파워 패키징이 파워 일렉트로닉스 산업 성장에 크게 기여하고 있다. 파워 패키징은 2020년까지 약 17억 달러(한화 약 1조 8,500억)의 시장 규모를 형성할 전망이다. 고전력 밀도 및 비용 절감의 필요성으로 인해 파워모듈 패키징이 주요 연구 화두로 떠오르고 있다. 기술 혁신의 과제를 해결함에 따라 관련 산업의 미래 판도를 크게 바꿀 것으로 예상된다.
파워 모듈 패키징, 발전과 과제
파워 모듈의 제품 신뢰성을 높이고 요구 수량을 충족시키기 위해 관련업계가 파워 패키징을 위한 새로운 제품 개발에 주력하고 있다.
인터페이스 향상을 위해서는 새로운 혁신적인 컨셉이 도입되고 활용되고 있다. 일례로 다이 접착(Die Attatch)에서의 연납땜은 시장 점유율을 잃어가고 있지만, 이는 은(銀) 확산 소결(燒結)이라는 새로운 방식에 많은 이득을 넘겨주고 있는 상황이다.



표준 와이어 본딩(Standard Wire Bonding)도 리본본딩(Ribbon Bonding)이나 볼 본딩(Ball Bonding)처럼 표면 접촉을 증가시키는 솔루션과 함께 진화 중이다.

이외에 봉지기술(Encapsulation Technology)은 높은 온도에서의 작동이 가능할 수 있는 연구와 개발에 대한 많은 요구사항을 맞닥뜨리고 있다. 표준 실리콘 겔과 에폭시가 온도에 한계를 갖고 있기 때문이다. 이로 인해, 파릴렌(parylene)과 같은 신소재가 지속적으로 개발되는 상태다.

파워 패키징의 발전 역시 시급한 과제로 남아있다. 파워 일렉트로닉스 산업이 환경 조건과 기술적인 난관에 봉착했기 때문이다. 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해선 상승하는 출력 밀도와 동력 변환 최적화가 매우 중요한데 이를 위해 소자와 모듈 모두에 기술 혁신이 요구되고 있다.

와이드 밴드 갭(Wide Band Gap) 반도체는 효율적인 패키지 제작에 기여하고 있다. 이를 통해 소자의 고주파, 고전압, 고온 적응력이 최대로 활용이 가능하다.



전기·하이브리드 자동차의 성장은 파워 일렉트로닉스 시장을 견인할 전망이다. 산업 관계자들이 파워 일렉트로닉스 산업에 거는 기대는 대량 생산과 조립 자동화, 크기나 가격 제한과 같은 다양한 요구 조건들을 만들어내고 있다. 파워 모듈 패키징은 이러한 다양한 요구와 함께 성장할 것으로 많은 기대를 모으고 있다.

애플리케이션이 고전압, 고온에서 작동할 필요성이 점차 늘어나고 있는 가운데, 거친 환경에서도 시스템 패키지가 작동하기 위해선 많은 기술적 과제가 남아있는 것으로 보인다.
연 7% 성장 예상되는 파워 일렉트로닉스
몇 년 전까지만 해도 파워 일렉트로닉스는 소규모 시장을 형성하고 있었다. 그러나 최근엔 파워 일렉트로닉스 소자가 전기 전송 및 배전 분야와 함께 점차 필수적인 것이 되가는 추세다. 이러한 변화의 중요한 배경엔 각국 정부가 추진하는 이산화탄소 감축 정책이 뒤에 있었다.

파워 일렉트로닉스를 적용하면 다양한 전원공급장치에서 효율 개선을 달성할 수 있다. 파워 일렉트로닉스가 자동차 애플리케이션에서 효율을 증가시키게 되면 이는 에너지 절감으로 이어지고 결국엔 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있게 된다.

한국교통연구원도 국내 승용차 이산화탄소 배출량은 평균 198 g/㎞이며 승용차에 세금을 부과하는 기준을 배기량에서 탄소 배출량으로 바꿔야 한다는 연구 결과를 내놓은 바 있다. 이외에도 이산화탄소 배출량 절감을 위한 노력은 세계적인 추세로 진행되고 있다.

욜 디벨로프먼트는 2014년과 2020년 사이 파워 일렉트로닉스 시장에 큰 변화가 있을 것으로 내다봤다. 욜 디벨로프먼트에 따르면 이 시기 파워 일렉트로닉스 시장은 전기·하이브리드 자동차의 발전과 신재생에너지의 확대로 인해 연간 7% 이상의 성장률을 나타낼 전망이다. 2014년 115억 달러(한화 약 12조 5,400억)에서 2020년 내 172억 달러(한화 약 18조 7,500억 원)의 커다란 시장규모를 형성할 것으로 예측된다.

단일 소자 시장에서 최종 시스템에 이르기까지 파워 일렉트로닉스의 각 세그먼트는 성장하고 있다. 중국 정부가 추진하는 정책으로 인해 아시아 국가들 사이에서도 이런 경향은 지속될 전망이다.

서브스트레이트 세그먼트에 의해 견인된 파워 패키징 시장 역시 성장하고 있다. 현재부터 2020년 사이의 파워 패키징 시장과 서브스트레이트 세그먼트 시장은 각각 14%, 13% 이상 성장할 것으로 예측된다.

세계적으로 관련 원자재 시장은 현재부터 2020년 사이에 12% 이상 성장하며, 2020년엔 17억 달러의 시장 규모를 구축할 전망이다.


파워 모듈 제조 경쟁
점점 더 많은 파워 일렉트로닉스 애플리케이션이 기능 향상을 목적으로 파워모듈 사용을 선호하고 있다. 이로써 제조업체가 파워 모듈 어셈블리를 관리·운용하는 것이 의무처럼 되어가고 있다. 파워 모듈의 제조가 중요한 단계로 정착한 것이다. 디바이스 제조업체와 인버터 제조업체 간 파워 모듈 제작을 위한 경쟁은 이미 치열해진 상태다. 파워 모듈 제조업체는 패키지 재료를 특정 회사에서 대외 구매한 뒤 자사에서 모듈을 조립하는 방식을 채택하고 있으며, 이는 하나의 트렌드로 자리 잡았다.

제품의 새로운 형태를 개발한다는 것은 소기업이나 신생 기업에게 좋은 비즈니스개발 기회를 제공할 수 있다. 중국의 서플라이 체인은 수직적인 방식의 기업 합병으로 인해 영향력을 점차 강화하는 중이다.


SMD와 파워 일렉트로닉스
개별소자(discrete device)는 오랜 시간동안 독점적이다시피 TO패키지로 패키지됐다. TO패키지는 보다 완성된 형태의 광범위한 패키지로 강한 내구성을 갖췄지만, 오늘날엔 기능 향상을 위해 많은 연구가 이뤄지고 있는 상황이다.



SMD(표면 실장 소자)는 점점 보편적으로 활용되는 추세 속에 있다. SMD는 TO컴포넌트만큼 높은 강도로 사용되진 못하지만, 병렬 형태로 장착하게 되면 이런 범위의 성능을 달성하는 것이 가능하다.

관계자들은 전기·하이브리드 자동차에 활용될 SMD와 같은 애플리케이션의 대량 생산이 자동화되면 업계에 커다란 변화가 일 것으로 보고 있다.
욜 디벨로프먼트는 이러한 애플리케이션이 향후 시장을 크게 주도할 것으로 전망했으며, SMD가 파워 일렉트로닉스 산업에 커다란 비중을 차지할 것으로 예상하고 있다.