端子部温度による最高温度規定について

リード付き抵抗器と面実装チップ抵抗器の熱設計に対する考え方

以前の回路設計にはリード付き部品が多く採用されてきました。リード付き抵抗器から発せられた熱の80～90％は、周囲空間へ放熱されます。つまり、周囲環境温度の影響を受けながら周囲空間に熱をいかに逃がすかが重要でした。
このため、抵抗器は周囲温度を基本に定格電力を保証しています。これを「周囲温度規定」と呼び、現在でも一般的な保証となっています。

しかし現在は、抵抗器に限らず、面実装タイプの部品が多く使用されています。角チップ抵抗器のような面実装部品は、かつてのリード付き部品（表1、左）とは異なり、部品と基板が接触している状態（表1、右）です。

使用部品	リード部品	面実装部品
熱影響 イメージ	リード抵抗器	面実装抵抗器
特徴	接続リード端子が細く長く、実装基板への熱伝導放熱が小さい 表面積が大きく、対流・放射放熱が大きい	接続端子の面積が大きく、実装基板への熱伝導放熱が大きい 表面積が小さく、対流・放射放熱が小さい

リード付き部品と比較すると面実装部品は、周囲温度の影響に加えて、自部品の発熱や、基板を通じて他部品から伝わる熱の影響を受けやすくなるので注意が必要です。
周囲温度を基にした設計では、特に負荷印加時 （稼働時）の部品への負荷について、正確な算出が困難になっています。これらを背景に、負荷印加時における端子部の温度上昇に注目することで、正確に部品への負荷を設計する考え方が生まれました。この考え方を基にした最大定格電力の規定を、従来の「周囲温度規定」に対して、「端子部温度規定」と呼びます。

端子部温度規定の規格化動向

抵抗器は使用時の負荷により自己発熱しますが、温度が高くなると性能や寿命に悪影響があるため、余裕を持たせながら使用する必要があります。この考え方をディレーティングと呼びます。使用する周囲温度が高温の場合には、印加電力を下げて使用します。このとき、「端子部温度規定」の考え方では周囲温度ではなく、使用環境下での負荷印加時の端子部温度を基準に、印加する電力を設定します。

この端子部温度に関する規定は国際規格化の動きがあり、検討するグループにはパナソニックをはじめ、日系メーカーが参画しています。

端子温度の測定方法、及び注意点

パナソニックの端子温度測定は、電子情報技術産業協会の技術レポート「JEITA RCR-2114　表面実装用工程抵抗器の負荷軽減曲線に関する考察」を参考にしています。代表的な測定方法として、赤外線サーモグラフィーと熱電対の2つがあります。

実機評価では、熱電対を選択する機会が多くなると推測されますので、以下の注意点を参照ください。

(1) 熱電対の種類

熱電対にはいくつかの種類があり、測定する物質や測定する温度範囲によって、使い分けが必要です。チップ抵抗器のように製品の体積が小さく、熱容量の小さい部品については、熱電対への熱移動の影響を抑えるため、熱伝導率の小さいK-typeが向いており、かつ線径の細いものを使用するのが望ましいです。温度誤差についてはT-typeの方が優れていますが、熱伝導性が高く、被測定物の発熱温度熱を奪ってしまうため、熱容量の小さいものには不向きといえます。

＊ | t |は，測定温度の＋，−の記号に無関係な温度（℃）で示される値
　参考：JIS C 1602：2015

(2) 熱電対の先端処理及び測定部への取付について

熱電対を使用する場合は、2本線の接点部に特にご注意ください。

正しく溶接できたら、熱電対の先端を端子部のはんだフィレットの中央に固定します。端の方に寄っていたり、熱電対の先端がフィレットから露出したりしていると、正確な温度が測れません。

（3）温度補正

熱電対による温度測定では、実測値との誤差が発生する場合があります。誤差の原因には主に以下の2つが考えられ、これらを考慮した上で測定を行いましょう。