온세미, 전력반도체 ‘통합 승부수’…EPP로 AI·전기차 전력 밀도 높인다

온세미는 차세대 전력 반도체 플랫폼으로 '임베디드 파워 플랫폼(Embedded Power Platform·EPP)'을 제시했다. 목적은 전력 수요 증가에 대응하는 데 있다. 온세미는 AI·자동차·제조 산업 성장으로 제한된 공간에서 더 많은 전력 처리 수요가 확대되고 있다고 설명했다. 또 전력 시스템 설계 과제로는 발열·크기·비용 관리와 효율성 제고를 병행해야 하며, 전력 밀도는 차세대 시스템의 핵심 제약 요인으로 부상했다고 밝혔다.

이에 온세미는 30일 온라인 '임베디드 파워 플랫폼(EPP)' 미디어 브리핑을 진행하고 해당 기술 전략을 소개했다. 발표는 온세미 임병철 Principal FAE가 맡았다. 브리핑에서는 EPP의 핵심으로 전력 반도체·패키지·제어 기능의 개별 최적화 방식에서 탈피하는 점이 제시됐다.

온세미는 EPP가 전기·열·기계 요소를 설계 초기 단계에서 통합하는 방식이라고 설명했다. 이를 통해 전력 밀도를 향상하고 시스템 성능을 향상하는 효과를 기대할 수 있다고 전했다.

기존 전력 시스템 설계 관행에서는 전기·기계·열을 개별 최적화하는 방식이 주로 쓰였다. 그러나 특정 영역의 성능을 향상할 경우 다른 영역의 성능이 저하될 가능성이 있었다.

또한 순차적 개발 과정에서는 시스템 복잡성이 증가할 가능성이 있었고, 개발 후반부에는 설계 변경 비용의 부담이 확대될 가능성이 있었다. 온세미는 이러한 기존 방식의 문제를 해결하기 위한 목적으로 EPP를 제시했다.

EPP 방식은 설계 단계부터 전기·기계·열 요소를 동시에 고려하는 데 특징이 있다. EPP 적용은 통합 설계 방식으로 이뤄진다.

온세미는 EPP의 핵심 중 하나로 실리콘 임베디드 패키지를 제시했다. 온세미가 제시한 구조는 이종 다이를 실리콘에 내장하는 방식이며, 웨이퍼 레벨 재배선층(RDL)을 활용해 각 다이를 연결한다. 이는 패키지의 역할을 단순 수동형 웨이퍼 수준 패키지에서 탈피시켜 시스템 성능 향상에 직접 기여하는 패키지를 지향하는 개념이다.

EPP는 플랫폼 구조의 특정 기술 비종속성을 바탕으로 다양한 애플리케이션을 지원하고 반도체 소재 지원도 가능하도록 설계됐다. 또한 여러 전력 수준으로의 확장 가능성도 반영됐다.

임 Principal FAE는 EPP의 구성 요소로 임베디드 파워 다이, 웨이퍼 레벨 금속 배선, 임베디드 제어 기능, 실리콘 기반 패키지를 제시했다. 그는 임베디드 파워 다이가 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 향후 기술을 지원하며, 다양한 전력 디바이스를 조합할 수 있도록 설계됐다고 설명했다.

웨이퍼 레벨 금속 배선은 기존 와이어 본딩을 정밀 재배선층으로 대체하는 방식이다. 이를 통해 반도체 팹 수준 정밀도의 전기적 상호연결이 적용되고, 기생 인덕턴스 감소와 디바이스 제어 성능 향상, 스위칭 주파수 향상 효과를 낸다고 임 Principal FAE는 전했다.

임베디드 제어 기능은 드라이버·컨트롤러와 전력 디바이스를 통합하는 방식으로 구현된다. 이에 따라 전기적 결합이 강화되며, 전력·제어 기능이 하나의 플랫폼에 통합돼 시스템 수준 복잡성이 줄어든다고 임 Principal FAE는 설명했다.

실리콘 기반 패키지는 검증된 실리콘 설계와 팹 인프라를 기반으로 구현되며, 여기에 고도화된 시뮬레이션·검증이 적용된다. 이를 통해 시장 출시 기간을 단축할 수 있다.

이 패키지는 저저항 열 전달 경로를 제공해 열 성능을 높이고, 패키지 내부에는 고전압 절연 기능도 통합한다. 그 결과 전력 밀도가 향상되고, 열·전기 성능이 함께 개선된다.

온세미는 EPP의 주요 장점으로 열 성능, 내장형 절연, 전기적 성능, 신속한 개발을 제시했다.

