11
IT SoC Magazine Focus on_ Industry Trends 친환경 절전형 PMIC기술 산업동향 및 향후 전망 기업소개 (주)실리콘마이터스 Guide to PMIC 전력용 반도체 관련 주요 장치 및 기술 전력용 반도체 쉽게 이해하기 환경/에너지를 위한 Green IT 기술 Power Management IC Series

Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

IT SoC Magazine

Focus on_● Industry Trends

친환경 절전형 PMIC기술 산업동향 및 향후 전망

● 기업소개

(주)실리콘마이터스

● Guide to PMIC전력용 반도체 관련 주요 장치 및 기술

전력용 반도체 쉽게 이해하기

환경/에너지를위한GreenIT기술PowerManagementIC

SeriesⅤ

Page 2: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

Industry Trends

January 2010 16

친환경절전형PMIC기술산업동향및향후전망

양일석

차세대 I-MEMS팀 책임연구원

한국전자통신연구원

[email protected]

I. 서론

최근 에너지 위기와 환경규제 강화 및 친환경, 녹색성장

등의 이슈가 대두되어 에너지 절감과 환경보호 분야에 IT기

술을 접목·활용하는 그린오션 패러다임이 부각되는 상황에

서 그린IT 기술과 전력IT 기술이 융합되면서 고효율/친환경

의 경쟁력 있는 제품 개발 및 그린오션을 주도할 수 있는 그

린 전력반도체 기술개발은 필수적이다. <그림 1>과 같이 그

린오션 기술은 에너지/전력 효율화인 그린IT에 전력IT, 신

재생/대체에너지 및 국제환경 규제대응이 포함된 미래 생존

을 좌우할 핵심기술 분야이다.

시스템의 고기능화, 다기능화, 다양한 서비스 요구 사항

을 충족시키기 위하여 제한된 배터리 리소스의 효율적인 제

어 및 관리 기능을 하는 전력반도체 기반 PMIC가 매우 중

요 하게 부각되고 있고, 각 애플리케이션에 필요한 전압을

각각의 디스크리트로 해결하던 것을 원칩화하여 각각의 소

자를 원칩화함으로써 얻어지는 공간 절약의 이점과 코스트

다운으로 배터리 기반의 모바일 정보 기기에서 PMIC는 핵

심부품으로 인식되고 있다. 또한 최근에는 교토의정서 등의

지구 온난화 방지노력과 글로벌 환경규제의 확대로 친환경

절전형 부품/시스템 개발이 절실히 요구되는 실정에서 시스

템 전체의 에너지효율 및 CO2배출에 직접적인 영향을 미치

는 그린 전력반도체기반 친환경 절전형 PMIC기술 개발은 선

택이 아닌 필수적이다.

PMIC는 전력용 디스크리트 파워 소자모듈과 고전압 파워

회로, 저전압 디지털회로, 고전압 및 저전압 아날로그 회로

로 구성된 파워제어 모듈로 2칩 혹은 1칩으로 구성되어 전자

기기에 들어오는 전력을 그 전자기기에 맞게 전력을 변환,

분배, 충전 및 제어하는 역할을 하여 일반 반도체에 비해서

고내압화, 고신뢰성화 등이 요구된다. PMIC기술에서는 고

전압 대전류 전력반도체 소자기술, 전력반도체 집적화 공정

기술과 고전압 파워회로, 저전압 디지털 회로 및 고전압/저

전압 아날로그 회로기술이 핵심 기술이다.

PMIC는 배터리의 과충전 및 과방전용 PTC회로, 배터리,

유선 전원 등의 전원소스 관리, 시스템 고효율 전원 변환 효

율 관리 및 공급용 레귤레이터 파워 제어회로 및 여러 개

의 레귤레이터 파워제어 회로들과 MCU를 내장한 집적화된

PMIC까지 포함한다. 에너지를 절약하고 제품을 축소하기 위

하여 전력공급 장치나 전력변환 장치에 사용되는 PMIC기술

은 전력을 시스템에 맞게 배분하는 제어와 변환기능을 가진

반도체로 단순히 전력을 조절하고 전달하는 역할에서 에너

그림1.그린 오션 기술

Page 3: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

Industry Trends

17 IT SoC Magazine

지효율 제고 및 시스템 안정성과 신뢰성을 좌우하는 역할로

확장되어 가고 있다.

