KR102064181B1 - SiC Automotive OBC Power Module with Environment-Friendly High-Temperature Bonding Materials - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SiC 기반 OBC 전력변환모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 고효율화 경량화를 위한 차량용 신뢰성이 확보된 SiC 기반의 전력변환모듈의 내열온도 300℃ 이상 고온 구동시 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), 알루미늄 와이어(Aluminum Wire), 베이스플레이트(Base Plate) 등 구성요소의 방열을 고려한 저전력 접합기술 즉, 고온/대전류 조건에서 용해되지 않는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC기반 OBC 전력변환모듈에 관한 것으로서,
상기 본 발명인 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈의 구체적인 해결적 수단은,
"베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트 상면에 접합되는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판;
상기 DBC 기판 상면에 접합되는 실리콘카바이드(SiC) 칩; 및
상기 DBC 기판 및 상기 실리콘카바이드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 포함하는 OBC 전력변환모듈로 이루어지되,
상기 베이스 플레이트와 상기 DBC 기판 및 상기 DBC 기판과 실리콘카바이드(SiC)칩의 접합소재는 Sn-Sb-Cu Soldering로 한정 선택하며,
상기 Sn-Sb-Cu Soldering에서 Cu의 무게비가 0.5 내지 1%의 범위로 한정하는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈과,
상기 OBC 전력변환모듈의 상면 양측 또는 일측에 추가적으로 출력단자 및 터미널 단자가 구비되되 상기 출력단자 및 터미널 단자는 상기 DBC 기판에 접지된 상태에서 상측으로 135도 상기 DBC 기판과 둔각을 이룬 것을 특징으로 하는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈"을 그 구성적 특징으로 함으로서,
상기와 같은 본 발명은,
ELV 규제 대응 고온/고내구성 SiC 반도체 소자 접합기술기반의 친환경 자동차용 전력변환모듈의 개발로 인하여 내열온도 300℃ 이상 고온 구동시 SiC 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, Terminal 등 구성요소의 방열을 고려한 저전력 접합기술 즉, 고온/대전류 조건에서 용해되지 않는 친환경 자동차용 고내열/고내구성 전력변환모듈 개발을 위한 부품간 고내열성 접합기술 및 접합소개를 제공하는 효과를 방휘한 것이다. The present invention relates to an SiC-based OBC power conversion module, and more specifically, to a high-efficiency, lightweight, SiC-based power conversion module for securing the vehicle's reliability when the heat resistance temperature of 300 ℃ or more when driven at high temperature (Power chip), DBC (Direct SiC-based OBC power conversion module for electric field using low-power bonding technology that considers heat dissipation of components such as bond copper), aluminum wire, and base plate, that is, eco-friendly high-temperature bonding material that does not dissolve under high temperature / high current conditions As for
Specific solution of the SiC-based OBC power conversion module for electric field applied to the environment-friendly high temperature bonding material of the present invention,
"Base plate;
A direct bonded copper (DBC) substrate bonded to an upper surface of the base plate;
Silicon carbide (SiC) chips bonded to an upper surface of the DBC substrate; And
OBC power conversion module comprising a bonding wire for electrically connecting the DBC substrate and the silicon carbide chip,
The base plate and the DBC substrate and the bonding material of the DBC substrate and silicon carbide (SiC) chip is limited to Sn-Sb-Cu Soldering,
In the Sn-Sb-Cu Soldering, the SiC-based OBC power conversion module for electric field applied to the environment-friendly high-temperature bonding material limited to the weight ratio of Cu in the range of 0.5 to 1%,
An output terminal and a terminal terminal are additionally provided on both sides or one side of an upper surface of the OBC power conversion module, wherein the output terminal and the terminal terminal are formed at an obtuse angle with the DBC substrate 135 degrees upward while being grounded to the DBC substrate. Eco-friendly high-temperature junction material applied electronic SiC-based OBC power conversion module "by its constituent features,
The present invention as described above,
Responding to ELV regulations With the development of eco-friendly automotive power conversion module based on high temperature / high durability SiC semiconductor device bonding technology, SiC power chip, DBC (Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Low power bonding technology considering heat dissipation of components such as Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, and Terminal, that is, high heat resistance bonding between parts to develop high heat / high durability power conversion module for eco-friendly cars that do not dissolve under high temperature / high current conditions The effect of providing technology and joint introduction.
Description
본 발명은 SiC 기반 OBC 전력변환모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 고효율화 경량화를 위한 차량용 신뢰성이 확보된 SiC 기반의 전력변환모듈의 내열온도 300℃ 이상 고온 구동시 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), 알루미늄 와이어(Aluminum Wire), 베이스플레이트(Base Plate) 등 구성요소의 방열을 고려한 저전력 접합기술 즉, 고온/대전류 조건에서 용해되지 않는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC기반 OBC 전력변환모듈에 관한 것이다.The present invention relates to an SiC-based OBC power conversion module, and more specifically, to a high-efficiency, lightweight, SiC-based power conversion module for securing the vehicle's reliability when the heat resistance temperature of 300 ℃ or more when driven at high temperature (Power chip), DBC (Direct SiC-based OBC power conversion module for electric field using low-power bonding technology that considers heat dissipation of components such as bond copper), aluminum wire, and base plate, that is, eco-friendly high-temperature bonding material that does not dissolve under high temperature / high current conditions It is about.
