Technical Note

同軸減衰器の温度上昇と定格電力
ニッコーム株式会社営業部
１．はじめに
ここでは、高周波同軸減衰器を構成する、減衰器チップ、RFA37DD などの、定格電力について、解説しています。この製品
は、上面から見たときに、図１のような形状であり、アルミナ基板の入力終端上に、伝送線路コプレーナラインを形成し、中間に薄膜抵抗体を置いて、2 ポートの抵抗減衰器を形成します。出力ポートを特性インピーダンスで終端し入力ポートから信号電圧を入力すれば、出力には、減衰器の減衰量（電圧減衰量）の信号が得られます。
入力

終端

２．定格電力
減衰器は、分散定数 S11、S21 などの高周波特性もチップの重要な性能ですが、ここでは、減衰器の発熱について取り上げます。

図 1．RFA37 型抵抗減衰器（上）と集中定数等価回路（下）と発熱部分（赤色）減衰器は、電力をチップで減衰させますからチップは発熱します。
減衰量 1dB あるいは、3dB などでは、ほとんどの電力は、減衰器を通接地電極過し、終端で消費されますから、減衰器は発熱しにくくなります。一方、ヒートシンク

減衰量、20dB、40ｄB のチップでは、ほとんどの入力電力は、減衰器の中で消費され、チップは、発熱が大きくなります。減衰器チップの内部で消費される電力の許容値を定格電力といい、定格電力は、減衰器の性能のひとつであり、最大減衰量、20dB、40ｄB などのチップで定格電力を規定します。
減衰器は、入力信号では発熱しますから、図２に示すような金属ケース（ヒートシンク）に実装し、電気的に左右の両側端子をはんだで接続し、ケースに熱を伝達させ、ヒートシンクから熱を空気中に発散させ冷却させます。
チップで許容できる電力は、ヒートシンクの冷却能力、すなわち表面積

図２．RFA-37 型減衰器の接続と放熱構造
熱は、発熱部分（赤色）から、アルミナ基板を経由して上下の接地端子、から金属ヒートシンクに伝わり、周囲の空気に伝熱します。実測に使用した金属は、35mmx25mmx10mm の銅。に依存しますから、チップの定格電力は、チップと冷却系との接合点（両側端子）の温度を固定し、規定されます。一般的に高周波チップ部品ではその温度として、100℃を使用します。定格電力は、両側端160子の温度を 100℃にして、減衰器を発熱させたときの抵抗膜の許容140温度の値、155℃とから決めます。

120

Temperature(deg C)
132deg C
抵抗膜温度100
３．減衰器の温度上昇と温度上昇曲線
チップの定格電力は、抵抗膜面の発熱が最大になる位置（ホットスポ

60ット）から、両側電極までの熱抵抗で決まります。この熱抵抗は、温度40上昇曲線から求めます。

20

入力電力を与えたときの各部の温度は、伝熱シュミレーションによって0も求めることもできますが、実験的に求める方法が、わかりやすく、簡単です。

83deg C80
接地電極温度

00.5

1.0

1.5

2.02.5

3.0

3.54.0Applied Power (W)
図３．温度上昇曲線、RFA-37DD30dB

電源装置、電圧計、非接触温度計、室温計と被試験減衰器とを使用し、実験します。図２のように、適当な大きさのヒートシンクに減衰器を取り付け、入力電力をゼロから次第に増加させながら、各部の温度を非接触温度計で測定すれば、図３のような、ほぼ直線のグラフとなります。これを、減衰器の温度上昇曲線といいます。図３は、抵抗膜のホットスポットの温度と接地電極の温度、２点の測定結果です。この測定結果から、チップの熱抵抗とヒートシンクの熱抵抗を求めることができます。

Nikkohm Co., Ltd. 3-31-2640 Minamicho, Misawa, Aomori 033-0036 Japan TEL: +81-176-53-2105, FAX: +81-176-53-2106© 2009 Nikkohm Co., Ltd.
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Technical Note
図３の温度上昇から、電力４Ｗを入力したときの温度は、室温は25℃、接地電極温度は 83℃、抵抗膜ホットスポット温度は 132℃でTR 抵抗膜温度

ホットスポット位置あることが求められますから、温度差を電力で除して、簡単に各点間の熱抵抗を求めることができます。（図４）

θa：減衰器の熱抵抗

132 − 83= 12.3(°C / W )483 − 25
θh == 14.5(°C / W )4

θa =TE 両側電極温度

両側電極位置θｈ：ヒートシンクの熱抵抗
TA 周囲の温度

周囲の空気抵抗膜と接地電極間の熱抵抗は、12.3℃/W、接地電極から空気までの熱抵抗（ヒートシンクの熱抵抗）は、14.5℃/W です。

図４．熱抵抗と各部の温度すべての測定結果を、表１に示します。

入力電力(W)

TR(℃)

TH(℃)

TA(℃)

TR-TH(℃)θa(℃/W)

θa(W/℃)

0.0
1.02.03.04.02551761051322535506783252525252501626384916.0
13.012.7
12.30.08101.0
2.0
3.0
4.025518111114325365370872525252525015284156

15.0
14.0
13.7
14.00.071

RFA-37DD30dB
ヒートシンク付

RFA-37DD40dB
ヒートシンク付表１．熱抵抗の測定結果（図２の構造）

４．減衰器の負荷軽減曲線

Applied Power(W)

減衰器の負荷軽減曲線は、減衰器が許容する電力の限界値を示し7.0ます。

6.0

図５の負荷軽減曲線は、横軸を設置電極温度、縦軸を印加電力と5.0して表現します。抵抗膜の最大許容温度 155℃を起点にして、温度4.0

上昇曲線から求めた、抵抗膜と接地電極間の熱抵抗、14.0℃/W の3.0

逆数の勾配をもった直線を記入すると、この直線の上は、抵抗膜が最2.0

大許容温度 155℃になる電極温度と印加電力の関係を示すことにな1.0ります。接地電極温度 100℃との交点を、定格電力として定義しま

0Slope=0.071 W/deg C
最大電力

-55す。
定格電力とは、接地電極温度を、-55℃から+100℃の範囲に維持

155deg C

定格電力

250255075

100125150

両側接地電極温度(deg C)
図５．負荷軽減曲線、RFA-37DD40dB固定したときの印加可能な電力をいいます。
電子部品の寿命は、内部の温度に比例して短くなりますから、負荷軽減曲線からさらに軽減した電力、すなわち入力信号レベルで使用するよう推奨します。
定格電力と負荷軽減曲線は、最大減衰量（40ｄB）のチップで定義してありますから、それ以下の減衰量のチップにおける発熱は小さくなりますから、この値をそのまま適用しています。１ｄB、3ｄB のチップでは、当然、より大きい電力を扱うことができますが、そのような入力信号レベルの限界についてはは、保証いたしておりません。
５．お問合せ先
このテクニカルノートに関するお問合せ先は、次の通りです。ニッコーム株式会社、033-0036 青森県三沢市南町 3 丁目 31 番地 2640、
電話：0176-53-2105 ＦＡＸ：0176-53-2106、e-mail: info@nikkohm.co.jp
20090615
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