Power Electronics Korea | April 2014

월간

파워일렉트로닉스

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2014년 04월호 | 발행 아이씨엔 서울시 서대문구 홍제원길 25-13 | Web

www.powerelectronics.co.kr icn@icnweb.co.kr |

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『월간 파워일렉트로닉스』는 온라인(웹진 및 e-Book) 버전으로 제작되어 정보가 필요한 분들께 무료로 제공됩니다.

파워 브리프 PE02 고온 성능 뛰어난 첨단 SiC 전력 MOSFET PE02 초소형 고효율 통합 전력 솔루션 PE03 DSP 기반 5V Qi 무선 충전기기 PE03 고전압 고밀도 전력 모듈 파워 포커스 PE04 WPC 1.1 및 PMA 1.1 듀얼모드 지원 무선충전 수신기 나오다 PE05 전기자전거 리튬이온 배터리용 비용 절감형 시스템 관리 레퍼런스 디자인 PE06 알스톰, 국내 첫 풍력발전용 터빈 공급계약 체결 파워 테크 PE08 스마트 에너지와 스마트 홈을 위한 지그비 솔루션 PE10 높은 작동 온도 및 전력 밀도를 위해 향상된 파워 모듈 패키징 파워 마켓 PE16 2014 아태지역 전력 발전 및 신재생 에너지 관련 Top5 전망 [광고 및 기사 문의: oseam@icnweb.co.kr]

Saving Energy & Power Technologies for Sustainable Future www.icnweb.kr

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파워 브리프

고온 성능 뛰어난 첨단 SiC 전력 MOSFET

능한 레벨로 신속한 과전류

ST가 태양광 인버터와 전기 자동차, 기업용 컴퓨팅 및 산업용

검출과 같은 추가적인 기능

모터 드라이브와 같은 애플리케이션에서 전력 공급 장치 설

도 제공된다. TLI4970은 전

계시 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 새로운 첨단SiC 전

기 구동 및 에너지 절감형

력 MOSFET 제품군을 발표했다. 일반적으로 SiC는 기존 실리

LED 조명 장치 제어는 물

콘 전력 트랜지스터를 통과하면서 낭비되는 에너지의 50% 이

론 태양광 인버터, 충전 및

상을 절감할 수 있고, 이번 MOSFET 제품들은 높은 항복 전압

전원 장치에 사용하기에 이

(breakdown voltage)에 비해 물리적인 크기도 줄일 수 있다.

상적이다. TLI4970의 측정 원리는 인피니언의 성능이 검증된

SiC MOSFET은 기존의 고압 실리콘 IGBT(Insulated Gate

홀 효과 기술을 기반으로 한다. 이 기술은 필수적인 홀 프로브

Bipolar mode Transistor)를 대체하여 태양광 인버터에서도

를 사용하여 전류를 나르는 도체의 자기장 검출을 포함하므로

사용되어, 패널에서 발생하는 DC 출력을 고압 AC로 변환시켜

TLI4970은 통상적인 필드 집광기를 필요로 하지 않는다. 그

특수한 구동 회로가 필요없이 간선 공급 장치로 전달시킨다.

결과 부정확한 측정의 원인이 되는 히스테리시스 효과가 발생

아울러 IGBT 보다 높은 주파수에서 작동하기 때문에 설계시

하지 않는다.

전력 공급 장치의 다른 부품을 소형화할 수 있어 비용과 크기

인피니언 테크놀로지스 www.infineon.com

를 줄이면서 에너지 효율성을 높일 수 있다.

ST마이크로일렉트로닉스 www.st.com

초소형 고효율 통합 전력 솔루션 ADP505x 전력관리 IC

듀얼 모드 Qi, PMA 무선 전력 리시버

제품군은 피코셀 및 펨

WPC(Wireless Power

토셀 기지국, 휴대용 기

Consortium)의 Qi 1.1 표

기뿐만 아니라 소형, 통

준과 PMA(Power Matters

합 전력 솔루션을 필요

Alliance) 표준 모두를 지원

로 하는 모든 애플리케

하고, 향상된 모바일 기기

이션을 위해 설계되었

충전 기능을 제공하는 업계

다. 또한, ADP505x 제품군은 소프트웨어 정의 무선(SDR) 애

최소형의 최고 효율을 자랑

플리케이션을 위한 아나로그디바이스의 AD9361 RF 트랜시버

하는 무선 전력 리시버이다. 인덕터가 필요 없는 5W 리시버

를 지원하기 위해 설계되어 알테라(Altera)와 자일링스(Xilinx)

인 신제품 bq51221은 높은 효율과 프로그래머블 출력으로 기

의 다양한 FPGA 플랫폼에서 통합 전력 솔루션으로 사용될

존 리시버 솔루션 대비 전력 손실을 최대 50%까지 줄일 수 있

수 있다. ADP505x는 여러 개의 벅 레귤레이터 및 LDO(low-

다. 따라서, Qi 또는 PMA 충전 스테이션을 이용해 휴대전화,

dropout regulators)를 소형 48 리드 LFCSP(7 mm x 7 mm)의

헤드셋, 파워 뱅크(Power Bank) 등을 더욱 빠르고 효율적으

단일 패키지에 통합하여 불과 310mm2의 PCB 면적에서 최대

로 충전할 수 있다.

25W의 전력 밀도 솔루션을 제공한다. 이는 4개의 벅 스위칭

텍사스 인스트루먼트

www.ti.com

레귤레이터(4A, 4A, 1.2A, 1.2A)와 1개의 200mA LDO를 가진 매우 유용한 다중출력 레귤레이터이다. ADP5050은 디바이스

고정밀 전류 측정 초소형 센서 TLI4970

의 입력 전압과 다이 (die) 온도를 모니터링해 전력 솔루션의

이 풀디지털 센서는 외부 캘리브레이션이 필요 없으며 표유자

전반적인 신뢰성을 향상시키는 I²C 인터페이스를 구현한다.

계억제 기술을 구현하여 외부 자기장에 대해 매우 견고한 특

이러한 통합 설계 덕분에 ADP5050 단일 IC는 다양한 애플리

성을 갖는다. 센서는 애플리케이션의 제어 품질 레벨을 유지

케이션에서 시스템 디자이너가 전원공급장치 설계 시간을 줄

하면서 수 년 간 연속 작동 후에도 절대 정밀도로 측정을 계속

일 수 있게 해준다.

할 수 있으며 효율도 그대로 유지된다. 이 밖에 사전 구성 가

아나로그디바이스 www.analog.com

PE2 _

Power Electronics Korea 2014

CEVA-TeakLite-4 DSP 아키텍처

능들이 추가로 제공될 수 있다.

CEVA-TeakLite-4 v2 아키텍처는 신규 전력 최적화 기능을 갖

NXP반도체 www.nxp.com

춘 명령어세트(ISA: Instruction Set Architecture)와 최대 20% 까지 전력 소비를 감소시킬 수 있는 파워 스캐일링 유닛(PSU:

통합형 라이드스루 DC/DC IC

Power Scaling Unit)이 포함된다. 최신 아키텍처는 주요 오디

LTC3355는 단일 수퍼커

오 음성 코덱의 코드 크기를 30%까지 축소시킴으로써 다이

패시터 에너지 소스에

(Die) 사이즈 및 전체 시스템 비용을 줄일 수 있게 된다. 또한,

서 VIN 전력이 갑자기 손

50가지 신규 명령어(Instruction), 향상된 64비트 데이터 처리

실되는 경우, VOUT 의

지원, 128비트 스케일러블 데이터 대역폭, 마스터/슬레이브

임시 백업 즉, 라이드스

기기 배치 유연성 및 저전력 AHB 버스부터 고성능 AXI 버스

루를 위해 부스트 컨버

까지 아우르는 견고한 시스템 인터페이스가 추가된다.