임 Principal FAE는 실리콘 기반 아키텍처와 패키지 전체 면적을 활용한 열전도로 방열 성능이 개선되고 고출력 연속 동작을 지원한다고 설명했다. 또 내장형 절연 기술로 고전압 절연 기능을 통합해 열효율이 낮은 절연 소재에 대한 의존도를 줄일 수 있으며, 더 작고 집적된 전력 아키텍처를 구현할 수 있다고 밝혔다.

온세미는 EPP의 전기적 구현 방식으로 웨이퍼 레벨 재배선층 활용을 제시했다. 이를 통해 전기 경로를 단축하고 전기 경로를 정밀 제어하는 방식이라고 설명했다.

온세미는 이런 방식이 기생 인덕턴스 감소로 이어지고, 디바이스 제어 성능 향상과 더 높은 스위칭 주파수 구현으로 연결된다고 설명했다. 차량 전동화 분야에서도 낮은 인덕턴스 기반 높은 스위칭 주파수 구현을 겨냥한다고 밝혔다.

개발 단계에서는 디지털 트윈 시뮬레이션 활용과 멀티피직스 통합 최적화 활용을 통해 설계 사이클을 단축하고 하드웨어 제작 횟수를 축소하는 방식이라고 설명했다. 이는 설계와 제작 효율을 높이기 위한 접근이라고 제시했다.

온세미는 EPP가 개별 부품 성능 개선만 겨냥하지 않는 접근이라고 밝혔다. 또 전기·열·기계 요소의 하나의 플랫폼 내 통합 최적화를 추진하며, 그 목표로 전력 밀도 향상을 제시했다.

온세미는 EPP의 적용 분야를 크게 차량 전동화, AI 전력 인프라, AI와 전기차를 넘어선 산업 분야로 제시했다. 이 가운데 차량 전동화 분야의 목표로는 더 스마트하고 가벼운 차량 아키텍처 구현을 내세웠다.

온세미는 차량 전동화 분야에서 열 성능 개선을 바탕으로 소형·경량·고효율 트랙션 인버터 시스템 지원을 추진하고, 다양한 차량 플랫폼 대응 구상과 요구 전력 대응 구상, 확장성 확보 구상을 함께 제시했다.

AI 전력 인프라에서는 제한된 공간 내 높은 컴퓨팅 성능 구현을 위해 전력 밀도 증대에 초점을 맞추고 있다. 이는 증가하는 전력 수요에 대응하기 위한 목적을 갖는다. 높은 전력 밀도는 보드 공간 확보와 랙 공간 확보에 효과가 있으며, 패키지 전체를 활용한 열전도 기반으로 열효율 향상도 가능하게 한다.

이 같은 방향은 소형·고집적 전력 공급 아키텍처를 지원하는 데에도 맞춰져 있다. 전력 밀도와 열효율, 고집적 전력 공급 구조를 통해 공간 제약과 전력 수요 증가에 대응하는 구상이다.

이 접근의 적용 대상으로는 급속 충전 인프라와 에너지 저장 시스템(ESS), 전력망 현대화, 산업 자동화, 미래 반도체 기술이 제시됐다. 이를 통해 적용 범위를 AI와 전기차 밖으로 넓혀 설명했다.

온세미는 EPP를 제품 공급 방식에서 전략적 기술 협력 모델로 확대할 계획이다. 이를 위해 고객 설계 초기부터 참여하는 협력 방식을 추진하며, 목적은 차세대 차량 아키텍처 지원에 있다. 협력 사례로는 스바루가 제시됐다.

온세미는 스바루와의 협력에서 엔지니어링 샘플과 시뮬레이션 모델, 전문 기술을 조기에 제공해 고객의 기술 평가를 지원하고 있다. 이 협력 방식은 전력 시스템 설계 통합 접근을 바탕으로 하며, 이를 통해 개발 간소화 효과를 노리고 있다.

회사는 EPP의 미래 차량 아키텍처 적용 가능성 검증 전략을 통해 향후 차량 구조에 실제로 적용할 수 있는지를 확인하고, 이를 바탕으로 차세대 차량 전력 시스템 구축 지원 전략을 추진하는 방향을 제시했다. 임 Principal FAE는 EPP로 하나의 통합 아키텍처 기반 대응에 나선다고 밝혔다.

그는 이 대응 대상이 차량 전동화, AI 전력 인프라 등 다양한 산업의 전력 요구라고 설명했다. 또한 AI·전기차 확산을 배경으로 AI·전기차 확산에 따른 전력 밀도 중요성 증대와 AI·전기차 확산에 따른 열 관리 중요성 증대가 이어지고 있다고 보고, 전력 반도체뿐 아니라 패키지·제어·열 설계 통합 방식을 추진해 전력 시스템 한계를 극복하는 것을 목표로 한다고 설명했다.

출처: 테크월드뉴스 · 박규찬 기자
원문: https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=407572

참고자료

• https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=407572