LBP

フロントローディングの為の熱を含んだ回路設計（LPB アナログ熱設計への対応）
2018年３月９日(金)ローム株式会社
アプリケーションエンジニア部
アプリケーション第１課パワーAE1G
次席技術員
瀧澤 登

© 2018 ROHM Co.,Ltd.

AEK59-D1-0259

アジェンダ1. 会社紹介
2. 熱問題の発生
3. 熱を配慮した検証
4. VHDL-AMS 検証のメリット
5. 自己発熱の注意点
6. VHDLで何故熱が扱えるのか
7. MOSの発熱
8. 実際のモデル
9. 熱モデル10. 過渡熱特性測定環境
11. 熱設計
12. レイアウト時の注意点
13. 規格化活動
14. まとめ
15. 付録© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 1

1. 会社紹介（会社概要)

企業目的

われわれは、つねに品質を第一とする。
いかなる困難があろうとも、良い商品を国の内外へ永続かつ大量に供給し、文化の進歩向上に貢献することを目的とする。

設立年月日

1958年9月17日

資本金86,969百万円（2017年3月31日現在）

代表者

代表取締役社長 / 澤村 諭

売上高352,010百万円（2017年3月期）

従業員数

21,308人（2017年3月31日現在）

グループ会社

国内 : 10社© 2018 ROHM Co.,Ltd.

品目別売上比率
（連結）
モジュール
11％

その他

6%
LSI
半導体素子

46%

37%

海外 : 34社（2017年12月31日現在）

P. 2
900J02C

1. 会社紹介（ロームの歩み)

1981年
ローム(株)に社名変更

1958年
東洋電具製作所設立

‘70

‘80

2008年 ラピスセミコンダクタ (旧：OKIセミコンダクタ)
2009年 Kionix
2009年 SiCrystal
2015年 ROHM POWERVATION

‘90

1967年

1973年

1982年

2010年

トランジスタ・ダイオード販売開始

LED開発、販売開始

デジトラ開発

2012年

1969年

1976年

1984年

ICの開発に着手

世界初、
角板形チップ
固定抵抗器の開発

半導体レーザの実用化に成功1954年
抵抗器に関する
実用新案の成立

新たなグループ会社

1983年
株式上場

1971年
日本企業で初めてシリコンバレーに進出‘60

2008年 創立50周年!!
新ブランドマークに変更© 2018 ROHM Co.,Ltd.

‘00

‘10

SiC量産開始
フルSiC +モジュール
量産開始

2014年

2015年

2015年

2012年

ワイヤレス給電「Qi」制御ICUSB
パワーデリバリー
制御IC

デジタル電源IC
販売開始

Bluetooth®
対応

P. 3
900J03B

k
ソリューション

お客様の課題を解決する４つのソリューション

アナログソリューション
アナログ技術と制御技術を融合し、高機能なパワーコントロールを提供する

センサソリューション
センサデバイスと無線モジュール、
ASICを組み合わせ
IoT化をサポート© 2018 ROHM Co.,Ltd.

パワーソリューション
パワーデバイスの特性を制御技術とモジュール技術で最大限に発揮

モバイルソリューション
世界最小デバイスでモバイル機器の小型化に貢献

P. 4
900J11A

k
ソリューション

2

４つのソリューション

EV車充電器用 SiC-SBD※

急速充電器用SiC
W/Wトップシェア

パワーソリューション

産機用 フルSiC IPM

産機用 SiC AC/DC電源

大型IHインバータ電源 SiCの性能を最大に引き出す

ローム製制御ICを組み合わせ
使いやすい電源を提供

体積
▲40％

重量
▲50%

160kW-200kHz

SiC

制御
IC

評価

ボード

入力電源AC400V~690Vのアプリケーション
SiC

制御IC

大型ロボット© 2018 ROHM Co.,Ltd.

パワコン

インバータ

※2017年４月時点

P. 5

114J017B

k
ソリューション

2

４つのソリューション

パワーソリューション

SiCパワーデバイスが電気自動車の世界最高峰レース「フォーミュラE」用インバータに搭載
ー Venturi Formula Eチームのテクノロジーパートナーとして技術サポート ー
フルSiCパワーモジュール搭載でインバータの小型化、軽量化に大きく貢献© 2018 ROHM Co.,Ltd.

