리드프레임 구조 변형 및 스너버 회로를 통한 자동차용 SiC 파워모듈의 기생인덕턴스 감소와 스위칭 손실 분석

Analysis of Parasitic Inductance and Switching Losses through Lead Frame Modification and Snubber for Automotive SiC Power Modules

전력전자 기술의 진보와 고효율 전력 반도체에 대한 수요가 증가함에 따라, 기존의 실리콘(Si) 반도체의 한계를 극복하기 위한 대안으로 실리콘 카바이드(SiC) 소자가 주목받고 있다. SiC 소자는 높은 스위칭 속도로 인해 탁월한 스위칭 효율을 가능하게 하지만, 파워모듈 내부에서 발생하는 기생 인덕턴스(Parasitic Inductance)로 인해 전압 진동 및 오버슈트 현상이 발생하여 전기적 신뢰성과 효율성에 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 두 가지 접근법을 제시하고 입증하였다. 먼저, RC 스너버 회로를 적용하여 기생 인덕턴스의 영향을 완화함으로써 전기적 안정성을 증대시키는 방법을 시도하였다. 두 번째 방법으로 리드프레임 설계 최적화를 통하여 기생 인덕턴스를 감소시키는 방법을시도하였다. 이 두 가지 접근법 모두 시뮬레이션과 실험을 통해 검증함으로써 SiC 파워 모듈의 전기적 신뢰성과 효율성을 동시에 향상시킬 수 있음을 보였다.

With the advancement of power electronics technology and the increasing demand for high-efficiency power semiconductors, silicon carbide (SiC) devices have gained attention as an alternative to overcome the limitations of traditional silicon (Si) semiconductors. SiC devices enable excellent switching efficiency due to their high switching speed. However, parasitic inductance within the power module can cause voltage oscillations and overshoot phenomena, potentially leading to issues with electrical reliability and efficiency. To address these challenges, two approaches were proposed and validated. The first approach involved applying an RC snubber circuit to mitigate the effects of parasitic inductance, thereby improving electrical stability. The second approach focused on optimizing the lead-frame design to reduce parasitic inductance. Both methods were verified through simulations and experiments, demonstrating that the electrical reliability and efficiency of SiC power modules can be simultaneously improved.