전력변환모듈은 전력을 변환, 변압, 안정화, 분배 및 제어 등을 수행하는 장치로서 전력의 전달 및 제어 과정에서 에너지 효율을 향상시키고, 전압 변화를 제어하여 시스템 안정성과 신뢰성을 제공하는 기능을 수행하는 핵심장치로서 이와 같은 전력변환모듈은 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, Terminal 을 구성요소로 이루어지며 상기 각 부품간 접합이 이루어져야 전기적 회로가 형성 구동되는 것이다. The power conversion module converts, transforms, stabilizes, distributes, and controls power, and improves energy efficiency during power transmission and control, and controls voltage changes to provide system stability and reliability. As a core device, such a power conversion module is composed of components such as power chip, DBC (Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, and Terminal. The electrical circuit is driven to form.
현재 전기 및 하이브리드 자동차용 전력변환모듈인 Si 기반의 전력변환모듈은 융점 180~230℃ 정도의 융점을 갖는 납(Pb)가 함유된 접합소재를 이용하고 있으나 이미 2003년 07월부터 시행중인 자동차 전장품내 중금속 사용금지 즉, ELV 규제에 의거 4대 중금속인 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬을 포함하는 자동차 전장품 사용금지 구체적으로는 납(Pb)는 2016년 1월부터 규제하되, 납, 수은 6가크롬은 중량 대비 0.1%이내 카드뮴은 중량대비 0.01%이내로 규제로 인하여 현재 매우 시급한 실정이다.Currently, Si-based power conversion modules, which are power conversion modules for electric and hybrid vehicles, use a joining material containing lead (Pb), which has a melting point of about 180 ~ 230 ℃, but has been in operation since July 2003. Prohibit the use of heavy metals, that is, the use of automotive electronics containing lead, mercury, cadmium and hexavalent chromium, four heavy metals under the ELV regulations. Specifically, lead (Pb) is regulated from January 2016. Gas chromium is within 0.1% by weight and cadmium is within 0.01% by weight.
한편, 친환경자동차의 출력성능 향상 및 자율주행자동차에 적용시에는 소자 동작온도는 평균 200℃ 이상의 구현이 예상되며, 최대 순간 동작온도는 300℃이상에 도달하는 반면에 Si 기반의 전력변환모듈의 접합소재의 주 소재인 납(Pb)는 300℃ 이내에서 재용융이 일어나서 적용이 불가능한 물리적 한계의 문제점이 있다.On the other hand, when the output performance of eco-friendly cars and autonomous driving cars are applied, the operating temperature of the device is expected to be over 200 ℃, and the maximum instantaneous operating temperature reaches over 300 ℃. Lead (Pb), the main material of the material, has a problem of physical limitations that cannot be applied because remelting occurs within 300 ° C.
즉, 현 시대에서는 상기 ELV 규제와 자동차의 출력 성능 향상 및 기타 문제점으로 Si 기반의 전력변환모듈을 대체하고 접합소재인 납(Pb)를 대체하는 무언가 새로운 기술개발 및 소재개발이 시급한 실정이다.That is, in the current era, there is an urgent need for new technology development and material development to replace Si-based power conversion module and lead (Pb), which is a bonding material, due to the ELV regulation, automobile output performance improvement, and other problems.
이와 같은 정보화 사회의 발전이 더욱 가속화됨에 따라 현재의 실리콘계 반도체 기술로는 에너지, 산업전자, 정보통신, 광전자 또는 극한전자분야를 충분히 뒷받침할 수 없게 되었으며, 실리콘은 그 물리적인 한계를 드러내고 있어 실리콘계 반도체 기술의 문제점을 해결하기 위하여 WBG(Wide band-gap)을 갖는 새로운 반도체 재료로서 선택된 SiC는 고전압, 고출력 및 고주파 응용분야에 적합한 차세대 전력소자로서 친환경자동차인 전기자동차의 전력변환모듈로서 중요하게 대두되고 있다.As the development of the information society has accelerated, the current silicon-based semiconductor technology cannot sufficiently support energy, industrial electronics, telecommunications, optoelectronics, or extreme electronics fields, and silicon has revealed its physical limitations. SiC, which is selected as a new semiconductor material with wide band-gap (WBG) to solve the problem of technology, is emerging as a next-generation power device suitable for high voltage, high power and high frequency applications. have.
상기와 같은 물리적 한계 및 에너지 고효율화, 출력 성능향상, 자율주행자동차 개발을 위하여 고속 동작으로 스위칭 손실을 줄일 수 있고 고전압, 고온에서 동작 가능한 WGB(Wide Band Gap) 기반 소자를 적용한 전력 모듈 즉, SiC 기반의 전력변환모듈 개발이 일본 등 선진 기업을 중심으로 활발히 전개되고 있고, 고효율화경량화를 위한 차량용 신뢰성이 확보된 SiC 기반의 전력변환모듈 개발이 요구되고 있고,In order to improve the above physical limitations, energy efficiency, output performance, and autonomous vehicle development, switching losses can be reduced by high-speed operation, and power modules using WGB (Wide Band Gap) -based devices capable of operating at high voltage and high temperature, that is, based on SiC The development of power conversion module is actively developed by leading companies such as Japan, and the development of SiC-based power conversion module with reliability for vehicles for high efficiency and light weight is required.