최근에 PMIC기술은 고속 스위칭 및 파워소자, 전력손실

최소화, 작은칩 크기, 발열처리 등에 관한 전력반도체 연구

개발로 중소형 디스플레이/LED 드라이브 IC, 휴대형 기기,

가전기기, 신재생/대체 에너지, 자동차 등에 활용되어 각종

시스템/부품의 성능을 향상시키는 동시에 절전기능을 강화

하여 기업의 비용절감이 가능한 친환경 절전형 PMIC 기술

이 요구되고 있다. <그림 2>는 집적화된 PMIC 및 활용 범위

를 보여준다.

II. 친환경 절전형 PMIC 기술 동향

1.PMIC회로기술동향

PMIC 회로기술의 주 목적은 한정적인 배터리 전원을 다

양한 부하 변동에 능동적으로 대처하여 배터리 전원을 효율

적으로 관리하여 배터리 수명을 연장하는 것이고, 최근에는

주변의 온도, 열, 진동, 압전 등 환경에서 발생하는 에너지를

수확 및 저장하여 사용하는 에너지 하베스팅 및 태양광, 풍

력 등의 신재생용 에너지 전력반도체 회로 기술에 대한 연구

가 활발히 진행되고 있다.

<그림 3>과 같이 PMIC 제품군은 각 업체마다 조금씩 다

르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터,

Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu-

lator 등으로 크게 나눌 수 있다. Non-Isolated DC-DC 컨버

터는 Buck, Boost, Buck-Boost 컨버터로 구성 되어 있고,

Isolated DC-DC 컨버터는 트랜스포머를 사용한 Flyback 컨

버터 등으로 구성 되어 있다. 모바일 정보 기기에서는 거의

모두 Non-Isolated DC-DC 컨버터와 AC-DC 컨버터를 사

용한다.

