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Kafe 바로가기주관연구기관 | 트리노테크놀로지 |
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연구책임자 | 오광훈 |
참여연구자 | 오철민 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2021-02 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200005679 |
과제고유번호 | 1415166551 |
사업명 | 우수기술연구센터(ATC)(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-07-30 |
키워드 | 100V MOSFET 파워소자.트랜치 게이트.진공접합.저 저항.48V 전기차. |
최종목표
48V 기반 EV/HEV 대응 100V급 Trench MOSFET 기술 개발
◦ 주관기관(트리노테크놀로지)
- High cell density 대응 Shield Trench gate 설계기술 개발
- 600 mJ Avalanche energy 대응 p+/p-well/n-epi 층간 두께 및 농도 제어기술 개발
- 100um 두께의 박막 wafer 가공 기술 확보
- Clip 접합을 위한 Solderable top metal 공정 기술 개발
◦ 참여기관(한국전자기술연구원)
- Ult
최종목표
48V 기반 EV/HEV 대응 100V급 Trench MOSFET 기술 개발
◦ 주관기관(트리노테크놀로지)
- High cell density 대응 Shield Trench gate 설계기술 개발
- 600 mJ Avalanche energy 대응 p+/p-well/n-epi 층간 두께 및 농도 제어기술 개발
- 100um 두께의 박막 wafer 가공 기술 확보
- Clip 접합을 위한 Solderable top metal 공정 기술 개발
◦ 참여기관(한국전자기술연구원)
- Ultra thin die 대응 defect-free chip 접합기술 개발
- Clip 접합용 Clip 구조설계 및 접합공정 최적화 개발
단계목표
48V 기반 EV/HEV 대응 100V급 Trench MOSFET 기술 개발
◦ 주관기관(트리노테크놀로지)
- High cell density 대응 Shield Trench gate 설계기술 개발
- 600 mJ Avalanche energy 대응 p+/p-well/n-epi 층간 두께 및 농도 제어기술 개발
- 100um 두께의 박막 wafer 가공 기술 확보
- Clip 접합을 위한 Solderable top metal 공정 기술 개발
◦ 참여기관(전자부품연구원)
- Ultra thin die 대응 defect-free chip 접합기술 개발
- Clip 접합용 Clip 구조설계 및 접합공정 최적화 개발
개발내용 및 결과
친환경 EV/HEV 자동차에 사용될 48V급 배터리 시스템에 적용되는 100V급 고신뢰성 고효율의 trench MOSFET 소자를 개발하기 위하여 trench gate 구조를 갖는 설계 및 공정 기술을 확보하여 다음 그림과 같이 단계별 trench gate MOSFET 시제품을 확보하였다. 1단계에서는 고신뢰성의 trench gate 구조를 제작하였으며, 내전압 109V, 온저항 (Rdson) 8.4 mohm, Avalanche energy (Eas) 361mJ 로 1단계 정량적 목표특성을 모두 만족하였으며, 2단계에서는 trench MOSFET 구조에서 더욱 진보된 형태인 shielded gate trench MOSFET 설계 및 공정 확보를 통하여 내전압 111V, 온저항 (Rdson) 3.7 mohm, Avalanche energy (Eas) 1030mJ 의 최종목표 특성을 모두 만족하였다.
전기적 특성 안정화 및 방열특성 개선을 위하여 100um 수준의 안정화된 웨이퍼 박막 가공 공정 기술을 확보하였으며, 이를 기반으로 100um 두께를 갖는 100V 급 trench MOSFET 시제품을 제작하였다.
참여기관인 한국전자기술연구원에서는 최적화된 진공 솔더링 공정조건을 확보하여 시제품을 제작하였으며, 목표 특성에 부합하는 보이드 및 전단 강도 특성을 확보하였다.
기술개발 배경
현재 EV/HEV 자동차의 주요 전기시스템 제어는 MOSFET, IGBT 등 200 ~ 300 여개의 Power IC를 포함한 전장용 반도체 소자들이 활용되며, 향후 자율주행 등 자동차 전자 기능 발전으로 EV/HEV 전장품의 수요 증가가 예상되며, 이와 더불어 전장용 반도체 소자의 수요는 폭발적으로 증가할 것으로 예상된다.
- 엔진 제어 등 고출력 전장품은 IGBT, Water pump, Door 등 저출력 전장품은 MOSFET 사용되고 있다.
자동차의 전기시스템은 대부분 12V 배터리를 이용하고 있으나, 기존 12V 시스템으로는 EV/HEV 시스템이 요구하는 순간적인 고출력과 전장부품 증가에 따른 전기에너지 요구량을 충족하기 어려워지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고 자동차의 연비 개선을 위해서 48V 배터리 기반의 전기자동차 개발이 진행되고 있으나, 현재 전장용 Power MOSFET은 12V 기반 자동차 중심으로 개발되어 있는 실정으로 48V 기반 전기자동차에 적용 가능한 고효율 Power MOSFET의 국내 개발이 필요하다. 이를 실현하기 위해서는 100V 급 Power MOSFET 소자 원천설계기술, 소형화 및 저(低)Rds(ON)을 실현할 수 있는 고신뢰성 패키지 접합기술 등 소자, 회로, 소재 및 공정 개발이 시급히 요구되며, 일부 해외 선진 업체 (Infineon) 에서는 이미 48V 기반 EV/HEV 용 100V 급 Power MOSFET 이 탑재된 제품들이 상용화 되고 있다.
핵심개발 기술의 의의
자동차에 적용 가능한 고신뢰성의 100V급 MOSFET 개발에 있어서 trench gate 구조의 집적도 증가 및 shielded gate 구조를 개발함으로써 MOSFET 소자의 전기적 특성 개선과 더불어 소자의 capacitance 성분을 감소시켜 구동 회로부의 손실까지 감소시킬 수 있으므로 시스템 전체의 효율 개선이 가능하다. 웨이퍼 박막 공정 기술의 확보와 MOSFET 전면의 solderable 금속층 형성 기술을 기반으로 Al wire 본딩기술 대신 Clip 본딩기술을 적용함으로써 Rds(on) 특성 감소 및 양면 냉각을 통한 열적 안정성을 확보할 수 있으며, 양면 냉각방식의 모듈에 적용되는 고효율 trench MOSFET 소자의 국산화 기술 확보하였다.
적용 분야
48V battery 시스템 기반의 친환경 전기자동차 내 전력변환 회로 및 각종 고효율 산업용 motor 구동용 전력 제어 모듈 분야
(출처 : 초록 5p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
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총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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