방열 특성 비교를 통한 양,단면 냉각 파워모듈 패키징 공정개발 연구
- Title
- 방열 특성 비교를 통한 양,단면 냉각 파워모듈 패키징 공정개발 연구
- Other Titles
- Study on the Process Development of Double, Single Side Cooling Power Module Packaging by Comparison of Heat Dissipation Characteristics
- Author
- 이주영
- Advisor(s)
- 윤상원
- Issue Date
- 2023. 2
- Publisher
- 한양대학교
- Degree
- Master
- Abstract
- Silicon(Si) 기반의 전력소자는 산업의 발전에 따라 점차 고성능 및 고신뢰성을 요구받게 되었고 성능 구현의 한계를 맞이했다. 이러한 Si의 대안으로 Silicon Carbide(SiC)소자가 등장하였고 차세대 전력반도체 소자로 각광 받으며 빠르게 산업 시장에 도입되고 있다.
SiC소자의 특성 중 하나는 고온에서 구동이 가능하다는 점으로 이를 통해 냉각기의 크기와 성능의 축소를 통해 Application의 최적화가 가능해졌다. 본 논문의 주제인 파워 모듈은 이러한 SiC소자를 탑재하여 소자의 능력을 충분히 발휘할 수 있는 고 성능의 파워 모듈을 개발하기 위해 현재도 소자, 모듈구조, 접합기술, 냉각방법 등 다양한 방향으로 연구가 진행되고 있다.
본 논문에서는 양면 냉각 파워 모듈 플랫폼에서의 양, 단면 냉각 파워 모듈의 방열 특성에 대해 연구하였다. 단면 냉각 파워모듈은 소자의 전면부 접합을 3가지 타입으로 구분하여 각각 알루미늄(Al) 와이어 본딩, 리본(Ribbon) 알루미늄 와이어 본딩 그리고 구리 클립(Cu Clip)을 이용한 접합 타입으로 제작되었다. 클립 본딩의 경우 알루미늄 와이어 본딩에 비해 𝑅𝑑𝑠(𝑜𝑛)(온 저항)을 감소시킬 수 있지만 솔더(Solder)를 사용하여 접합하기 때문에 열 충격 시험에서 크랙(Crack)을 유발하여 모듈의 수명이 감소할 위험이 있다. 양면 냉각 파워모듈은 스페이서(Spacer)를 칩 상부에 접합하고 스페이서에 방열 기판을 접합하여 모듈의 냉각 성능을 극대화한 제품이다. 다만 단면 냉각에 비해 접합층이 많고 스페이서의 소재에 따른 CTE Mismatch 등의 원인으로 열 충격 시험에 좀 더 취약할 가능성이 있다.
상기 4 종류의 파워 모듈의 인터커넥션 차이에 따른 방열 특성 및 패키징의 완성도를 분석하기 위해 샘플 제작하였다. 열 충격 시험 전/후로 초음파 단면 분석(SAT) 및 전기적 특성(DC), 열 특성 검사를 진행했으며, 각 샘플의 단면 분석을 통해 열 충격 시험의 영향성을 분석하였다.
| Reliability is very important because vehicle products are directly linked to human life. A vehicle power module, which is a research subject of this paper, is mounted on an inverter for a vehicle and operated stably even in a rough driving environment of 175 degrees.Accordingly, existing silicon-based semiconductor devices face limitations in operating based on high performance and high reliability, and silicon carbide (SiC)-based semiconductor devices have been developed. In addition, not only device development and development are progressing, but also various technologies are being developed from the perspective of power module packaging. Bonding technology such as Sintering, interconnection using spacer, Planar structure without W/B, heat dissipation technology for direct cooling, etc. are being actively researched, and reliability test standards for power modules such as AQG-324 are emerging. This study confirmed the difference in heat dissipation characteristics of the power modules according to the interconnection method of SiC devices. Various interconnects such as wire bonding, clip bonding, and Ribbon wire bonding were applied to SiC MOSFET, and a double-sided cooling power module was made through a spacer to analyze how excellent cooling performance is compared to a single-sided cooling power module.
- URI
- http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000655200https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/180272
- Appears in Collections:
- GRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING[S](공학대학원) > ELECTRICAL ENGINEERING AND COMPUTER SCIENCE(전기ㆍ전자ㆍ컴퓨터공학과) > Theses (Master)
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