ESD 보호 칩

ESD 보호 칩은 최고로 높은 ESD 스파이크에도 견디며 고속 인터페이스나 FM 안테나에서 최상의 신호 품질을 가능케 해줍니다. 
또한, 새로운 패키지는 장치의 풋프린트를 최소화시켜  공간을 덜 차지하여 소형화에 접합합니다.

인피니언은 이처럼 선도적인 성능의 제품 뿐만 아니라, 장치들을 위한 완벽한 ESD 보호 방법을 찾아드립니다. 
  • 오호 이렇게 보니까 제품을 알기 좋은것 같습니다 . ^^ 변화에 응원합니다. ds2008

전력 모듈을 사용할 때 기계적으로 견고한 디자인을 달성하기 위한 5가지 도움말

전력 반도체 소자는 흔히 튼튼하고 견고한 소자로 인식된다. 하지만 전기적 특성뿐만 아니라 기계적 측면이 전반적인 시스템수명에 중대한 영향을 미친다는 점을 고려해야 한다. 손으로 취급할 때는 물론, 기계적 장력과 진동이 결함과 고장을 일으킬 수 있다.

글| 마틴 슐츠(Martin Schulz), 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies)

정전기 방전(ESD)

 

전력 반도체 시스템을 조립하기 위해서는 여느 어셈블리 공정이나 마찬가지로 먼저 필요한 다양한 소자 부품들의포장을 풀어야 한다. 이 공정이 기계적부품에는 그렇게 민감한 작업이 아닐수 있으나 전력 반도체 소자는 이 작업을 하면서 문제의 출발점이 되거나, 아니면 아예 심각한 손상이 발생할 수도있다. 바로 ESD 때문이다.

 


[그림 1] ESD 스티커를 제거하지 않아서 반도체가 적절히 작동할 수 없다. 이 때문에 많은 모듈들이“게이트 이미터 단락”이라고 하는 표식을 달고서 불필요하게 결함 분석을 위해서 반송되고 있다.

ESD는 Electrostatic Discharge(정전기 방전)의 약자다. 사람이 신고 있는 신발과 카펫이 마찰하거나 의복과의자의 겉면 섬유소재가 마찰할 때 전기 전하가 발생한다. 이러한 전기 전하가 누적되어서 인체를 충전시킨다. 그러다가 이 전하가 IGBT의 게이트 같은 민감한 전력 반도체 입력으로 갑자기 전달됨으로써 전압 스파이크가 발생할 수 있다. 이 전압 스파이크는 쉽게 수백 볼트까지 이를 수 있다. 이 전하가 어느 정도 수준이면 방출된 에너지로 인해 언뜻 보기에는 미미한 손상을 일으킬 수 있다. 그러면 별 문제가아닌 것 같았던 것이 나중에 현장에 나가서 초기 결함을 일으킬 수 있다. 그
러므로 적절한 랩 장비와 ESD 방지신발, 의복을 활용함으로써 이와 같은영향을 최소화할 수 있다.
어떤 전력 반도체 소자들은 민감한부위에 전기 전도 스티커를 사용해서 ESD를 방지하도록 하기도 한다.그러므로 소자를 사용하기에 앞서ESD 가이드라인에 따라서 이 스티커를 제거해야 한다. 그림 1에서 보는 것과 같이 스티커를 부착한 채로 소자를 탑재하면 반도체를 작동시킬수 없으므로 시스템 오작동을 일으킬수 있다.

 



[그림 2] 베이스 플레이트 휘어짐이 어떻게 손상을 일으키는지 3단계로 보여준다.

 


[그림 3] 탑재 표면에 이물질이 남아 있어서 휘는 힘이 발생한다. 이 경우는 록 와셔가 원인이었다. 아래의 록 와셔는 크기를 확실히 알 수 있도록 놓아둔 것이다.

 


나사로 인한 힘의 작용

전력 반도체 모듈은 작동 시에 열이발생하므로 적절한 히트싱크 위에다 탑재해야 한다. 특히 금속 베이스 플레이트를 사용하는 모듈에서는 나사로 가하는 토크가 모듈 소자로 힘을 전달할 수있다. 그러므로 이 베이스 플레이트의두께가 수 밀리미터에 불과함에도 불구하고 휘는 힘이 작용함으로써 반도체를손상시킬 수 있다. 끈적거리는 열 인터페이스 소재를 적절하게 적용하지 않으면, 이 현상을 더더욱 부채질할 수 있다. 그림 2에서는 이러한 상관관계를보여준다.