Season 2

Season 4

従来型インバータ

フルSiC 搭載インバータ（重量：15㎏）（重量：9㎏）

重量6kg down

体積43％ down
P. 6

2-1. 熱問題の発生（小型化の進むECU)
プリウス PCUの例

第2世代 プリウス
2003年11月

第2世代から 第4世代で 42%の大きさ

第3世代 プリウス
2009年５月

37%減

第4世代

プリウス

2015年９月

33%減

日経エレクトロニクス 2009年6月29日号 および
日経BP Web より© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 7

2-2. 熱問題の発生（高速化の進むECU）ECUマイコンの例

10年で約4.5倍になる動作周波数
エンジン制御用マイコンの動作周波数は，1979年には2MHz程度だったが，2007年～2008年
ごろには200MHz程度に達するとみられる。10年で約4.5倍のペースで，指数関数的に増加していることになる。
（資料：ルネサス テクノロジ，写真：日立製作所） 2006年日経テクノロジー© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 8

2-3. 熱問題の発生（パワー素子のチップ小型化）
薄くして単位面積当たりのON抵抗を下げる

薄く

小さく

薄くすると同じon抵抗ならチップが小さくなります

チップが小さくなるとダイからヒートスプレッダーへの熱抵抗が大きくなります チップ体積が減り熱容量が減る為 熱の変動が大きくなります© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 9

3-1. 熱を配慮した動作モデルだと何が出来るか
LEDドライバーの例
出力電流
サーミスターで温度により電流制御

LEDの温度を見てドライバーの出力電流をコントロールするような制御© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 10

3-2. 熱を配慮した動作モデルだと何が出来るか
急な負荷変動での発熱検討

従来•平均消費電力から熱シミュレーターで解析の為 急な負荷変動は対応できていな
かった （時間軸がｍSレベル以下）

熱を含んだ検証の場合•ピーク電流が流れた時の発熱(温度)の検証が可能© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 11

3-3. 熱を配慮した動作モデルだと何が出来るか
同期整流の場合（デッドタイム検討）

従来•部品ばらつきまで考えるとOn Offのタイミングにマージンを十分に取った設計しかできなかった熱を含んだ検証の場合•自己発熱によるタイミング変動を反映•それぞれの温度でのデッドタイムの設定
すべき時間が検証可能になります。
•適応型デッドタイムコントロールの検討© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 12

3-4. 熱を配慮した動作モデルだと何が出来るか
EMC対応の場合(スルーレイト変化で問題ないか)

従来•EMC対策 ⇔ 熱対策（カット＆トライ）

熱を含んだ検証の場合•できうる最低のスルーレイトでEMC検討•スルーレイト変更以外の対策で検討⇕
追加の熱対策の検討
EMC改善のためスルー
レイトを悪くする© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 13

4. VHDL-AMS 検証のメリット（何が出来るか）
LEDドライバーの例

LEDをcd（カンデラ値）
で検証
LEDを温度による発光
効率変動も対応可能

従来の設計で必要だったセットで明るさの合わせこみなし© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 14

5-1. 自己発熱の注意点 (DCDCコンバーター)
DCDCコンバーターの例
入力電圧と負荷一定の場合

2① RON X Io
② 0.5x(Tr)xVINxIo÷T

2① D1 vf X Io
② 0.5x(Tf)xVINxIo÷T
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 15

5-2. 自己発熱の注意点 (DCDCコンバーター：LSI)DCDCコンバーター LSI側
入力電圧と負荷一定の場合

初期状態

自己発熱

効率低下

自己発熱
Trの低下

熱を含めての回路解析で初めて発熱量が判る

RONの上昇自己発熱で発熱量が増加します© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 16

5-3. 自己発熱の注意点 (DCDCコンバーター：ショットキー)
DCDCコンバーター ショットキー
入力電圧と負荷一定の場合

初期状態

自己発熱

Vf低下

自己発熱
Vfの低下

熱を含めての回路解析で初めて発熱量が判る

Rｄの低下

温度上昇で発熱量が低下します© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 17

6-1. VHDLで何故熱が扱えるのか？
VHDLネットリストに VHDL-AMSモデルで設計するとできます。
VHDL-AMS IEC61691-6 (物理モデリング言語）
IEEE Digital, Mathematical package

IEEE

AMS

packageIEEE.STD_LOGIC_1164

デジタル基本IEEE.ELECTRICAL_SYSTEMS

電気用

IEEE.STD_LOGIC_SIGND

符号つき演算用

IEEE.THERMAL_SYSTEMS

熱用

IEEE.STD_LOGIC_UNSIGND

符号なし演算用

IEEE.RADIENT_SYSTEMS

光学用

IEEE.STD_LOGIC_ARITH

符号つき,符号なし混在用

IEEE.MECHANICAL_SYSTEMS

機械用

IEEE.STD.TEXIO

ファイルアクセス用

IEEE.FLUIDIC_SYSTEMS

流体用IEEE.MATH_REAL

算術 （Real)IEEE.ENAERGY_SYSTEMS

エネルギー用IEEE.MATH_COMPLEX

算術 （Complex)IEEE.MATERIAL_SYSTEMS

材料用IEEE.FUNDAMENTAL_SYSTEMS

基本定数

もともとのVHDL部分© 2018 ROHM Co.,Ltd.

