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Nikkei X-TECH_2024.7.30

도시바 등, SiC MOSFET 파워모듈의 안정 동작을 위한 설계 기법을 개발
파워반도체 국제회의 발표

도시바디바이스&스토리지와 도시바는 SiC MOSFET 파워모듈의 안정적 동작을 위한 설계 기법을 개발해, 파워반도체 국제회의 ‘The 36th International Symposium on Power Semiconductor Device and ICs(ISPSD) 2024’(2024년 6월 2~6일, 독일 브레멘)에서 발표했다. 개발한 기법을 적용함으로써 불필요한 발진이 줄어들기 때문에 SiC MOSFET 파워모듈이 안정적으로 동작해 신뢰성이 높아진다고 한다.

일반적으로 SiC MOSFET 파워모듈에서는 복수의 SiC MOSFET 칩이 탑재되어 있다. 복수의 칩을 병렬로 접속하면, 칩간 배선의 인덕턴스와 칩의 기생 용량에 의해 발진 회로가 형성되는 일이 있다. 이 회로에 의한 발진(이하 기생 발진)은 모듈의 신뢰성에 영향을 주기 때문에 억제가 필요하다. 그 때 일반적으로 MOSFET의 게이트 저항을 이용해 기생 발진을 억제하는 기법을 채택하지만, 스위칭 속도가 느려진다는 부작용이 생긴다. 그 때문에 작은 게이트 저항에서도 기생 발진을 억제할 수 있는 기법이 필요했다. 이번에 도시바 등은 그 기법을 개발했다.

이번 기법을 개발하면서 도시바 등은 우선 파워모듈의 등가회로모델에서 기생 발진이 생기는 조건을 찾아내, 그 조건에서 기생 발진이 발생하기 어려운 모듈의 설계 기법을 고안했다. 구체적으로는, 시뮬레이션을 사용해 병렬 접속된 칩의 게이트간 인덕턴스 L_g와 소스간 인덕턴스 L_s의 비율 L_g/L_s가 어떤 일정치 이하가 되었을 경우에 기생 발진이 발생하는 것을 찾아냈다.

기생 발진을 억제하기 위해서는 L_g/L_s를 크게 할 필요가 있어, L_g/L_s가 서로 다른 모듈을 여러 개 시제(試製)해 스위칭 동작을 실험으로 확인했다. 이 실험을 통해 게이트 저항(R_{g_int})을 30Ω에서 12Ω으로 60% 작게 해도 L_g/L_s를 크게 하면 기생 발진이 억제되는 것을 확인했다.

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