로옴, 폭넓은 파워 라인업 구비…매출 목표도 상향 수정

탈탄소 사회의 실현을 위해 자동차 시장뿐만 아니라, 통신 인프라 및 서버, 기지국, 공장, 오피스, 주택 등 전력 변환이 필요한 모든 기기의 고효율화, 저전력화가 중요시됨에 따라 파워 반도체 전반에 걸쳐 매우 왕성한 수요가 형성되고 있다.
 

"기존의 실리콘 파워 반도체에 비해 SiC는 웨이퍼의 중요성이 높기 때문에, 그룹 내에서 웨이퍼 제조를 실시한다는 점은 강점 중 하나입니다. 물론 디바이스 성능에 있어서도 업계 최고 수준이며, 끊임없이 한차원 높은 진화를 목표로 제품을 전개하고 있습니다. 또한, 장기적으로 SiC 및 GaN은 디바이스의 성능 향상뿐만 아니라, 이를 구동하기 위한 제어 IC, 파워 디스크리트 등 주변부품을 포함한 솔루션 제안력이 중요합니다."
 

그 중에서도 자동차 시장은 xEV (전동차)의 신장세가 예상되어, 로옴(ROHM)의 유효 수요(파워 반도체, 아날로그 반도체 등) 면에서 비교하는 경우, 가솔린 자동차에 비해 EV 자동차는 1대당 2.5배의 반도체가 탑재되는 것으로 계산되고 있다.

따라서, 생산 대수가 크게 증가하지 않더라도 확실하게 성장하는 시장이라고 할 수 있다. 로옴 세미컨덕터 코리아 주식회사의 신동필 대표이사로부터 로옴의 파워 반도체 전략을 들어봤다.


Q.  로옴의 파워 반도체는 경쟁사에 비해 어떤 차별성이 있다고 자신있게 말할 수 있는지요.

SiC는 웨이퍼부터 디바이스, 패키지와 모듈까지 수직 통합형 생산 체제를 구축하고 있다는 점이 차별화된 부분입니다. 특히 기존의 실리콘 파워 반도체에 비해 SiC는 웨이퍼의 중요성이 높기 때문에, 그룹 내에서 웨이퍼 제조를 실시한다는 점은 강점 중 하나입니다. 물론 디바이스 성능에 있어서도 업계 최고 수준이며, 끊임없이 한차원 높은 진화를 목표로 제품을 전개하고 있습니다.

또한, 장기적으로 SiC 및 GaN은 디바이스의 성능 향상뿐만 아니라, 이를 구동하기 위한 제어 IC(게이트 드라이버), 파워 디스크리트 등 주변부품을 포함한 솔루션 제안력이 중요합니다. 로옴은 이러한 설계 서포트도 다양하게 실시하고 있으며 평가 및 시뮬레이션 툴의 제공뿐만 아니라, 글로벌 FAE(Field Application Engineer)를 통한 서포트 체제도 구축하고 있습니다.


Q.  로옴은 최근, SiC 파워 반도체를 중심으로 로옴 그룹의 생산 능력 확대를 추진하기 위해, Solar Frontier의 Kunitomi 공장을 인수했다고 발표했는데요, 이는 파워 반도체 사업에 어떠한 의미가 있는 것인지, 또 향후 계획이 있다면 말씀해 주세요.

SiC 파워 디바이스 사업에 있어서는 자동차의 전동화에 따라 급격하게 시장이 확대되고 있으므로, 왕성한 수요에 대응하여 안정 공급 체제를 신속하게 구축하는 것이 중요합니다. 로옴은 이에 대응하여 SiC 투자 시기를 앞당겨 2027년까지 7년간 총 5,100억 엔의 투자를 예정하고 있으며, SiC의 4th FAB으로서 Solar Frontier 주식회사의 (구) Kunitomi 공장의 자산 취득에 합의하였습니다. 규모와 더불어 기존의 건물 및 클린룸을 활용함으로써 조기의 생산 라인 구축이 가능하다는 점이 큰 포인트입니다.


Q.  로옴은 2022년도 결산 발표에서 2년 연속으로 과거 최고 매출을 갱신했다고 밝혔습니다. 특히 SiC 사업에 누계 5,100억 엔을 투자하여, 생산 능력을 35배 예상한다고 했는데, 올해 예상치와 내년 예상치가 있다면요.

