Rth(j-a)とは？｜なぜ「基板に付けた状態」で規定されるのか

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なぜ「基板に実装した状態」で測定するのか

データシートのRth(j-a)には、ほぼ必ずこんな注釈が書かれています。

"Mounted on FR-4 PCB, 1oz copper, JEDEC standard"
（FR-4基板、1オンス銅箔、JEDEC規格に準拠して測定）

これは飾りではありません。「Rth(j-a)は基板に実装しないと意味のない数値だから」です。なぜそうなるのか、ヒートシンクを付けない部品の熱の流れを見ればわかります。

ヒートシンクなしの部品の「熱の逃げ道」

ヒートシンクが付いていない部品（例：表面実装パッケージ）の熱は、主に3つの経路で逃げていきます。

経路①

パッケージ表面 → 空気へ放熱
パッケージの表面から空気へ直接熱が逃げる。表面積が小さい部品では、これだけでは熱が捌けきれない。

経路②

リード（端子） → 基板の銅箔 → 空気へ放熱
端子を通じて基板の銅箔（パターン）へ熱が伝わり、銅箔から空気へ逃げる。これが意外と支配的。

経路③

パッケージ裏面（サーマルパッド） → 基板 → 空気へ放熱
最近の表面実装パッケージにはサーマルパッドが付いており、ここから基板に熱を逃がす。

🔧 現場の声
「表面実装の小さい部品なのに、意外と熱を捌けている」と感じたことはありませんか？それは基板の銅箔が放熱フィンの役割をしているからです。基板そのものがヒートシンクなのです。

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Rth(j-a)は「基板の条件」で大きく変わる

ここがRth(j-a)を扱う上で最も重要なポイントです。Rth(j-a)は「部品単体」では決まりません。基板の銅箔面積、層数、銅箔厚みによって、値が2倍3倍と変わってしまうからです。

基板条件	Rth(j-a)の傾向
最小ランドのみ（銅箔小）	大きい（150〜250 ℃/W）
JEDEC標準基板（1平方インチの銅箔）	中程度（60〜100 ℃/W）
大面積の銅箔ベタ + 多層基板	小さい（30〜50 ℃/W）
サーマルビア + 銅箔ベタ + 多層	さらに小さい（20〜40 ℃/W）

JEDEC規格とは

JEDEC（ジェデック）は半導体業界の業界団体で、Rth(j-a)を測定する際の「標準的な基板の条件」を規格化しています。代表的な規格は以下の2つ。

📋

JEDEC 1S（1層）

片面のみに銅箔がある基板。低コスト基板を想定した条件。Rth(j-a)は大きめに出る。

📋

JEDEC 2S2P（4層）

表裏に銅箔 + 内層に銅箔ベタ。多層基板を想定した条件。Rth(j-a)は小さめに出る。

⚠️ 注意
同じ部品でも、データシートに「JEDEC 1S：100℃/W、JEDEC 2S2P：50℃/W」のように2つの値が併記されていることがあります。あなたの基板に近い条件の値を使いましょう。安易に小さい方を選ぶと、設計が破綻します。

Rth(j-a)を使うのはどんなとき？

Rth(j-a)を使うのは、ヒートシンクを取り付けない部品のジャンクション温度を計算するときです。具体的には次の3つのケースが代表的です。

ケース①

表面実装パッケージ（SMD）
DPAK・SOIC・SOT-23など、ヒートシンクを取り付けるのが構造的に困難なパッケージ。基板の銅箔のみで放熱する設計が前提。

ケース②

小信号トランジスタ・小電力IC
発熱量が0.1W以下で、ヒートシンクが不要なレベルの部品。Rth(j-a)単体でTjが計算できる。

ケース③

初期検討・概算見積もり
詳細なヒートシンク設計をする前の、ざっくりした熱検討。「ヒートシンクなしでもいけるか？」を判定するために使う。

Rth(j-a)を使ったTj計算の例

📋 設計条件

使用部品：表面実装MOSFET（DPAKパッケージ）
発熱量 P = 1 W
周囲温度 Ta = 60℃（盤内温度）
Rth(j-a) = 50 ℃/W（JEDEC 2S2P基板での値）

📐 計算
Tj = Ta + P × Rth(j-a)
　 = 60 + 1 × 50
　 = 110℃

最大定格Tj = 150℃ なので、110℃ならOKという判定になります。ヒートシンクなしで設計できることが、Rth(j-a)で確認できました。

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Rth(j-a)を使ってはいけないケース

Rth(j-a)は便利な指標ですが、「使ってはいけない場面」があります。ここを間違えると、設計が一発で破綻します。

❌ ヒートシンクを付けるとき

ヒートシンクを取り付ける場合は、絶対にRth(j-a)を使ってはいけません。Rth(j-a)はヒートシンクなしを前提とした値だからです。ヒートシンクを使うときは必ず以下の式で計算します。

📐 ヒートシンク使用時の計算
Tj = Ta + P × [Rth(j-c) + Rth(c-s) + Rth(s-a)]

❌ 基板条件が大きく違うとき

データシートのRth(j-a)はJEDEC標準基板での値です。あなたの実機の基板条件が大きく違う場合（例：銅箔面積が極端に小さい、1層基板を使う）、データシート値はあてになりません。過信は禁物です。

❌ 周囲に他の発熱部品があるとき

Rth(j-a)は「単体で発熱している」前提の値です。基板上に複数の発熱部品が密集していると、互いの熱で空気が温められ、見かけの周囲温度が上がります。Taを正しく見積もらないと計算が崩れます。

❌ 大きな発熱量のとき

Rth(j-a)が60℃/W程度の部品で5W発熱したら、ΔT = 300℃になります。これは現実的ではありません。発熱量が1Wを超える場合は、ヒートシンクを使う設計に切り替えるべきサインです。

🔧 現場の声
設計レビューで「Rth(j-a)で計算したからOKです」と説明したら、「その基板条件はJEDEC標準と違うよね？」と突っ込まれて答えに詰まった——これは典型的な失敗パターンです。データシート値の前提条件を必ず確認しましょう。

Rth(j-a)を下げる4つの設計テクニック

ヒートシンクを使えない場合でも、基板の設計を工夫することでRth(j-a)を下げることができます。実務でよく使われる4つのテクニックを紹介します。

📐

① 銅箔ベタを大きく

部品周辺の銅箔面積を広げる。ベタGNDや電源ベタを近接させると効果大。最も低コストな対策。

🕳️

② サーマルビア追加

表面の銅箔から内層・裏面の銅箔へ熱を導くビアを多数配置。多層基板で特に効果的。

📑

③ 銅箔厚を増やす

35μm（1oz）から70μm（2oz）へ変更。熱の伝搬性が向上し、Rth(j-a)が10〜20%程度下がる。

🏗️

④ 多層化

2層→4層→6層と層数を増やす。内層に銅箔ベタを配置することで、基板全体が放熱体になる。

💡 ポイント
これらの対策を組み合わせると、Rth(j-a)を半分以下にできることもあります。「ヒートシンクを付けるスペースがない」「コストを抑えたい」という制約があるとき、基板設計の工夫で解決できる場合が多いのです。

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