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Diode シリーズ

車載向けショットキーバリアダイオード(SBD)における小型・高放熱パッケージ「PMDE」の優位性
近年、車載機器の機電一体化が進む中、実装デバイスに対する小型化要求は大きくなっています。しかし、一般的にパッケージパワーは小型化に伴い低下するため、特にショットキーバリアダイオード (以下 SBD)など発熱による熱暴走の危険があるデバイスにとっては、小型化とパッケージパワーの両立は非常に大きな課題です。この解決策として、ロームは新パッケージ「PMDE」をご用意いたしました。PMDE は車載市場でご好評を頂いている
従来の「PMDU」パッケージの後継であり、サイズは PMDU が 3.5×1.6×0.8mm に対して PMDE は 2.5×1.3×0.95mm と、実装面積を約 40%低減しております。それにも関わらず、PMDE は裏面電極面積を大きく(約 1.5 倍)することで PMDU と同等のパッケージパワーを確保するとともに、実装強度については約 40%向上しております。本アプリケーションノートでは、従来パッケージ PMDU との外形や内部構造など物理的な差異について説明し、さらに熱シミュレーションや実機評価結果を交えて、そのメリットについて詳しく説明します。

1. 外形および内部構造
1-1. 外形比較
Figure 1.に PMDE と PMDU の外形比較を示します。
PMDE は、従来の PMDU と比べて、実装面積を約 40%低減しているにも関わらず、裏面電極面積を約 1.5 倍に広げているため、優れた実装強度(約 1.4 倍)を誇ります。

PMDU (従来)PMDE (New)（3.5×1.6×0.8t ｍｍ）(2.5×1.3×0.95t mm)

実装面積：3.25mm2

実装面積：5.60mm2-40%

裏面電極面積：1.57mm2

裏面電極面積：1.08mm2

実装強度：34.8N※1

実装強度：25.0N※1

1.5 倍

1.4 倍

(※1: 推奨ランド実装時の平均値)

Figure 1. PMDU, PMDE 外形比較

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1-2. 内部構造と放熱経路の比較
Figure 2.に PMDE と PMDU の内部構造と放熱経路の比較を示します。
PMDE は従来の PMDU と同様、素子とフレームとの電気的接続にワイヤを使用せず、素子を直接フレームで挟み込む「ワイヤレス構造」を採用しています。これによりサージ電流によるワイヤ溶断のリスクが無くなるため、高いサージ電流耐量(IFSM)を実現しています。後ほど(第 4 章)で紹介する SBD のラインアップの場合、IFSM の保証値は 20～30A と非常に大きな値を誇ります。
また、カソード側の放熱経路について、PMDU は下面のほとんどがモールド樹脂で覆われているため、主にリードフレームを経由した横方向の熱伝播になります。しかし PMDE は下面電極を大きく露出させることで、よりダイレクトに効率良く基板へ放熱する構造を採用しています。このように
PMDE では、小型化によりパッケージパワーが低下しないよう配慮しています。

PMDU (従来)PMDE (New)

カソード

カソードアノードアノード

放熱経路

放熱経路
下面電極から基板へ直接放熱

放熱は主にリードフレーム経由

Figure 2. 内部構造と放熱経路の比較© 2021 ROHM Co., Ltd.

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2. 放熱性能比較（シミュレーション）
2-1. 熱シミュレーション方法
Figure 3.のように、50×50×0.8t(mm)の PCB 基板について、製品を実装する銅箔サイズを振り（5×5mm から 50×50mm/片面）、その時の素子温度 Tj と熱の伝わり方をシミュレーションしました。銅箔面積が大きくなるに従って、熱が周囲に拡散していく様子が良く分かります。
言い換えれば、PCB のガラスエポキシ部への熱伝搬は非常に少ないため、製品を十分に放熱するには銅箔面積の大きさが非常に重要だと言えます。

(片面銅箔にてシミュレーション)