터가 내장된 주요 벅 레귤레이터의 특징을 제공한다. 이 디

CEVA-TeakLite-4 v2의 아키텍처 프레임워크는 CEVA-TL410,

바이스는 수퍼커패시터(또는 다른 저장요소)의 완벽한 충전

CEVA-TL411, CEVA-TL420, CEVA-TL421으로 구성된 4개의

을 제공하기 위해 필수적인 모든 기능을 포함한다. 즉, VIN,

DSP 코어 제품군으로 구축된다. CEVA-TeakLite-4는 반도체

VOUT의 모니터링, 백업 전력을 위한 자동 스위치오버 등이

산업 역사에서 가장 성공적인 DSP 군인 CEVA-TeakLite 아키

다. LTC3355의 비동기식 정주파수 전류 모드 모놀리식 1A 벅

텍처 기반의 제4세대 DSP 제품이다. CEVA-TeakLite 제품군은

스위칭 레귤레이터는 최고 20V 입력 전원에서 2.7V ~ 5V의

그간20억 개 이상의 오디오 음성 칩을 공급하였고, 100곳 이

레귤레이트된 출력 전압을 제공한다. 디바이스는 라이드스

상의 라이선스 계약업체와 30여 에코시스템 파트너가 있으며,

루, “다잉 개스프(dying gasp)” 또는 파워 미터, 산업용 알람,

100개 이상의 오디오 및 음성 소프트웨어 패키지가 출시되어

SSD(solid state drive)에 사용되는 데이터 백업 전원장치에 이

있다. CEVA www.ceva-dsp.com

상적이다. 리니어 테크놀로지 www.linear.com

DSP 기반 5V Qi 무선 충전기기 이 제품은 5V 휴대전화 충전

고전압 고밀도 전력 모듈

기가 필요로 하는 모든 회로가

MIC28304/MIC45205/MIC45208/MIC45212와 같은 고도로 집

불과 5제곱 밀리미터의 초소

적된 파워모듈 솔로션은 시스템 파워 설계공정을 단순화하면

형 패키지에 통합된 제품이다.

서도 뛰어난 성능을 제공하도록 설계되었다. 모듈은 초소형,

NXP의 솔루션에 힘입어, 10개

열적으로 향상된 초소형 러기드 표면 장착 QFN 패키지로 된

미만의 외부 컴포넌트만으로

완전 스위칭 전원 솔루션이다. 이 기기는 PWM 컨트롤러와 파

도 저전력 5V Qi A5/A11 무선

워 MOSFET, 인덕터, 관련 이종 부품을 통합하여 기판공간을

충전송신기를 Qi 코일 및 공진 커패시터와 함께 완벽히 구현

절약하고 부품 수를 줄여 시스템 신뢰성을 더 높였다. 이 기

할 수 있다. NXP의 NXQ1TXA5 시스템 온 칩은 송신기 전체

기는 RAID 시스템과 네트워크 라우터, 블래이드 서버, 셀룰러

가 1.5 제곱 센티미터보다 작은 PCB에 들어갈 만큼 초소형이

베이스 스테이션, 의료시험장비, 시험기구에 이상적으로 적합

다. 또한 이 PCB의 한쪽 면에만 컴포넌트들이 배치되어 있다.

하다. MIC28304/MIC45205/MIC45208/MIC45212는 최고 93%

이는 송신기를 Qi 코일 중심 내부에 배치하는 것과 같이 무선

의 피크 효율성을 제공하고 Micrel의 Hyperspeed Control™

충전기 패드를 혁신적인 방식으로 설계할 수 있는 다양한 가

아키텍처를 활용하여 빠른 부하 이전 반응에 최적화되어 있으

능성을 열어준다.

며, 이는 출력 커패시터를 최소화하여 전체 솔루션 크기를 더

뿐만 아니라, NXP는 12V 및 19V Qi 송신기용으로 NFC 기술

욱 줄인다. MIC28304 70V 등급은 자동차, 산업용 로봇, 산업

을 탑재한 두 개의 ‘스마트’ 무선 충전 레퍼런스 디자인도 시연

자동화, 항공 전자공학, 48V 통신 등과 같은 용도에 적합하다.

하고 있다. 무선 충전기에 NFC 기술이 더해지면 다채로운 기

Micrel www.micrel.com

www.PowerElectronics.co.kr

_ PE3

파워 포커스

WPC 1.1 및 PMA 1.1 듀얼모드 지원 무선충전 수신기 나오다 핵심 혼성신호 반도체 솔루션을 제공하는 아날로그 디지털 기업 IDT는 업계 최초로 WPC(Wireless Power Consortium) 1.1 Qi 표준과 PMA(Power Matter’s Alliance) 1.1 표준 모두를 만족하는 듀얼모드 싱글칩 무선충전 수신기를 발표했다. 이로써 OEM들은 IDT의 혁신적인 무선충전 수신기 IC를 사용해 최신 버전의 Qi및 PMA 충전 베이스와 완벽히 호환되는 모바일 기기를 개발할 수 있다.

WPC 1.1 및 PMA 1.1과 호환되는 싱글 칩 무선충전 수신기인 IDTP9023은 애 플리케이션 풋프린트, 부품 수, 발열을 최소화하면서도 모바일 기기에 전달되 는 전력을 최적화하도록 동기식 풀 브리 지 정류기, 고효율 동기식 벅 컨버터, 임 베디드 마이크로컨트롤러로 구성된다.

IDT의 새로운 무선충전 수신기는 WPC 와 PMA 수신 코일은 물론이고 스마트 폰, 태블릿, 슬리브 및 기타 액세서리 등 다양한 애플리케이션에서의 활용성을 극대화하기 위해 PCB 기반 코일이나 특

IDTP9023 Application Block Diagram

정 코일까지도 지원한다.

IDT의 부사장이자 아날로그 및 전력 사

선충전 수신기는 효율성이 매우 높고 애

전력 송수신간 정렬상태 정보(alignment

업부 총괄매니저인 알만 나가비(Arman

플리케이션 풋프린트가 작아 초소형, 초

guide)를 제공할 수 있다.

Naghavi)는 “IDT가 업계 최초의 싱글칩

경량, 초슬림 디자인을 추구하는 차세대

이 외에 유연성 있는 펌웨어와 프로그램

WPC 1.1 및 PMA 1.1 듀얼모드 무선충

휴대용 기기 및 악세서리에 매우 적합하

가능한 마이크로컨트롤러 덕분에, 다양

전 수신기 솔루션 발표로 무선충전 기

다”고 설명했다.

한 애플리케이션과 사용자 시나리오에

술 분야에서 리더십을 계속 이어나갈 수

임베디드 마이크로컨트롤러는 Qi 및

따라 송전을 극대화할 수 있도록 코일

있게 되어 매우 자랑스럽다”고 밝혔다.

PMA 규정 사양보다 높은 수준의 다양

드라이버 회로를 조정할 수 있다. 전력

그는 “지난 해 발표한 업계 최초의 듀얼

한 제어 기능과 상태 표시자를 제공해,

효율성이 탁월하고 최신 WPC 및 PMA

모드 솔루션에 이어 이번 IDTP9023 발

정교한 전력 전송 모델과 혁신적인 사용

표준을 준수해 모든 Qi 및 PMA와 호환

표로, IDT는 고객들에게 최신 자기유도

자 인터페이스 개발이 가능케 해준다.

