세미크론, 전기 및 하이브리드 자동차 구동 컨버터용 모듈 개발

전력용 반도체 전문기업 세미크론(SEMIKRON)은 전기 또는 하이브리드 자동차의 구동 컨버터를 위하여 100% 납땜에서 자유로운 모듈, SKiM (22kW ~ 150kW)을 개발했다고 밝혔다.
현재 여러 전력 반도체 제조자들이 자동차 산업에서 요구하는 높은 온도에 적응하기 위한 모듈의 납땜 접촉을 개선하는데 많은 노력을 보이고 있다. 이런 현실에서 세미크론의 납땜이 없는 압력 접촉 기술과 소결된 칩은 △100K 이상의 온도에서 온도 사이클 성능을 10,000 번으로 증가시키는 최적의 솔루션이다.
납땜이 없는 압력 접촉 시스템과 내부의 얇은 판으로 된 버스바는 동일한 전류 분배의 결과를 나타낸다. 모든 IGBT와 다이오드 칩은 메인 터미널에서 자체적으로 접촉되어 있다. 이 결과로 납땜된 모듈의 저항이 1.1mΩ과 비교하여 낮은 모듈 저항을 갖는다. 드라이버 기판의 접촉 또한 스프링으로 되어 있어 납땜이 없기 때문에, 높은 온도 사이클 성능과 빠른 조립의 장점이 있다.
최근 한국을 방문한 세미크론 인터내셔널의 딕 하이덴라이히(Dirk Heidenreich) 사장은 “세미크론 제품은 단순한 PCB에 접촉 부분 뿐만 아니라 내부 칩 본딩에도 SKiNTER 기술을 이용하여 납땜을 전혀 사용하지 않았다. 우선 칩본딩을 하지 않았고, 베이스 플레이트가 없어 칩이 바로 방열판에 부착된다는 것을 의미한다. 이는 구동 시 모든 문제의 원인이 되는 열 분산 효과를 극대화 시켜 일반 납땜 형식의 제품보다 성능이 다섯 배 이상 뛰어나다.”고 말했다. 또한 “SKiM위에 PCB만을 올려놓고 양 옆에 볼트로 조이기만 하면 접촉부분의 스프링과 PCB가 바로 연결 되기 때문에 납땜을 하는 제품보다 시간이 월등히 절약된다. 무 납땜 기술은 생산 시 실수를 최소화 시키고, 원가절감을 이룰 수 있다는 큰 장점이 있기 때문에 대량생산을 해야 하는 자동차 시장에서는 꼭 필요한 기술이다.”고 덧붙였다.
납땜없는 압력 접촉 기술로 성능 향상
SKiM의 외부 구조는 각각의 서로 다른 발열점을 갖는 재료들로 구성하고 있어 합금시 발생할 수 있는 영향이 없으며 각각의 구성 재료들은 나사를 조여줌으로써 방열판에 고정되어 동작을 하게 된다. 제품 조립시 평평하게 방열판에 고정을 시키고, 20㎛의 써멀 페이스트가 얇게 발라진다. 이는 일반적인 모듈 주위에 대략 100㎛으로 두껍게 칠해지는 것에 비해 매우 얇은 두께다. 이것은 100㎛의 온도분산 효과 보다 더 낳은 온도분산 효과를 가져온다.
SKiM 모듈의 패키징과 접촉 기술은 비용-효율성 솔루션의 결과로 실리콘 용량을 충분히 활용하고 있다. 3개의 하프브리지의는 자체적으로 NTC(온도센서)센서가 장착되어 있다. 최근의 표준 제품의 사양을 유지하면서 DC와 AC 주 터미널은 17mm의 높이에 모듈과 반대 방향에 위치하고 있다. 표준 터미널 높이가 17mm라는 것과 구성이 다른 식스팩 모듈과 비슷하다는 특징에 의해 빠르게 적용될 수 있음을 보증한다. 케이스 사이즈는 SKiM63 (120×160㎟)과 SKiM 93(150×160㎟)로 두 종류가 있다.
세미크론 코리아 이재영 사장은 “화석 연료의 고갈과 온실가스 배출 감축 등의 움직임이 가속화되면서 향후 하이브리드 자동차 시장은 자동차 및 전력전자 시장에서 큰 비중을 차지하게 될 것이다. 그러나 선두 국가와의 기술 격차를 줄이기 위해서는 그에 걸맞은 혁신적인 핵심기술이 필요하다. 50년 독일 기술의 노하우가 축적된 세미크론의 SKiM 모듈은 솔루션을 찾고 있던 하이브리드 시장에서 꼭 필요한 제품이다.” 라고 말했다.
한편 세미크론은 풍력과 같은 대체에너지원 분야에도 적극 진출해 있다. 세미크론 매출 중 11%이상이 이곳에서 나오고 있다. 유럽을 중심으로 급속도로 성장하고 있는 풍력 발전 시장에서 세미크론은 그 흐름 초기부터 개발을 함께하여, 현재 풍력 발전 분야 인버터 시장에서 유럽시장의 50%이상을 차지하고 있는 것으로 나타났다.
아이씨엔 매거진 2007년 10월호