PMIC기술에서 입출력 전압 조정기 레귤레이터는 필수 회

로로 선형과 스위칭 모드 레귤레이터로 나눌 수 있다. 선형

레귤레이터 회로에서 효율은 출력전압/입력전압으로 고정

되어 있어 효율이 상대적으로 낮고 출력 전력도 낮은 응용

분야에 사용되고 대표적인 선형 레귤레이터는 LDO이다. 스

위칭 모드 레귤레이터 회로는 에너지를 낮은 저항을 가진

스위치로 전달하여 Step down, Step up, Inverter로 동작할

수 있고, 효율도 높아 대부분의 PMIC에서 많이 사용되고 있

으나 노이즈나 리플에 매우 약하다. 일반적으로 스위칭 모

드 레귤레이터란 에너지를 입력단에서 출력단으로 전달하

기 위하여 에너지 저장 소자로 인덕터(Inductor)나 커패시

터(Capacitor) 혹은 트랜스포머(Transformer)를 사용하는 회

로를 말하며 인덕터, 커패시터 및 트랜스포머 사양이 전력

반도체 회로기술에서는 매우 중요한 설계 변수 중에 하나이

다. 또한 파워 스위칭 소자의 동작 주파수와 전력제어 및 관

리 방식도 중요한 설계 변수이다. 전력 제어 및 관리 방식으

로는 펄스폭 모듈레이션(PWM)이 가장 널리 사용되고 있고

이 방식은 부하 변동에 따라서 전압 혹은 전류를 모니터링하

여 파워 스위칭 소자의 온 오프 비인 듀티 사이클을 조절하

여 출력 전압 혹은 전류를 조절하는 방식이다. 최근에는 부

하가 적을 때 출력 전압 혹은 전류를 사용하지 않아서 저전

력 동작이 가능한 여러 가지 방법의 저전력 모드 회로기술에

대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

PMIC기술은 디스크리트 개별 부품에서 집적화된 PMIC라

는 통합 솔루션으로 발전하나 설계상의 불가피함이나 적용

애플리케이션의 특성에 따라 개별 디스크리트의 수요도 꾸

준할 것으로 전망된다. 갈수록 복잡해지는 애플리케이션의

그림2.집적화된 PMIC 및 활용 범위

그림3.Maxim사 PMIC 제품군

Page 4: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

Industry Trends

January 2010 18

증가와 단말기에 추가되는 기능들에 대응하기 위해서는 고

효율 PMIC 집적화는 점차적으로 심화될 전망이다. 고효율

집적화된 PMIC는 한 IC 안에 여러 종류의 파워제어회로들과

디지털 회로가 통합하기 때문에 간섭이나 노이즈 성분이 커

질 수 있고 많은 파워들이 작은 면적에 모이기 때문에 열 문

제가 발생할 수 있어서 효율을 높이기 위해 집적화된 PMIC

내에서의 전력손실을 최소로 발생하게 하는 회로 기술 개발

이 요구되고 있다. 특히 휴대용 기기에서의 디자인은 더욱

작아진 폼팩터 안에서 이뤄지기 때문에 세계 유수의 PMIC

업체들은 고에너지 효율 솔루션을 위한 지속적 노력을 하고

있다. National Semiconductor사와 ARM사에서는 ARM 코아

와 Power-Wise 기술을 결합한 Intelligent Energy 관리 칩

을 양산하고 있다. 집적화된 PMIC 기술에서 각 PMIC 사이

의 안정적인 데이터 교환을 위해 SMBUS 혹은 PMBUS 인터

페이스가 필요하다.

최근 모바일 정보기기의 경우 주 전원이 배터리이기 때문

에 배터리의 DC전압을 가지고 기기에서 필요로 하는 다양한

DC 전압을 만들어 주는 기능을 수행하는 전력 변환기와 모

바일 기기의 사용효율 뿐만 아니라 배터리의 수명 및 사용자

의 안전을 위한 보호회로와 그 외에 배터리 용량 감지 회로,

배터리 인증, 배터리 셀 밸런싱 등의 기능을 포함하고 있는

배터리 관리 IC(BMIC) 기능이 하나의 칩으로 구현되는 스마

트 PMIC(SPMIC) 기술이 요구되고 있다.

휴대기기용 고효율 전력관리 IC 기술은 고성능, 다기능 휴

대기기의 다양한 서비스 충족을 위한 전력관리 기능이 매우

중요하여 PMIC와 BMIC 기능을 단일 칩화하는 추세로 발전

하고 있으며 현재는 BMIC의 일부 기능만 추가된 PMIC 제품

을 양산하고 있다. <그림 4>와 같이 시스템에서 요구하는 다

양한 전압을 제공하기 위해 다수의 벅 컨버터, 부스트 컨버

터, LDO, 배터리 충전기, 백라이트 구동회로 뿐만 아니라 효

율적인 전원관리를 할 수 있도록 MCU 및 I2C 인터페이스를

내장하는 등 하나의 PMIC가 시스템 전체의 전원을 관리할

수 있는 통합 솔루션 형태로 개발되고 있다.

차량용 PMIC기술은 자동차의 지능화, 편리화 요구에 부

응하여 전장의 부품이 증가는 추세이며 고신뢰성 PMIC기술

을 요구하며 친환경 절전형 HEV용 고속/고효율 배터리 팩

및 배터리 관리용 PMIC회로기술과 다양한 종류의 모터 구

동에 필요한 고전압/대전류 파워 스위칭 소자, 파워 스위칭

구동 회로와 모터구동 회로가 내장 파워모듈이 개발되고 있

다. <그림 5>는 자동차용 PMIC 핵심 부품과 응용 분야를 보

여 준다. 미국, 일본, 유럽의 우수한 산업체 차세대용의 특히

HEV, PHEV, EV, 태양광용의 고압, 대전류용의 산업용 전력

스위치 및 파워 모듈을 대량 생산하고 있다.

에너지 절감 및 친환경 기술로 부각되고 있는 친환경 LED

용 PMIC기술은 일반 조명 및 LED 백라이트용 LED 컨트롤

러 IC 제품이 양산되고 있으며 일반 조명용 LED PMIC는 콘

트롤러와 DC-DC 컨버터가 내장된 고기능 사양으로 발전

하고 있다. LED 조명용 컨트롤러 IC 회로는 직렬로 연결된

LED를 구동하기 위한 고전압을 생성하는 부스트 컨버터,

LED 백라이트의 밝기를 조정하기 위한 전류원, LED 백라이

그림4.TI사의 집적화된 PMIC 파워 구조

그림5.자동차용 PMIC 응용 분야

Page 5: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

Industry Trends

19 IT SoC Magazine

트의 로컬 디밍, 또는 글로벌 디밍을 제어하기 위한 디밍 제

어기, LED의 단락 또는 개방을 감지하는 기능이 내장된 원

칩화 된 LED 컨트롤러 IC로 발전하고 있다. 현재 LED는 온

도에 따라서 출력하는 빛의 색 온도가 변화하면 사용시간,

사용환경에 따른 열화가 발생하여 빛의 세기와 색 온도의 변

화를 수반하기 때문에 향후에는 LED의 온도, 열화를 보상

하는 회로 개발이 요구된다. 현재까지는 이동기기와 노트북

PC, 모니터에서 사용되는 LED 백라이트를 위한 드라이버

위주로 개발되었으나 향후에는 대화면 TV용 LED 백라이트

드라이버 IC 역시 활발히 진행될 것으로 예상된다.