VHDL－AMSで拡張された部分

P. 18

6-2. VHDL-AMS と Verilog-AMS
VHDL-AMS IEC規格

Verilog-AMS 規格化されていない

VHDL-AMS それぞれの物理量で動作

Verilog-AMS Real値のみの受け渡し

VHDL-AMS 記述が厳格

Verilog-AMS 記述の自由度が大きい

VHDL-AMSは書くのは難しいけどチャンと記述し、動作したらおおむね正しいがVerilog-AMSは電気信号、熱、機械系と直につないでも動いているように見えてしまう© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 19

7-1. MOSの発熱 (スイッチング動作)
MOS スイッチング状態での発熱

On Offを連続して繰り返している状態での発熱です。

コイル負荷
回生Di

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P. 20

7-2. MOSの発熱 (スイッチング動作)
MOS スイッチング状態での発熱

コイルの回生Di無しで On Offを連続して繰り返している状態での発熱です。

コイル負荷© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 21

8-1. 実際のモデル
DCDC BD9060の例
BD9060の出力MOSと 外付けのショットキーダイオードを
自己発熱モデルにしています

ダイオードのパッケー
ジモデル
ダウンロードしたもの

DCDC側の過渡解析に対応したパッ
ケージモデル© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 22

8-2. 実際のモデル
DCDC BD9060の例

Voltage(V)Voltage(V)Temperature(℃)

BD9060の出力MOSと 外付けのショットキーダイオードを
自己発熱モデルにしています© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 23

8-3. 実際のモデル
DCDC BD9060の例
BD9060の出力MOSと 外付けのショットキーダイオードを
自己発熱モデルにしています

最新の手法で作成したモデル

Voltage(V)Voltage(V)Temperature(℃)

昔の装置で抽出したモデル© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 24

8-4. 実際のモデル VREF部
Band Gap 部
VREFにチップ内発熱による温度上昇を戻せるようにしたモデルです。

ダイオードのパッケー
ジモデル
ダウンロードしたもの

DCDC側の過渡解析に対応したパッ
ケージモデル© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 25

8-5. 実際のモデル VREF部 (VHDL-AMS版)
Band Gap 部

Voltage(V)Temperature(℃)

VREFにチップ内発熱による温度上昇を戻せるようにしたモデルです。

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P. 26

9. パッケージモデル
定常モデルと過渡熱モデル

負荷波形

発熱波形

発熱量計算は負荷の最大値で求めているため最大ジャンクション温度はモデルの違いで差は生じない© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 27

9. パッケージモデル
定常モデルと過渡熱モデル

負荷波形

発熱波形

最大ジャンクション温度は 負荷の最大値で求めた値より 実際に近い過渡熱回路網で求めると小さいことが判明する。

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P. 28

10. 過渡熱特性測定環境
温調ステージ

アクリルチャンバー

ブースター用電源（未使用）
ブースター（未使用）

熱特性測定器

図1:測定環境写真測定器© 2018 ROHM Co.,Ltd.

メーカー

型番

シリアルNo

熱特性測定器

Mentor Graphics T3Ster

T3S10637

温調ステージ

Keenus Design

PELNUS 17P033

K型熱電対

坂口電熱

K6010

Class1/φ0.1mm

P. 29

11. 熱設計
ECU基本密封で考えます

外気との換気による熱交換がありません。
従ってθJAでなくΨJT考える必要があります。

© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 30

12.1. レイアウト時の注意点●部品の配置について
右のレイアウトは、隣り合うICどうしが限りなく近接しており、各ICの有効放熱範囲が非常に狭い状態。
特に赤枠部分が周辺の熱のあおりを受けて高温に
なる。

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

IC

レイアウトパターン
横への放熱
銅箔

IC

横への放熱
IC

縦への放熱

エポキシ

IC

IC

IC

IC

via

銅箔
横への放熱

横への放熱

熱の逃げ場がない ⇒ 温度上昇

IC単体時の熱の経路

IC複数時の熱の経路

上図イメージのように、発熱するICが近接すると、熱的に干渉し、温度上昇を誘う© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 31

12.2. レイアウト時の注意点
干渉

IC

IC
基板

IC

IC

45deg

OK

NG

上記を最低限クリアした上で、「θJA vs 銅箔面積」を使用して必要な放熱面積を見積もる

Rth (℃/W)

