경쟁사들과 차별화된 고 신뢰성 소자를
시장에 지속적으로 공급
최근에는 에너지 효율에 대한 요구가 갈수록 더 높아짐으로써 다양한 애플리케이션에 고신뢰성이 요구되는 고전압 반도체 소자의 사용이 꾸준히 늘어나고 있다. 인피니언은 고전압용 바이폴라 소자와 IGBT 제품을 시장에 공급하고 있으며, 주워진 환경에 따른 소자의 수명, 최소한의 불량률, 높은 파워 싸이클링, 사용 지역의 고도에 따른 전압 안정성, 과전압/과전류 내량의 성능 개선을 통해 꾸준히 신뢰성을 쌓아가고 있다.
글/이공흠 기자(leekh@semiconnet.co.kr)
전력 반도체 시장에서 세계 1위 지위 유지
인피니언 테크놀로지스는 전력 반도체 분야에서 10년 연속 세계 1위의 시장지위를 고수하였다. 시장 조사기관인 IHS의 최신 조사에 따르면 전반적으로 경기가 저조한 가운데 인피니언이 11.8퍼센트의 시장점유율을 달성하였다. 전년도 점유율은 12퍼센트였다. 2위인 도시바(Toshiba)는 7.1퍼센트의 점유율을 달성하였고, 3위 미쯔비시(Mitsubishi)는 6.9퍼센트의 점유율을 차지하였다. 인피니언과 2위 경쟁사와의 격차는 4.7퍼센트 포인트로 전년도 3.8퍼센트 포인트 대비 더욱 벌어졌다. 2012년도 조사 기간에 전력용 반도체 총 시장 규모는 150억달러로 전년대비 16퍼센트 가량 감소했다(2013. 12. 5 보도자료).
인피니언은 경쟁사들과의 격차를 더욱 벌리고, 1위 자리를 지키기 위해서 제품 혁신과 시스템 솔루션 등 가능한 모든 측면에서 노력하고 있다. 인피니언은 다년간에 걸쳐 축적된 경험과 매우 다양한 고객 애플리케이션에 대한 전문적인 이해를 바탕으로 고객들이 경쟁사 제품을 이용할 때보다 더 신속하게 성공할 수 있도록 제품, 솔루션, 서비스를 제공하고 있다.
전력 반도체는 전기 에너지를 변환하거나 전기 장비, 기계, 시스템을 제어해야 하는 모든 곳에서 필요하다. 자동차에서는 드라이브 트레인, 편의 장치(전동 윈도우등), 안전 시스템(전동 스티어링 등) 등에 이용된다. 하이브리드차나 전기차는 전력용 반도체 없이는 움직일 수 없다. 전력 반도체는 모든 타입의 드라이브에서 전자 제어 시스템의 중요한 일부분을 담당한다. 전력 반도체는 고속 열차, 지역 열차, 대도시 및 교외 공공 교통 열차의 모터 제어에도 이용된다. 그 밖의 애플리케이션으로는 풍력 발전, 태양광 플랜트, 서버 전원공급장치, 노트북, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 소비가전, 모바일 인프라, 조명 관리 시스템 등을 포함한다.
애플리케이션에 따라서 전력 반도체는 디스크리트 또는 모듈이나 스택으로 조립된 형태로 이용할 수 있다. 전력 반도체는 수 와트에서부터 수 메가와트 대에 이르는 전기 전류를 제어하고 변환한다. 끊임 없이 물리학적 한계를 높여가고 있는 전력 반도체는 스스로는 매우 적은 전류만을 필요로 하면서 다양한 애플리케이션이 더 높은 에너지 효율을 달성하도록 하고 있다.
Q. 고전압 소자가 필요한 애플리케이션은 무엇입니까?
고전압소자를 정의 할 때 반도체 공급사 입장에서는 두 가지 형태의 소자를 말씀드릴 수 있습니다. 첫 번째가 바이폴라(다이오드와 사이리스터)소자이며 두 번째가 IGBT 소자입니다. 인피니언의 경우 바이폴라소자는 최대 9.5KV 제품을 시장에 공급하고 있으며 주요 타겟 애플리케이션은 classical HVDC(LCC), FACTS 시스템, 중/고전압 드라이브 그리고 펄스 파워 등 입니다. IGBT소자의 경우 최대 6.5KV제품을 시장에 공급 중이며 주요 타게 애플리케이션은 철도차량, 신재생에너지(풍력, 태양광, 연료전지, ESS 등) HVDC(VSC) 등이 있습니다.
