SiC 파워 디바이스|응용편

기판 배선 레이아웃에 관한 주의사항

2023.05.10

키 포인트

・드라이버 소스 단자가 있는 TO-247-4L 패키지와 드라이버 소스 단자가 없는 TO-247N 패키지 제품은, 핀 배열이 다르므로 패턴 레이아웃 시 주의가 필요하다.

・TO-247-4L은 게이트 드라이버와의 결선 시 핀 배열의 관계로 인해 반드시 배선이 교차하게 되어 동일 면에 레이아웃할 수 없다. 이에 따라, OUT 신호와 GND2 신호로 형성되는 루프가 2개 생기기 때문에 루프 면적 및 그 비율에 따라 서지가 발생한다.

・대책으로는 루프 면적을 최대한 작게 하고, 루프 (1)과 루프 (2)의 면적을 동일하게 한다. 또한, 기본적인 서지 억제 회로와 스너버 회로의 추가도 검토할 필요가 있다.

이번에는 드라이버 소스 단자가 있는 TO-247-4L 패키지 제품의 기판 배선 레이아웃에 관한 주의사항에 대해 설명하겠습니다. TO-247-4L은 기존 패키지와의 핀 배열이 다르므로, 배선 레아이웃 시 주의가 필요합니다.

드라이버 소스 단자가 있는 TO-247-4L의 기판 배선 레이아웃에 관한 주의사항

드라이버 소스 단자가 있는 패키지」 편에서 설명한 바와 같이, 드라이버 소스 단자가 있는 TO-247-4L의 핀 배열은 기존의 TO-247N과는 다릅니다. 하기 그림은 기존의 TO-247N, 드라이버 소스 단자가 있는 TO-247-4L 및 TO-263-7L의 핀 배열을 나타낸 것입니다.

TO-247-4L의 게이트 단자는 마킹 면을 보고 가장 오른쪽에 있지만, 기존의 TO-247N은 가장 왼쪽에 게이트 단자가 있습니다. MOSFET는 일반적으로 드라이버 IC에 의해 구동되고, 대부분의 드라이버 IC는 기존 패키지인 TO-247N에 적합한 핀 배열을 가지고 있습니다. 하기는 로옴의 드라이버 IC : BM61S40RFV-C를 사용한 MOSFET의 결선도 예를 나타낸 것입니다.

TO-247N의 경우, MOSFET의 구동 신호 OUT과 리턴 신호 GND2는 게이트 단자 및 소스 단자와 같은 배열이므로, 동일 면에 병행하여 배선할 수 있습니다.

반면에 TO-247-4L은 게이트 단자와 드라이버 소스 단자가 드라이버 IC의 핀 배열과 반대이므로, 그림과 같이 반드시 배선이 교차하게 되어, 동일 면에 레이아웃할 수 없습니다. 따라서, 그림과 같이 OUT 신호와 GND2 신호로 형성되는 루프가 2개 생기게 되므로, 루프 면적 (1)과 (2)의 면적비에 주의해야 합니다.

일반적으로 TO-247-4L 패키지의 MOSFET는 dID/dt가 큰 환경에서 사용됩니다. 그 전류 변화로 인한 자속의 변화 (dΦ/dt)가 이러한 루프 면적에 직교 (直交)하면, 구동 회로의 루프 면적에 비례하여 전압이 발생합니다. 그리고, MOSFET의 게이트 – 소스 사이에 이러한 루프 면적의 비율에 따라 플러스 서지나 마이너스 서지와 같이 오동작을 일으킬 수 있는 전압이 되는 경우가 있습니다. 따라서, OUT 신호와 GND2 신호로 형성되는 루프 면적을 최대한 작게 하고, 루프 (1)과 루프 (2)의 면적을 동일하게 할 필요가 있습니다.

TO-263-7L 패키지는 단자의 배열이 TO-247N과 동일하므로, TO-247-4L과 같이 루프가 2개 생기지 않습니다. 따라서, 기존과 동일한 방법으로 배선할 수 있습니다. 단, 로옴의 드라이버 IC는 구동 신호인 OUT 단자의 양측 (1핀과 5핀)에 GND2 단자가 있으므로, TO-247-4L에 있어서도 기존과 동일한 방법으로 배선할 수 있습니다.

그리고, VGS 서지 억제 회로를 추가하더라도 VDS Turn-off 시의 링잉으로 인해 VGS 서지가 VGS 정격을 초과하게 되는 경우가 있습니다. 이러한 경우에는 HVdc에서의 배선 임피던스를 저감시키거나, 각각의 MOSFET에 스너버 회로 등의 서지 대책을 실시함으로써, VGS 서지를 정격 내로 억제할 수 있습니다. 스너버 회로의 설계 방법에 대해서는 어플리케이션 노트 「스너버 회로의 설계 방법」을 참조하여 주십시오.

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로옴이 주최하는 세미나의 배포 자료입니다. 파워 제품의 소형화, 저소비전력화, 고효율화에 큰 가능성을 가진 실리콘 카바이드 (SiC)의 특성 기본, 다이오드, 트랜지스터로서의 사용 방법과 활용 사례를 게재하고 있습니다.

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