計算例
ICで発生する消費電力を1.0W、TA(HT)=85℃、目標とする
TJをTJmax=140℃として、必要なθJAを計算すると、
θJA = 55℃/W@500mm^2

θJA

銅箔面積 (mm^2)

θJA vs 銅箔面積
(HRP7の例 2Layer/JEDEC 2s)

TJ = P x θJA + TA(HT)140℃ = 1.0W x θJA + 85℃
θJA = 55℃ ÷ 1.0W
= 55℃/Wとなる。左の「θJA vs 銅箔面積」のグラフより、55℃/Wとするには銅箔面積を500mm^2以上確保する必要がある。
IC

IC

IC

IC

500mm^2

最低限必要な放熱範囲

有効放熱範囲に注意© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 32

12.3. 発熱検討（LSIが要求する銅箔面積の見積もり）
周囲温度TA,TJ, θJAと表層銅箔面積から求めます。（1層の場合）
● 計算例
140

層数
: 1層
基板材料 : FR4
ターゲットTJ：125℃で計算するとθJA = (TJ-TA)/P= (125℃-85℃ )/0.85W= 47.588100θJA (℃/W)「① 周囲温度TAから下式を使用して求める。」を使用したTJ計算。LSIが実装される基板の仕様を以下のように設定
します。

θJA

120

80
60
40

ΨJT

20
0
0

200

400 600 800 1000 1200 1400
表層銅箔面積 (mm2)

右上図 θJA / ΨJT vs 銅箔面積 （1層）より読み取ったθJA = 47.588℃/Wから約1000mmとなります。

求めた銅箔面積を必要な放熱範囲ととらえこのエリアに他の発熱部品を載せない© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 33

13. 規格化活動

JEITA熱設計サブコミティについて 活動目的熱設計サブコミティでは、電子機器や半導体製品で近年大きな問題となってきている熱課題に対して、各社共通の課題を活動テーマとして取り上げ、その成果の標準化活動を行っております。
 参画メンバー (株)デンソー
 (株)東芝デバイス＆ストレージ パナソニック(株) 富士通アドバンスドテクノロジ(株) メンター・グラフィックス・ジャパン(株) 山一電機(株) ルネサスエレクトロニクス(株) ローム(株) (株)ベテル
 (株)IDAJ (※特別委員)
 (株)ソフトウェアクレイドル (※特別委員)
 キーナスデザイン(株) (※特別委員)© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 34

13. 規格化活動

熱設計技術SC 活動内容の御紹介

狭ピッチ半導体パッケージ対応熱特性評価基板
規格発行予定： 2018/5月
デファクトだったJEDEC規格の基板では、狭ピッチ半導体パッケージの実装が不可能だったため、半導体パッケージの熱特性パラメータを実験的に取得できなかった。狭ピッチパッケージに対応した熱評価基板の規格化を目指す。

過渡対応半導体パッケージ熱回路網モデル
規格発行予定： 2018/3月
定常解析用パッケージ等価回路モデルは一般化されているものの、過渡解析用
モデルは標準化されていなかった。特に過渡時の温度が問題となるパワー系
半導体パッケージに関し、過渡対応の熱回路網モデリング手法を規格化する。

高精度を担保した半導体パッケージの簡易熱モデル
規格発行予定： 2018/9月
近年電子機器は、熱解析技術を駆使した試作レスでの熱設計が求められている。
半導体ジャンクション温度の精度を維持したまま、半導体パッケージの熱解析モデルを簡略化する手法の規格化を目論む。

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P. 35

13. 規格化活動 (自動車技術会の取り組み)

国際標準記述によるモデル開発・流通検討委員会

委員長 : 加藤 利次（同志社大）
幹事 : 市原純一（AZAPA）、辻公壽（トヨタ自動車）

電子部品と熱Sub-WG
来季はSMPSを例に熱を含んだモデル記述法のルールを検討しております。
これは 過渡熱対応のパッケージモデルと接続したものになります。

ローム株式会社
アプリケーションエンジニア部
アプリケーション第１課パワーAE1G
瀧澤 登
E-mail : Noboru.Takizawa@dsn.rohm.co.jp© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 36

13. 規格化活動 (自動車技術会の取り組み)
自動車システムのモデルベース講習会

自動車技術会「国際標準記述によるモデル開発・流通検討委員会」
主催 講習会実施予定
日時 : 2018年１0月11日(木）場所 : トヨタ自動車 東京本社 B1F大会議室© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 37

