【トランジスタの絶対最大定格】『接合温度Tj』と『保存温度Tstg』について！

この記事では、バイポーラトランジスタの絶対最大定格に記載されている接合温度T_jと保存温度T_stgについて説明します。

バイポーラトランジスタの『接合温度T_j』について！

接合温度T_jとは、半導体の接合部の温度のことを指します。バイポーラトランジスタにコレクタ電流I_Cが流れると、コレクタ電流I_Cとコレクタエミッタ間電圧V_CEによる損失(コレクタ損失P_C)が発生し、発熱することで、接合温度T_jが上昇します。

絶対最大定格に記載されている接合温度T_jは、そのトランジスタが許容できる接合部の温度の最大値となります。

接合温度T_jが絶対最大定格を超えると、トランジスタが破壊に至る可能性があります。

なお、絶対最大定格は以下の記事に記載していますので参考にしてください。

バイポーラトランジスタの『保存温度T_stg』について！

絶対最大定格に記載されている保存温度T_stgとは、トランジスタを動作させない状態において、トランジスタを安全に保存または輸送できる周囲温度の範囲のことを指します。

補足

保存温度は保存温度範囲と書かれていることがあります。
Tstgのstgは保存(storage)のstgとなっています。
保存温度は英語では、「Storage Temperature」と書きます。
保存温度範囲は英語では、「Storage Temperature Range」や「Range of storage temperature」と書きます。

バイポーラトランジスタの『接合温度T_j』と『保存温度T_stg』の値

バイポーラトランジスタの『接合温度T_j』と『保存温度T_stg』はバイポーラトランジスタによって変わります。データシートを確認してください。上図は東芝製バイポーラトランジスタ(TTC3710B)の絶対最大定格です。

接合温度T_j：150℃
保存温度T_stg：-55℃～150℃

となっています。

つまり、このトランジスタは、動作している状態では、接合温度T_jは150℃を超えてはならず、動作していない状態では、-55℃～150℃ の温度範囲で保存しておかなければいけないということになります。

『接合温度T_j』の求め方

絶対最大定格にはトランジスタが許容できる接合温度T_jの最大値が規定されていますが、実際に接合温度T_jを測定することはできません。そこで、周囲温度Ta、ケース温度Tc、コレクタ損失P_Cを用いて、間接的に接合温度T_jを求めます。

まず熱抵抗から求めます。

TTC3710Bの絶対最大定格を見ると、放熱器がない場合、コレクタ損失P_Cは2Wとなっています(Ta=25℃において)。この2Wの電力がトランジスタに印加された時に絶対最大定格の接合温度(T_j=150℃)となります。

したがって、ジャンクション-雰囲気間の熱抵抗Rth(j-a)は以下の値となります。
\begin{eqnarray}
R_{th(j-a)}= \frac{T_{j}-T_{a}}{P_{C}}=\frac{150{\mathrm{[^{\circ}C]}}-25{\mathrm{[^{\circ}C]}}}{2{\mathrm{[W]}}}=62.5{\mathrm{[{^{\circ}C}/W]}}
\end{eqnarray}

データシートに記載されてある「r_th-t_W特性」からも熱抵抗が上記の値付近であることが確認できます。

熱抵抗が分かれば、接合温度T_jを求めることができます。例えば、周囲温度Taが30℃で、コレクタ損失P_Cが1Wの場合、トランジスタの接合温度T_jは以下の値となります。
\begin{eqnarray}
T_{j}= R_{th(j-a)}×P_{C}+ T_{a}=62.5{\mathrm{[^{\circ}C/W]}}×1{\mathrm{[W]}}+30{\mathrm{[^{\circ}C]}}=92.5{\mathrm{[^{\circ}C]}}
\end{eqnarray}