최근에 친환경 그린 IT 분야의 부각으로 태양광 등의 대전

력 신재생 에너지용 에너지 전력반도체 회로 기술에 대한 연

구가 어느 정도의 가시적인 성과를 달성하여 일부 상용화 제

품이 출시되고 있으나 주변의 열, 진동, 모션 등의 에너지 하

베스팅용 에너지 전력반도체 회로 기술은 초보적인 상용화

단계에 있는 상황이다.

PMIC는 일반반도체와 달리 고전압 대전류용 고신뢰성 패

키징 기술이 요구된다. 전기적으로 혹은 열적으로 약화된 와

이어 본드가 칩과 분리되는 현상으로 인한 칩 오동작과 고전

압 대전류 파워소자와 로직회로들이 고집적화되어 열적 불

안정화에 의한 칩 오동작 발생 등이 전력반도체 신뢰성 문제

에 이슈가 되고 있다. 와이어 본드의 전기적 특성을 개선할

수 있는 다양한 배선방법이 개발되고 있으며 해결방안 중에

하나로 기생 인피던스의 최소화뿐만 아니라 열방출 특성을

크게 개선시킬 수 있는 3D 형태의 일괄 배선 방식에 대한 연

구가 진행 중에 있고 SiP(System in Package)에 빠르게 적용

되고 있다. 또한, 고전압 대전류 파워소자와 로직회로들이

고집적화되어 열적 불안정화에 의한 칩 오동작에 의한 신뢰

성 문제 해결 방안으로 한 패키징에 여러 개의 칩이 있는 SiP

방식이나 와이어 본딩 저항을 줄이기 위한 새로운 플릿 패키

징 방식 등에 대한 연구가 선행되고 있다.

PMIC 공정기술은 파워 공정과 일반 로직공정을 이원화

한 공정기술에서 고전압 대전류 파워소자는 DMOS(Double-

diffused drain MOS), 고속 아날로그 소자 및 회로는 Bipolar,

일반 로직 소자 및 회로는 CMOS로 구현하여 파워 소자와 일

반 로직 소자가 원칩화 가능한 BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)

MOS 공정으로 발전하고 있다. PMIC 기술개발 방향은 적용

하려는 시스템에 따라 조금씩 다르나 전반적인 추세는 서

브 마이크론 BCDMOS공정개발을 통한 고집적화 및 유사기

능을 중심으로 다양한 기능을 통합해 가는 임베디드 방식으

로 발전하고 있다.

2.PMIC업체동향

STM일렉트로닉스, NXP, TI, National Semiconductor, Max-

im, Analog Devices, Linear Technology, Infineon, Fairchild,

비셰이 인터테크놀러지, 산요, 히타치, 도시바 등 유수한 미

국, 일본, 유럽 반도체 회사들이 PMIC용 디스크리트 전력 스

위치 소자/드라이버, 스위칭 Regulator & Converter, PMIC,

집적화된 PMIC, Motor구동용 PMIC, Display & Lighting용

PMIC, PC용 PMIC 등 다양한 종류의 PMIC관련 제품들을 양

산하고 있다. <표 1>은 미국, 일본, 유럽 등 국외 주요 전력

반도체 업체별 주요 기술현황을 보여준다.

국내 전력반도체 산업은 현대/기아차 자동차에서 삼성 등

과 협력하여 차량용 반도체를 개발 중이고 실리콘웍스, 실

리콘마이터스 등 Fabless 설계 전문업체들과 매그나칩반도

체와 동부하이텍 등 파운드리 서비스 전문업체를 중심으로

DDI와 단순한 기능의 정보단말기용 PMIC 전력반도체 제품

을 양산하고 있다. 넥스콘테크놀러지와 파워로직스 등에서

는 휴대단말용 2차 리튬전지 BMIC를 보드형태로 양산하며

HEV용 BMS를 연구 중이며 전력반도체 IC의 대부분은 수입

에 의존하여 대일 및 대미 무역 역조 가속화에 기여하고 있

다. 현재 국내 전력반도체 시장은 90% 이상을 일본과 미국

수입에 의존하고 있어서 친환경 절전형 전력반도체 기술 개

발이 시급히 요구되고 있다. <표 2>는 국내 주요 전력반도체

업체별 주요 기술현황을 보여준다.

