こちらでは半導体のジャンクション温度についての計算方法を解説いたします。
半導体の種類や参照する値によって計算方法が異なってきますので場合別でご紹介いたします。

面実装ダイオード・(SMD)の場合

面実装ダイオードの場合は基板材質や実際の銅パターンやスルーホール密度で θJA が大きく変化するため、
実機の基板温度を実測して計算するパターン➁を利用すると精度のよい計算を行うことが可能です。

パターン①　Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗を用いた熱計算

周囲温度とジャンクション-空気間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Ta+Rth(j-a)×P＝Ta+Rth(j-a)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ta：周囲温度(使用する環境の温度)
※Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗
※P：ダイオードの消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例

Tj＝40+60×(0.8×1.0)＝88℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して、×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

パターン➁ Rth(j-b)：ジャンクション-基板間熱抵抗を用いた熱計算

この式は、主熱流経路が“半導体 → パッケージ → はんだ／リード → 基板 → 空気”というルートが支配的で、かつ他の熱流路（例えばパッケージ表面→空気）を無視または補助経路として小さいと見なせる場合に近似有効です。
この計算方法を使用する時の条件・注意点がありますので下記に記載いたします。

条件 / 注意点	理由 / 補足
他の熱流経路（ケース表面→空気など）が無視できるか小さい	そうでないと実際の (Tj -Tb) は複数経路寄与を含むため、この単純なルートモデルが破綻する
(Tb) の測定点が適正に定義されている	どの基板点温度か（リード付近、ランド近傍、スルーホール近傍等）で取るかで意味が変わる
Rth(j-b)が実機実装条件（銅パターン、ビア、層構成、スルーホール、銅厚など）に近い条件で決まっていること	データシートのRth(j-b) 値は JEDEC 標準 PCB 条件下で測定されることが多く、実基板との乖離が生じうる
定常解析前提	時変損失やパルス動作では過渡熱挙動を考慮する必要がある

基板温度とジャンクション-基板間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Tb+Rth(j-a)×P＝Tb+Rth(j-b)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Tb：基板上（ボード、Board）近傍の温度。パッケージ直下のランドやバーンパッド近傍、もしくはリードピン近傍の基板（銅層）表面温度を指すことが多い。
※Rth(j-b)：ジャンクション-基板間熱抵抗
※P：ダイオードの消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例(TI：MMBZxxVAL Dual Channel Zener Diode datasheet)

Tj＝60+74.1×(27×0.005)≒70℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して、×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

リード型ダイオードの場合

放熱の主経路がリード→はんだ→基板/空気”ならパターン➁③ が実態に即しています。
パターン①でもそれなりの精度の計算はできます。

パターン①　Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗を用いた熱計算

周囲温度とジャンクション-空気間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Ta+Rth(j-a)×P＝Ta+Rth(j-a)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ta：周囲温度(使用する環境の温度)
※Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例

Tj＝40+60×(0.8×1.0)＝88℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

パターン➁　Rth(j-l)ジャンクション-リード間熱抵抗を用いた熱計算

ジャンクション-リード間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝TL+Rth(j-l)×P＝TL+Rth(j-l)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※TL：リードの最熱側はんだ直近のリード温度の実測値(測温点はRth(j-l)の定義に合うリード位置)
※Rth(j-l)：ジャンクション-リード間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例(NTE：nte585)

Tj＝80+15×(0.45×1.5)≒90.1℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は125℃)に対して×0.7倍程度(87.5℃)以上のため気を付けること。

パターン③　ジャンクション-はんだ間熱抵抗を用いた熱計算

Tj＝Ts+Rth(j-s)×P＝Ts+Rth(j-s)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ts：はんだ点温度の実測(ソルダージョイントに極小熱電対を直付け)
※Rth(j-l)：ジャンクション-リード間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例(DIODES INC：(PDS5100H-13) )

Tj＝70+2.0×(0.1×5.0)＝71.0℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は175℃)に対して×0.7倍程度(122.5℃)以下で、マージンを取れているのでOK

トランジスタの場合

MOSFET(スイッチ用途)の場合

パターン①　Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗を用いた熱計算

周囲温度とジャンクション-空気間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Ta+Rth(j-a)×P＝Ta+Rth(j-a)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ta：周囲温度(使用する環境の温度)
※Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例

