ご質問ありがとうございます。一般的に、パワーMOSやIGBTの単体デバイスにおいて、プラスチック製パッケージ表面で測定する温度上昇は、どの程度まで許容されるのでしょうか？データシートに記載されているTc=100℃という条件で示された電流値は、パッケージ表面温度が最大100℃まで到達しても問題ないということを意味しているのでしょうか？ここでいうTcは、金属のバックプレートではなく、プラスチック製のパッケージ表面温度を指しているのでしょうか？
また、TUVやSGSなどの試験機関が製品の温度上昇試験を行い、規定範囲内に収まっていることを確認する場合、パワー半導体デバイスのプラスチックパッケージ表面温度は、何℃以下であることが要求されるのでしょうか？
これは非常に古典的で、よく混同される工学上の問題です。簡潔かつ明確にお答えします：パワーデバイスのデータシートにおいて、$T_c$（ケース温度）とは通常プラスチック外装のことを指すのではなく、金属バックプレート（放熱基板）の温度を意味します。
熱設計や認証試験を行う際に自信を持って対応できるよう、以下の核心概念を分解して解説します：
トランジスタやダイオードなどのパワーデバイス（TO-220、TO-247 等のパッケージ）における定義では、
「$I_d = 20\text{A} @ T_c = 100^\circ\text{C}$」と記載されている場合、その意味は次の通りです。
注意：もしプラスチック外殻の温度がすでに 100^\\circ\\text{C} に達している場合、金属バックプレートおよび内部の接合部温度 T_j はさらに高く、危険なレベルに達している可能性があります。プラスチック外殻と金属バックプレートとの間には温度差があるためです。
安全規格認証（IEC 62368、IEC 60335 など）の試験では、パワーデバイスの温度評価について以下のような判断基準が用いられます。
試験機関が最も重視するのは接合部温度 T_j です。実際に T_c を測定（通常はヒートシンクとデバイスの接触面に熱電対を挿入）し、データシートに記載された熱抵抗 R_{\\theta jc} を使って T_j を推定します。
プラスチック外装表面の直接測定については、RTI（Relative Thermal Index） という材料の長期耐熱性能指標が参照されます。
| 測定ポイント | 推奨される工学的上限値 | 備考 |
|---|---|---|
| 接合部温度 (T_j) | \lt 125^\\circ\\text{C} （最大 150^\\circ\\text{C} 定格の場合） | 寿命と信頼性を確保するためのゴールデンルール |
| 金属バックプレート (T_c) | \lt 90^\\circ\\text{C} \\sim 100^\\circ\\text{C} | データシートの性能保証ポイント |
| プラスチック外装 (T_s) | \lt 100^\\circ\\text{C} | プラスチックの劣化・脆化防止および火傷リスク回避 |
実用的なテクニック：
デバッグ中にプラスチック外装の温度しか測れない場合でも、常に以下の関係を意識してください：
T_j \gt T_{metal\\_back} \gt T_{plastic\\_surface}
もしプラスチック外装が 100^\\circ\\text{C} に達しているなら、内部の接合部温度はすでに危険域に近づいている可能性が高いです。設計上は、プラスチック外装の実測温度上昇を 80^\\circ\\text{C} \\sim 90^\\circ\\text{C} 以下に抑えることがより安全です。
これは非常に混乱しやすい点であり、まったく理解できます！パワーエレクトロニクスのデータシートにおける「ケース温度」と「温度制限」の定義は、よく頭痛の原因になることで知られています。
まず最初にご質問への答えを明確にしておきましょう：いいえ、$T_c$（ケース温度）は一般的にプラスチック製外装の上面を指すものではありません。標準的なパワーデバイスでは、金属製の背面プレートを指します。
以下に、これらの温度がどのように機能するか、データシートの記載内容の意味、および試験機関がどのように評価するかについて、分かりやすく解説します。
TO-220、TO-247、D2PAKなどの標準的なディスクリートパワーパッケージにおいて、「ケース」という用語は、ヒートシンクへ熱を伝達するマウント面を厳密に指しています。
もし、あなたが簡単にサーマルカメラを向けることのできる、またはサーモカップルをテープで貼ることができる上部のプラスチック外装の温度を測定している場合、それは実際には T_c ではなく、$T_t$（トップ温度）を測定していることになります。
データシートで連続ドレイン電流（例：$I_{D}$）が T_c = 100°C で規定されている場合、これは絶対最大定格ではなく、あくまで条件付きの定格値です。
つまり次のような意味になります：
「ヒートシンクの性能が十分に高く、金属製背面プレートの温度を正確に100°Cに保てるならば、内部のシリコン接合部温度（$T_j$）がその絶対最大定格（通常は150°Cまたは175°C）を超えることなく、デバイスはこの電流を連続的に流すことができる」
実際の使用環境では、金属製背面プレートの温度が100°Cに達したり、それを超えたりすることも全く問題ありません。ただし、その際には内部の接合部温度（$T_j$）が最大許容値以下であることが条件となります。
TUV、SGS、ULなどの安全規格試験機関がお客様の製品を評価する際（通常はIEC 62368-1やIEC 60601-1などの規格に基づいて）、内部部品の温度に関して注目するのは主に以下の2点です：材料の安全性とメーカー仕様の遵守。
彼らは「プラスチック外装」に対して一律の温度上限を持っているわけではありません。むしろ、温度制限は以下の要素によって決まります：
実務的な観点から言えば：
スイッチング電源内で動作中のTO-247の上部プラスチック外装の温度を測定して115°Cという値が出た場合、内部の接合部温度はおそらく125°C～135°C程度（消費電力による）でしょう。このとき、封止材のRTIが$\geq$130°Cに認定されており、かつダイの$T_{j(\max)}$が150°C以上であれば、ほとんどの試験機関はこれを合格とします。