첫 단계에서는, 베이스 플레이트로 열 인터페이스 소재를 두께가 균일하지 않게 바르고 있다. 두 번째 단계에서는,첫 번째 나사를 끼우고 조이면서 열 인터페이스 소재가 베이스 플레이트의 중앙으로 몰리도록 한다. 두 번째 나사를 끼우고 조이면 페이스트가 몰려 있는부위에서 베이스 플레이트가 휘어진다.
그러면 모듈 내부의 세라믹 캐리어가 기계적 장력을 받게 되고, 최악의 경우에는 세라믹 절연 부위에서 균열을 일으킬 수 있다. 이러한 균열은 절연 강도를 떨어트리고 어셈블리 시스템으로 최종 테스트를 할 때 절연 결함을 야기할 수 있다.
롤러나 브러시 대신에 스크린 인쇄 공정을 사용해서 열전도 화합물을 적용함으로써 이러한 결함을 방지할 수 있다.또한 전력 모듈 업체에서 권장하고 있는 지정된 순서와 적절한 토크를 사용해서 나사를 조여야 한다. 또 처음에는약하게 토크를 가했다가 최종적으로 조여서 고정시켜야 한다.

히트싱크에 대해서도 마찬가지로 표면 정확도에 대한 요구를 충족하지 않거나 이물질이 남아 있을 때 동일한 메커니즘의 결함이 발생할 수 있다. 그림3은 탑재 공정 시에 전력 모듈 하단에 실수로 록 와셔(체결용 부품)가 남아있게 되어 휘는 힘이 발생함으로써 손상이 일어난 경우이다.

지속적인 사용 시 영향

전력 모듈을 사용해 인버터를 구축하기 위해서는 반도체와 히트싱크 사이에열적 접속을 필요로 할 뿐만 아니라,제어 단자와 부하 전류 공급을 위한 전력 단자로 접속을 필요로 한다. 전력대가 수백 kW 혹은 그 이상에 이르는 장비의 경우에는 곧바로 전력 모듈 위에다 드라이버 스테이지를 탑재할 수 있다. AC 단자나 DC 단자로의 고전력 접속을 위해서는 버스 바를 사용하는데,이 버스 바가 중량이 상당히 나간다.그림 4의 도면에서는 전력 모듈로 어느방향으로 힘이 가해져야 하는지를 보여준다.
모듈의 단자들로 견인력(tractive force)이 가해지지 않도록 해야 한다. 전력 모듈은 이 방향의 힘은 처리할 수 있도록 설계되지 않았기 때문이다. DCB 차원에서 접속부들을 연결하면 이러한 힘이 가해질 수 있으며 지속적인 사용 시 소자의 노후화를 가속화
할 수 있다. 그럼으로써 단자로의 접속이 단속적이게 하거나 심하면 단자 접속이 아예 끊어질 수도 있다.


[그림 4] 전력 모듈로 애플리케이션 노트에서 지정하고 있는 것과 같이 힘이 가해지도록 해야 한다. 

 

 
버페팅(진동)

모든 기계적 구조물에서 기본적인 원칙으로서, 적절한 진폭과 주파수의 진동이 충분한 시간 동안 이어지면 파괴적인 성질을 가질 수 있다. 전력 모듈은 견고해 보이기는 하지만 역시 이 원칙에서 예외가 아니다. 진동은 이동형 애플리케이션에서만 문제가 되는 것이 아니다. 분배기로부터의 50Hz 허밍이라 하더라도 인덕턴스와 트랜스포머에 의해서 여자(excited)됨으로써 발진을일으킬 수 있다. 시험소 환경에서 적절한 셋업을 사용해서 최종적 디자인으로 이 상황을 재현하고 문제를 세심하게 살펴볼 수 있다. 그림 5는 이와 같은 시험을 통해서 얻어진 스크린샷을보여준다.
이 화면에서 빨간색으로 표시된 영역은 전력 모듈의 케이스를 따라서 표면의 변위를 나타낸다. 큰 진폭이었기 때문이기는 하지만 문제의 소자 부품이역동적으로 변형을 일으키고 있다는 것을 볼 수 있다. 이러한 변형은 그 부위에 연결된 본드 와이어로 높은 기계적스트레스를 가한다. 그러므로 계속적인가동으로 인해서 이러한 와이어가 손상되는 것을 방지해야 한다. 그러므로 전력 반도체 부근에 중량이 있는 덩어리를 두어서 충분한 지지대 역할을 하도록 할 수 있다. 이러한 덩어리는 DC 링크 커패시터나, 필터 인덕터나, 또는대형 전류 검출기나, 트랜스포머일 수있다.

 

 


[그림 5] 시험을 통해 진동이 미치는 영향을 파악할 수 있다.

 

열팽창

인버터 같은 애플리케이션에서는 각기 다른 소재 간의 열팽창으로 인한 문제를 흔히 대수롭지 않게 생각하는데,이 문제는 전력 모듈의 수명을 크게 감소시킬 수 있다. 구리의 열팽창 계수(CTE)는 16.5ppm/Kevlin이다. 그런데 메가와트 대의 컨버터를 구축하기위해서는 모듈들을 병렬로 연결해야 한다. 그러려면 이러한 다수의 모듈들을 결합하기 위한 공통 DC 링크가 판형 구조로서 손쉽게 수 미터까지 달할 수있다.
1,500mm에 이르는 구리판은 24μm/K로 길이가 변할 수 있다. 연간 단위로는 주변 온도와 손실로 인한 열 발생으로 100K까지 온도 변동이 있을 수있다는 점을 고려해야 한다. 그러면 길이 변화가 수 밀리미터까지 이를 수 있다는 뜻이다. 이러한 팽창으로 인해서작용하는 힘은 수백 뉴톤까지 달할 수있다.