가능한 충전 베이스로 빠른 배터리 충전

(MI) 표준 요건을 만족시키고 현재 시

IDT의 무선전력 송신기와 함께 사용하

이 가능한 것도 주요한 장점이다. 듀얼

장에서 사용되는 모든 Qi 및 PMA 인증

면 고유의 송신 및 수신기 백 채널(back-

모드 기능이 필요하지 않은 애플리케이

된 충전 베이스와의 완벽한 호환성을 제

channel) 통신 프로토콜을 통해 통신 성

션에는 Qi만 지원하는 IDTP9022를 사용

공한다는 명확한 업그레이드 경로를 제

능이 더욱 향상되며, 통합 I2C 인터페이

하면 된다.©

시한다”며, “IDT의 새로운 듀얼모드 무

스를 통해 기기의 충전 상태와 고유의

IDT www.idt.com

PE4 _

Power Electronics Korea 2014

전기자전거 리튬이온 배터리용 비용 절감형 시스템 관리 레퍼런스 디자인 고성능 아날로그 IC 및 센서 전문기업 ams가 전기자전거(pedelec/e-bike)용 리튬이온 배터리를 겨냥한 레 퍼런스 디자인을 발표했다. 이 레퍼런스 디자인은 배터리 관리 시스템(BMS)에서 마이크로컨트롤러를 사용 하지 않고도 정확한 셀 모니터링과 밸런싱 기능을 실현시킨다.

이번에 발표된 디자인을 사용하면 배터 리 팩 및 전기자전거 제조업체들은 현재 상용화된 배터리와 비교해 더욱 부가가 치 있는 BoM (valuable bill-of-materials) 을 실현할 수 있어 비용이 절감되고 더 간단하게 회로를 설계하는 혜택을 누리 게 될 것이다. ams의 이번 레퍼런스 디자인은 최고 14 개까지 리튬이온 셀을 구성할 수 있는 48V 전기자전거 배터리에 적합하다. 이 레퍼런스 디자인은 소량의 지원부품과 함께 2개의 AS8506 스마트 셀 모니터 링 IC를 사용하면서, IC 한 개당 최고 7

직 기능이 내장되었다. 이러한 기능들

되는 전용 MCU를 필요로 하지 않는다.

개 셀들의 온도와 전압을 각각 모니터하

은 온보드 OTP 메모리에 저장된 환경

AS8506이 과전압 또는 저전압이나 과열

고 충전시 셀의 패시브 밸런싱(passive

설정이 제공되어, 사용자가 쉽게 구성

조건을 감지하는 순간, 요구되는 안전작

balancing )을 구현한다.

할 수 있다. 이 디바이스는 패시브 셀 밸

동정지가 완료될수 있도록 모터 컨트롤

이와 대조적으로, 전기자전거에서 사용

런싱 동작에서 사용할 수 있도록 고집적

러 IC에게 인터럽트 신호를 전송한다.

된 기존의 BMS 디자인은 셀의 전압과 온

MOSFET을 통합했다. 충전이 되는 동안,

번드 게스너(Bernd Gessner) ams 부사

도를 측정하기 위해 덤(dumb) 전압 모

각 셀의 전압은 사용자가 프로그램할 수

장은 “배터리 수명, 안전, 동작 시간은

니터링 IC를 사용하고, 직렬 통신 링크를

있는 기준 전압 임계값과 비교된다. 모

소비자가 전기자전거를 선택할 때 엄청

통해 전용 배터리 관리 마이크로컨트롤

든 셀이 임계값을 달성하고 배터리 모듈

난 영향을 미친다”고 말하고, “ams의 컨

러(MCU)에 값을 보고한다. 이 때 사용

이 완전히 충전될 때까지, 임계값을 초

트롤러가 필요없는 레퍼런스 디자인을

되는 MCU는 과전압, 저전압 및 과열 셧

과하는 각각의 셀에서 MOSFET을 통해

통해, 전기자전거 제조업체들은 안전성

다운에 대한 안전 및 보호 기능을 관리

최대 100mA까지 방전될 수 있다.

과 배터리 성능을 제공함으로써 소비자

하고 셀 벨런싱을 제어하기 위해 필요하

배터리 모니터링과 셀 밸런싱을 작동하

의 요구를 충족시킬 수 있다. 상용화된

다.

는 이러한 아키텍처는 AS8506 전압 모니

제품들과 비교해더 간단하고 비용 효율

이에 반해 ams의 AS8506은 셀의 안전,

터링 디바이스 내부에 구현되어 있고 기

적인 아키텍처를 활용할 수 있다”라고

보호, 밸런싱 과정을 제어하기 위한 로

존의 전기자전거 배터리 설계에서 요구

강조했다.© ams www.ams.com

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파워 포커스

알스톰, 국내 첫 풍력발전용 터빈 공급계약 체결 세계적으로 잘 알려진 최상급 샴페인 회사인 뵈브 클리코(Veuve Clicquot)는 계장 및 자동화된 설비를 이용 하고 있다. 이 회사는 PcVue를 통해 400개의 발효 탱크의 발효여부를 관리하는 스마트 시스템을 구현했다.

알스톰(Alstom)사는 GS건설과 제주 김 녕풍력발전단지에 풍력발전용 터빈 공 급계약을 체결했다고 밝혔다. 계약에 따라 알스톰사는 3MW(메가와 트) 출력 ECO 110 육상풍력 터빈 10기 에 대한 공급 및 시운전을 시행하고 감 독하게 되며, 이에 따라 김녕풍력단지는 30MW급 생산 능력을 갖게 된다. 제주 김녕풍력발전단지는 2014년 말에 완공 및 전기 생산이 시작될 예정이며, 국내 민간 발전자회사인 GS EPS가 특수 목적법인(SPC) 의 주주 사로 참여중인 제주 김녕풍력발전에 의해 운영될 예정 례로서 의미가 매우 크다” 라고 말했다.

이다.

알스톰사는 지난 45년간 국내에서 34% 이상의 수력 발전소 장비를 공급했을 뿐

알스톰 퓨어토크(ALSTOM PURE TORQUE) 기반으로 설계된 ECO 제품

제주 김녕풍력단지 터빈 10기 공급

아니라, KTX 프로젝트에서 최초 TGV 수

군은 타워 하부로 굽힘 하중(bending

국내 인구가 5천만명을 돌파한 가운데

출 시스템 솔루션을 공급했으며, 해남과

loads)을 분산 시키는 구조로 동력 전달

한국은 막대한 에너지 수요와 제한된 에

제주 사이에 최초 초고압직류(HVDC)

축의 안정성을 확보하여, 풍력터빈 운전

너지 자원으로 인해 에너지 공급량의

기술을 공급한 바 있다.

수명 동안의 유지보수비 절감 및 신뢰도

96%를 해외 공급원에 의존하고 있다.

한편 알스톰사는 전세계에서 가장 빠른

향상을 구현했다.

한국은 이에 따라 신재생 에너지 개발

열차와 대규모 시설을 갖춘 자동화된 지

알스톰 풍력(Alsotom Wind) 사업부의

에 대한 집중 투자를 통해 에너지 생산

하철을 준공했으며, 턴키(turnkey) 통합

이브 라노(Yves Rannou) 수석 부사장은

을 늘리고 에너지원을 다양화해 나갈 계

발전소 솔루션과 수력, 원자력, 천연가

"알스톰이 한국의 재생 에너지 사용량을

획이다. 2011년부터 2015년까지 재생가

스, 석탄 및 풍력을 포함한 다양한 에너

증가시키고, 2027년까지 전체 풍력발

능 에너지원으로 풍력 발전에 10조원을

지원과 연관된 서비스를 제공하고, 스마

전 능력을 20% 이상으로 끌어올리겠다

투자할 예정이며, 2013년 10월에는 ‘국

트 그리드를 중심으로 송전을 위한 광범

는 목표를 달성하는 데 기여할 수 있게

가에너지기본계획’을 통해 풍력 발전 설

위한 솔루션을 제공하고 있다.©

돼 영광이다”며, “이번 계약은 알스톰사

비용량을 2030년까지 기존 7.3GW에서

알스톰 www.alstom.com

의 한국 첫 풍력 발전 프로젝트 수주 사

12GW까지 늘릴 계획이다.

