전기전자/정보통신

Mitsubishi Electric_2016_Vol.90 No.5

미쓰비시 전기 기보
파워 디바이스 (Power Device)


[권두언]
● 2026년의 상상력
Ichiro Omura / 九州工科大学 工学研究院 教授

1. 서론
파워반도체가 본격적으로 사용되기 시작해서 50년 이상이 지났다. 지금은 기가 와트 클래스의 송전부터, 전차와 하이브리드 자동차, 가전과 컴퓨터, 로봇과 모터용기기에 이르기까지, 거의 모든 전기에 관련되는 기기에 파워반도체가 사용되고 있다. 파워반도체는 제어대상이 전력이 있으므로 특별한 반도체로서 위치설정이 되어 있는데, 향후 10년에 반도체기술 전체가 통합적으로 전력기기와 시스템에 관련되어 갈 것으로 예상된다. 여기서는 과거를 돌아봄과 함께 현상을 직시하여, 미래를 예상하는 중에 10년후의 파워반도체에 대한 생각을 기술한다.

2. 2006년 이후의 상황
최근 10년간의 사회와 반도체기술의 변화는 컸다고 생각된다. 초대 iPhone이 2007년에 발표되어, 반도체에서는 더한 미세화로 300mm화가 급속하게 진행되었다. 하이브리드 자동차가 급속하게 보급되고, 신간선이 수출되기도 했다. 아시아 제국에 의한 공학연구의 양·질이 함께 급속하게 향상되고, 일본은 몇 개 분야에서 산업상의 위치를 잃어버렸다. 시장과 사회의 평가 축이 계속하여 변하고, 생각지도 못한 현실이 돌연 나타나는 등, 장래가 예측하기 어려운 시대에 들어온 인상이 강하다.

파워반도체로 눈을 돌리면, 그 수요는 10년간에 확대되고, 그것에 수반되어 웨이퍼의 대구경화, 생산성의 향상, 생산거점의 지정학적 확산, 성능개선이 착실히 진행되었다. 일본의 파워반도체 업계는 종래의 틀을 중요하게 생각해 가면서, 성능향상과 노이즈 대책 등 보기 어려운 성능을 착실히 개선하여 가는 것으로, 이 10년을 넘어 왔다고 생각된다. 새로운 디바이스 기술의 제안이 적었던 것도 이 10년간의 특징이기도 하다. 요구된 기술레벨의 높이와 연구가 장기화하는 경향이 있게 된 것이 그 이유라고 생각한다.

3. 현재의 상황
우리 사회는 다양한 가치관을 받아들이는 것 대신에, 보다 많은 새로운 과제와 직면하게 되었다. 일본도 여러 가지 문제를 안고 있는 가운데, 서 있어야 할 위치를 모색하는 어려운 시기에 와 있다. 반도체 업계에서는, 기술혁신을 기술현신을 이끌고 왔던 “무어의 법칙”이 발표이래 50년을 맞고, 반도체기술 전체가 이 법칙에서의 이탈을 요구 받고 있다.

파워반도체의 수요확대와 함께 제품의 폭이 칩에서부터 인버터응용의 모듈로까지 넓혀져, 시장이 다양화되었다. 각 메이커는 구매력이 잇는 고객과 수직적 관계를 유지해가면서 표준화의 힘이 있는 세계시장에의 대응이 필요하게 되었다. 제조 면에서는, 일·미·구주에 의한 고성능·고기능화 경쟁을 하는 한편, 신흥국이 고 내압반도체나 화합물반도체의 시장에 참여했다. 더해서 수평분업이 진행되고, 파워반도체 비즈니스에의 진입장벽도 낮아졌다.

해외에서는 기업통합에 의해 거대한 파워반도체 전업메이커가 등장하고, IoE(Internet of Everything), IoT(Internet of Thing)와 Industrie 4.0의 구상을 파워반도체에 적용하려는 기업도 출현했다. 파워반도체는 세계 중의 기업에 있어 다양한 관계가 가능한 산업이 되어, 우리의 예상을 넘어서 발전의 방향도 다양화 되어가고 있다.  
          
