수치해석 기법을 활용한 MOSFET Cu-Clip 패키지 설계 최적화

Abstract

모스펫 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) 전력 모듈은 높은 전력 밀도와 빠른 스위칭 속도 등의 뛰어난 성능 특성으로 인해 다양한 전자 응용 분야에서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 장기간의 신뢰성을 확보하기 위해서는 효과적인 열 관리가 필수적이며, 과도한 열은 장치의 열화 및 시스템 고장을 초래할 수 있다. 전통적으로 모스펫 전력 모듈은 와이어 본딩 기술을 사용하여 반도체 장치를 패키지에 연결했으나, 전력 밀도와 열 성능의 향상에 대한 요구가 증가함에 따라 구리 클립 본딩과 같은 대체 패키징 방법이 주목받고 있다. 구리 클립 본딩은 전기적 및 열적 저항 감소, 향상된 열 방출, 그리고 신뢰성 개선 등의 이점을 제공한다. 본 연구는 구리 클립 본딩의 크기를 최적화하고, 와이어 본딩 기술과 비교하여 구리 클립 본딩의 열 신뢰성을 평가하는 데 중점을 두었다. Ansys 소프트웨어를 사용한 유한요소 시뮬레이션을 통해 이러한 모듈이 열을 어떻게 처리하는지 조사하였다. 실험 설계에는 Taguchi 방법을 사용하여 구리 클립의 너비와 모스펫 다이의 치수가 열 방출 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 통해 다양한 응용 분야에서 모스펫 전력 모듈의 열 성능과 신뢰성을 개선하는 방법을 제안하였다.