PE6 _

Power Electronics Korea 2014

관람객만 많았지 상담자는 적었던 전시회 ... 행사 후 홍보 · 마케팅 관리 서비스를 못받았던 전시회 ... 방문객들의 디비를 제공받지 못했던 전시회 ...

UV LED는 곁다리로 구색만 맞추던 전시회 ... 눈에 띄지 않게 데모만 겨우 했던 세미나 ...

에 실망하셨습니까?

UV LED Show 2014 UV LED Show 2014를 통해 귀사의 마케팅과 영업을 함께 해결하시기 바랍니다. 미국과 유럽에서 실질적인 B2B 행사로 자리잡아 비즈니스 일구기에 탁월한 솔루션으로 자리잡은 Round table Meeting 행사를 소개해드립니다.

9년간에 결쳐 42회의 B2B행사를 통해 전자 엔지니어링 업계에서 인정을 받아온 IT Conference가 귀사의 UV LED 비즈니스를 위해 기획한 본 행사를 놓치지 마시기 바랍니다. 전시 대상: UV LED 칩, 모듈, 생산 기계 및 인쇄, 살균, 정화, 경화 등 응용분야용 기기와 테스트 장비

주최: IT Conference 장소: 서울 강남 프리마호텔 날짜: 2014년 4월 18일 (금) 10:00 am - 16:00 pm

형식: 부스 전시 및 테이블 데모 참가비: 100만원 부터 ~ 접수 마감: 3월 14일 (20% 조기 등록 할인: 2월 14일)

혜택: 참가 규모에 따라 점심 부페 및 설명회 참가를 포함한 무료 관람 초청권 제공 (1인당 10만원 이상 상당)

상세 문의: 02-3473-6369 (김고은 대리; contact@semicomm.co.kr)

파워 테크

스마트 에너지와 스마트 홈을 위한 지그비 솔루션 고성능 아날로그 집약적 혼성신호 IC 전문기업인 실리콘랩스는 IoT(Internet of Things)를 위해 뛰어난 무선 성능, 에너지 효율, 신뢰성을 제공하는 자사의 업계 선도적인 ARM 기반 Ember ZigBee 시스템온칩(SoC) 포 트폴리오 확장을 발표했다.

실리콘랩스의 새로운 EM358x SoC 제품 군은 대용량이면서 더욱 복잡해진 스마 트 에너지 및 홈 오토메이션 설계 요건 을 충족시키기 위해 필요한 추가적인 플 래시 및 RAM 메모리 옵션을 제공한다. 엠버 지그비(Ember ZigBee) 제품군은 USB 커넥티비티와 로컬 스토리지 부트 로더도 제공하여 개발자들이 BOM(bill of material) 비용과 시스템 복잡도를 감 소시킬 수 있게 한다.

EM358x SoC 제품군은 오늘날 여러 개의 프로세서를 통합하고 있는 IoT를 겨냥해 기능이 풍부한 차세대 지그비 애플리케 이션을 위해 이상적인 메쉬 네트워킹 플 랫폼을 제공한다. EM358x 제품군은 2.4 GHz IEEE 802.15.4 RF 트랜시버, ARM

에너지 애플리케이션을 검증할 수 있다.

트를 제공할 수 있는 USB 접속을 필요로

Cortex-M3 프로세서, 256 kB 또는 512

이 같은 스마트 미터는 새로운 펌풰어를

한다. USB 포트는 디바이스에 새로운 펌

kB의 플래시 메모리, 32 kB 또는 64 kB

저장할 수 있는 더 많은 코드 공간과 최

웨어 이미지를 다운로드하기 위해 사용

의 RAM과 강력한 하드웨어 지원형 네트

고 20년간 제품 수명을 연장시키는 추가

될 수도 있어, 유지 비용을 감소시킨다.

워크 수준의 디버깅 기능을 통합한 6개

적인 RAM을 요구하곤 한다.

EM358x SoC 제품군은 애플리케이션 개 발을 쉽게 해 주는 로컬 스토리지 부트

의 SoC 제품을 포함한다. 추가적인 메모 리는 개별적인 시스템 프로세서의 요구

시스템 비용 및 유지비용 감소

로더의 특징이 있다. 또한 이 로컬 스토

를 최소화시키고, 개발자들은 하나의 지

EM358x SoC는 시스템 프로그래밍을 단

리지 부트로더는 엠버 지그비 구현용 제

그비 SoC에 멀티 프로세서 설계의 일부

순화시키고 외부 USB 컨트롤러의 요건

품이 시장에 출시되면 임베디드 소프

나 전부를 통합할 수 있어 BOM 비용 및

을 없앨 수 있는 온칩 USB 페리페럴을

트웨를 필드에서 업그레이드할 수 있

최종 제품의 크기를 줄일 수 있다. 대용

제공하여, 시스템 비용을 더욱 감소시킨

게 한다. 새로운 부트로더 성능은 부트

량 플래시 및 RAM 메모리 옵션을 제공

다. 수많은 지그비 구현용 디바이스들은

로더를 위한 펌웨어 이미지를 저장하

함으로써, EM358x SoC 제품군을 통해

사용하기 쉬운 시리얼 애플리케이션 인

기 위해 SoC의 온칩 플래시를 사용함으

개발자들은 스마트 미터와 같은 스마트

터페이스나 디바이스에 대한 서비스 포

로써 OTA(over-the-air) 방식 업그레이

PE8 _

Power Electronics Korea 2014

드 이미지를 지원하는 외장형 플래시 메 모리에 대한 필요성을 없애주어, 제품 의 부품 수, 비용, 크기를 줄여주게 된다.

EM358x SoC를 기반으로 하는 스마트 미 터 또는 보안 센서와 같은 제품들은 새 로운 플랫폼 기능들이 구축될 때 쉽게 필드 업그레이드를 할 수 있어, 비용측 면에서 운용비를 줄일 수 있다.

에너지, 홈, 조명, 보안 IoT 실현 EM358x SoC는 최고 110 dB의 구성 가 능한 총 링크 버짓으로 매우 뛰어난 무 선 성능을 제공한다. 이 디바이스의 8 dBm 전송 전력은 특히 유럽 및 아시아 지역 등 규제 제한이 더 높은 전송 전력 을 허용하지 않는 지역에서 수많은 애플 리케이션에서 외장 PA(power amplifier)

엠버 지그비 SoC 제품들은 스마트 에너지, 홈 오토메이션, 커넥티 드 라이트닝(connected lighting) 및 보안 등 수 많은 애플리케이션 과 IoT를 위한 핵심적인 실현 가능형 무선 기술을 제공합니다.

에 대한 필요성을 없애준다. 무선 시스 템은 수 많은 종류의 간섭 현상이 있을

- 게이르 푀레 (Geir Ferre) 실리콘랩스 수석 부사장

때도 동작하기 때문에, EM358x SoC 제 품들은 매우 우수한 내성 기능을 비롯해

그비 SoC 제품을 위해 핀 및 소프트웨어

로운 환경에서도 견고성, 확장성 및 사

다른 2.4GHz 디바이스와 신뢰성 높은

호환이 가능한 드롭입 대체 제품을 제공

용 편의성에 대한 향상된 성능을 제공한

공존을 제공할 수 있도록 설계되었다.

