ダイオードの『接合温度Tj』と『保存温度Tstg』について！

この記事では、ダイオード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。

ダイオードの『接合温度T_j』

接合温度T_jとは、半導体の接合部の温度のことです。絶対最大定格に記載されている接合温度T_jは、そのダイオードが許容できる接合部の温度の最大値となります。

例えば、ダイオードに順電流I_Fが流れると、順電流I_Fと順電圧V_Fによる損失(損失P_D)が発生し、発熱することで、接合温度T_jが上昇します。

接合温度T_jが10℃上昇すると、素子の寿命は約半分になり、故障率は約2倍になると言われています。また、シリコン半導体の場合、接合温度T_jが175℃を超えると、破壊する可能性があるため、データシートに記載されている接合温度T_jは150℃～175℃程度が一般的です。しかし、データシートに記載されている接合温度T_jの付近でダイオードを使用すると、信頼性が低下するため、接合温度T_jはデータシートに記載されている接合温度T_jの80%を超えないように設計することが多いです。

また、接合温度T_jが上昇すると、ダイオードの逆電流I_Rが増加します。その結果、『接合温度T_j増加→逆電流I_R増加→損失P_D増加→接合温度T_j増加→逆電流I_R増加→…』の繰り返しにより、熱暴走を引き起こす場合がありますので、注意してください。

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。

ダイオードの『保存温度T_stg』

絶対最大定格に記載されている保存温度T_stgとは、ダイオードを動作させない状態(電圧が印加されていない状態)において、ダイオード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。
保存の際には、温度だけでなく、端子の酸化などにも十分注意する必要があります。

ダイオードの『接合温度T_j』と『保存温度T_stg』の値

ダイオードの『接合温度T_j』と『保存温度T_stg』は使用するダイオードによって変わりますので、データシートを確認してください。上表はFAIRCHILD製ダイオード(MBR20200CT)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。

つまりこのダイオードは、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

絶対最大定格にはダイオード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(またはケース温度Tc)、損失P_Dを用いて、間接的に接合温度T_jを求めます。

FAIRCHILD製ダイオード(MBR20200CT)の熱抵抗R_θJAは62.5[℃/W]なので、例えば、周囲温度Taが30℃、ヒートシンクが未実装、損失P_Dが1Wの場合、ダイオードの接合温度T_jは以下の値となります。

\begin{eqnarray}
T_{j}= R_{th(j-a)}×P_{D}+ T_{a}=62.5{\mathrm{[^{\circ}C/W]}}×1{\mathrm{[W]}}+30{\mathrm{[^{\circ}C]}}=92.5{\mathrm{[^{\circ}C]}}
\end{eqnarray}