Q. 인피니언 고전압소자의 기술적인 특장점은 무엇입니까?
높은 신뢰성과 선도적인 기술개발력으로 말씀드릴 수 있습니다. 인피니언은 세계 최초로 3.3KV 및 6.5KV Class 제품을 시장에 출시 했으며 트렌치 게이트 타입의 최대 용량인 1500A/3300V 및 650A/6500V소자를 시장에 공급하고 있습니다. 고 신뢰성이 확보된 소자를 지속적으로 공급한다는 것은 장기적인 기술개발과 시설투자가 없으면 불가능한 부분으로 인피니언의 경우 1990년대부터 세계적인 굴지의 고객사들과 함께 철도차량, 전력송배전 및 대용량 드라이브 부문에서 견고한 파트너쉽을 유지하며 애플리케이션에 대한 이해도를 높여왔으며 그 결과 경쟁사들과 차별화된 고 신뢰성 소자를 시장에 지속적으로 공급할 수 있었습니다.
Q. 고전압 소자에 대한 시장의 요구 조건은 무엇입니까?
시장의 요구 역시 신뢰성에 초점이 맞추어 져 있습니다. 고전압 소자의 경우 철도차량, 전력 발전 및 송배전 등과 같이 고도의 신뢰성을 필요로 하는 애플리케이션에 사용되고 있으며 만에 하나 문제가 발생할 경우 그 결과가 여타 산업용 애플리케이션에 비해 매우 심각한 상황으로 전개가 될 수 있는 관계로 신뢰성의 확보는 가장 중요한 시장의 요구 사항이자 고압소자를 공급하는 반도체 업체가 끊임없이 개선하고 발전시켜 나가야 할 항목이라고 말씀 드릴 수 있습니다. 구체적인 신뢰성 항목의 경우 주워진 환경에 따른 소자의 수명, 최소한의 불량률, 높은 파워 싸이클링, 사용 지역의 고도에 따른 전압 안정성, 과전압/과전류 내량 등을 들 수 있습니다.
Q. 여러 업체에서 고전압 소자의 특성을 개선하는 기술들이 발표되고 있는데, 경쟁사보다 우위를 가질 수 있는 점은 무엇입니까?
마찬가지로 신뢰성이라고 말씀 드리고 싶습니다. 예를 들어 인피니언의 6.5KV IGBT의 경우 최초 시장에 선보인 2000년대 중반에서부터 지금까지 세계적으로 30만개 이상이 판매 되었습니다. 그 동안 동작환경 및 상호 시스템간의 상관 관계로 인한 여러 가지 예상치 못한 문제와 당면 했으며 신뢰를 바탕으로 한 고객사들과의 상호 협의를 통하여 지속적으로 제품에 대한 신뢰성 향상과 경쟁력 확보에 주력하였습니다. 이러한 결과는 원천 기술의 확보와 이를 발전시킬 수 있는 역량이 없으면 불가능한 부분이라고 하겠습니다.
Q. 고전압 소자를 개발하는데 가장 애로사항은 무엇입니까?
애플리케이션 관련 문제 발생을 방지하기 위해서는 고 전압 소자의 설계 및 생산 전 과정에 걸쳐 매우 특별한 관리가 필요합니다. 다시 말해 특별히 관리되는 고전압 소자의 웨이퍼, 좋지 못한 환경에서도 시스템의 안정성을 도모할 수 있는 하우징 설계 및 안정적인 소자 보호를 위한 내부구조 등 입니다.
예를 들어 현재 안정적으로 상용화되어 있는 고속철도의 경우 기후에 의한 습도의 문제, 구간에 따른 열악한 환경의 문제 등이 있습니다. 하지만 이러한 조건 속에서도 시스템의 최소 보장 수명이 20년의 기간을 충족할 수 있도록 소자의 품질 및 신뢰성을 높여야 하는 것이 반도체 공급사의 목표이자 애로사항 이라고 말씀 드릴 수 있습니다.
또한 시장의 요구사항인 전류용량의 증대도 새로운 기술 기반을 통해서 반도체 공급사에서 풀어야 할 숙제라고 할 수 있습니다.
Q. 고전압소자의 한계 전압은 얼마로 볼 수 있습니까?
현재 상용화 된 IGBT소자의 최고 전압인 6.5KV 이상의 전압을 가진 소자가 출시될 가능성은 지극히 적다고 생각 합니다. 이는 기술적인 문제가 아닙니다.
왜냐하면 SiC 기술을 이용하여 6.5KV 이상의 소자를 만드는 것은 어려운 부분이 아니기 때문입니다. 결정적인 이유는 시장의 요구 사항이 6.5KV이상의 소자를 요구하기 보다는 시스템 설계로 6.5KV 이상의 전압을 극복하려고 하기 때문입니다. 예를 들어 고 전압 소자의 주요 애플리케이션인 HVDC 나 FACTS의 경우 소자의 직렬 연결이나 멀티 레벨 설계로 6.5KV이상의 요구 사항을 소화하고 있습니다.
Q. 향후 로드맵을 말씀해 주시죠?
이미 말씀 드린 바와 같이 향후 고전압 소자의 개발 방향은 전압 레벨의 향상이 아닌 현존하는 고전압 소자의 전류 용량 증대 및 소자의 동작 온도 향상에 초점을 맞추어 진행될 예정 입니다.
<반도체네트워크 8월>