로옴의 파워 반도체는 Si IGBT 및 MOSFET 이외에도 SiC, GaN 등 폭넓은 제품 라인업을 구비하고 있습니다. 2022년 3월기부터 2028년 3월기까지의 파워 반도체 매출은 연평균 성장률 (CAGR) 29.8%를 예상하여, 4000억 엔을 넘을 것으로 예상하고 있습니다.

이러한 성장의 중심이 되는 제품이 SiC이며, 최근의 왕성한 수요에 대응하여 2023년 3월기 결산 발표 (2023년 5월)에서 SiC의 매출 목표도 상향 수정하였습니다. SiC 사업의 매출 목표는 2025년에 1,300억 엔 이상(기존 1,100억 엔)으로 수정하였으며, 2027년에 2,700억 엔 이상을 목표로 하고 있습니다.
 

Q.  로옴의 SiC 반도체는 제공 공정이나 특성에 있어, 타사에 비해 어떤 경쟁력이 있다고 보시는지요.

로옴은 2010년 세계 최초로 SiC MOSFET의 양산을 개시한 이래, 끊임없이 업계를 리드하는 SiC 파워 디바이스의 기술 개발을 추진해왔습니다. 그 중에서도 최신 제4세대 SiC MOSFET는 단락 내량 시간을 개선하여, 업계 최고 수준의 낮은 ON 저항을 실현하였습니다. 이에 따라, 자동차 인버터에 탑재하는 경우, IGBT 대비 6%의 전비 개선 (국제 규격 「WLTC 연비 시험」으로 산출 시)이 가능하여 전동차의 주행거리 연장 등에 크게 기여합니다.


Q.  GaN 반도체도 주요 전력반도체로 주목받고 있습니다. 로옴의 GaN 솔루션은 어떠한 특징이 있습니까.

일반적인 GaN 디바이스는 게이트 구동 전압이 5V인 반면, 게이트-소스 정격전압이 6V이므로, 전압 마진이 1V로 매우 적습니다. 따라서, 디바이스의 정격전압을 초과하게 되면 열화나 파괴 등 신뢰성에 관련된 문제가 발생할 가능성이 있어, 게이트 구동 전압에는 고정밀도의 제어가 필요하게 되므로 GaN 디바이스 보급의 큰 과제였습니다.

로옴은 150V GaN HEMT에 독자적인 구조를 채용함으로써 게이트-소스 정격전압을 일반적인 6V에서 업계 최고인 8V까지 높이는데 성공하였습니다. 이에 따라, 디바이스 동작 시의 전압 마진이 3배로 높아져, 스위칭 시에 6V를 초과하는 오버슈트 전압이 발생하는 경우에도 디바이스가 열화되지 않으므로 전원 회로의 고신뢰성에 기여합니다.

또한, 로옴의 150V GaN HEMT는 게이트-소스 정격전압의 확대 및 낮은 인덕턴스 패키지를 채용함과 동시에 디바이스의 성능을 최대화시킴으로써, 실리콘 디바이스에 비해 약 65%의 스위칭 손실 저감을 실현하였습니다.

650V GaN HEMT는 Delta Electronics, Inc.(이하, 델타 전자)의 관계 회사로 GaN 디바이스의 개발 등을 실시하는 Ancora Semiconductors Inc.와 공동으로 개발하였으며, 650V GaN HEMT의 디바이스 성능 지수(RDS(ON)×Ciss / RDS(ON)×Coss)에서 업계 최고 수준을 실현하였습니다. 이에 따라 스위칭 손실을 크게 삭감할 수 있으므로, 전원 시스템의 고효율화를 가능하게 합니다.

 

Q.  GaN HEMT는, Si MOSFET에 비해 게이트의 취급이 어려워 게이트 구동용 드라이버와 세트로 사용해야 하는데, 로옴은 1패키지에 집적한 파워 스테이지 IC를 개발하여 대응한 것으로 압니다. 그 배경과 개발 효과를 설명해 주신다면요.