해외업체 주요기술및동향

Freescale

·2004년 미국 모토롤라로부터 반도체사업부가 분사해 설립

된 전 세계 반도체 업계 10위 수준의 기업으로 자동차용 반

도체 분야에서는 업계 1위를 이어감

·프리스케일코리아는 2007년부터 전력 효율이 뛰어난 아날로

그 및 전원관리 제품군을 확대

· 세계 1위 자동차 반도체 공급 회사로 파워 트레인 시스템

에 주력할 예정

·강력한 시장 노하우와 검증된 솔루션으로 국내시장을 적

극 공략 예정

Infineon

Technologies

· 2008년 세계 전력반도체 시장 1위를 차지하고 13.2억달러 매

출액 (9.7% 점유율) 달성

·자동차 안전 관련 전자 제품이 인피니언의 집중 분야

·에너지 효율성, 통신, 보안 등 반도체와 시스템 솔루션을

제공

·TO(Transistor Outline) 패키지 상태에서 최대 30%까지 파워

손실을 줄일 수 있음

Texas

Instrument

·2007년까지 시장의 15%를 점유하면서 줄곧 1위 고수

·전체적인 시스템 코스트를 낮추면서 성능을 높이는 통합 솔

루션을 제공하는 쪽으로 진행 중

· 공정이나 IC 자체에 내부의 회로 구조를 개선하는 방향으

로 진행

·최근 고전류 대전력 MOSFET 사업에 참여

표1.국외 주요 전력반도체 업체별 주요 기술 및 동향

Page 6: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

Industry Trends

January 2010 20

STMicroelec-

tronics

· 효율성 및 전력 밀도의 향상과 대기 전력 감소에 대한 요구 증가에 부응하는 턴키 솔루션을 제공

·아이서플라이 2006년 보고 기준으로 파워 컨버전 부분 세계 1위 공급

·고객사의 긴밀한 교류와 전략적 제휴로 ASIC SoC기술을 개발하며 가장 최신의 제품을 공급

· 2009년 최대 2mohm의 낮은 온 저항을 구현하여 30V 표면 실장 소자를 출시

·MDmesh V라는 새로운 650V 기술은 고전압 파워 공정 기술

National

Semiconductor

·전력관리 제품군인 파워와이즈(PowerWise)를 통해 엔지니어들에게 손쉬운 디자인 툴 제공

· 전력반도체 시장의 주요 분야인 전력관리 반도체에 주력· 최대 100V의 고전압 소자 및 95% 이상 효율의 스위칭 레

귤레이터 제공·스위치 커패시터 및 조명 관리 IC는 동종 업계에서 가장 작

은 크기의 솔루션임·LDO 제품군은 노이즈가 낮고 전원신호제거율이 높은 특징

Maxim

·모바일 정보 기기에 필요한 파워기술 대부분 보유·전력 변환 효율이 높은 저전력 시스템 개발에 주력· 최근 출시한 듀얼 스위치 모드 전원 공급 컨트롤러는 90%