한다. 호환이 가능한 크로스 플랫폼 소

다. 소프트웨어 스택은 검증된 엠버 데

실리콘랩스의 게이르 푀레 (Geir Ferre)

프트웨어 라이브러리와 툴은 EM351/7

스크톱 개발 환경으로 보완되며, 지그비

수석 부사장이자 마이크로컨트롤러 제

제품에서 EM358x SoC 제품으로 쉽게 이

스마트 에너지(ZigBee Smart Energy),

품 사업부 총괄 매니저는 “엠버 지그비

동할 수 있게 한다. 엠버 지그비 메쉬 네

지그비 홈 오토메이션(ZigBee Home

SoC 제품들은 스마트 에너지, 홈 오토

트워킹 플랫폼은 실리콘랩스의 EZRadio

Automation) 및 지그비 라이트 링크

메이션, 커넥티드 라이트닝(connected

와 EZRadioPRO sub-GHz 트랜시버 및

(ZigBee Light Link) 프로파일을 위해 정

lighting) 및 보안 등 수 많은 애플리케이

Si10xx 무선 MCU 제품들을 보완한다.

교한 시각화를 제공하고 적합한 툴과 애

션과 IoT를 위한 핵심적인 실현 가능형

이 제품들은 점대점(point-to-point) 및

플리케이션 예시를 디버깅함으로써 설

무선 기술을 제공한다”고 설명하고, "더

스타 네트워킹 애플리케이션을 위해 고

계 시간을 단축시켜 준다.

많은 메모리 및 접속 옵션을 제공함으로

성능, 저전력 솔루션을 제공한다.

한편 EM358x 엠버 지그비SoC 제품 샘플

써, EM358x SoC 제품들은 홈 오토메이

EM358x SoC 제품들은 지그비 PRO 스택

들은 48핀 7 mm x 7 mm 패키지로 이용

션과 스마트 에너지 애플리케이션 등 다

신뢰성을 위한 기준을 설정하는 필드 검

할 수 있으며, 생산 수량은 2014년 2분기

양한 범위에서 지그비를 구축할 수 있는

증형 EmberZNet PRO 프로토콜 스택과

에 이용할 수 있을 것으로 예상된다.©

더욱 쉽고 더욱 비용효율적인 방법이다”

완벽하게 통합되어 있다. 지그비 PRO

실리콘랩스 www.silabs.com

라고 말했다.

스택보다 더욱 많은 무선 메쉬 네트워

EM358x SoC 제품들은 폭넓게 사용되고

킹 제품에 구축된 EmberZNet PRO 소프

있는 실리콘랩스의 EM351 및 EM357 지

트웨어는 대용량 네트워크 및 더욱 까다

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_ PE9

파워 테크

높은 작동 온도 및 전력 밀도를 위해 향상된 파워 모듈 패키징 전력전자공학은 전기 에너지의 효과적이고 효율적인 발전과 분배, 이용을 위한 핵심 기술이다. kW에서 MW 까지 범위 내에서 전력 반도체 모듈은 전력전자 시스템에서 핵심적인 역할을 한다. 지난 10년 동안 R&D 활 동의 초점은 주로 소재와 생산 공정의 지속적인 개선에 있었지만, 최근, 보다 극적인 기술 변화가 대두되고 있다. 이 같은 변화는 훨씬 더 높은 전력 밀도와 높은 신뢰성, 추가 비용절감에 대한 긴급한 필요성으로 인 해 촉진되고 있다. 더욱이 이제 와이드 밴드 갭(Wide Band Gap) 반도체가 부과하는 요건을 해결할 필요성 도 심각하게 대두되고 있다. 따라서, 본 연구는 그러한 개선을 가능하게 하는 최신 소재, 공정, 기술 발전의 개요를 제시하고자 한다. 특히, 직접 액체 냉각 및 시스템 통합의 잠재성과 다이(Die) 접착 기술의 최근 혁신 에 대해 중점적으로 검토한다. 저자: Peter Beckedahl | SEMIKRON International GmbH | peter.beckedahl@semikron.com

I. 서론

는 방법 중 하나는 최대 접합 온도를 높

II. 표준 모듈 패키징

이는 것이다. 또 다른 방법은 주위에 대 호황기를 누리던 최근 몇 년 동안, 파워

한 칩의 열 저항을 개선하는 것이다.

최근 수년간 실리콘 전력소자의 전력

모듈 산업에서 사용하는 원자재의 비

어느 방법이든, 다이 위/아래면 접촉부,

밀도는 크게 증가하였다. 그림 1은 기

용은 매우 급격히 증가했다. 단, 여전히

DBC 기면(Substrate)-기판(Baseplate)

존 파워 모듈의 단면을 도식적으로 보

IGBT나 패스트 다이오드와 같은 전력

연결부, 열 그리스(Grease) 층 및 방열

여 준다. 일반적으로 크기가 2x2mm² -

반도체 다이의 비용이 대체로 파워 모듈

장치 자체와 같은 모듈의 내/외부 인터

24x24mm²인 전력 반도체 칩은 연납땜

비용의 50% 이상을 차지한다. 따라서,

커넥션(Interconnection) 인터페이스들

(Soft Soldering)으로 DBC 기면에 부착

논리적으로 향후 모듈 디자인은 파워 모

(Interfaces)에 더 높은 온도 기울기를 가

된다. 전력 반도체 칩 윗면과 기면의 접

듈의 전력 밀도를 더욱 증가시키고, 사

하게 된다.

촉은 두꺼운 알루미늄 와이어의 쐐기형

용 가능한 다이와 각 모듈 영역을 최대

예를 들면, 방열장치 온도가 90°C로 주

결합으로 이루어지며, 기면 자체는 기판

로 활용할 것이다.

어진 경우, 최대 접합 온도를 150°C에서

에 연납땜되어 있다. 그런 다음, 기판은

반도체의 최대 전력 손실은 최대 접합

175°C로 올리면, 출력 전력이 25% 높아

방열장치에 나사로 고정되고, 열 전도성

온도, 냉각제 온도, 냉매에 대한 칩의 열

지게 된다. 또한, 60K에서 85K로 증가된

페이스트(열 인터페이스 소재 - TIM)의

저항에 따라 제한된다.

온도 변동 △Tj 값은 일반적으로 파워 모

층이 모듈과 방열장치 사이의 공기 틈을

듈의 파워 사이클링 성능을 5배 감소시

막아 준다.

킬 것이다.

현재 정류기 및 사이리스터의 최대 접

따라서, 이 연구는 향후 파워 모듈의 전

합 온도는 130°C이며, IGBT의 경우, 150

력 밀도뿐만 아니라 파워 사이클링 성능

°C-175°C이다. 최근의 개발은 이러한 최

냉각제 온도는 애플리케이션에 따라 정

을 증가시키는 새로운 패키징 기술에 초

대 온도를 200°C까지 더 높이는 것을 목

해지므로, 전력 밀도를 증가시킬 수 있

점을 둔다.

표로 한다.

