◎ 정의

전력반도체는 전력변환, 전력변압, 전력안정, 전력분배 및 전력제어, 관리 등을 수행하는 반도체로, 최근에는 전력을 조절/전달하는 단순한 기능에서 에너지 효율 제고 및 시스템 안정성으로 영역이 확장되고 있는 추세이며, 일반 반도체에 비해 고내압화, 고신뢰성화 고주파수화 등이 요구되어, 모바일기기, 컴퓨팅, 통신, 가전, 노트북, 자동차 등 전자 애플리케이션에 적용

◎ 필요성

- 전력반도체(Power Semiconductor)는 전력을 생산하는 단계부터 사용하는 단계까지 다양한 기능을 수행하고 있어, 가전제품, 스마트폰, 자동차 등 전기로 작동하는 제품의 작동 여부 및 성능을 결정짓는 핵심부품으로 작용

- 전기자동차, 태양광발전 등 다양한 분야에 적용이 확대되고 있으며, 스마트폰과 태블릿PC 등 모바일 디바이스의 급성장으로 수요가 증가하고, 특히, 4차 산업혁명 시대의 도래로 인해 스마트카, 자율주행차, 로봇, 태양전지, 사물인터넷(IoT), 스마트그리드, 항공우주, 5G 이동통신 등 관련 산업이 성장함에 따라 수요가 급격히 늘어날 것으로 예상

전력반도체소자는 전력변환, 전력 변압, 전력 안정, 전력 분배 및 전력제어, 관리 등을 수행하는 반도체

▪전력반도체의 기술에는 크게 회로설계기술, 소자 기술(전력 신소재 기술, 소자 설계 및 구현 기술), 및 모듈 패키징 기술 등이 있으며 각 기술은 시스템과 구조설계 혹은 공정 방법에 따라 다양한 기술로 구분

▪전력반도체는 응용분야와 내압 특성에 따라 개별소자(디바이스), 집적회로(IC) 및 다중 소자를 패키지로 집적한 모듈 형태로 존재하며 산업 응용분야에 따라 전력 레벨이 다른 반도체 소자가 사용됨. 이중 개별소자는 디바이스 또는 디스크리트(Discrete)라 불리며 전력 변환 및 전력 제어 등에 사용

▪최근에는 전력을 조절/전달하는 단순한 기능에서 에너지 효율 제고 및 시스템 안정성으로 영역이 확장되고 있는 추세이며, 일반 반도체에 비해 고내압화, 고신뢰성화 고주파수화 등이 요구되어, 모바일기기, 컴퓨팅, 통신, 가전, 노트북, 자동차 등 전자 애플리케이션에 적용됨

전력 반도체 산업은 소재와 소자로 크게 구분되어 지며, 소재기술은 wafer 제조기술로서 크게 기판(Substrate)을 만드는 기술과 기판 위에 에피를 성장하는 기술이 핵심이며, 완성된 웨이퍼 위에 패터닝(device patterning)을 하여 소자를 제작 하는 것이 소자제작 기술임. 소자제작을 위해서는 전력반도체에 적합한 소자설계와 공정기술이 필수임

▪소자설계 기술은 통전부와 구동부의 설계를 최적화 하는 기술이 경쟁력의 핵심 사항임

▪소자제조 기술은 wafer 위에 patterning 하는 기술부터 불순물을 주입하는 이온주입 기술 표면처리 기술, 식각기술, 산화막 성장기술, 메탈증착 기술 등이 핵심이며, 각각의 단위공정부터 일괄공정을 처리 할 수 있는 능력이 수반되어야 함

▪경쟁력 있는 소자를 제작하기 위해서는 강건한 구조 형성을 위한 신뢰성 이 동작특성과 함께 만족을 해야 함

▪전력반도체가 응용분야에 적용되기 위해서는 package 기술이 필요함. package 기술은 단일 패키지와 모듈 패키지 등 응용분야에 맞는 다양한 제품의 개발이 필요함

전력 반도체 소자 설계 기술은 구동부와 통전부 등을 포함하는 전력반도체 구조를 형성하는 것을 말하며 전력반도체의 설계 분야는 기존 시스템반도체와 달리 단순 IP를 활용한 설계보다 주로 공정 경험을 활용한 공정설계기술로 병행 진행됨. 대부분의 반도체 설계기술은 수평 구조의 디바이스이지만 전력반도체는 수직구조의 디바이스로 공정이 훨씬 주요 이슈사항임 큰 전력을 처리하는 디스크리트(Discrete) 및 모듈(Module) 형태의 전력반도체 소자는 사용 시 구동을 위한 구동용 파워 IC를 필요로 함

▪대부분의 반도체 설계기술은 수평 구조의 디바이스이지만 전력반도체는 수직구조의 디바이스로 공정이 훨씬 주요 이슈사항임

▪전력반도체의 설계 분야는 기존 시스템반도체와 달리 단순 IP를 활용한 설계보다 주로 공정 경험을 활용한 공정설계기술로 병행 진행됨

▪시장에서 제품마다 다양한 스펙을 요구하다 보니 기본 설계/공정기술을 바탕으로 수요자 스펙에 따라 제품 스펙을 조절(Customizing)하는 형태로 제품을 출시. CPPS는 공장 현장의 필드버스나 PLC, 센서 등에서 데이터를 수집하고, 그 상위로 MES, ERP, SCM 등의 기업운영 어플리케이션의 데이터로 변환하여 전달하는 수직적인 데이터의 통합을 통해 제조와 비즈니스 영역을 연결시킬 수 있는 역할을 차지함