Thermal distribution and Warpage Simulation for SiC Embedded Power Module Package

초록

전기차의 수요 증가와 함께 전기차의 3대 핵심 부픔인 배터리, 모터, 인버터가 급속도로 발전하고 있다. 높은 출력을 위해 전기차의 전압은 Tesla Model 3 기준 400에서 1200V까지 높아지게 되었으며, 이에 따른 발열 문제 및 방열 시스템이 큰 이슈로 떠오르고 있다. 높은 발열의 원인은 기존 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 SiC(Silicon Carbide) MOSFET(Wide Band Gap 소재) 전력용 반도체 소자로 대체에 따라 발생하는 것으로 확인되었다. SiC MOSFET은 IGBT와 비교하여 스위칭 에너지가 매우 작아 더 빠른 반응속도를 얻을 수 있으며, 내열성이 우수하여 높은 전압의 발열을 견디고, 소형화가 가능하다는 장점이 있다. 하지만 높은 공정비용 및 재료의 가격과 가공이 어려우며, 높은 Package 공정난이도로 인해 수율이 낮다는 단점이 있다. 따라서, Package 측면에서 공정난이도는 낮추며 발열 문제를 줄일 수 있는 반도체 Package 구조가 필요하다. Tesla Model 3 모델 기준, 기존의 Single side cooling 구조를 Dual side cooling 구조로 바꾸어 방열 효과를 높이고자 한다. 본 연구에서는 SiC MOSFET을 2 in 1 모듈화하여 1차 Package를 진행한 후, 세라믹 기판 위에 2차 Package를 진행하였다. 공정 측면에서 1차 Package 후 Open and Short Test가 진행 가능하여 양품만 골라 사용할 수 있으며, 1차 Package가 SiC MOSFET을 보호해주고 있으므로 2차 Package 진행 간에 발생이 가능한 불량 확률을 낮추는 효과를 보였다.