대의 효율을 나타냄·아날로그 정밀도를 향상시킬 수 있는 BiCDMOS공정 보유

Fairchild

·파워 후발주자로 디스크리트 제품에 주력함· IT산업 핵심 분야의 다양한 고객에게 전력관리, 배전, 정류,

소비전력 최소화 등의 솔루션을 제공· 페어차일드코리아는 국내 전력기술 발전을 위해 지식경제

부 주관의‘고전압 전력 IGBT 기술 및 소자개발’사업을 이끌고 있음

· 페어차일드코리아는 2009년 2월 소형기기의 배터리 수명을 연장해주는 듀얼 N-채널 및 단일 N-채널 MOSFET을 각각 출시

국내업체 주요기술및동향

동부하이텍

·반도체 위탁생산(파운드리) 외에 직접 시스템반도체를 제조해 판매하는 사업에 진출

·LDC TV의 색상을 조절하는 LDI(LCD Driver IC) 칩 2종을 자체 개발ㆍ생산

·2008년 미국 ADI와 일본 산켄에 수탁가공 형태로 아날로그반도체를 공급함

·LDI는 기존 칩보다 크기를 30% 이상, 제조공정을 25%이상 단축

·0.35um급 BCDMOS 공정기술을 활용해 다양한 회로를 하나의 칩에서 구현

매그나칩

반도체

·0.18um 및 0.35um aBCD(Advanced Bipolar CMOS-DMOS)공정기술 개발 완료

·2008년 홍콩의 반도체 유통 전문 회사인 이아이엘(EIL)과 전력반도체 제품에 대한 유통 계약 체결

·2009년 LCD TV의 광원인 백라이트유닛(BLU)에 쓰이는 40V급 MOSFET 5종 출시

·주요 전력반도체업체가 6인치 웨이퍼를 사용하고 있는 데 비해 8인치 웨이퍼를 사용

·0.18um aBCD 공정은 모바일 핸드셋용 전력반도체에 적합하며, 0.35um aBCD 공정은 높은 전압과 파워 특성을 갖는 LCD TV, 노트북용 LED 구동 칩에 적용됨

LS산전

·2005년 말부터 산업자원부, 반도체연구조합과 함께 추진해온‘분산 발전 및 산업용 인버터 응용을 위한 전력반도체 기술 개발’국책과제를 통해 전력반도체 모듈사업에 본격적으로 뛰어듬

·2009년 3월에서 오는 2012년까지 그린비즈니스 분야에 2000억원 이상을 투자한다고 발표하고, 이를 통해 그린비즈니스 분야 매출을 2012년 7000억원, 2015년 2조 1000억원으로 늘릴 계획

·전력반도체 모듈 사업은 산업 현장에서 쓰이는 수백kW급 전력을 사용 목적에 맞게끔 직류-교류 간 변환해주는 장치로, IGBT를 이용한 전력모듈을 소형화시킨 제품임

·그린카전장품, 전력반도체모듈, 연료전지, 발광다이오드(LED), 에너지저감 건물분야를 집중육성

실리콘

마이터스

·2009년 디스플레이용 PMIC 첫 상용화를 시작으로 본격 진출·디스플레이용 PMIC는 동부하이텍의 0.35um급 복합고전압

소자 공정기술을 적용, 생산됨

III. 친환경 절전형 PMIC 시장 동향 및 향후 전망

자동차, 백색가전, 디스플레이, LED 등 다양한 응용분야

에 적용할 수 있는 PMIC, BMIC, DDI 등 관련 전력반도체 시

장은 매년 꾸준히 성장하고 있으며 미국, 일본, EU 업체들

이 전 세계시장의 90% 이상을 점유하고 있으며 국내 시장

의 90% 이상이 외국에서 수입된 제품이 차지하고 있다. 현

재 전력반도체 시장은 미국, 일본, EU 등의 몇 개의 메이

저 업체만이 전 세계 시장의 50%를 점유하고 있으며 나머

지 50% 시장은 중소업체들이 차지하고 있어서 시장을 독점

하는 회사가 없다.

갈수록 첨단 안전장치와 편의장치 등이 자동차 분야에 접

목됨에 따라 다양한 차량 전자장치를 제어하기 위한 차량용

전력반도체 기술이 미래 경쟁력을 좌우하는 핵심요소 기술

로 위치하고 있다. 센서를 제외한 세계 차량용 반도체시장

은 연평균 성장률 9.7%로 2010년 187억불, 2014년 276억불

규모이고, 차량에서 반도체가 차지하는 비율은 2010년 24%,

2012년 62%, 2015년 103%로 예상된다. 센서를 제외한 국내

차량용 반도체시장은 2010년 10.2억불, 2014년 13억불로 전

망된다. <그림 7>은 센서를 제외한 세계 차량용 반도체시장

전망이고 <그림 8>은 센서를 제외한 국내 차량용 반도체시

장 전망을 보여준다.

표2.국내 주요 전력반도체 업체별 주요 기술 및 동향

그림6.세계 전력반도체 시장 전망

출처 : iSuppli 2009.3

Page 7: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

21 IT SoC Magazine

Industry Trends

Ⅳ. 결론

전력반도체 기반의 친환경 절전형 PMIC 기술은 에너지를

절약하고 제품을 축소하기 위하여 전력공급 장치나 전력변

환 장치에 응용되어 단순히 전력을 조절하고 전달하는 역할

에서 에너지효율 제고 및 시스템 안정성과 신뢰성을 좌우하

는 역할로 확장되어 가고 있고, 최근 에너지 위기와 환경규

제 강화 및 친환경, 녹색성장 등의 이슈가 대두되면서 친환

경 절전형 부품/소재 개발에 대한 연구가 많이 요구되는 상

황이다. 또한 전력반도체는 고집적화 및 에너지고효율이 요

구되고 있으며, 전력반도체 시장은 지금까지 매년 전체반도

체 시장의 약 10%정도를 차지하는 시장 규모로 꾸준히 성장

해 왔으며 향후에도 지속적이고 안정적으로 성장할 것으로

전망되고 전력IT가 자동차, 가전 등 타 산업간의 융복합으로

타 산업의 고도화를 촉진하여 전력반도체는 고부가치 시장

창출에 기여할 것으로 전망된다.