아무리 디바이스의 성능이 좋더라도 완벽하게 사용할 수 없다면 효율이 좋은 인버터나 전원 시스템을 실현할 수 없습니다. 따라서, 파워 디바이스를 구동하기 위한 제어 IC (게이트 드라이버) 등 주변부품을 포함한 솔루션 제안력이 중요합니다. 또한, 설계 서포트도 중요하기 때문에 로옴은 평가 및 시뮬레이션 툴 제공뿐만 아니라, FAE (Field Application Engineer)를 통한 서포트 체제도 구축하고 있습니다.

‘완벽한 사용’의 과제는 SiC보다 고주파 구동을 실현할 수 있는 GaN에서 더 현저하게 두드러집니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 로옴이 개발한 것이 ‘EcoGaN™’과 3가지 혁신적인 요소 기술을 융합한 ‘Nano’ 테크놀로지입니다.

EcoGaN™은 GaN의 우위성을 다양한 어플리케이션에 응용할 수 있는 GaN 디바이스입니다. 에너지 변환 효율이 매우 높아 다양한 분야에서 저전력화와 소형화를 실현할 수 있습니다. 단, 에너지 변환 효율이 아무리 높은 제품이라도 이를 제어하는 IC의 구동이 늦다면 이러한 메리트를 활용할 수 없습니다. 로옴의 Nano 테크놀로지 중 하나인 초고속 펄스 제어 기술 ‘Nano Pulse Control™’이야말로 이러한 문제를 해결할 수 있는 제품입니다. GaN HEMT와 조합함으로써 고속 스위칭이 가능해집니다. 이 기술을 탑재한 DC-DC 컨트롤러 IC와 EcoGaN™을 함께 사용하면, 전원 회로의 실장 면적 삭감에도 기여할 수 있습니다.

파워 스테이지 IC는 이러한 기술을 모두 집약하여, 650V GaN HEMT와 GaN HEMT의 퍼포먼스를 최대화시키기 위해 최적화된 전용 게이트 구동용 드라이버 및 추가 기능, 주변 부품을 1패키지에 탑재한 제품으로, 간단한 실장에 크게 기여합니다. 앞으로도 로옴의 강점인 아날로그 기술을 탑재한 제어 IC 및 게이트 드라이버 등을 GaN 디바이스 구동에 최적화함과 동시에 1패키지화하는 등 라인업을 강화하여 한층 더 GaN의 보급을 추진해 나가고자 합니다.


"SiC 파워 디바이스 사업에 있어서는 자동차의 전동화에 따라
급격하게 시장이 확대되고 있으므로, 왕성한 수요에 대응하여
안정 공급 체제를 신속하게 구축하는 것이 중요합니다.
로옴은 이에 대응하여 SiC 투자 시기를 앞당겨 2027년까지
7년간 총 5,100억 엔의 투자를 예정하고 있습니다."


Q.  로옴은 산업기기를 비롯하여 일반적으로 라이프 사이클이 긴 애플리케이션에 적합한 장기 공급 예정 제품에 대해, ‘장기 공급 프로그램’을 시작한 것으로 압니다. 특히 파워 제품에는 이러한 프로그램이 왜 중요하며 고객에게 어떠한 이득을 제공하는지요.

최근, 산업기기 및 자동차기기 등 라이프 사이클이 긴 애플리케이션에 반도체 및 전자부품의 탑재가 가속화됨에 따라 제품 선정을 위해 장기 공급 제품의 공개와 공급 기간의 명시가 요구되고 있습니다.

로옴은 지금까지 “우리는 항상 품질을 제일로 한다. 어떠한 어려움이 있더라도 좋은 상품을 국내외에 영속적이고 대량으로 공급하여, 문화의 진보 향상에 공헌함을 목적으로 한다”는 기업 목적을 바탕으로 지속적인 사회 공헌을 위해, 고객의 요구에 대응하여 제품을 공급해 왔습니다.

그리고, 이번에 생산 체제 및 장치, 재료 조달 상황 등을 고려하여 선정한 제품을 정식으로 「장기 공급 프로그램」의 관리 하에 두고, 공급 목표 기간을 개시하는 특설 페이지를 개설함으로써 제품의 검색성을 대폭 향상시켜, 고객이 안심하고 제품을 선정할 수 있도록 함과 동시에 제품 선정 효율 개선에 기여하고자 합니다.


