반도체 메이커들이 전기자동차(EV)의 모터를 제어하는 인버터용 탄화 규소(SiC) 파워반도체 제안에 힘을 쏟고 있다.

SiC 반도체를 탑재한 차량용 파워 모듈이나 SiC 반도체를 구동하는 게이트 드라이버 IC의 신제품과 더불어 고객인 자동차 메이커의 개발 비용을 절감하는 해결책을 함께 제안하는 것이 주류가 되고 있다.

 
▲ 스위스 STMicroelectronics의 SiC 파워반도체 모듈 “ACEPACK”

Renesas Electronics는 지난 1월 25일, EV 인버터용 SiC 구동용 게이트 드라이버 IC 샘플 출하를 시작했다. 2024년 1~3월 양산을 계획하고 있다. 급속충전성능을 향상시킨 EV 배터리의 버스 전압이 800V까지 높아지는 것에 대응하여 내전압 성능을 기존 700V에서 1200V로 높였다.

SiC는 실리콘(Si)제 파워반도체보다 내압성능이 높고, 인버터 효율을 높이기 위한 고속 구동(Switching)이 가능하며, EV의 주행거리를 연장하기 위한 적용이 늘고 있다.

스위스의 STMicroelectronics도 1200V까지의 내압성능을 갖는 SiC 파워반도체 모듈 “ACEPACK”을 EV 인버터용으로 제안한다. SiC는 산업용으로 판매해왔으나, EV용 수요 증가에 대응하여 2년 정도 전부터 차량용으로 전개하고 있다. 북미와 중국에서의 EV 탑재 실적을 어필하고, 일본의 자동차 메이커를 개척한다.

STMicroelectronics의 일본법인 Automotive & Discrete 제품 그룹의 담당자는 “고객의 요구 사양은 차종별로 다르기 때문에 제품 사양에도 바리에이션이 요구된다”고 설명하며, 내압성능과 전력 레인지와 같은 사양을 세분화한 제품을 라인업한다.

미국 Analog Devices는 2022년 11월에 EV 인버터용 SiC 파워반도체를 구동하는 게이트 드라이버 IC를 발표했다. 올해 연내 양산을 개시할 예정이다.

미국 SiC 파워반도체 메이커인 Wolfspeed, 인버터 제어용 마이크로 컨트롤러를 취급하는 프랑스의 Silicon Mobility와 협력해서 개발한 출력 300kW의 인버터를 특정 고객에게 제공한다. 시스템 동작 중에 게이트 드라이버의 성능을 평가하도록 한다. Analog Devices에 따르면 “고객도 설계비용을 낮추기 위해 바로 평가할 수 있는 제품을 원하는 경향이 두드러지고 있다”고 한다.

이와 같은 경향에 메이커들이 대응하고 있으며, STMicroelectronics의 파워 모듈도 공통된 회로 구성을 집약해서 소형화한 패키지 형태로 고객에게 제공한다. 전류나 전압에 따라 탑재하는 반도체 소자를 선택할 수 있다. 고객이 타사 제품과 비교하기 쉽고 설계 비용도 줄일 수 있도록 함으로써 제품 성능과 라인업 등에 차별화를 도모한다.

▲ Renesas Electronics의 인버터 키트

Renesas도 2023년 상반기에 새로운 SiC 구동용 게이트 드라이버 IC와 파워반도체, 마이크로 컨트롤러 등을 조합한 인버터 키트의 제공을 시작한다. Renesas는 “회로 설계, 기판, 소프트웨어도 제공하며 5년이 소요되는 고객의 개발 기간을 1~2년으로 단축하는 것”이 목적이라고 한다. 제품성능과 더불어 고객의 개발을 지원하는 솔루션을 충실하게 갖추는 것도 중요해지고 있다.