이에 고효율/친환경의 경쟁력 있는 제품 개발 및 녹색성장

을 주도할 수 있는 전력반도체 기반의 친환경 절전형 PMIC

기술개발에 대한 지속적인 투자가 필요하다.

【참고자료】

[1] www.etnews.co.kr

[2] www.eetime.com

[3] www.ti.com

[4] www.infineon.com

[5] www.freescale.com

[6] www2.imec.be

[7] www.maxim-ic.com

[8] www.national.com

[9] www.fairchild.com

[10] www.intel.com

[11] www.arm.com

[12] www.tsmc.com

[13] www.xfab.com

[14] www.dongbuhiteck.co.kr

[15] www.sem.co.kr

[16] www.isuppli.com

[17] www.displaybank.com

[18] www.strategyanalytics.com

[19]“전력용반도체의 최신기술동향 및 발전 전망”, 전자부품, 2009

[20]“차량용 전장부품 시장 및 기술분석”, ETRI 정책보고서, 2008

그림7.센서를 제외한 세계 차량용반도체 시장 전망

출처 : Strategy Analytics 2009

그림8.센서를 제외한 국내 차량용반도체 시장 전망

출처 : Strategy Analytics 2009

350

300

250

200187

214238

260 276

150

100

50

0

16

14

12 10.2 10.611.4

12.413

10

8

6

4

2

0

350

300

250

200187

214238

260 276

150

100

50

0

16

14

12 10.2 10.611.4

12.413

10

8

6

4

2

0

Page 8: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

January 2010 23

기업소개

(주)실리콘마이터스 LCD / LED / AMOLED 디스플레이 패널용 전력관리칩, 모바일 기기용

전력관리칩, 에너지 관련 기기용 전력관리칩 등

1.(주)실리콘마이터스를소개해주십시오.

실리콘마이터스는 매그나칩 반도체 대표

이사를 역임한 허염 대표이사를 중심으로

아날로그 및 파워 반도체 설계 분야에 실

력 있는 연구원들이 모여 2007년에 설립

된 팹리스(Fabless)기업입니다.

2008년 회사 설립 1년여 만에 외산 업체

의 전유물이던 국내 전력관리칩 시장에 국

내 업체 최초로 LCD 패널용 전력관리칩 개발에 성공, 고객사에

제품을 공급하고 있습니다.

2009년에는 앞서 개발된 기술을 바탕으로, LCD 패널용 전력관리

칩의 제품군을 확대하여 개발하고 있으며, 고객사로부터 우수한

기술 및 성능을 가진 제품으로 평가 받고 있습니다.

실리콘마이터스는 LCD 패널용 전력관리칩을 비롯하여, LED, 컨

슈머, 모바일, 에너지 관련 기기 등에 적용되는 전력관리칩(Power

Management IC, PMIC)으로 제품의 범위를 확대하고 있으며, 특

히 고객의 Needs에 맞는 고성능 전력관리 솔루션 칩 개발에 주

력하고 있습니다.

최근에는 전세계적인 금융 위기로 벤처 투자가 위축된 가운데에

서도, 2007년 2월 미국의 월든인터내셔널(Walden International)

로부터 600만 달러 투자유치에 이어, 2009년 8월 월든인터내셔

널 및 미국의 이플래닛벤처스(ePlanet Ventures)로부터 600만 달

러의 투자 유치를 완료함으로써 회사 설립 후 2년 만에 총 1,200

만 달러 규모의 미국 벤처캐피털 투자유치에 성공하는 쾌거를 이

룸과 동시에, 해외 유수의 투자자로부터 회사의 기술력을 인정받

는 계기가 되었습니다.

2.귀사의“전력관리칩”에대해소개해주십시오.

실리콘마이터스에서 개발하여 공급

중인 LCD 디스플레이 패널용 전력

관리칩은 개별 소자의 형태로 구성되

어 있던 기존의 LCD 패널용 전력관

리 기술을 하나의 칩으로 개발하여,

전력 효율 증대 및 제품 원가 절감에

기여하였습니다. 이와 함께 디지털 인터페이스 회로를 내장하여,

수동적 형태였던 패널 튜닝 작업을 프로그래밍에 의한 자동화 형

태로의 변경이 가능하도록 함으로써, 고객사의 작업 효율에도 크

게 기여하였습니다.

