電気電子工学科生に知っておいてもらいたい

「熱設計入門」準学士 ( 工学 )

http://山城 淑敬 .jp/

自己紹介• 1989 年　： 三重県 尾鷲市に生まれる。• 2005 年　： 鈴鹿工業高等専門学校 ( 電気電子工学科 ) に推薦入学• 2011 年　： 鈴鹿工業高等専門学校 ( 電気電子工学科 ) を卒業• 2011 年～： 某社に就職（技術職）現場実習中の昼休みがヒマだったので・・・ 　 1. 情報セキュリティスペシャリストに合格。 　 2. エンベデッドシステムスペシャリストに合格。 　 3. ネットワークスペシャリストに合格。 報奨金が貰えなかったので・・・　ディジタル技術検定２級 ( 情報 &制御 ) に合格。

By the way,

　3 years ago…

Kosenconf-021numazu (‘10/12/18)

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自己紹介（高専カンファレンス）• 021numazu : 発表者• 028mie : 実行委員長• 043gifu : 告知発表• 058gifu : 発表者• 046FCNagoya : 実行委員長• 066numazu2 : 発表者• 050nagoya : 実行委員長• 055gifu : 発表者• 076numazu3 : 発表者 ←ｲﾏｺｺ !

【実績を解除しました】高専カンファレンスに 10 回参加した！

閑話休題

最近ハマっているもの• 日　常：ニコニコ動画（プレミアム会員。忙しくても毎日 2h ）• 休　日：サーバ運用（最近は IPv6 対応とか SPDY/2 対応とか）• ゲーム： BattleField4 (PC) 買った！（ほとんど遊べていない）　 MineCraft (PC) 買った！（ほとんど遊べていない）• 声　優：花澤香菜さん、國府田マリ子さん、田村ゆかりさん 豊崎愛生さん、東山奈央さん、中島愛さん、伊藤静さん 茅原実里さん、日笠陽子さん、 etc…• 非日常：同人誌執筆（ EMKC2 の寄稿記事書いてから）• 趣　味：電子工作（特に、モータドライバ設計）

モータドライバ作るよ！

問 . このモータドライバ基板を用いて　 マブチ RS-540SH モータを適正負荷　 で連続駆動出来るか？

という事で「熱設計」のお話※本当は熱以外にも考慮すべき項目は沢山ありますが。。。

このモータドライバ基板で、過負荷がかかった際に壊れやすいのが・・・

Metal Oxide Semiconductor

Field Effect Transistor

MOS-FET が ( 熱的に )壊れないかを検証します。

FET が熱的に壊れる状態？⇒半導体 p,n 接合面の温度( ﾁｬﾈﾙ温度 , ｼﾞｬﾝｸｼｮﾝ温度 )が約 175℃※ を超える状態。

※ Si 半導体の場合

FET の発熱量を見積もろう

FET の発熱量を見積もろう – 通電電流 ( ﾓｰﾀ消費電流 )

⇒ 約6A

FET の発熱量を見積もろう – オン抵抗

2SJ334⇒60mΩ2SK2232 ⇒ 0.08Ω

FET の発熱量を見積もろう – 通電電流 × オン抵抗

通電電流： 6A 2SK2232 ： 0.08 Ω ⇒ 2.16[W] 2SJ334 ： 60mΩ ⇒ 2.88[W]

発熱はｵﾝ抵抗によるｼﾞｭｰﾙ熱と仮定 [W] の関係を用いて・・・

FET の放熱性を見積もろう

FET の放熱性を見積もろう – 熱抵抗とは？

熱抵抗とは「温度の伝わりにくさ」を表す値。一般に以下のような値が記載されています。　 θ(j-a) ：接合点から大気中　 θ(j-c) ：接合点からパッケージ表面　※単位は「℃ /W 」や「 K/W 」など。

FET の放熱性を見積もろう – 熱抵抗

2SJ334⇒ Rth(ch-c) ：

2.78℃/W⇒ Rth(ch-a) ：

62.5℃/W

2SK2232⇒ Rth(ch-c) ： 3.57℃/W⇒ Rth(ch-a) ： 62.5℃/W

FET の温度上昇を見積もろう – 発熱量 × 熱抵抗まずは、 Rth(ch-a) を使って・・・ 2SJ334 ： 2.16[W]×62.5[℃/W] = 135[℃]2SK2232 ： 2.88[W]×62.5[℃/W] = 180[℃]

FET の温度上昇を見積もろう – 発熱量 × 熱抵抗外気温を 10℃ とすると・・・2SJ334 ： 135[℃]+10[℃] = 145[℃]2SK2232 ： 180[℃]+10[℃] = 190[℃]　⇒よって 2SJ334 は問題なし！ ※ 素子単体で 150℃ を超えない。

2SK2232 に手当しよう！⇒ﾌﾟﾘﾝﾄ基板から放熱させる。

プリント基板の放熱能力は？

引用元：サンケン電気殿「装置（ＰＣＢ基板）設計に関するご注意」よりhttp://www.semicon.sanken-ele.co.jp/support/reliability/4-5.html

放熱に寄与する面積は約70[cm2]

⇒ 熱抵抗は基板 to 大気：約6[℃/W]

FET の温度上昇を見積もろう – 再計算熱抵抗 (FET- 基板 ) ： 3.57[℃/W]熱抵抗 ( 基板 - 大気 ) ： 6[℃/W]2SK2232 ： 2.88[W]×(3.57+6)[℃/W]　　　　　　　　　　　　　 = 62[℃]　　⇒ ( 外気温を足しても ) 問題なし！

本製品の使用条件 ( 使用温度 / 電流 / 電圧等 ) が絶対最大定格以内での使用においても、高負荷 ( 高温および大電流 / 高電圧印加、多大な温度変化等 ) で連続して使用される場合は、信頼性が著しく低下するおそれがあります。 弊社半導体信頼性ハンドブック ( 取り扱い上のご注意とお願いおよびディレーティングの考え方と方法 ) および個別信頼性情報 ( 信頼性試験レポート、推定故障率等 ) をご確認の上、適切な信頼性設計をお願いします。　　　　　　　　　　　　※ 2SK2232 ﾃﾞｰﾀｼｰﾄより引用。

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ありがとうございました。