(1)

PE10 _

Power Electronics Korea 2014

그림 1. 기존 파워 모듈의 단면

그림 2. 천이액상납땜(TLPS)

III. 더 발전된 다이 부착 기술

그림 3. 은 확산 소결 과정

그림 4. 상응온도 비교

를 해결할 수 있는 기술 두 가지가 대두

이가 부착되며, 인터커넥트 부분은 확

되었다. 그 중 하나는 천이액상 납땜 혹

산 과정에 의해 변화를 겪는다. 그 결과,

최근 수년간 파워 모듈 업계는 고온 작

은 결합이다[3, 4]. SnCu 납땜은 시간/온

TLPS의 경우 50%, 은 소결의 경우 30%

동 조건에서의 파워 모듈 신뢰성을 상당

도 제어 과정에 의해 연납땜 합금으로부

범위에서 상응온도가 훨씬 더 높아진다.

히 높이고자 하는 여러 가지 혁신적인

터 형성된 고융점 금속간 SnCu-상으로

따라서, 이들 연결부는 역학적으로 안정

패키징 컨셉을 도입했다[1].

부분 변환된다. 구리는 납땜 내부 구리

한 것으로 간주된다. 그림 4는 접합 온도

접합 온도가 200°C에 달하면, 작동 온도

입자(TLPS, 그림 2)로부터 또는 접촉면

가 150°C이고 상응 온도가 40%보다 훨

는 일반적으로 공정 온도가 250°C 미만

(TLPB)으로부터 공급된다.

씬 아래일 때 은 소결의 경우를 보여 주

인 연납땜 소재의 상응온도의 90%(절대

두 번째 기술은 은 확산 소결[5]로 그림

며 200°C에서도 다이-기면 인터커넥트가

온도 K로 측정 시)를 초과할 것이다. 따

3에 도식적으로 설명되어 있다. 마이크

안정화될 수 있다.

라서, 연납땜은 빠른 납땜 균열 전파에

로미터 크기의 은 조각을 포함하는 소결

광범위한 수명 테스트에 따르면 파워 사

의한 부분적인 다이 분리를 초래하며 열

페이스트의 얇은 층에 고압(40MPa) 및

이클링 성능은 10배 이상으로 증가시킬

로 활성화되는 광범위한 크리프(Creep)

적당한 온도(250°C)를 가한다. 이 조건

수 있다. 예를 들어, 기존 칩 납땜 연결부

과정의 영향을 받으므로, 더 이상 내구

에서 은이 확산되어 잔여 공극률이 10-

가 △Tj 110K에서 40k 주기 후(납땜 균

성이 높은 다이-기면 인터커넥트 기술

20%인 흩어 진 층을 형성한다.

열로 유발된 접촉면 감소로 인해) 상당

을 대표하지 않는다[2]. 이에, 이 문제

두 가지 기술 모두, 적당한 온도에서 다

한 열 저항성 증가를 보여 주는 반면[6],

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_ PE11

그림 5. 구리 금속 피복 칩의 구리 와이어 본딩

그림 6. 300μm 알루미늄/구리 와이어 본드 단면

은 소결 칩은 △Tj 110K에서 700k 주기

리 와이어는 파워 모듈 메인/보조 단자

으로, 칩 표면의 금속 피복에 안정적인

를 초과한 후에도 열 저항성 변화를 나

를 위해 구리 리드 프레임에 DBC 기면

결합 과정을 위한 어떤 변화도 필요하

타내지 않는다[7].

을 연결하는 경우에만 사용되어 왔다.

지 않다. 현재, 결합 과정 중 수율 문제없

표준 파워 모듈의 또 다른 약점은 알루

또한, 두꺼운 구리 칩 윗면에 금속 피복

이 구리 함량을 최대로 높이는 것을 목

미늄 와이어로 된 칩 윗면의 접촉이다.

을 도입함으로써 상황이 바뀌게 되었다

표로 신소재를 여전히 개발 중이다. △Tj

일반적으로 본드 와이어 직경은 125-600

[4]. 구리 접촉부의 열/전기적 특성과 열

110K에서 250k 주기 이상이라고 발표된

μm로, 모듈 유형과 칩 크기에 좌우된다.

팽창계수(CTE)의 차이를 개선함으로써

파워 사이클링 결과는 이미 표준 알루미

와이어는 초음파 쇄기형 결합 과정에 의

△Tj 110K에서 1Mio 주기 이상이라는

늄 와이어보다 4배 높다. 알루미늄/구리

해 알루미늄 윗면 금속 피복에 부착된

선례가 없는 파워 사이클링의 결과가 제

와이어 본드는 대부분의 애플리케이션

다. 와이어 본드의 노후 현상의 주요 원

시되었다.

에서 높은 작동 온도를 달성할 가능성이

인은 각 열팽창계수(CTE) - 알루미늄 와

그러나 두꺼운 구리 금속 피복을 얇은

있는 저비용 솔루션을 제공한다.

이어(25ppm/K), 실리콘 다이(4ppm/K),

웨이퍼 위에 두는 과정은 웨이퍼가 활

DBC(7ppm/K) - 의 차이가 크기 때문이

모양으로 휘어지는 현상(Wafer Bow)과

다. 부하 사이클링 후 초래되는 노후 현

취급 시 발생하는 문제들을 유발하는 중

상은 와이어 본드 힐(Heel)이 균열되고

요한 요소이다. 따라서, 표준 칩 윗면에

완전히 다른 접근방법으로, 본드 와이어

본드 와이어가 위로 들리는 것이다.

대한 버퍼층(Buffer Layer)과 같은 대안

를 완전히 제거하고, 다이 위쪽 표면에

한편, 구리 와이어는 열팽창계수(CTE)

들이 제시되었다[8]. 칩 아래면 소결 연

소결되는 유연한 구리 호일로 이를 대체

가 18ppm/K로 낮고, 구리의 항복 강도

결에 덧붙여, 칩 윗면도 추가 구리 호일

하는 소위 SKiN 기술이 있다[7, 10]. SKiN

가 높으므로, 탁월한 대안이 될 수 있다.

에 소결되며, 이 호일은 구리 와이어와

기술에서는 표준 파워 모듈 설계의 모

또한 구리는 더 높은 열 전도성 및 전기

쐐기형 결합을 형성하여 직접 구리 칩

든 납땜 및 본드 와이어 접촉부가 은 확

전도성을 갖고 있다. 그러나, 소재의 역

윗면 접촉과 동일한 신뢰성 개선을 나타

산 소결 연결부로 교체된다. 그림 7은 이

학적 특성으로 인해 표준 알루미늄 윗면

낸다.

러한 모듈의 단면을 도식적으로 보여 준

의 금속 피복 칩에서 구리 웨지 본딩(Cu-

최근 알루미늄 및 구리 복합 소재로 만

다. 칩과 DBC 사이의 소결 연결부에 덧

wedge bond)을 실현시키는 것은 불가

든 귀금속 와이어 본드가 도입되었다[9].

붙여, DBC 뒷면도 기판에 또는 직접 방

능하다. 구리는 부드러운 알루미늄 접촉

구리 와이어 코어는 알루미늄 표면에 의

열장치에 소결된다. 칩의 윗면은 두 개

부를 침투하여 그 아래 실리콘에 심각한

해 피복된다. 그림 6이 소재의 단면을 보

의 층으로 된 플렉스 보드(Flex Board)에

손상을 초래한다. 따라서, 지금까지 구

여 준다. 순수한 구리 와이어와 대조적

소결된다.

PE12 _

Power Electronics Korea 2014

IV. SKiN 기술

그림 7. SKiN 기술의 도식적 단면

그림 8. SKiN 기기의 조감도. 이미지는 스위치당 IGBT 2개와 그 사이 단일 다이오드가 있는 하프 브리지 구성을 나타낸다.

