自動車LED照明：TOLLパッケージの低熱抵抗ソリューション

――IMWTEK UP 005 N 04 CTと東芝TPH 4 R 50 AQのマトリックス式LED駆動設計比較

一、応用シーンと技術的挑戦

自動車LED照明システム（例えば、モーメント式ヘッドライト、貫通式テールランプ）は厳しい環境下で高輝度、動的調節と長寿命を実現する必要がある。ADAS（高級運転支援システム）の照明応答速度に対する要求の高まりに伴い、LED駆動回路におけるMOSFETは3つの課題に直面している：

放熱制限：ランプモジュールの空間が密閉され、環境温度が125°C（エンジンキャビン付近）に達することができ、MOSFET接合温度は直接寿命に影響する。

動的負荷：画素レベルの調光にはMOSFETがkHzレベルPWM切り替えをサポートする必要があり、低Qgと低熱抵抗は不可欠である。

信頼性検証：AEC-Q 101認証を通過し、機械振動、温度循環などの車規試験に耐える必要がある。

TOLL（TO-Leadless）パッケージは底部の大面積放熱パッドと低寄生インダクタンスにより、車用LED駆動の理想的な選択となっている。

二、製品比較：IMWTEK UP 005 N 04 CT vs.東芝TPH 4 R 50 AQ

パラメータIMWTEK UP 005 N 04 CT東芝TPH 4 R 50 AQアドバンテージ解析

パッケージTOLL-8 TOLL-8とパッケージの対称

電圧レベル40 V 40 Vは12 V/24 V車用システムの需要を満たす

RDS（on）@10 V 4.5 mΩ5.2 mΩオン損失13.5%低減

Qg（total）22 nC 25 nC駆動損失が12%減少

熱抵抗RθJA 38°C/W 45°C/W同じ消費電力での接合温度が7°C低い

最大接合温度Tj 175°C 150°Cは高温余裕がより大きく、寿命が20%延長される

三、実戦テスト：マトリックス式LED駆動モジュールの性能検証

テストプラットフォーム：

LEDモジュール：64画素マトリクス式前照灯、単回路電流2 A、PWM周波数2 kHz

制御方案：CAN FDに基づく動的調光プロトコル

環境条件：高温箱シミュレーション-40°Cから125°Cサイクル

テスト項目：

温度上昇と熱安定性：フル負荷運転1時間後のMOSFET接合温度と光減衰率。

動的応答：PWMデューティサイクルが10%から90%に急変する遅延時間。

長期寿命：1000時間高温高湿（85°C/85%RH）試験後のパラメータドリフト。

テスト結果：

温度上昇の表現：

IMWTEK UP005N04CT：環境温度125°Cの場合、接合温度142°C（東芝案は155°C）、TOLLパッケージ底部パッドはPCBの2 oz銅層に直接接続し、放熱効率は18%向上する。

サーモイメージング図（図1）：東芝案の熱はチップ中心に集中し、IMWTEKは銅クランプ構造のため熱分布がより均一である。

動的応答：

IMWTEK UP 005 N 04 CT：PWM立ち上がりエッジ遅延35 ns（東芝案は45 ns）は、より低いQgのおかげで、より細かい輝度階層制御をサポートする。

波形コントラスト（図2）：IMWTEKのVGS上昇スロープ（dV/dt）は80 V/μsに達し、競合品より20%高い。

寿命テスト：

IMWTEK UP005N04CT：1000時間後のRDS（on）ドリフトは＜3%、東芝スキームドリフトは7%に達した。

故障分析：東芝チップはアルミニウムボンディングワイヤの熱膨張係数不整合により微小亀裂が発生し、IMWTEKは銅ボンディングワイヤ技術を採用し、疲労抵抗性がより強い。

四、設計提案：車規級LED駆動におけるTOLLパッケージの最適化実践

PCB放熱設計：

4層板を使用して、TOLL底部パッドと内層2 oz銅平面を複数のビアで接続します（推奨ビアピッチ≦1.5 mm）。

MOSFETの周囲に熱電対監視点を配置し（図3）、リアルタイムで接合温度をフィードバックして熱暴走を防止する。

ダイナミック調光最適化：

ゲート駆動にRCバッファ回路（10Ω＋1 nF）を添加し、PWMリンギング電圧を±8 Vから±3 V以内に抑制した。

二重パルス試験（DPT）を用いて逆回復特性を検証したところ、IMWTEK UP 005 N 04 CTのQrrはわずか12 nC（東芝案は18 nC）だった。

EMCコンプライアンス：

TOLLパッケージの低寄生インダクタンス（<5 nH）は、放射ノイズをCISPR 25 Class 5規格以下に低減することができる。

実測データ（図4）：IMWTEKスキームは150 kHz-30 MHz帯域で東芝より6 dBμV低く、追加のシールド層を必要としない。

五、コストと車規認証分析

BOMコスト：

単粒UP 005 N 04 CTの価格は東芝TPH 4 R 50 AQより8%低く、放熱設計の簡略化により熱伝導性シリコーングリースの使用量を減らすことができる。

50万セット/年規模で計算すると、年間コストは約**$50,000**削減されます。

コンパス認証：

AEC-Q 101認証：H 3 TRB（高温逆バイアス）1000時間試験に合格し、漏れ電流変化＜0.1μA。

機械的振動：ISO 16750-3規格に適合し、20 Gランダム振動下で構造的故障がない。

六、業界動向と競争戦略

スマートランプがデジタルヘッドライトなどの万段画素に向けて発展するにつれて、MOSFETの電力密度と応答速度の需要は持続的にアップグレードされる。IMWTEK UP 005 N 04 CTは、銅ボンディングワイヤ＋TOLLパッケージの技術的組み合わせにより、コストと性能の間でバランスを取っている。