半導体熱設計

質問

IGBT使用条件
雰囲気温度：150℃
入力パルス：シングルパルス80ms
入力電力：100W

一般的に半導体のTjは最大175℃と規定されています。シミュレーションをやった結果、280℃となりました。175℃を超えている時間は約70msです。結果が正しいと仮定すると、IGBTは破壊に至るはずです。しかし、実試験で確認した結果、問題はありませんでした。（性能劣化も無し）。
シミュレーションの結果が間違っているのでしょうか。それとも、短時間ならTjmaxを超えても、破壊には至らないのでしょうか。
お客様に使用に関して問題ないという説明をするための、裏付けがなく困り果てています。
どうか、皆様のお力を貸してください。

回答No.2

tance

シミュレーションって熱のシミュレータですか？　それとも電気現象に置き換えたシミュレーションですか？
175℃を越えている時間まで判るということは過渡熱抵抗や熱容量まで考慮されたシミュレータなのでしょう。いずれにしても
相当強力な放熱をしていると思われます。しかし、他の方が言われているように、設計数値上で規格を越えている状態では問題ないとは言えません。

実際に150℃が最大定格の半導体でも、はんだづけのときなどは150℃を越えることがあります。でも、これもメーカが指定した温度プロファイル以下であれば許されるのであって、何度でも許される条件ではありません。

１０００台試験してOKだったとしても、「１００１台目は？」と言われれば反論できません。

低温の冷却水などを使って100℃以下で使うのが、信頼性を考えたときに必要な熱設計ではないかと思います。

回答No.1

tadys

＞一般的に半導体のTjは最大175℃と規定されています。
何処に175℃と書いてありますか？
東芝のGT15J341、ルネサスのRJH6087BDPKのどちらでもTjは150℃です。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/info/lookup.jsp?pid=GT15J341&lang=ja
http://documentation.renesas.com/doc/products/transistor/r07ds0389ej_rjh6087bdp.pdf
雰囲気が150℃であれば、許容される電力はゼロですね。

使用している素子のTjが175℃だとしても雰囲気が150℃では余裕は無いでしょう。
データシートには「安全動作領域」と「過渡熱抵抗」が記述してあるので参考にするのが良いでしょう。

＞短時間ならTjmaxを超えても、破壊には至らないのでしょうか。
規格に書いてある条件は、メーカーが動作を保証する範囲であって、必ず壊れる事を保証する数値では有りません。
現在、壊れていないとしたら、それはたまたま運が良かったに過ぎません。
運がいつまでも続く事は期待できません。

今一度条件を見直して規格内に収まらないのであれば、設計変更を考える必要があるでしょう。
もし、設計変更が無理であれば、故障が生じた時にお客の損害を補償する為の金銭を用意する必要があります。
規格を超えた使用方法で起きた故障については半導体メーカーは補償してくれませんよ。
もし、補償額が会社の経営に影響を与えるほど大きくなる見込みが有るなら、そんな商品を販売してはいけません。
販売を差し止める権限のある人に相談してください。