그림 9. TIM 또는 전체 소결 솔루션을 활용하는, 기판이 없는 모듈에 대 한 계산된 열 저항 비교

그림 10. 통합 고성능 핀 휜(Pin Fin)형 쿨러가 있는 SKiN 파워 모듈

플렉스의 아래쪽 층에는 고전력 주전류

창계수(CTE) 차이의 감소로 이미 파워

된 열 전도성 및 우수한 역학적 강도를

가 흐르고 위쪽 층은 저전력 보조 및 센

사이클링이 △Tj 110K에서는 700k 주기

지닌 Si₃N₄이다.

서 신호를 담당한다. 제조 한계로 인해

이상, △Tj 70K에서는 3Mio 주기 이상이

물 온도 45°C, 접합 온도 125°C인 워터

본드 와이어는 금속으로 피복된 칩 표면

라는 놀라운 개선을 선보였다.

쿨러(Water Cooler)에 장착된 표준 파워 모듈의 경우, 전형적인 전력 밀도 수치

전체의 약 21%에만 접촉할 수 있지만, 그림 8에서 볼 수 있듯이 소결된 플렉스

V. 전력 밀도 개선

는 약 1.2W/mm²(칩 면적) 이다. 에어 쿨 러(Air Cooler) 위의 어셈블리의 경우, 약

호일은 IGBT에서 50%, 다이오드에서 85%의 접촉 면적을 나타낸다. 증가된 접

냉매에 대한 칩의 열 저항은 기기의 최

0.6W/mm²이다.

촉 표면 및 두꺼운 금속 층이 열 배분을

대 전력 손실에 간접적으로 비례한다

그림 9는 워터 쿨러 시스템에 대한 방열

개선하여 핫 스폿(Hot Spots)을 줄일 뿐

(1). 최근 수년간 열 저항 감소에 있어 몇

장치, 열 인터페이스 소재(TIM), DBC 플

아니라, 약 30% 증가된 서지(Surge) 전

가지 발전이 있었고, 주로 DBC 세라믹

러스 칩 사이의 열 저항 분포를 표시한

류 용량을 줄인다.

의 열 전도성 향상과 층 두께 감소에 의

다. 이 시스템은 TIM 또는 다면적 은 소

모든 신소재는 최대 칩 온도가 200°C인

한 것이었다. 현재 가장 흔히 사용되는

결 층으로 방열장치에 연결된 기판이 없

향후의 애플리케이션에 적합하다. 딱딱

기면은 세라믹 두께가 0.38mm인 Al₂O₃

는 모듈로 구성된다. 비교 시, TIM 층은

한 소결의 연결과 연결되는 부분간 열팽

DBC이다. 유망한 세라믹 신소재는 향상

두께가 단지 20μm이지만, 혼자만으로도

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_ PE13

그림 11. SKiN 모듈 4개가 연이어 병렬로 연결된 파워 브릭 어셈블리(왼 쪽) 및 커버(오른쪽)

그림 12. 일반적으로 뒤쪽에 필름 커패시터가 있고 물 배분 레일의 위 에 있는 파워 브릭 4개가 병렬로 연결된 고전력 어셈블리

VI. 결론

전체 열 저항의 약 30%를 만들어 낸다.

연이어 배치된다. 러버 개스킷(Rubber

만약 이 TIM 층이 소결된 연결부에 의해

Gaskets)이 각 모듈을 프레임에 실링

제거된다면, 전체 열 저항이 24% 감소하

(Sealing)한다. DC 및 AC 단자는 반대편

전력전자 분야의 고전력 밀도 및 추가

며 전력 밀도가 1.5W/mm²로 증가될 수

에서 3차원 통합 워터쿨러와 하프 브리

비용 절감의 필요성에 따라, 더 높은 접

있다.

지 배치를 형성한다. 파워 브릭의 정격

합 온도와 더 높은 통합 수준의 파워 모

SKiN 파워 모듈에서는, 냉각 유체와 직

은 720A, 1700V이다. 멀티 MW 컨버터

듈 패키징이 주요 연구 과제가 된 것은

접 접촉하는 고밀도 바둑판형(Pin Fin)

의 경우, 일반적인 물 배분 레일에 파워

명백하다. 지난 수년간 서로 다른, 그리

알루미늄 방열장치가 사용된다. 그림

브릭 4개가 배치된다.

고 많은 혁신적인 컨셉이 업계 및 학계

10은 정격 180A, 1700V, 규격 74mm

그림 12는 필름 커패시터(Capacitor)가

에 의해 추진되었다. 발표된 신뢰성 개

x 56mm인 기기를 보여 준다. 이 설계

뒤에 있는 3MW 상(Phase)-레그(Leg) 어

선 성과는 10년 전에는 불가능한 것으로

에서 물에 대한 접합의 총 열 저항은

셈블리를 보여 준다. 이 상-레그의 전체

보였던 것이다. 그러나 이러한 개선을

500L/min, 총 칩 면적 200mm²에서 단

규격은 400 X 190 X 200mm3이고, 정

통해 앞으로 신뢰성 측면의 퇴보 없이

지 0.2K/W이다. 상기 예와 동일한 매개

격은 2880A, 1700V이다. 우수한 냉각

미래의 200°C 정격 Si 및 SiC 기기 사용이

변수를 사용하여 전력 밀도 2W/mm²(

컨셉 덕분에, 이 기기는 스위칭 주파수

가능해질 것이다. 다이 부착, 천이액상

칩 면적)이 달성된다. SKiN 기술의 우수

2.5kHz, DC-링크 전압 1100V, 냉각제 온

납땜, 은 확산 소결, 구리 또는 구리/알

한 파워 사이클링 성능에 의해 가능하게

도 50°C에서 2900A RMS 전류를 운반할

루미늄 와이어 본딩, 소결된 플렉스 호

된 조건으로, 만약 최대 칩 온도가 150°C

수 있으며 이는 Ic 공칭 정격과 같다. 이

일 등 모든 부분에 있어 미래의 다이 부

로 증가하게 되면 이 수치는 최대 2.6W/

러한 고전력 밀도는 직접 워터 쿨링으로

착 방법에 관한 흥미로운 방법을 제시하

mm²까지 더욱 증가될 수 있다.

만 가능하다. 일반적으로 과부하 조건에

며, 일부는 서로 경쟁할 수도 있다. 만약

이러한 고전력 밀도는 고전력 산업 분야

서는 공칭 정격 전류의 2-3배에 해당하

그렇게 된다면, 과연 어떤 컨셉이 미래

및 자동차 분야의 특별한 관심사에 해당

는 다이의 최대 펄스 컬렉터(Maximum

산업용 모듈 생산을 위한 주류가 될 것

한다. 그림 11의 파워 브릭(Power Brick)

Pulsed Collector) 전류를 초과하지 않도

인지 점차 확실해질 것이다.

컨셉은 고전력 산업용 빌딩 블록에서

록 주의해야 한다.

모듈의 직접적인 액상 냉각 및 혁신적인

SKiN 파워 모듈 4개의 병렬 통합의 예를

시스템 통합은 유례없는 수준의 전력 밀

보여 준다[11].

도를 달성할 수 있게 하고 전력 전자 시

각 면의 모듈 2개는 물 배분 프레임에

스템의 비용과 부피를 감소시킨다. 그러

PE14 _

Power Electronics Korea 2014

나, 제시된 개선 성과는 수냉식 기기에 서만 가능하다. 저/중급 파워 컨버터에 서 압도적으로 흔히 사용되는 공냉식 시 스템은 접합 온도 증가의 혜택만 누릴 수 있으며, 접합 온도의 증가는 결국 방 열장치 온도 증가를 초래한다. 수동 소 자 또는 컨트롤러의 결과적인 작동 온도 증가에 연관된 신뢰성 이슈는 지능형 온 도 관리 및 미래 신소재 연구를 통해 해 결되어야 한다.