14. まとめ・ N formatのVHDLネットリストを利用しての熱を含んだ検証をしました。

・ 発熱を含んだモデルで何ができるか明らかにしました。
・ 熱抵抗資料から必要なエリアの求め方を説明しました。

・ VHDL-AMSで自己発熱に対応したモデルを使用しての検証を説明しました。
・ 規格化について説明しました。

© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 38

15. 参考資料
無料で VHDL-AMSによるマルチフィジックスのシミュレーションの出来るサイトですhttps://www.systemvision.com© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 39

15.1. 参考資料 熱抵抗、熱特性パラメータの定義●θJA ：ジャンクションTJから周囲環境TAまでの熱抵抗(複数の熱経路で放熱)●ψJT ：ジャンクションTJからパッケージ上面中心TTまでの熱特性パラメータ(パッケージ上面以外にも熱伝導、放熱有り)
パッケージ上面中心温度：TT

周囲環境温度：TA

θJA
パッケージ（MOLD）

ΨJT
Junction温度：TJ
Chip

パッケージ（LEAD）

銅箔

PCB
(FR4)
※図はHTSOP-J8イメージ

パッケージ（ISLAND）●θJC-TOP ： ジャンクションTJからパッケージ上面TC-TOPまでの熱抵抗（放熱はパッケージ上面のみ。他は断熱。）
COLD PLATE●θJC-BOT ： ジャンクションTJからパッケージ下面TC-BOTまでの熱抵抗（放熱はパッケージ下面のみ。他は断熱。）
Junction温度：TJ

θJC-BOT
パッケージ上面温度：TC-TOP
Junction温度：TJ

θJC-TOP
パッケージ下面温度：TC-BOT

COLD PLATE※ΨJTについて、ジャンクション温度TJとパッケージ上面中心温度TTの温度差を表す熱特性
パラメータで、従来ROHMのθJCと同義です。
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 40

15.2. 参考資料 熱抵抗、熱特性パラメータまとめ
本定義はJEDEC 規格 JESD51 に準拠しています。
記号

定義

用途

計算式

θJA

ジャンクション温度TJと周囲環境温度TA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。

ΨJT

デバイス全体の消費電力Pに対するジャンクション温度TJとパッケージ
上面中心の温度TT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。

θJC-TOPジャンクション温度TJとパッケージ上
面温度TC-TOP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

ジャンクション温度TJとパッケージ下
面温度TC-BOT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

θJA = (TJ – TA) / P

ΨJT = (TJ – TT) / P※1. 周囲温度（TA）について
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 / ΨJTについて、JEDECボード実装時のデータとなります。
※3. θJC_TOP/BOTはJESD51-14（TDI法）に準拠した形での測定になります。
※4. 従来θJCとして提供したデータは本定義ではΨJTとなります。
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P. 41

15.3. 参考資料 熱抵抗と熱特性パラメータ
Thermalresistance
熱抵抗（θ）

Thermalcharacterization parameter
熱特性パラメータ（Ψ）

Defined as value dividing the temperature difference
X-Y間の温度差を、任意の経路間（XYi）を移動す
between X and Y by heat flow (flow volume) Pxyi
る熱流量P
XYIで割った値として定義
movingthroughan arbitrary route (XYi)

Defined as value dividing the temperature difference
X-Y間の温度差を、その全経路を移動する全ての熱
between X and Y by total heat (flow rate) P (ALL)
流量P(ALL)で割った値として定義
movingthrough all routes

参考：JEITA EDR-7336

・発熱が複数の経路に分散する状況において、左図2点間の温度差を決めている熱流量（2点間を流れる熱流量）であるのに対して、右図のように分散する成分も含めた総熱流量（消費電力）を採用するのが熱特性パラメータ。基本的に熱抵抗をθ(シータ)、それと区別するために
熱特性パラメータをΨ(プサイ)と表現している。
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 42

15.4. 参考資料 θJAについて
・θJAについて、熱設計に適用できるのか？

140

θJA

θJA (℃/W)

120
100
80
60
40
0

200

400
600
800
表層銅箔面積 (mm2)

1000

1200

TAはどこなのか？

有効放熱範囲が変わると？

セットのTAを定義することは難しい

有効放熱範囲が変わるとθJAは変わる⇒ θJAでは検討が難しい
高集積化されると？

隣接ICと熱的に干渉し、温度上昇© 2018 ROHM Co.,Ltd.