Figure 3. 熱シミュレーションイメージ

2-2. 熱抵抗𝑹𝒕𝒉 (𝒋 − 𝒂) と銅箔面積2-1 の熱シミュレーション結果から、Figure 4.に PMDE と PMDU のジャンクション-周囲間 熱抵抗 Rth(j-a)と銅箔面積の関係を示します。
また、Figure 5.に PMDU を基準にした場合の Rth(j-a)(PMDE)の相対誤差を示します。
銅箔面積が小さいと、PMDE の裏面放熱効果が十分に発揮されず、Rth(j-a)(PMDE)は PMDU よりも大きな値となります。そして、銅箔面積が大きくなるに従って放熱効果が向上し PMDU との差は小さくなり、銅箔厚 t=35um の場合は約 90mm2、t=70um の場合は約 60mm2で、PMDU と同等の熱抵抗となります。その後は、銅箔面積の拡大に従って両者の差は大きくなり（PMDE の放熱性がさらに向上していき）、2,000mm2 付近から飽和し始めます。
つまり、PMDE を使用する際、PMDU よりも高い放熱性を発揮するには、適切な銅箔面積を確保することが大切であると言えます。銅箔面積が小さ過ぎると PMDU よりも放熱性が悪く、逆に大き過ぎてもそれ以上放熱性能は向上せず基板面積が無駄になります。また、銅箔が厚い方が、より省面積で PMDE の放熱性能を十分に発揮することができ、PMDU との差も大きくすることが可能です。

銅箔厚
銅箔厚(片面銅箔にてシミュレーション)

Figure 4. 各 Rth(j-a) vs. 銅箔面積

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Figure 5. Rth(j-a)の相対誤差（PMDE/PMDU）

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3. 実機評価 (弊社 車載用 LED ドライバ BD81A44EFV-M 評価ボード)
弊社車載用 LED ドライバ BD81A44EFV-M とその評価ボードを用いて、PMDU と PMDE それぞれの発熱と効率の比較評価を行いました。

3-1. 回路図 および PCB レイアウト
Figure 6.に、本評価ボードにおける LED 駆動回路（DC-DC 部）を示します。
本 LED ドライバでは、昇降圧型の DCDC コンバータにより出力電流をコントロールします。今回ダイオード D1 および D2 について、
PMDE パッケージ品として「RBR2VWM40ATF」、PMDU パッケージ品として「RBR2MM40ATF」を使用します。これらの製品は素子が同一で、パッケージが異なるのみです。

PMDE: RBR2VWM40ATF
Loop 2: 降圧部

PMDU: RBR2MM40ATF

Loop 1: 昇圧部

Figure 6. 回路図（DC-DC 部）
Figure 7.に、本評価ボードの PCB 情報を示します。
評価ボードは全 4 層構成で、表面と 4 層目（裏面）の銅箔厚は 70um、2,3 層目は 35um です。1 層目のパターンは Figure 7 の通り、
2,3,4 層目は 74.2um□の正方形パターンとなります。ダイオードの実装位置は D1 および D2 の位置（ピンク色）です。この位置に、RBR2VWM40ATF(PMDE)、RBR2MM40ATF(PMDU)を実装して比較評価を行いました。

PMDE: RBR2VWM40ATF
PMDU: RBR2MM40ATF

Loop 1: 昇圧部
基板寸法

Loop 2: 降圧部

114.3×76.2×1.57t mm

Figure 7. PCB 情報© 2021 ROHM Co., Ltd.

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3-2. 発熱比較
Figure 8.に、本評価ボード動作時における、PMDU および PMDE のサーモグラフ測定結果（パッケージ温度 Tc）を示します。
PMDE と PMDU の間で Tc の差は僅少で、その温度差は 降圧側⊿Tc(D1)=1.7℃、昇圧側⊿Tc(D2)=1.2℃でした。
PMDE は小型パッケージにも関わらず、基板に対して効率的に放熱することで PMDU と同等のパッケージ温度に抑えられていることが分かります。

PMDU: RBR2MM40ATF

降圧側 D1:

PMDE: RBR2VWM40ATF

昇圧側 D2:昇圧側 D2:

Tc=35.7℃

Tc=34.5℃

Tc=34.8℃

降圧側 D1:
Tc=33.1℃
Ta=25℃
Vin=12V
Io=400mA

Figure 8. サーモグラフ比較

3-3. 効率比較
Figure 9.に、効率の比較結果を示します。
PMDE の効率ピークはηpeak(PMDE)=88.6%、PMDU はηpeak(PMDU)=88.7%であり、同等の結果でした。
今回のサンプルは素子が同一(各温度係数が同じ)なので、素子温度 Tj も同等と推測できます。
つまり、今回の評価条件において PMDE は、従来の PMDU よりも小型パッケージにも関わらず、PMDU と同等の放熱性を発揮し熱暴走リスクを同等程度に抑えることができたと言えます。

PMDU/RBR2MM40ATF
ηpeak(PMDU)=88.7%

PMDE/RBR2VWM40ATF
ηpeak(PMDE)=88.6%

Figure 9. 効率比較

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4. 車載向け PMDE パッケージ SBD ラインアップ
Figure 10.に、PMDE パッケージの SBD ラインアップをご紹介いたします(青字の製品名をクリックすると製品ページへジャンプできます)。
今回の実機評価に使用した低 VF が特長の RBR シリーズをはじめ、超低リークの RBxx8 シリーズなど幅広くご用意しております
また、SBD 以外にも、ファストリカバリダイオード(FRD)、ツェナーダイオード(ZD)、サージ吸収ダイオード(TVS)なども予定しておりますので、お気軽にお問合せ下さい。
絶対最大定格シリーズ名低VF/高効率
RBRシリーズ

超低IR
RBxx8シリーズ

Part No.

性能
コード※

RBR1VWM30A
RBR2VWM30A
RBR1VWM40A
RBR2VWM40A
RBR1VWM60A
RBR2VWM60A
RB168VWM-30
RB068VWM-30
RB168VWM-40
RB068VWM-40
RB168VWM-60
RB068VWM-60
RB168VWM100
RB068VWM100
RB168VWM150
RB068VWM150

TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF
TF

VRM
(V)
30
40
60
30
40
60
100
150

Io
(A)

IFSM
(A)

121212
12
1212
12
1230
30
2020
202030303030303030303030

電気的特性
Tj max（℃）

150175VF max (V)
0.48
0.53
0.52
0.62
0.53
0.65
0.69
0.75
0.69
0.79
0.76
0.84
0.84
0.94
0.890.96

条件
IF=1A
IF=2A
IF=1A
IF=2A
IF=1A
IF=2A
IF=1A
IF=2A
IF=1A
IF=2A
IF=1A
IF=2A
IF=1A
IF=2A
IF=1A
IF=2A

IR max (uA)
条件
5050
50
5075
75
0.6
0.6
0.5
0.5
0.5
0.5
0.3
0.3
1
1

VR=30V
VR=40V
VR=60V
VR=30V
VR=40V
VR=60V
VR=100V
VR=150V※：性能コード 「TF」は AEC-Q101 準拠を表す

Figure 10. PMDE SBD ラインアップ

5. まとめ・PMDE パッケージは従来の PMDU パッケージに比べ、小型（実装面積 40%低減）ながら、裏面電極からの放熱性を向上させることで、基板条件によっては同等以上のパッケージパワーが実現可能です。
・限られたスペースの中で PMDE の放熱性能を十分に発揮するためには、実装する銅箔面積および厚さの設定が非常に重要です。
・基板設計が適切ならば、PMDE パッケージは「省スペース・低発熱」要求の厳しい車載機器に対して、非常に大きなメリットを発揮します。

４. 参考文献[1] 4ch カレントドライバ内蔵 昇降圧型車載用 LED ドライバ BD81A44MUV-M BD81A44EFV-M
データシート(No. TSZ02201-0T3T0C600060-1-1 Rev.006) ローム株式会社 , 2019 年 10 月.

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