SKiN 기술과 함께 대두된 패키징 기술은 새로운 패키징 및 시스템 통합 컨셉의 길을 열고 상기 문제점들을 극복하는 데 도움을 줄 수 있다.© 세미크론 코리아 www.semikron.com

참고 문헌 [1] T. Stockmeier: “Power Module Packaging Technologies: The World is complex”, PCIM, Shanghai, China, 2012 [2] M. Poech, R. Eisele: "Modelling the Mechanical Behaviour of Large-Area Solder Joints“, PCIM, Nuremberg, Germany, 2000 [3] W.D. MacDonald, T.W. Eagar: “Transient Liquid Phase Bonding”, Annual Rev. Mater. Sci. 1992. 22: pp. 23 - 46.

[4] K. Guth, D. Siepe, J. Gorlich, H. Torwesten, F. Hille, F. Umbach, R. Roth: "New assembly and interconnects beyond sintering method“, PCIM, Nuremberg, Germany, 2010 [5] S. Klaka: "Eine Niedertemperatur-Verbindungstechnik zum Aufbau von Leistungshalbleitermodulen“, Dissertation, Cuvillier Verlag, 1997 [6] U. Scheuermann, R. Schmidt, “Impact of Solder Fatigue on Module Lifetime in Power Cycling Tests” EPE, Birmingham, UK, 2011 [7] P. Beckedahl, M. Hermann, M. Kind, M. Knebel, J. Nascimento, A. Wintrich: “Performance comparison of traditional packaging technologies to a novel bond wireless all sintered power module”, PCIM, Nuremberg, Germany, 2011 [8] J. Rudzki, F. Osterwald, M. Becker, R. Eisele, “Novel Cu-bond contacts on sintered metal buffer for power module with extended cababilities”, PCIM, Nuremberg, Germany, 2012 [9] R. Schmidt, U. Scheuermann, Eugen Milke, “Al-Clad Cu Wire Bonds Multiply Power Cycling Lifetime of Advanced Power Modules”, PCIM, Nuremberg, Germany, 2012

저자 소개

[10] T. Stockmeier, P. Beckedahl, C. Gobl, T. Malzer, “SKiN - Double side sintering technology for new packages”, ISPSD, San Diego, USA, 2011

Peter Beckedahl

[11] T. Grasshoff, P. Beckedahl, R. Ehler, “Ultra compact power module for liquid cooled inverter”, PCIM, Nuremberg, Germany, 2012

SEMIKRON International GmbH, peter.beckedahl@semikron.com

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파워 마켓

2014 아태지역 전력 발전 및 신재생 에너지 관련 Top5 전망 전력 수요가 최고치에 달하고 석탄값이

과 유럽 부흥 개발 은행은 석탄 발전 프

프로젝트들의 착수를 독려할 수 있도록

안정되고 동남 아시아 경제가 되살아나

로젝트에 대한 해외 자금 조달을 중지할

발전차액지원제도를 개정했다.

는 것에 힘입어 2014년 아시아 태평양

것이라 발표했다.

태국은 2014년 말까지 태양광 1,000MW 를 추가할 계획을 가지고 있다. 태국에

전력 발전(Power Generation) 산업에 투 자 활동이 활발해질 것으로 전망된다.

3. 후쿠시마 원전 사고에도 원자력

서 발전차액지원제도가 2006년도에 도

이에 프로스트 앤 설리번은 2014년 아시

발전에 힘을 쏟을 것으로 전망

입된 이래 신재생 에너지 프로젝트가 늘

아 태평양 전력 발전(Power Generation)

2011년 후쿠시마 재해 여파로 전력 생산

어나는 것은 매우 인상적이다.

산업에 대한 5가지 전망을 내놓았다.

에 화석 연료에 대한 의존도가 높아져,

태국의 발전차액지원제도는 기한이 10

2012-13년간 일본 탄소 배출량이 크게

년으로 제한되어 있었다. 하지만 기존

1. 지속적인 경제 성장으로 전력 수요

늘어났다. 이에 현재 에너지 상황을 개

정책의 급격한 변화로 인해 태국의 국가

가 최고치 달성

선하고 탄소 배출량을 줄이기 위해 일본

에너지 정책위원회(NEP)는 지상이나 옥

전력 수요가 꾸준히 상승함에 따라 2014

은 원자력 프로젝트를 다시 시작하는 방

상 태양광 설치 모두에 대한 발전차액지

년 아태지역 전력 발전량이 4.1%까지 늘

안을 신중이 검토할 것으로 보인다.

원제의 유효기간을 25년으로 연장하는 것을 승인했다. 이러한 제도적 변화는

어날 전망이다.

IMF 전망에 따르면, 2014년 인도네시아

4. 가격 안정과 정부 지원에 힘입어

2014년 태국 신재생 에너지 시장 성장에

와 말레이시아, 필리핀, 태국, 베트남 이

태양광 및 다른 신재생 에너지 설비

큰 힘을 실어줄 것이다.

국가들이 합한 GDP 성장률이 5.7%를

가 꾸준히 늘어날 것으로 전망

기록할 것으로 전망했다. 이런 긍정적인

지난 2년간 아태지역 많은 국가들이 각

5. 투자자 신뢰 유지를 위해 주요 규

전망을 내놓은 데에는 현지 소비 상승과

기 다른 전력용 신재생 자원에 대한 발

제 완화 및 전력 시장 개혁

신용 확대, 중산층 증가가 뒷받침 됐다.

전차액지원제도(Feed In Tariff : FIT)를

일본 정부는 2011년 원전 사고 이후 아

도입해 기존의 관제 제도에 순변화를 불

베 정부의 우선 순위로 꼽는 전력 개혁

2. 석탄이 아시아 선택 연료로 부상,

러 일으켰다.

에 도화선이 될 전기 법안을 통과시켰

하지만 국제 자금 조달엔 제약

2012년 일본에 도입된 태양광 발전차액

다. 이 개혁안의 핵심 제안들은 바로 국

저렴한 가격과 활용 범위가 넓다는 이유

지원제도는 시장에 엄청난 영향을 미쳐

가 그리드와 전력 시장 자유화이다. 유

로 아시아 지역에서 2014년에도 석탄이

2013년 태양광 시장은 폭발적인 성장을

틸리티 자유화로 독점 시장의 막을 내릴

선택 연료로 남아있을 것이다. 더욱이

기록했다. 전기 요금은 이미 아주 높아

것으로 기대된다.

미국에서는 천연 가스비가 저렴해 미국

졌고 태양광 요금은 안정권을 유지할 것

2020년까지 전력 부문 개혁에 2,990억

산 석탄을 아시아로 수출하는 사례가 급

으로 보여 2014년에도 2013년과 마찬가

달러가 필요하다고 아베 총리는 말했다.

격히 늘어났다.

지로 태양광 시장의 강세는 계속 이어질

2곳의 석탄 화력 발전소와 13 곳의 가스

인도네시아와 베트남은 전력 부족량

것으로 보인다.

화력 발전소는 2014년 말까지 완료될 것 으로 보이며 이들의 전력 공급량은 석유

을 줄이기 위해 주로 석탄 화력 발전소 의 용량을 방대하게 늘릴 것으로 보인

2013년 인도네시아는 국내 수많은 지열,

로 생산하는 전력량의 약 20%를 차지할

다. 하지만 2013년 말, 미국 수출입 은행

바이오 매스 및 기타 신 재생 에너지(RE)

것이다.© www.frost.com

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