⇒ 相対比較時など目安に使用する
P. 43

15.5-1. 参考資料 ΨJTについて
・ΨJTについて、実測時の使用が適当であることを確認

TJ

P

TA
Tc(TT)TJ

Tb

θJC_BOTθJC_TOP
Tc

Tb

θca

θba

TA

基板実装時の熱経路電気回路で表現※基板、基板-TA間の熱抵抗については、簡略化のためθbaとする。
※基板とICの接触熱抵抗は、θbaに含まれているものと考える。
※IC表面温度は簡略化のため、TC=TTとする。

© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 44

15.5-2. 参考資料 ΨJTについて
通常、熱流量がTJからみて上側、下側にどの程度の割合で流れているかはわからないため、実測で
θJC_TOP/θJC_BOTを使用することはできない。そこで、すべての総熱流量（消費電力）をパラメータとした
ΨJTを使用してTJを正確に見積もることがJEDEC、JEITAにて推奨されている。ここでは、ΨJTがどのようなパラメータに依存していて、どういった状態であれば正確に使用できるかを等価回路を使用して確認
前提条件
θJC_TOP = 40℃/W 、 θJC_BOT = 10℃/WはIC（pkg）で固定。
ここでは仮に、θca = 40℃/W 、 θba = 30℃/Wとする。
TJ

TJ

総熱流量
P=3W
2W

1W

θJC_TOP=40℃/W

θJC_BOT=10℃/W

Tc

Tb
θba

θca

=30℃/W=40℃/WTA© 2018 ROHM Co.,Ltd.

⊿40℃

40℃/W

10℃/W ⊿20℃

Tc
⊿40℃

Tb

⊿80℃

30℃/W ⊿60℃

40℃/W

TA
P. 45

15.5-3. 参考資料 ΨJTについて左で得たΨJTを使用して、パラメータを振ってみる。
簡単化のため、TA = 0℃とする。
TJ

40℃/W

総熱流量
P=6W

⊿80℃

Tb

4W

2W

10℃/W ⊿20℃

Tc
⊿40℃

TJ

2W

1W
⊿40℃

総熱流量 P = 6W

総熱流量
P=3W

⊿80℃

40℃/W

10℃/W ⊿40℃

Tc

Tb

⊿160℃

30℃/W ⊿60℃

40℃/W

⊿80℃

30℃/W ⊿120℃

40℃/W

TA
TA
この状態でΨJTを計算すると、
ΨJT = （TJ – Tc) / P= 40℃ / 3W
= 13.3℃/W※ここでは簡単化のため、Tc = TTとする。

ΨJT = 13.3℃/Wを使用してTJを見積もると、
TJ = Tc + ΨJT x P= 80℃ + 13.3℃/W x 6W
= 160℃

同値

総熱流量依存はない ⇒ ΨJT適用可能© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 46

15.5-4. 参考資料 ΨJTについて
基板の放熱性能を上げる。

パッケージ上面にヒートシンクを取り付ける。

θba = 10℃/W

θca = 10℃/W

TJ

40℃/W

⊿40℃

⊿160℃ 40℃/W

10℃/W ⊿40℃

Tc

Tb

TA

⊿40℃

不一致

ΨJT = 13.3℃/Wを使用してTJを見積もると、
TJ = Tc + ΨJT x P= 40℃ + 13.3℃/W x 5W
= 106.5℃

基板依存有 ⇒ ΨJT適用不可
実際のΨJTは、ΨJT = 40℃ / 5W = 8℃/W
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

5W
10℃/W ⊿50℃

Tc

⊿80℃

10℃/W ⊿40℃

40℃/W

総熱流量
P=9W

4W

4W

1W
⊿40℃

TJ

総熱流量
P=5W

Tb

⊿200℃

30℃/W ⊿150℃

10℃/W

TA
ΨJT = 13.3℃/Wを使用してTJを見積もると、
TJ = Tc + ΨJT x P= 40℃ + 13.3℃/W x 9W
= 159.7℃

不一致

ヒートシンク依存有 ⇒ ΨJT適用不可
実際のΨJTは、ΨJT = 160℃/9W = 17.8℃/W
P. 47

15.5-5. 参考資料 ΨJTについて
ΨJTについて以下にまとめる。
●熱流量（消費電力）依存はない。
●基板などその他放熱性能を上げると、ΨJTは前後する。
⇒ ΨJTはICそのものの熱抵抗ではない。あくまでも測定した放熱環境での値と心得る。
⇒ 基板の放熱性能が上がるとΨJTは下がる。1s基板のΨJTを使用してマージンととらえることもできる。
⇒ ヒートシンクなどが加わると、ΨJTは上昇するので無効。
結論：使用する基板、セット状態でのΨJTを知ることで、実使用時のTJ見積もりに使うことができる。

θJA (℃/W)

Tips

80
70
60
50
40
30
20
10
0

θJA

・ΨJTについて左のように値としては非常に小さい値（TJとTTの差が小さい）
・基板の放熱性能などに依存するが、θJAと比較すると変化は微小

ΨJT
0

200

400

600

800

1000

1200

表層銅箔面積 (mm2)1400

近い条件であれば代表値を適用可能

θJA / ΨJT vs 銅箔面積 （HRP7）© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 48