Q.  SiC와 GaN 등 차세대 전력반도체의 주력 어플리케이션 시장은 어느 시장을 목표로 하는지요.

SiC의 목표 시장은 역시 xEV (전동차)입니다. 탄소 중립을 위해 한층 더 고효율의 소형 경량화된 전동 시스템의 개발이 가속화되고 있으며, 특히 전기자동차(EV)에서는 주행거리 연장 및 탑재 배터리의 소형화를 위해 구동의 중핵을 담당하는 인버터의 고효율화가 과제로 중요시됨에 따라 SiC가 크게 주목받고 있습니다.
SiC가 고내압화 환경에서 고효율 동작이 가능하다는 강점을 지니는 반면, GaN은 100~650V의 전압대의 고주파 영역에서 고효율 동작이 가능합니다. 이러한 강점을 활용할 수 있는 애플리케이션으로서 통신 기지국 및 데이터 센터용 서버의 전원, 산업기기의 모터, AC 어댑터 등을 목표 시장으로 하고 있습니다.



   핵심 제품

저손실화와 소형화에 기여하는 EcoGaN™ 파워 스테이지 IC
부품 체적 약 99％, 전력 손실 약 55％ 삭감 가능
 

 

로옴(ROHM) 주식회사는 데이터 서버 등의 산업기기, AC 어댑터 등의 민생기기에서 사용되는 1차 전원용으로 650V GaN HEMT 및 게이트 구동용 드라이버 등을 1패키지에 탑재한 파워 스테이지 IC 「BM3G0xxMUV-LB」 (BM3G015MUV-LB, BM3G007MUV-LB)를 개발했다.

이 제품은 차세대 파워 디바이스인 650V GaN HEMT와 GaN HEMT의 퍼포먼스를 최대화시키기 위해 최적화된 전용 게이트 구동용 드라이버 및 추가 기능, 주변 부품을 1패키지에 탑재했다.

또한, 폭넓은 구동전압 범위 (2.5V~ 30V) 등, 1차 전원의 모든 컨트롤러 IC에 대응 가능한 성능을 구비하여, 기존의 실리콘 MOSFET(Super Junction MOSFET/이하, Si MOSFET)의 대체 사용이 용이하다. 이에 따라, Si MOSFET에 비해 부품 체적을 약 99％, 전력 손실을 약 55％ 삭감할 수 있어, 저손실화와 소형화를 동시에 실현할 수 있다.

이 제품은 2023년 6월부터 양산을 개시(샘플 가격 4,000엔/개)했다. 또한, 신제품과 평가 보드 3개 제품(BM3G007MUV-EVK-002, BM3G007MUV-EVK-003, BM3G 015MUV-EVK-003)의 온라인 판매도 개시하여, CoreStaff, Chip 1 Stop 등 온라인 부품 유통 사이트에서 구입이 가능하다.

어떻게 만들게 됐나

최근 지속 가능한 사회의 실현을 위해, 민생기기 및 산업기기의 전원에는 저전력화가 요구되고 있다. GaN HEMT는 전력 변환 효율 향상 및 장치의 소형화에 크게 기여하는 디바이스로서 주목받고 있지만, Si MOSFET에 비해 게이트의 취급이 어려워 게이트 구동용 드라이버와 세트로 사용해야 했다.

로옴은 이러한 시장 배경에 대응하여, 파워와 아날로그의 2가지 코어 기술을 융합함으로써 파워 반도체인 GaN HEMT와 아날로그 반도체인 게이트 구동용 드라이버를 1패키지에 집적한 파워 스테이지 IC를 개발했다. 이에 따라, 차세대 파워 반도체 GaN 디바이스의 실장이 용이해졌다.

폭넓은 구동전압 범위(2.5V~30V) 및 짧은 전달 지연, 신속한 기동 시간 등의 특징으로, 1차 전원의 모든 컨트롤러 IC에 대응 가능하다.

어디에 쓰이나

- 1차 전원 (AC-DC 및 PFC 회로)을 탑재하는 다양한 애플리케이션에서 사용 가능하다.
- 민생기기 : 백색가전, AC 어댑터, PC, TV, 냉장고, 에어컨
- 산업기기 : 서버, OA 기기