상기 SiC 기반 전력변환모듈은 모듈내 전력 효율성 향상 즉, 전력 손실을 30% 이상 감소시켜 전력 변환효율을 향상과 고온내구성 증가, 대전력/고주파 적용 가능, 열전도도 향상 등의 장점을 갖고 있으나 SiC의 최대 순간 동작온도가 300℃ 이상의 고온에서 구동이 가능한 단점 또한 갖고 있는 바 300℃ 이상 고온 구동시 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, Terminal 등 구성요소의 방열을 고려한 저전력 접합기술 즉, 고온/대전류 조건에서 용해되지 않는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC기반 OBC 전력변환모듈 개발을 위한 부품간 고내열성 접합기술 개발 즉 300℃ 이상의 고온에서도 상기 구성요소간의 접합이 유지되며 변형되지 아니한 접합소재 및 기술의 개발이 요구되고 있다.The SiC-based power conversion module has the advantages of improving power efficiency in the module, that is, reducing power loss by more than 30%, improving power conversion efficiency, increasing high temperature durability, applying high power / high frequency, and improving thermal conductivity. It has the disadvantage that it can be operated at high temperature above 300 ℃. It also has power chip, DBC (Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover. Low-power bonding technology that considers heat dissipation of components such as terminals and terminals, that is, eco-friendly high-temperature bonding materials that do not dissolve under high temperature / high current conditions. In addition, the bonding between the components is maintained and the development of a bonding material and technology that is not deformed is required.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,The present invention is to solve the above problems,
ELV 규제 대응 고온/고내구성 SiC 반도체 소자 접합기술기반의 친환경 자동차용 전력변환모듈를 제공함에 본 발명의 목적이 있고,It is an object of the present invention to provide an environment-friendly automotive power conversion module based on ELV regulation high temperature / high durability SiC semiconductor device bonding technology,
내열온도 300℃ 이상 고온 구동시 SiC 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, Terminal 등 구성요소의 방열을 고려한 저전력 접합기술 즉, 고온/대전류 조건에서 용해되지 않는 친환경 자동차용 고내열/고내구성 전력변환모듈 개발을 위한 부품간 고내열성 접합기술 및 접합소개를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.Low temperature bonding technology considering heat dissipation of components such as SiC power chip, DBC (Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, Terminal when operating at high temperature over 300 ℃ It is an object of the present invention to provide a high heat-resistant bonding technology and joining introduction between components for the development of high heat resistance / high durability power conversion module for environmentally friendly vehicles that do not dissolve / in high current conditions.
상기의 목적을 달성하기 위한 구체적 해결적 수단은,Specific solution means for achieving the above object,
"베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트 상면에 접합되는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판;
상기 DBC 기판 상면에 접합되는 실리콘카바이드(SiC) 칩; 및
상기 DBC 기판 및 상기 실리콘카바이드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 포함하는 OBC 전력변환모듈로 이루어지되,
상기 베이스 플레이트와 상기 DBC 기판 및 상기 DBC 기판과 실리콘카바이드(SiC)칩의 접합소재는 Sn-Sb-Cu Soldering로 한정 선택하며,
상기 Sn-Sb-Cu Soldering에서 Cu의 무게비가 0.5 내지 1%의 범위로 한정하는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈과,"Base plate;
A direct bonded copper (DBC) substrate bonded to an upper surface of the base plate;
Silicon carbide (SiC) chips bonded to an upper surface of the DBC substrate; And
OBC power conversion module comprising a bonding wire for electrically connecting the DBC substrate and the silicon carbide chip,
The base plate and the DBC substrate and the bonding material of the DBC substrate and silicon carbide (SiC) chip is limited to Sn-Sb-Cu Soldering,
In the Sn-Sb-Cu Soldering, the SiC-based OBC power conversion module for electric field applied to the environment-friendly high-temperature bonding material limited to the weight ratio of Cu in the range of 0.5 to 1%,
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상기 OBC 전력변환모듈의 상면 양측 또는 일측에 추가적으로 출력단자 및 터미널 단자가 구비되되 상기 출력단자 및 터미널 단자는 상기 DBC 기판에 접지된 상태에서 상측으로 135도 상기 DBC 기판과 둔각을 이룬 것을 특징으로 하는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈"을 그 구성적 특징으로 함으로서 상기의 목적을 달성할 수 있다.An output terminal and a terminal terminal are additionally provided on both sides or one side of an upper surface of the OBC power conversion module, wherein the output terminal and the terminal terminal are formed at an obtuse angle with the DBC substrate 135 degrees upward while being grounded to the DBC substrate. Environment-friendly high-temperature junction material applied electric field SiC-based OBC power conversion module "by the constitutional features can achieve the above object.