Tj＝40+60×(0.8×1.0)＝88℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

IGBT(スイッチ用途)の場合

パターン①　Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗を用いた熱計算

周囲温度とジャンクション-空気間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Ta+Rth(j-a)×P＝Ta+Rth(j-a)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ta：周囲温度(使用する環境の温度)
※Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例

Tj＝40+60×(0.8×1.0)＝88℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

リニアレギュレータの場合

パターン①　Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗を用いた熱計算

周囲温度とジャンクション-空気間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Ta+Rth(j-a)×P＝Ta+Rth(j-a)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ta：周囲温度(使用する環境の温度)
※Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例

Tj＝40+60×(0.8×1.0)＝88℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

スイッチングレギュレータ(DC-DCコンバータIC)の場合

パターン①　Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗を用いた熱計算

周囲温度とジャンクション-空気間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Ta+Rth(j-a)×P＝Ta+Rth(j-a)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ta：周囲温度(使用する環境の温度)
※Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例

Tj＝40+60×(0.8×1.0)＝88℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

オペアンプの場合

パターン①　Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗を用いた熱計算

周囲温度とジャンクション-空気間熱抵抗を用いてジャンクション温度を求める際の計算方法

Tj＝Ta+Rth(j-a)×P＝Ta+Rth(j-a)×(VF×IF)
※Tj：ジャンクション温度
※Ta：周囲温度(使用する環境の温度)
※Rth(j-a)：ジャンクション-空気間熱抵抗
※P：消費電力
※VF：ダイオードの順方向電圧
※IF：ダイオードに流れる順方向電流

実際の値を用いた計算例

Tj＝40+60×(0.8×1.0)＝88℃

上記がダイオードの定格温度Tj(今回は150℃)に対して×0.7倍程度(105℃)以下で、マージンを取れているのでOK

以下は「半導体のジャンクション温度（TJ）の求め方」と「ヒートシンク使用時の熱設計」を、実務向けに体系化した手順です。一次情報（メーカーAN・データシート・JEDEC系の準拠資料）に基づき、式の意味と使い分け、誤用しやすいポイントまで整理しました。
※本回答の数式はSI単位系（℃, W, K/W≒℃/W）で記載。

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カテゴリ	ヒートシンク考慮	主な熱抵抗パラメータ	代表式
パワーMOSFET, IGBT	✅	θJC, θCS, θSA	TJ = TA + P(θJC+θCS+θSA)
パワーダイオード, 整流器	✅	θJC	同上
電力レギュレータIC (TO-220等)	✅	θJC, θCS	同上
高出力LED / Laser	✅	RthJS	TJ = TS + P×RthJS
RFパワートランジスタ	✅	θJC, θJF	TJ = TF + P×θJF
小信号トランジスタ, SMD IC	❌	θJA, θJB	TJ = TA + P×θJA
TVS, ESD, Logic, OpAmp	❌	θJA	TJ = TA + P×θJA

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4) 設計手順（番号付き・式の意味つき）

B. ヒートシンクあり（θJC＋θCS＋θSAベース）

1. 損失P、TA（最悪高温）を確定。
2. データシートの**TJ(max)**から必要温度差ΔT = TJ(max) − TA（≧必要余裕）を定義。
3. パッケージθJCを採用。ψJTはヒートシンク設計に使わない。(TI E2E)
4. 予定のTIMのθCS（または熱抵抗/熱伝導率×厚み/面積で換算）を見積。
5. 必要な**θSA(req)**を逆算：
   θSA(req) = ΔT/P − (θJC + θCS)。
6. ヒートシンクカタログのθSA-風量-姿勢データから候補選定（自然/強制対流で大きく変わる）。(ボイドコーポレーション)
7. 取り付けねじ/クランプ圧・界面処理でθCS実力を確保。
8. 試作実測：TC, TT, Tfin, TA、風量、Pを測定し、TJ = TC + P·θJC（※θJCの定義に沿う測温点が必要、メーカーの定義に従う）や、熱カメラ/埋込熱電対で検証。(ROHM)