15.5-6. 参考資料 ΨJTについて

アルミケース（黒アルマイト処理）
TJ=90.5℃
TT=85.8℃

TA=20.1℃

TJ=106.7℃
TT=101.3℃

TA=20.1℃
P=0.5W

P=0.5W

θJA

ΨJT

θJA

ΨJT

140.8℃/W

9.4℃/W

173.2℃/W

10.8℃/W

ケース無し

ケース有り

・シールドケースなどに囲われた状態では、θJAは無効。
・ΨJTも当然変わるが、もともとの値が小さいため、近い条件で適用しても大きなエラーにはならない。
例として、シールド無しのΨJT=9.4℃/Wを使用してシールド有り状態のTJを計算すると、
TJ = 0.5W x 9.4℃/W + 101.3℃= 106.0℃となる。実際の温度106.7℃と比較して誤差は1%以下。
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 49

15.5-7. 参考資料 ΨJTについて
TA=20.1℃
P=0.5W

TA=20.1℃
P=0.5W

TA=20.1℃
P=0.5W

TJ=90.5℃
TT=85.8℃

TJ=92.1℃
TT=87.3℃

TJ=101.5℃
TT=96.3℃

θJA

ΨJT

θJA

ΨJT

θJA

ΨJT

140.8℃/W

9.4℃/W

144.0℃/W

9.6℃/W

162.8℃/W

10.4℃/W

1pcs

2pcs

2pcs 隣接・発熱源となる部品が隣接した状態では、θJAは無効。
・ΨJTも当然変わるが、もともとの値が小さいため、近い条件で適用しても大きなエラーにはならない。
例として、1pcs時のΨJT=9.4℃/Wを使用して2pcs 隣接状態のTJを計算すると、
TJ = 0.5W x 9.4℃/W + 96.3℃= 101.0℃となる。実際の温度101.5℃と比較して誤差は1%以下。
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 50

15.5-8. 参考資料 ΨJTについて
TA=20.1℃
P=0.5W

TA=20.1℃
P=0.5W

TA=20.1℃
P=0.5W

TJ=90.5℃
TT=85.8℃

TJ=40.7℃
TT=38.0℃

TJ=36.3℃
TT=33.7℃

θJA

ΨJT

θJA

ΨJT

θJA

ΨJT

140.8℃/W

9.4℃/W

41.2℃/W

5.4℃/W

32.4℃/W

5.2℃/W1s（1層基板）2s（2層基板）

2s2p（4層基板）

・基板層数が変わる場合は、θJAは無効。
・ΨJTも当然変わる。
例として、1s時のΨJT=9.4℃/Wを使用して2s2p状態のTJを計算すると、
TJ = 0.5W x 9.4℃/W + 33.7℃= 38.4℃となる。実際の温度36.3℃と比較して誤差は6%程度。
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 51

15.5-9. 参考資料 ΨJTについて
アルミケース（黒アルマイト処理）
樹脂封し（熱伝導率1W/mk）
TJ=90.5℃
TT=85.8℃

TA=20.1℃

TJ=53.3℃
TT=44.5℃

TA=20.1℃
P=0.5W

P=0.5W

θJA

ΨJT

θJA

ΨJT

140.8℃/W

9.4℃/W

66.4℃/W

17.6℃/W

ケースなし 樹脂無ケース有り 樹脂封し・樹脂封しする場合は、θJAは無効。
・ΨJTも当然変わる。
例として、ケース有り 樹脂無時のΨJT=9.4℃/Wを使用して樹脂封し状態のTJを計算すると、
TJ = 0.5W x 9.4℃/W + 44.5℃= 49.2℃となる。実際の温度53.3℃と比較して誤差は8%程度。
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 52

15.6-1. 参考資料 周辺部品の特性 (インダクタンス)
CLF12555T-470
インダクタンス
47μH±20% at 100KHz
定格電流(L変化による)3.2A (10% Down)
定格電流(温度上昇による) 1.8A (30℃ Rise)
使用温度範囲
-40 ~ 105℃

105℃だと40％近く下がっています

CLF12555T-470
6050

インダクタンス(uH)

40

-40℃
25℃

30

85℃

105℃

20

今 一番しっかりしたデーター
を出している TDK様を例にしています。
他のメーカーはこれ以下なので注意してください。

125℃
10
0
0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

電流(A)
© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 53

15.6-2. 参考資料 周辺部品の特性 (インダクタンス)
SPICEモデルの注意点
25℃においては電流重畳モデルはよくできています。
高温時に関しては 温度特性分ズレが生じます。