상기와 같은 본 발명은,The present invention as described above,
ELV 규제 대응 고온/고내구성 SiC 반도체 소자 접합기술기반의 친환경 자동차용 전력변환모듈의 개발로 인하여 내열온도 300℃ 이상 고온 구동시 SiC 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, Terminal 등 구성요소의 방열을 고려한 저전력 접합기술 즉, 고온/대전류 조건에서 용해되지 않는 친환경 자동차용 고내열/고내구성 전력변환모듈 개발을 위한 부품간 고내열성 접합기술 및 접합소개를 제공하는 효과를 발휘한 것이다. Responding to ELV regulations With the development of eco-friendly automotive power conversion module based on high temperature / high durability SiC semiconductor device bonding technology, SiC power chip, DBC (Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Low power bonding technology considering heat dissipation of components such as Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, and Terminal, that is, high heat resistance bonding between parts to develop high heat / high durability power conversion module for eco-friendly cars that do not dissolve under high temperature / high current conditions It is effective in providing technology and introduction.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have
도 1은 본 발명인 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 온도 변화에 따른 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈의 외관 분석 비교 사진,
도 3은 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 온도 변화에 따른 보이드(Void) 분석 비교 사진,
도 4a,4b는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 260℃ 유지시 단면 분석 비교 사진,
도 5a,5b는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 265℃ 유지시 단면 분석 비교 사진,
도 6a,6b는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 270℃ 유지시 단면 분석 비교 사진,
도 7은 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 각각 260℃, 265℃, 270℃ 유지시 단면 분석 비교 그래프,
도 8은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 변화에 따른 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈의 외관 분석 비교 사진,
도 9는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 변화에 따른 보이드(Void) 분석 비교 사진,
도 10은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 1번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 11은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 2번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 12는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 3번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 13은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 4번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 14는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 1번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 15는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 2번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 16은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 3번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 17은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 4번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 18은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 1번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 19는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 2번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 20은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 3번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 21은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 4번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진,
도 22는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 변화에 따른 솔더 접합부의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic perspective view of an SiC-based OBC power conversion module for electric field applied to the environment-friendly high-temperature bonding material,
Figure 2 is a comparison of the appearance analysis of the electric SiC-based OBC power conversion module for the electric field according to the temperature change in the state that the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, the environmentally friendly high temperature bonding material of the present invention is applied 0.15mm,
3 is a comparative analysis of the void (Void) analysis according to the temperature change in the state that the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering of the present invention environment-friendly high-temperature bonding material is applied 0.15mm,
4a, 4b is a cross-sectional analysis comparison photo when maintaining the 260 ℃ at the bonding position in the state where the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering of the present invention environment-friendly high-temperature bonding material 0.15mm,
5A and 5B are cross-sectional analysis comparison photos when maintaining a temperature of 265 ° C. at a bonding position in a state where the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, which is an eco-friendly high temperature bonding material of the present invention, is applied to 0.15 mm,
6a, 6b is a cross-sectional analysis comparison photo when maintaining the 270 ℃ at the bonding position in the state where the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering of the present invention environment-friendly high-temperature bonding material 0.15mm applied,
7 is a cross-sectional analysis comparison graph when maintaining the 260 ℃, 265 ℃, 270 ℃ at the bonding position in the state where the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, the environmentally friendly high temperature bonding material of the present invention is applied 0.15mm,
8 is a comparison of the appearance of the SiC-based OBC power conversion module for the electric field according to the thickness change of the Sn-Sb-Ag Soldering environment-friendly high-temperature bonding material under a certain temperature of the present invention,
9 is a comparative analysis of the void (Void) analysis according to the thickness change of the Sn-Sb-Ag Soldering environmentally friendly high temperature bonding material under a certain temperature of the present invention,
10 is a comparative analysis of solder joints of Example 1 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate at 0.15mm thickness of the environmentally friendly high temperature bonding material Sn-Sb-Ag Soldering at a certain temperature of the present invention,
11 is a comparative analysis of solder joint analysis of Example 2 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate at 0.15mm thickness of the environmentally friendly high temperature bonding material Sn-Sb-Ag Soldering at a certain temperature of the present invention,
12 is a comparative analysis of solder joint analysis of Example 3 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate at 0.15 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention,
FIG. 13 is a comparison picture of solder joint analysis of Example 4 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate, DBC substrate, and base plate at 0.15 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, which is an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention;
14 is a comparative analysis of solder joints of Example 1 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate, DBC substrate and base plate at 0.18mm thickness of the environmentally friendly high temperature bonding material Sn-Sb-Ag Soldering at a certain temperature of the present invention,
FIG. 15 is a comparison picture of solder joint analysis of Example 2 silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate, and base plate at 0.18 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention;
16 is a comparative analysis of solder joint analysis of Example 3 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate, DBC substrate and base plate at 0.18mm thickness of the environmentally friendly high temperature bonding material Sn-Sb-Ag Soldering at a certain temperature of the present invention,
FIG. 17 is a comparison picture of solder joint analysis of Example 4 silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate, and base plate at 0.18 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention;
18 is a comparison picture of solder joint analysis of Example 1 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate at 0.20 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention,
19 is a comparison picture of solder joint analysis of Example 2 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate at 0.20 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention,
20 is a comparative analysis of solder joint analysis of Example 3 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate at a thickness of 0.20mm of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention,
FIG. 21 is a comparison picture of solder joint analysis of Example 4 silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate, and base plate at 0.20 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention;
22 is a graph showing the thickness change of the solder joint according to the thickness change of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under a certain temperature of the present invention.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하며, 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않음은 물론, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 점에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아닌바, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 가능하거나 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the inventive concept disclosed herein are provided for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept only. As various changes may be made and various forms may be included, all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention are included, and the terms or words used in the specification and the claims are ordinary or dictionary. Not limited to the meaning, of course, the inventor can properly define the concept of the term in order to explain his invention in the best way, meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention Should be interpreted as Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the specification of the present invention is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all of the technical idea of the present invention, it is replaced at the time of filing the present invention It will be appreciated that various equivalents and variations are possible or possible.