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5) サンプル計算（中間値すべて表示）

条件（仮定）

• デバイス：TO-220相当、θJC = 2.0 ℃/W（DS値）
• 損失：P = 10.0 W
• 環境：TA = 40 ℃（筐体内）
• 目標：TJ ≤ 125 ℃
• TIM：シリコーンシート 0.2 ℃/W（組立後見込み）

(1) ヒートシンク必要条件
ΔT = TJ(max) − TA = 125 − 40 = 85 ℃
許容総熱抵抗（J→A）= ΔT / P = 85 / 10 = 8.5 ℃/W
θJC + θCS = 2.0 + 0.2 = 2.2 ℃/W
よって必要ヒートシンク：
θSA(req) = 8.5 − 2.2 = 6.3 ℃/W 以下（自然空冷で到達できる寸法か要検討）。(ボイドコーポレーション)

(2) 選定結果のTJ確認（例：カタログ θSA = 5.5 ℃/W）
総：θJC + θCS + θSA = 2.0 + 0.2 + 5.5 = 7.7 ℃/W
TJ = TA + P×総 = 40 + 10×7.7 = 117 ℃（目標125 ℃以下を満足、余裕 8 ℃）

(3) ψJTでの推定クロスチェック（計測例）
試作測定：TT = 92 ℃、P = 10 W、ψJT = 2.5 ℃/W（DS記載の参考）
推定TJ ≈ 92 + 10×2.5 = 117 ℃（上の計算と整合）
※ヒートシンク時にψJTを設計式へ“合算”は不可。推定チェックとしてのみ使う。(TI)

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6) 公差設計（最悪条件の作り方）

• 環境温度：TA(typ)→TA(max)（夏場・筐体内上昇・高度・日射）。
• 損失P：電圧ばらつき、周波数/デューティ、動作モード、部品許容差でP(max)を設定。
• 風量：ファン劣化・目詰まりで低下。自然対流は姿勢でθSA悪化。(ボイドコーポレーション)
• TIM：圧力・経年硬化でθCS↑。締結反り・面粗さも影響。
• θJC/θJA：JEDEC測定基板と自社基板の乖離（銅面積、スルーホール密度）。(ROHM)
• 解析ルール：TJ = TA(max) + P(max)·(θJC + θCS(worst) + θSA(worst)) で評価し、**安全余裕≥10–20 ℃**を推奨（経験則）。

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8) 検証計画（シミュレーションと実測）

• SIM：簡易は熱抵抗回路網（RC）で感度解析→3D熱解析で最終。
• 計測点：TC（ケース近傍）、TT（天面）、TS（ヒートシンク根元/フィン中腹）、TA（周囲）。
  • 公式の推奨定義に近い点で測温し、TJ = TC + P·θJC 等で整合を見る。(ROHM)
• ψJT/ψJBの使い分け：表面温度計測からのTJ推定のクロスチェック用途。設計合算ではない。(TI)
• 測定系注意：熱電対の貼付断熱、放射率設定、風の乱れ（ファン騒音ではなく風量を測る）。カメラは鏡面に黒テープ。JEDEC板条件と自社基板条件の差を記録。(pSemi)

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9) 信頼性・安全設計（簡易熱計算とFMEA視点）

• 寿命影響：多くの半導体は温度上昇で故障率↑（一般論）。TJの余裕とサイクル耐性を確保。
• ストレス：はんだ接合部のCoffin–Manson的熱疲労、樹脂/モールドのCTE差、ケースねじ締め過多→反り・TIM厚増。
• FMEA例（抜粋）
  • ファン停止→θSA悪化→TJ↑→熱保護動作/故障。対策：PWM監視/温度スロットリング。
  • TIM劣化→θCS↑→TJ↑。対策：材料選定・圧力管理・定期交換指示。
  • 粉塵堆積→有効フィン数低下。対策：フィルタ/点検口。

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まとめ（要点）

• ヒートシンクが無いときは θJA でまず概算、有るときは θJC + θCS + θSA が基本。
• ψJT/ψJBは推定用（測温からのTJ推定）。熱抵抗と合算しない。
• 必要θSAは θSA(req) = (TJ(max)−TA)/P − (θJC+θCS) で逆算し、風量・姿勢・TIM実力で最悪側再計算。(ボイドコーポレーション)

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