インダクタンスモデル

105℃
y = -1.8146x3 + 5.4228x2 - 4.2208x + 51.563

60
50
40

105℃

30

多項式 (105℃)

20
10
0
0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

インダクタンスの温度モデルをEXCELの式を代入して作る。
L=VALUE(-1.8146*I(V1)^3 ・・・© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 54

15.7. 参考資料 周辺部品の特性 (キャパシタンス)
近年 SPICE用モデルにはDCバイアス特性が入ったものも用意されました。
車載の設計では十分耐圧をとって設計している為 10%程度の変化以内で使われています。

ところが自己発熱による 温度特性はSPICEでは対応できせん。
特性に注意しましょう。

キャパシタンスもEXCELの近似式からモデ
ルを作ることは可能です。

© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 55

15.8. 参考資料 周辺部品の特性 (基板の検討)
1. 発熱部品の放熱必要エリアの距離をとる（配線長の設定）
2. 配線の長さから寄生抵抗、寄生インダクタンスを付けた回路での検証
3. 高インピーダンスライン（センスライン）とノイジーラインとの距離の確認
4. 対策部品の追加ランドの検討
5. 熱特性を考えた周辺部品でのシミュレーション検証© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 56

15.7. 参考資料 銅箔の抵抗とインダクタンス
1. 銅箔の抵抗• Figure 10 に銅箔の単位面積当たりの抵抗値を示す• これは銅箔厚 35µm、幅 1mm、長さ 1mm 時の抵抗値• 一般的な抵抗の計算は次式で表される© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 57

15.7. 参考資料 銅箔の抵抗とインダクタンス• Figure 10 から読み取った単位面積当たりの抵抗値 RP より計算すると• 例えば、25°C 時、幅 3mm、長さ 50mm の抵抗値は、• 3A の電流が流れる場合の電圧降下は 24.5mV になる• 温度が 100℃では抵抗値が 29%増加し電圧降下も31.6mV に増加する© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 58

15.7. 参考資料 銅箔の抵抗とインダクタンス
2. 銅箔のインダクタンス• 銅箔のインダクタンスは次式で表される

w と t の合計がパラメータにある• PCB 配線ではインダクタンス値は、w + t の関係上、一般的に 導体の幅 > 厚み(35μmなど) となるため 銅箔の厚みにあまり依存しないことがわかる© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 59

15.7. 参考資料 銅箔の抵抗とインダクタンス• Figure 11 に銅箔インダクタンスの計算値を示す• グラフから判る様に、線幅を2倍にしても期待した程イ
ンダクタンス値が下がらない• 寄生インダクタンスの影響を抑えるには、配線長を短くする事が一番の解決策

1cm当たり約8nH• インダクタンス L [H] のプリントパターンを伝播する
電流が時間 t [s] に i [A] 変化したとすると、プリントパターンの両端には次式の電圧が発生する• 例えば、寄生インダクタンス 6nH のプリントパターンに、
2A の電流が 10ns 間で流れると、以下の電圧が発生する© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 60

15.8. 参考資料 ビアの抵抗、インダクタンス、許容電流
1. ビアの抵抗• ビアの抵抗は次式で表される• Figure 12 に板厚 1.6mm、メッキ厚0.015mm (15µm) 時のビア抵抗値を示す© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 61

15.8. 参考資料 ビアの抵抗、インダクタンス、許容電流
2. ビアのインダクタンス• ビアのインダクタンスは、Frederick W. Groverによると次式で表される• Figure 13 に計算結果を示す• ビアのインダクタンス値は小さいが、配線が直角に曲がることで EMI の悪化を招くので注意が必要（「コーナー配線」の項目を参照。）© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 62

15.8. 参考資料 ビアの抵抗、インダクタンス、許容電流
3. ビアの許容電流• ビアの直径にπを乗じた値が線幅に相当する• 「インダクタの配置」で示した、導体の電流による温度上昇のグラフ Figure 4 （導体厚35µm）から許容電流値を予測できるが、ビアメッキ厚は 18µm なので電流容量は低下する• 「インダクタの配置」の項目では、配線について導体厚35µm 時は 1A あたり 1mm 幅以上の導体幅で配線することを推奨したが、ビアの場合はメッキ厚が半分のため、
1A あたり 2mm 幅以上の導体幅を推奨する• Figure 14 に許容電流の例を示す• ビアの個数は、使用する用途に応じて、許容電流、抵抗、インダクタンスの値が規格を満足する
ように配置する© 2018 ROHM Co.,Ltd.

P. 63

© 2018 ROHM Co.,Ltd.