Design Optimization of MOSFET Cu-Clip Packages Using Computational Methods

Yubin Cheon; Jaehyun Jung; Salman Khalid; Heung Soo Kim; Jae-Hyun Chung

doi:10.7734/COSEIK.2025.38.2.117

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2025 Vol.38, Issue 2 Preview Page Next Page

Research Paper

Design Optimization of MOSFET Cu-Clip Packages Using Computational Methods 수치해석 기법을 활용한 MOSFET Cu-Clip 패키지 설계 최적화

30 April 2025. pp. 117-122

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Abstract

Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) power modules have become integral in various electronic applications owing to their notable performance attributes, such as high-power density and rapid switching speeds. The effective thermal management of these modules over extended periods is critical for their long-term reliability because excessive heat can lead to device degradation and system failures. Traditionally, MOSFET power modules have been packaged using wire bonding techniques, connecting semiconductor devices to package leads with fine wire bonds. However, with the increasing demand for higher power densities and superior thermal performance, alternative packaging methods, such as copper clip bonding, have garnered attention. Copper clip bonding offers benefits such as reduced electrical and thermal resistance, enhanced heat dissipation, and improved reliability. This study focused on optimizing the size of the copper clip bonding and assessing its thermal reliability compared to wire bonding technology using finite element simulations with Ansys software. The Taguchi method was used in the experimental design to investigate the effects of varying the width of copper clips and the dimensions of the MOSFET die on thermal dissipation characteristics. Through this study, we gained valuable insights into how the thermal performance and reliability of MOSFET power modules can be improved under various applications.

Keywords

MOSFET

finite element analysis

optimization

taguchi method

copper clip bonding

모스펫 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) 전력 모듈은 높은 전력 밀도와 빠른 스위칭 속도 등의 뛰어난 성능 특성으로 인해 다양한 전자 응용 분야에서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 장기간의 신뢰성을 확보하기 위해서는 효과적인 열 관리가 필수적이며, 과도한 열은 장치의 열화 및 시스템 고장을 초래할 수 있다. 전통적으로 모스펫 전력 모듈은 와이어 본딩 기술을 사용하여 반도체 장치를 패키지에 연결했으나, 전력 밀도와 열 성능의 향상에 대한 요구가 증가함에 따라 구리 클립 본딩과 같은 대체 패키징 방법이 주목받고 있다. 구리 클립 본딩은 전기적 및 열적 저항 감소, 향상된 열 방출, 그리고 신뢰성 개선 등의 이점을 제공한다. 본 연구는 구리 클립 본딩의 크기를 최적화하고, 와이어 본딩 기술과 비교하여 구리 클립 본딩의 열 신뢰성을 평가하는 데 중점을 두었다. Ansys 소프트웨어를 사용한 유한요소 시뮬레이션을 통해 이러한 모듈이 열을 어떻게 처리하는지 조사하였다. 실험 설계에는 Taguchi 방법을 사용하여 구리 클립의 너비와 모스펫 다이의 치수가 열 방출 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 통해 다양한 응용 분야에서 모스펫 전력 모듈의 열 성능과 신뢰성을 개선하는 방법을 제안하였다.

키워드

모스펫

유한요소해석

최적화

다구치 방법

구리 클립 본드 기법

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Information

Publisher :Computational Structural Engineering Institute of Korea
Publisher(Ko) :한국전산구조공학회
Journal Title :Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
Journal Title(Ko) :한국전산구조공학회 논문집
Volume : 38
No :2
Pages :117-122
Received Date : 2024-12-23
Revised Date : 2024-12-26
Accepted Date : 2024-12-27
DOI :https://doi.org/10.7734/COSEIK.2025.38.2.117

Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea ISSN:1229-3059(Print) 2287-2302(Online) 한국전산구조공학회 논문집

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