그러므로 상식적으로 알 수 있듯이,이러한 대형 구조물은 군데군데 서로반대되는 지점을 고정시켜야 한다. 그렇지 않으면 어느 한 군데로부터 모든힘들이 작용하게 된다. 그러면 행렬 상의 맨 끝에 있는 부품이 전체적인 팽창의 영향을 받음으로써 가장 큰 힘을 받게 된다. 그러면 결국에 결함이 일어날수밖에 없다.

위와 같은 다섯 가지 문제를 통해서,개발자가 열 측면과 전기적 측면뿐만 아니라 기계적 측면 또한 고려해야 한다는 것을 살펴봤다. 전력 반도체 소자를 지지 구조로 사용하지 않아야 한다.이상적으로는 탑재 작업을 할 때 탑재하고 나서 어떤 힘도 받지 않도록 해야한다. 고정적 힘뿐만 아니라, 특히 진동과 같은 힘들 역시 견고한 지지 구조를 사용해서 차단해야 한다.

전력 모듈에 대해서 이러한 모든 점들을 세심하게 고려함으로써 기계적 영향때문에 현장에서 초기 결함을 일으키는것을 피할 수 있을 것이다.

ES인텔의 5G
고속 통신과 클라우드의 결합 강조

인텔이 8월 18일부터 20일까지 사흘간 샌프란시스코에서 열린 인텔 개발자 포럼(Intel Development Forum, IDF) 2015의 기조연설에서 ‘심리스한 솔루션’을 목표로 5세대 이동통신(5G)에 대한 비전을 제시했다.인텔의 플랫폼 엔지니어링 담당 부사장 겸 통신/디바이스 부문 총괄 매니저인 아이차에반스(Aicha Evans)는 기조강연에서 “핸드폰 네트워크와 Wi-Fi, 센티미터파 및 밀리미터파대역에서의 통신이 원활하게 통합될 필요가 있다”면서 “5G는 속도뿐만 아니라 모든 종류의통신을 통합하는 것이기도 하다. 5G 요소 기술은 이미 확립돼 있다”고 말했다.
이번 기조강연에서는 “5G에 무엇을 기대할 것인가”라는 테마로 세계 유수 통신사 대표들의패널 토론도 진행됐다.토론자로는 SK텔레콤(SKT)의 최진성 CTO, 미국 통신사 버라이즌(Verizon)의 빈 쉔(Bin Shen)전략 담당 부사장, 통신장비 업체인 에릭슨의 폴 맥나마라(Paul McNamara) 기업 전략 부문부사장 등이 참석했다.
 

이 자리에서 SKT 최진성 CTO는 자사가 추진하고 있는 ‘RSA(Rack Scale Architecture)’ 기반의 ‘SDDC(Software-Defined Data Center)’를 적용한 데이터 센터 업그레이드 계획을 발표했다.‘SDDC’는 데이터 센터 인프라의 모든 구성요소를 소프트웨어 기반으로 가상화하고 가상화된인프라를 자동 통제 및 관리하는 차세대 데이터 센터 기술로, 최진성 CTO는 향후 가상화기반의 ‘SDDC’가 5G 네트워크 구축의 핵심 기술이 될 것으로 전망했다.
한편 패널 토론에 앞서, 인텔의 산드라 리베라(Sandra Rivera) 데이터 센터 부사장 겸 IoT(사물의 인터넷) 부문 총괄 매니저는 5G가 사용자에게 제공하는 이점에 대해 언급했다.
 

그녀는 “500억 개의 장치가 인터넷에 연결되고, 지연이 1밀리초 미만의 액세스를 얻을 수 있게된다”면서 “기지국을 보다 ‘스마트화’ 해 통화나 영상이 도중에 끊기는 일이 사라질 것”이라고말했다. 또한 심리스한 5G 솔루션을 실현하기 위해서는 소프트웨어 정의 네트워크(Software Defined Network, SDN)와 네트워크 가상화가 관건이 될 것이라고 강조했다.리베라 부사장은 기조강연에서 네트워크 개발자 프로그램인 ‘Network Builders Fast Track’을발표했다. 이것은 SDN과 네트워크 가상화를 가속화시키는 것이라고 한다.
 

현재 인텔은 노키아 네트웍스, NTT도코모, SKT 등과의 제휴를 통해 5G의 실현을 위해 노력하고 있다. 예를 들어, SKT는 독자적인 ‘Anchor-Booster Cell’ 데모를 선보이고 있다. Anchor-Booster Cell은 LTE 네트워크와 WiGig을 결합해 대량의 데이터를 전송하는 기술이다. 또한 인텔은 5G의 실용화를 촉진하는 유럽의 5GPPP를 비롯해 많은 연구 프로젝트에 참여하고있다.