電力密度を制限する要因：放熱性能

全体的な電力密度に重要な役割を果たす要因として、システムの放熱性能が挙げられます。パッケージの放熱性能が良好な場合、極端な温度上昇を生じさせずに、より多くの電力損失を的確に処理できます。これらの要因は一般に、接合部から周囲への熱抵抗 (R_ӨJA) などのデータシート・パラメータと、アプリケーションの条件を慎重に推定することで捕捉されます。MOSFET のデータシートに記載されている一般的な熱インピーダンス値の詳細については、次のビデオをご覧ください。MOSFET データシートについて：熱インピーダンス

パッケージとプリント基板の温度最適化に関する全体的な目標は、パワー・コンバータの損失が存在する状況で、温度上昇を低減することです。小型化とコスト削減を目指すトレンドが進んでいる現状で、コンバータ、パワー・スイッチ、ゲート・ドライバ・ソリューションの全体的なサイズは縮小してきました。その結果、システム・レベルの熱設計はますます困難になってきました。これは、図 6 に示すように、シリコンとパッケージのサイズが小型化すると、通常は放熱特性が悪化するためです。ダイ面積が縮小するにつれて、関連する接合部から周囲への熱抵抗 (R_ӨJA) は指数関数的に悪化します。

このグラフが明確に示しているのは、設計者がパッケージの放熱特性の革新 (より多くの熱を放出) や電力損失の低減 (発熱量を低減) を優先しない場合、パッケージ・サイズ、ダイ・サイズ、全体の電力密度の向上 (サイズ縮小や、面積当たりまたは体積当たりの電力増加) が進むにつれて、予想される放熱特性が急激に悪化することです。