOP) / P
θJC-BOT ジャンクションとパッケージ下面までの熱抵抗。放熱経路はパッケージ下面のみで、その他は断熱状態。 熱伝導、熱流体シミュレーションなどに用いる。
熱抵抗回路網法にも適用可能。
θJC-BOT = (TJ – TC-BOT) / P

※1:周囲温度(TA)は、測定対象部品から影響を受けない位置での雰囲気温度。発熱源の境界層の外側。
※2:θJAおよびΨJTはJEDECボード実装時のデータ。
※3:θJC-TOPおよびθJC-BOTはJESD51-14(TDI法)に準拠した測定。

キーポイント:

・熱抵抗、熱特性パラメータはJEDEC規格 JESD51により定義されている。

・各熱抵抗、熱特性パラメータには、基本的な用途が決まっており、計算には該当の熱抵抗、熱特性パラメータを使う。

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