4. 2026년의 상황
장래를 상상해 보면, 국내외를 불문하고 계속해서 나타나는 복잡한 대립 축에 대해서, 인류의 지혜로 해결책을 찾아가는 시도가 계속되는 가운데, 일·미·구주의 영향력이 저하해 간다. 반도체에서는 “무어의 법칙”이 그 역할을 완전히 끝내고 있다. ”무어의 주술”에서 해방된 결과, 파워반도체기술과 마이크로 일렉트로닉스 기술의 울타리가 일시에 없어지고, 급속히 시계가 넓혀져 가는 것이 예상된다. 파워반도체를 포함한 폭넓은 반도체기술 전체는, 다양한 사회적 가치를 포함한 복합적이고 현실적인 비전의 중핵기술로서 새로운 이노베이션의 단계에 들어갈 것이다.

5. 마무리 : 2026년에의 상상력     
2026년, 우리들 자신의 상상력을 발휘하여, 다양화하는 파워반도체기술을 포함하는 전력과 에너지에 관한 새로운 일렉트로닉스의 구축에 힘을 기울이고 있을 것이다. 현재 연구가 진행되고 있는 SiC(Silicon Carbide)파워반도체, 고성능 실리콘파워반도체는, 새로운 일렉트로닉스 가운데 위치하여, 다양한 기술과 융합하여 진가를 발휘하고, 세계적인 과제의 해결에도 공헌할 것으로 생각된다.

2026년까지의 10년간은 우리들 상상력이 시험되는 10년일 것이다. 오래 사용된 키워드나 통념은 모두 버리고, 자신의 상상력으로 현실감을 만들어 가야 할 것이다. 이 현실감이야말로 우리들의 Core Competence이며, 새로운 일렉트로닉스의 핵심으로 이어진다고 생각한다.


● 파워 모듈의 최신동향과 전망
(Latest Trend and prospect of Power Module Technology)
Akihiro Shima 외 1명/ 파워디바이스 제작소장


● SiC 파워 모듈의 개발과 응용분야의 확대
(Development and Expansion of Application Fields for SiC power module)
Masayuki Ando 외 1명/ 파워디바이스제작소


● 플래너형 SiC-MOSFET의 On저항 저감화 기술
(Low On-Resistance Technology for Planer SiC-MOSFET)
Toshikazu Tomioka 외 4명/ 선단기술종합연구소


● 트렌치형 SiC-MOSFET
(SiC Trench MOSFET)
Katsutoshi Sugawara 외 4명/ 선단기술종합연구소


● SiC 파워 모듈의 다이나믹 인터그리티 설계
(Dynamic Integrity Design for SiC Power Module)
Yoshihiro Yamaguchi 외 4명/ 파워디바이스제작소, 선단기술종합연구소


● 산업용 제 7세대 파워 칩 기술
(7^th Generation Power Chip Technologies for Industrial Applications)
Ryu Kamibaba 외 2명/ 파워디바이스제작소


● 산업용 고 신뢰성 패키지 기술
(Packaging Technologies for High Reliable Industrial Power Modules)
Shinsuke Asada 외 4명/ 파워디바이스제작소


● 산업용 제 7세대 IGBT 모듈 “T시리즈”
(7^th Generation IGBT module “T Series” for Industrial Applications)
Masaomi Miyazawa 외 1명/ 파워디바이스제작소


● 산업용 제 7세대 IPM “G1 시리즈”
(7^th IPM “G1 Series” for Industrial Applications)
Yoshitaka Kimura 외 1명/ 파워디바이스제작소 외


● 컨버터·인버터·브레이크 내장의 올인원 타입 “DIPIPM+ 시리즈”
(All-in-one Type “DIPIPM+ Series” with Built-in Converter, Inverter, and Brake)
Kosuke Yamaguchi 외 2명/ 파워디바이스제작소


● RC-IGBT 탑재 파워 모듈 “SLIMDIP 시리즈”
(“SLIMDIP Series” Power Module Using RC-IGBT)
Shogo Shibata 외 1명/ 파워디바이스제작소


● 차세대 자동차용 파워 모듈 “대용량 J1 시리즈”
(Next Generation Power Module “High Power J1 Series” for EV and HEVs)
Seichiro Inoguchi 외 4명/ 파워디바이스제작소


● 대용량·고신뢰성 HVIGBT 모듈 “X 시리즈”
(HVIGBT Module “X Series” with High Power Rating and High Reliability)
Kenji Hatori 외 2명/ 파워디바이스제작소


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