또한, 본 발명의 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Also, unless otherwise defined in the specification of the present invention, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Have Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.
본 발명은 산업통상자원부에서 과제명 : 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC(On Board Charger) 전력변환모듈 개발(과제번호 : 10051318)로 선정 지원받아 연구하여 출원한 것으로서,
이하, 본 발명인 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈에 대하여 도면과 함께 상세히 설명하고자 한다.
The present invention has been applied for research and application by the Ministry of Trade, Industry and Energy selected as a project name: Development of SiC-based OBC (On Board Charger) power conversion module for electric field applied to environment-friendly high-temperature bonding materials (task number: 10051318),
Hereinafter, the present invention will be described in detail with the drawings for the electric field-oriented SiC-based OBC power conversion module applied to the environment-friendly high-temperature junction material.
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도 1은 본 발명인 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈의 개략적인 사시도이며, 도 2는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 온도 변화에 따른 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈의 외관 분석 비교 사진이며, 도 3은 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 온도 변화에 따른 보이드(Void) 분석 비교 사진이고, 도 4a, 4b는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 260℃ 유지시 단면 분석 비교 사진이며, 도 5a, 5b는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 265℃ 유지시 단면 분석 비교 사진이고, 도 6a, 6b는 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 270℃ 유지시 단면 분석 비교 사진이며, 도 7은 본 발명인 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께가 0.15mm 적용한 상태에서 접합 위치에 각각 260℃, 265℃, 270℃ 유지시 단면 분석 비교 그래프이고, 도 8은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 변화에 따른 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈의 외관 분석 비교 사진이며, 도 9는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 변화에 따른 보이드(Void) 분석 비교 사진이고, 도 10은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 1번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이며, 도 11은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 2번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이고, 도 12는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 3번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이며, 도 13은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.15mm에서 예시 4번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이고, 도 14는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 1번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이며, 도 15는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 2번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이고, 도 16은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 3번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이며, 도 17은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.18mm에서 예시 4번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이고, 도 18은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 1번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이며, 도 19는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 2번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이고, 도 20은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 3번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이며, 도 21은 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 0.20mm에서 예시 4번 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 비교사진이고, 도 22는 본 발명인 일정 온도하에서 친환경 고온 접합소재인 Sn-Sb-Ag Soldering의 두께 변화에 따른 솔더 접합부의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a schematic perspective view of an SiC-based OBC power conversion module for an electric field applied to an environment-friendly high temperature bonding material according to the present invention, and FIG. Comparison of appearance analysis of electric SiC based OBC power conversion module according to the present invention, Figure 3 is a void analysis (Void) according to the temperature change in the state of applying the thickness of 0.15mm Sn-Sb-Ag Soldering environment-friendly high-temperature bonding material of the present invention 4A and 4B are cross-sectional analysis comparison photographs when maintaining the bonding position at 260 ° C. in the state where the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, which is an eco-friendly high temperature bonding material of the present invention, is applied at 0.15 mm, and FIGS. 5A and 5B are the present invention. Comparison of cross-sectional analysis when Sn-Sb-Ag Soldering, which is an environmentally friendly high temperature bonding material, is applied at a thickness of 0.15 mm and maintained at 265 ° C., and FIGS. 6A and 6B are Sn-Sb-A which is an environmentally friendly high temperature bonding material of the present invention. g Soldering is a cross-sectional analysis comparison picture when maintaining the 270 ℃ at the bonding position in the state of applying 0.15mm thickness, Figure 7 is a bonding position in the state where the thickness of Sn-Sb-Ag Soldering applied environmentally friendly high temperature bonding material of the present invention 0.15mm Cross-sectional analysis comparison graph when maintaining at 260 ℃, 265 ℃, 270 ℃, respectively, Figure 8 is the electric SiC-based OBC power conversion module of the electric field according to the thickness change of the Sn-Sb-Ag Soldering environment-friendly high temperature bonding material under a constant temperature of the present invention Appearance analysis comparison picture, Figure 