TOLT (TO-Leadless Top-side Cooling)とTSPAK (TO-Leaded Small-outline Package)は、主にSiC(炭化ケイ素)などのパワー半導体の性能を最大限に引き出すために開発された、**上面冷却(Top-Side Cooling: TSC)**を特徴とする表面実装(SMD)パッケージです。
どちらのパッケージも、従来の底面冷却(熱をPCBに逃がす)の課題を克服し、熱をパッケージの上面から直接ヒートシンクに逃がすことで、熱性能と電力密度を大幅に向上させることを目的としています。
🔬 TOLT vs. TSPAK の主な違い
TOLTとTSPAKの主要な違いは、その電気的接続(リードの有無)と、それに伴う寄生インダクタンスです。
| 特徴 | TOLT (TO-Leadless Top-side Cooling) | TSPAK (TO-Leaded Small-outline Package) |
| 電気接続 | リードレス (Leadless)。底面のパッドを基板にはんだ付けする。 | リード付き (Leaded)。ガルウィング型などのリードで基板にはんだ付けする。 |
| 冷却方法 | 上面冷却 (TSC) の金属板が露出している。 | 上面冷却 (TSC) の金属板が露出している。 |
| インダクタンス | リードがないため、寄生インダクタンスが最も低い。 | リードがあるため、TOLTよりはわずかに寄生インダクタンスが高い。 |
| 熱性能 | 最も優れた熱性能を実現(チップからヒートシンクへの熱抵抗が最小)。 | 非常に優れているが、TOLTにはわずかに及ばない場合がある。 |
| スイッチング速度 | 超高速スイッチングが要求される最も過酷なアプリケーションに最適。 | 高速スイッチングに優れ、コスト効率と堅牢性が重視されるアプリケーションにも適する。 |
| 堅牢性 | リードがないため、基板上の温度サイクルに対するはんだ接合の**堅牢性(TCoB)**はリード付きより低くなる場合がある。 | リードの柔軟性により、基板上の熱サイクルに対する堅牢性が高い。 |
💡 上面冷却パッケージの共通の利点
TOLTとTSPAKは構造的な違いはあるものの、上面冷却パッケージファミリーとして以下の共通した利点を提供します。
1. 優れた熱管理
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熱が不良熱伝導体であるプリント基板(PCB)を経由しないため、チップからヒートシンクまでの熱抵抗(RthJC)が大幅に低減されます。
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これにより、チップの接合部温度の上昇が抑えられ、高い電流定格での動作や、システムの高出力化が可能になります。
2. 電力密度の向上とコスト削減
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放熱能力が向上することで、従来と同じ性能をより小さなSiCチップで実現できるようになり、システム全体の小型化・軽量化(高電力密度)とコスト削減に貢献します。
3. 低い寄生インダクタンス
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従来のTO-247などのパッケージと比較して、両者とも回路の寄生インダクタンスが低く抑えられています。
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これにより、SiC特有の超高速スイッチング能力を最大限に引き出し、スイッチング時の電圧オーバーシュートやリンギングを抑制し、EMI(電磁干渉)の低減に繋がります。
🎯 適切なパッケージの選択
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TOLTは、リードがない設計により極限まで寄生インダクタンスを下げ、最高の熱性能とスイッチング性能を追求する、最も要求の厳しい高周波・高効率アプリケーション(例:AIサーバー電源など)に適しています。
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TSPAKは、優れた熱性能と低インダクタンスを維持しつつ、リード構造により実装の堅牢性や信頼性を確保したいアプリケーション(例:自動車、インバーターなど)に適しています。
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