TO-Leadless 및 TO-263 전력반도체 패키지 타입에 따른 Rds(on) 저항 분석

초록

본 연구는 전력 반도체 소자의 도통 상태 저항(Rds(on))에 미치는 패키지 구조의 영향을 분석하기 위해, 널리 사용되는 두 가지 표면실장형패키지인 TO-Leadless와 TO-263을 비교하였다. 소자 수준의 변수를 제거하고 전기적 및 열적 성능을 직접적으로 비교하기 위해, 두 패키지모두 동일한 Si 웨이퍼 기반의 다이 구조를 적용하였다. 다양한 전류 및 온도 조건에서 수행한 전기적 특성 평가 결과, TO-Leadless 패키지는기존 리드프레임이 없고 기생 성분이 감소하며 전류 경로가 짧아, 전반적으로 더 낮은 Rds(on)을 나타내었다. 반면, TO-263 패키지는 다소높은 Rds(on)을 보였으나, 취급의 용이성과 공정 안정성이 확보된 성숙한 제조 공정 측면에서의 장점을 갖는 것으로 확인되었다. 열 해석 시뮬레이션 및 실측 결과, TO-Leadless 패키지는 접합부-케이스 간 열저항이 더 낮고, 고출력 동작 조건에서 온도 상승에 따른 Rds(on) 증가가상대적으로 작아 우수한 열적 성능을 보였다. 이러한 특성으로 인해 TO-Leadless 패키지는 자동차 구동 인버터 및 고효율 전력 변환 모듈과같이 도통 손실 및 열 스트레스가 중요한 응용 분야에 적합한 것으로 판단된다. 반면, TO-263 패키지는 비용 민감도가 높고 기존 양산 라인을활용하는 응용 분야에 여전히 적합하다. 종합적으로, 본 연구 결과는 패키지 선택이 Rds(on) 최적화에 있어 중요한 역할을 수행함을 보여주며, 시스템 수준의 성능 향상을 위해 전기적·열적 특성뿐만 아니라 제조 공정 측면을 종합적으로 고려해야 할 필요성을 강조한다.

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