9 is a comparison analysis of the void (Void) analysis according to the thickness change of the Sn-Sb-Ag Soldering environment-friendly high-temperature bonding material under a constant temperature of the present invention, Figure 10 is an environment-friendly high temperature bonding under the present invention constant temperature An example of comparison analysis of solder joints of Example 1 silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate, and base plate at 0.15 mm thickness of material Sn-Sb-Ag Soldering, and FIG. Figure 2 shows the comparison of solder joint analysis of Example 2 silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate and base plate at 0.15mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under constant temperature. The inventors compare the analysis of solder joints of Example 3 silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate, and base plate at 0.15 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under constant temperature, and FIG. 13. Example 4 shows the comparison of solder joint analysis of Example 4 silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate, and base plate at 0.15 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under a certain temperature, and FIG. 14. Example 1 Silicon Carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate and base plate at 0.18mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under constant temperature This is a comparison picture of solder joint analysis of the solder paste, and FIG. 15 is an example of silicon carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate, and base at 0.18 mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under the present invention. Analysis of the solder joints of the plate is a comparison picture, Figure 16 is a silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base No. 3 at 0.18mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high-temperature bonding material under the present invention constant temperature Figure 17 is a comparative analysis of the solder joint of the plate, Figure 17 is an example 4 silicon carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base at a thickness of 0.18mm of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high-temperature bonding material under a constant temperature of the present invention Analysis of the solder joints of the plate is a comparison picture, Figure 18 is an example 1 in the thickness 0.20mm of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under a constant temperature of the present invention Comparison of the solder joint analysis of carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate, Figure 19 is an example 2 silicon at 0.20mm thickness of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high-temperature bonding material under a certain temperature of the present invention The comparison of the solder joint analysis of carbide (SiC) chip, DBC substrate and DBC substrate and base plate, Figure 20 is an example 3 silicon at a thickness of 0.20mm of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under a certain temperature of the present invention This is a comparative analysis of solder joints of carbide (SiC) chip, DBC substrate, DBC substrate and base plate, and FIG. 21 is an example 4 silicon at a thickness of 0.20 mm of Sn-Sb-Ag Soldering, an environmentally friendly high temperature bonding material under a certain temperature. Comparison of solder joint analysis of carbide (SiC) chip and DBC substrate and DBC substrate and base plate, Figure 22 is an environment-friendly high temperature bonding under the present inventors constant temperature It is a graph showing the thickness change of solder joint according to the thickness change of Sn-Sb-Ag soldering material.
도 1에 도시된 바와 같이, As shown in FIG. 1,
베이스 플레이트(10);
상기 베이스 플레이트(10) 상면에 접합되는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판(20);A direct bonded copper (DBC)
상기 DBC 기판(20) 상면에 접합되는 실리콘카바이드(SiC) 칩(30); 및A silicon carbide (SiC)
상기 DBC 기판(20) 및 상기 실리콘카바이드 칩(30)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 포함하는 OBC 전력변환모듈(100)로 이루어지되,Made of an OBC
상기 베이스 플레이트(10)와 상기 DBC 기판(20) 및 상기 DBC 기판(20)과 실리콘카바이드(SiC)칩(30)은 Sn-Sb-Ag Soldering, Sn-Sb Soldering, Au-Sn Soldering, Ag-In-Bi Soldering, Ag3-Sn Soldering, Sn-Sb-Cu Soldering중 어느 하나의 접합소재를 선택하여 접합하는 것이며, The
바람직하게는, 상기 Sn-Sb-Ag Soldering은 Sn 89 중량%, Sb 8 중량%, Ag 3중량 %로 이루어진 것이고, Preferably, the Sn-Sb-Ag Soldering is composed of 89% by weight of Sn, 8% by weight of Sb, 3% by weight of Ag,
더 나아가서는 상기 Sn-Sb Soldering은 Sn 90 중량%, Sb 10 중량%로 이루어진 것이다.Furthermore, the Sn-Sb soldering is made of Sn 90% by weight,
한편, 상기 Au-Sn Soldering은 Au 8~28 중량%, Sn 72~92 중량%으로 이루어진 것이며,On the other hand, the Au-Sn Soldering is composed of 8 to 28 wt% Au, 72 to 92 wt% Sn,
또한, 상기 Ag-In-Bi Soldering은 Ag 3~4%, In 2~5%, Bi 6~14%로 하고 나머지는 Sn으로 조성한 것이고,In addition, the Ag-In-Bi Soldering is
더 나아가서, 상기 Sn-Sb-Cu Soldering에서 Cu의 무게비가 0.5 내지 1%의 범위로 한정한 것이다.Furthermore, the weight ratio of Cu in the Sn-Sb-Cu Soldering is limited to the range of 0.5 to 1%.
바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 OBC 전력변환모듈(100)의 상면 양측 또는 일측에 추가적으로 출력단자(110) 및 터미널 단자(120)가 구비되되 상기 출력단자(110) 및 터미널 단자(120)는 상기 DBC 기판(20)에 접지된 상태에서 상측으로 135도 상기 DBC 기판(20)과 둔각을 이루게 함으로서 집중되는 응력을 분산토록 함으로서 제품의 내구성 및 견고성을 향상시키고자 하는 것이다.Preferably, as shown in FIG. 1, an
이하, 본 발명의 실시 및 실시에 의해 도출된 시험 데이터와 함께 설명하고자 한다.Hereinafter will be described together with the test data derived from the practice and practice of the present invention.
도 2 내지 도 7은 상기 Sn-Sb-Ag Soldering 접합소재 즉, Sn 89 중량%, Sb 8 중량%, Ag 3중량 %로 이루어진 접합소재를 적용하여 다음 표 1에 나타낸 조건하에서 시험한 것이다.2 to 7 are tested under the conditions shown in Table 1 by applying the bonding material consisting of the Sn-Sb-Ag Soldering bonding material, that is, 89% by weight, 8% by weight of Sb, 3% by weight of Ag.
상기와 같은 조건하에서 시험한 결과 외관 분석에서는 모든 조건에서 상기 실리콘카바이드 칩(30) 표면에 플럭스 비산 및 솔더볼 현상이 발생하였고, 보이드(Void) 분석 결과는 모든 조건에서 1~3%의 보이드가 관찰되었다.As a result of the test under the above conditions, in the external analysis, flux scattering and solder ball phenomenon occurred on the surface of the
한편, 상기 본열온도 260℃에서 상기 실리콘카바이드 칩(30)과 Solder(Sn 89 중량%, Sb 8 중량%, Ag 3중량 %로 이루어진 접합소재)의 단면분석 결과는 도 4a, 4b에 도시되어 있고 상기 실리콘카바이드 칩(30)과 Solder(Sn 89 중량%, Sb 8 중량%, Ag 3중량 %로 이루어진 접합소재)에서 약 1㎛대의 IMC(InterMetallic Compound : 금속간 화합물)가 증대함을 알 수 있다.On the other hand, the cross-sectional analysis results of the
이와 같은 결과는 본열온도 265℃ 단면분석 결과인 도 5a, 5b, 본열온도 270℃ 단면분석 결과인 도 6a, 6b에서 마찬가지의 결과가 도출되었다.The same results were obtained in FIGS. 5A and 5B, which are the results of the section analysis of the heat temperature of 265 ° C., and FIGS. 6A and 6B, which are the results of the section analysis of the heat temperature of 270 ° C.
이를 그래프로 나타낸 것이 도 7이다.7 shows a graph of this.
이와 같이 IMC(InterMetallic Compound : 금속간 화합물)가 증대함은 접착력을 증대시키는 역할을 수행하는 것이다.As such, increasing of the intermetallic compound (IMC) plays a role of increasing adhesion.
다음, 도 8 및 도 9는 상기 Sn-Sb-Ag Soldering 접합소재 즉, Sn 89 중량%, Sb 8 중량%, Ag 3중량 %로 이루어진 접합소재를 적용하여 다음 표 2에 나타낸 조건하에서 시험한 것이다.8 and 9 illustrate the Sn-Sb-Ag Soldering bonding material, that is, the bonding material consisting of 89 wt% Sn, 8 wt% Sb, and 3 wt% Ag, and was tested under the conditions shown in Table 2 below. .
상기와 같은 조건하에서 시험한 결과 외관 분석에서는 마스크 두께가 증가함에 따라 상기 실리콘카바이드 칩(30) 표면에 플럭스 비산 및 솔더볼 현상이 발생하였고, 보이드(Void) 분석 결과는 모든 조건에서 1~3%의 보이드가 관찰되었다.As a result of the test under the above conditions, as the thickness of the mask was increased, flux scattering and solder ball phenomena occurred on the surface of the
한편, 도 10 내지 도 13에서와 같이 마스크두께 0.15mm하에서 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 결과를 4개의 실리콘카바이드(SiC) 칩을 각각 분석한 결과,Meanwhile, as shown in FIGS. 10 to 13, four silicon carbide (SiC) chips were analyzed by analyzing the solder joint analysis results of the silicon carbide (SiC) chip, the DBC substrate, and the DBC substrate and the base plate under a mask thickness of 0.15 mm.
실리콘카바이드 칩(30)과 DBC 기판(20)의 평균두께는 43 내지 48㎛, DBC 기판(20)과 베이스플레이트(10)의 평균두께는 44 내지 56㎛으로 측정되었고,The average thickness of the
도 14 내지 도 17은 마스크두께 0.18mm하에서 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 결과를 4개의 실리콘카바이드(SiC) 칩을 각각 분석한 결과로서,14 to 17 show the results of analyzing the solder joint analysis of the silicon carbide (SiC) chip, the DBC substrate, and the DBC substrate and the base plate under a mask thickness of 0.18 mm, respectively.
실리콘카바이드 칩(30)과 DBC 기판(20)의 평균두께는 53 내지 56㎛, DBC 기판(20)과 베이스플레이트(10)의 평균두께는 63 내지 75㎛으로 측정되었고,The average thickness of the
도 18 내지 도 21은 마스크두께 0.20mm하에서 실리콘카바이드(SiC) 칩과 DBC 기판 및 DBC 기판과 베이스 플레이트의 솔더 접합부 분석 결과를 4개의 실리콘카바이드(SiC) 칩을 각각 분석한 결과로서,18 to 21 show the results of analyzing four silicon carbide (SiC) chips on the solder joint analysis results of the silicon carbide (SiC) chip, the DBC substrate, and the DBC substrate and the base plate under a mask thickness of 0.20 mm.
실리콘카바이드 칩(30)과 DBC 기판(20)의 평균두께는 63 내지 75㎛, DBC 기판(20)과 베이스플레이트(10)의 평균두께는 79 내지 86㎛으로 측정되었고,The average thickness of the
이를 그래프로 도시화한 것이 도 22이다.22 shows a graph of this.
상기 결과에서 볼때, 마스크두께가 증가할수록 실리콘카바이드 칩(30)과 DBC 기판(20), DBC 기판(20)과 베이스플레이트(10)간의 솔더 접합부의 평균두께가 증가하고 이는 접착력의 강화를 의미하는 것으로서,In view of the above results, as the mask thickness increases, the average thickness of the solder joint between the
상기와 같은 본 발명은 ELV 규제 대응 고온/고내구성 SiC 반도체 소자 접합기술기반의 친환경 자동차용 전력변환모듈의 개발로 인하여 내열온도 300℃ 이상 고온 구동시 SiC 전력소자(Power chip), DBC(Direct Bond Copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, Terminal 등 구성요소의 방열을 고려한 저전력 접합기술 즉, 고온/대전류 조건에서 용해되지 않는 친환경 자동차용 고내열/고내구성 전력변환모듈 개발을 위한 부품간 고내열성 접합기술 및 접합소개를 제공하는 효과를 발휘한 것이다.The present invention as described above is a SiC power device, DBC (Direct Bond) when driving a high temperature of 300 ℃ or higher due to the development of environmentally friendly automotive power conversion module based on the high temperature / high durability SiC semiconductor device bonding technology corresponding to ELV regulation Low power bonding technology considering heat dissipation of components such as copper), Aluminum Wire, Base Plate, Molding Silicone, Case & Cover, and Terminal, namely, development of eco-friendly high heat / durable power conversion module for automobiles that does not dissolve under high temperature / high current conditions It is effective in providing high heat resistance joining technology and joining introduction between parts.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, it should be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention has been described by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations may be possible.
따라서 본 발명에서의 기술적 사상은 아래에 기재되는 청구범위에 의해 파악되어야 하되 이의 균등 또는 등가적 변형 모두 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속함은 자명하다 할 것이다.Therefore, the technical idea in the present invention should be understood by the claims described below, but it will be apparent that all equivalent or equivalent modifications belong to the scope of the technical idea of the present invention.
10 : 베이스플레이트 20 : DBC 기판
30 : 실리콘카바이드(SiC) 칩 100 : OBC 전력변환모듈
110 : 출력단자 120 : 터미널 단자10: base plate 20: DBC substrate
30: silicon carbide (SiC) chip 100: OBC power conversion module
110: output terminal 120: terminal terminal
Claims (7)
상기 베이스 플레이트 상면에 접합되는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판;
상기 DBC 기판 상면에 접합되는 실리콘카바이드(SiC) 칩; 및
상기 DBC 기판 및 상기 실리콘카바이드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 포함하는 OBC 전력변환모듈로 이루어지되,
상기 베이스 플레이트와 상기 DBC 기판 및 상기 DBC 기판과 실리콘카바이드(SiC)칩의 접합소재는 Sn-Sb-Cu Soldering로 한정 선택하며,
상기 Sn-Sb-Cu Soldering에서 Cu의 무게비가 0.5 내지 1%의 범위로 한정하는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈.
Base plate;
A direct bonded copper (DBC) substrate bonded to an upper surface of the base plate;
Silicon carbide (SiC) chips bonded to an upper surface of the DBC substrate; And
OBC power conversion module comprising a bonding wire for electrically connecting the DBC substrate and the silicon carbide chip,
The base plate and the DBC substrate and the bonding material of the DBC substrate and silicon carbide (SiC) chip is limited to Sn-Sb-Cu Soldering,
The SiC-based OBC power conversion module for electric field applied to environmentally friendly high-temperature bonding materials in which the weight ratio of Cu in the Sn-Sb-Cu soldering is limited to the range of 0.5 to 1%.
상기 OBC 전력변환모듈의 상면 양측 또는 일측에 추가적으로 출력단자 및 터미널 단자가 구비되되 상기 출력단자 및 터미널 단자는 상기 DBC 기판에 접지된 상태에서 상측으로 135도 상기 DBC 기판과 둔각을 이룬 것을 특징으로 하는 친환경 고온 접합소재 적용 전장용 SiC 기반 OBC 전력변환모듈.
The method of claim 1,
An output terminal and a terminal terminal are additionally provided on both sides or one side of an upper surface of the OBC power conversion module, wherein the output terminal and the terminal terminal are formed at an obtuse angle with the DBC substrate 135 degrees upward while being grounded to the DBC substrate. SiC-based OBC power conversion module for electronics applied to environment-friendly high temperature bonding materials.
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