우리나라는 LCD 디스플레이 패널에 사용되는 핵심반도체인 구

동칩(LDI), 타이밍컨트롤러(T-Con), 전력관리칩 중에서 전력관리

칩만을 전량 수입에 의존하고 있었으나, 실리콘마이터스가 2008

년 전력관리칩을 국산화함으로써 LCD관련 반도체의 100% 국산

화에 이바지한 바가 크며, 이를 바탕으로 수출 확대도 가능할 것

입니다.

실리콘마이터스는 앞서 언급한 LCD 디스플레이 패널용 전력관리

칩 이외에도 차세대 AMOLED 디스플레이 패널용 전력관리칩, 친

환경 LED 백라이트용 전력관리칩, 저전력 고성능 휴대폰 및 스

마트폰용 전력관리칩, 에너지 관련 기기용 전력관리칩 등을 개

발하고 있습니다.

3.전력관리칩분야에서가장중요한요소는무엇이며,귀사는

그요소를확보하기위해어떤노력을하고있습니까?

전력관리칩과 같은 아날로그IC 개발은“과학보다는 예술에 가깝

다”고 설명할 수 있을 정도로 15년 이상 오랜 개발 경험이 요구

되는 분야로, 제품 내 함께 쓰이는 각 부품의 상호작용을 고려

해 설계해야 하기 때문에 칩 설계의 95%까지는 쉽게 진행하지만

5% 마감이 어려운 것이 아날로그 반도체 개발의 핵심이라고 할

수 있습니다. 따라서, 회사에 이러한 개발 경험 노하우를 지닌 핵

심 엔지니어가 얼마나 많이 있느냐가 가장 중요한 요소라고 말할

수 있습니다. 현재 실리콘마이터스는 이러한 훌륭한 인재를 뽑기

위해 국내에는 물론 해외에도 지사를 설립하였으며, 산학협력을

통해 대학으로부터 해당 분야의 인재들이 배출될 수 있도록 힘

을 기울이고 있습니다.

4.향후전력관리칩분야의전망과이에따른귀사의전략이나비

전에대해말씀해주시기바랍니다.

현재 전세계적으로“녹색 성장 및 친환경”으로 대표되는 새로운

패러다임으로 전환되는 시점에서 고성능 전력관리칩에 대한 수요

는 더욱 증가할 것으로 예상됩니다. 이에 실리콘마이터스는 포괄

적인 개념을 내재한 집적화된 디스플레이용 전력관리칩 개발은

물론 장기적으로 전 산업분야에 걸쳐 전력관리칩의 포트폴리오

를 넓히고, 국산화에 앞장서는 한편, 저전력 및 고효율을 실현하

는 친환경 전력관리칩 개발을 진행함으로써, 끊임없이 가치를 추

구하고 제공하는 의미있는 회사로 성장하고자 합니다.

허염 대표이사실리콘마이터스

www.siliconmitus.com 02-2297-7073

January 2010 22

Page 9: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

23 IT SoC Magazine

Ⅰ. 고전력 스위칭용 반도체 (IGBT : Insulated Gate Bipolar

Transistor)

전력용 반도체의 일종으로 전기의 흐름을

막거나 통하게 하는 스위칭 기능은 다른 부

품이나 회로로도 구현할 수 있지만 정밀한

동작을 필요로 하는 제품일수록 동작속도가

빠르고 전력의 손실이 적은 전용부품을 필

요로 하게 되는데, 기존의 스위칭 반도체인

트랜지스터는 가격이 저렴한 대신 회로구성

이 복잡하고 동작속도가 느린 단점이 있고,

MOSFET은 저전력이고 속도가 빠른 대신

비싼 단점이 있어 이두 제품의 장점만을 결

합한 제품이 전력용 반도체 IGBT이다.

Ⅱ. 전력변환장치

대규모 전산센터, IDC 설치로 전력소비

량전력용 반도체디바이스를 이용하여 전

력의 흐름을 제어하고 전압, 전류, 주파수

들의 형태로 변환하는 장치를 말한다.

Ⅲ. 전력반도체 소자

전력반도체 소자는, 전력 장치용의 반도체

소자로 전력의 변환이나 제어용으로 최적

화되어 있어 전력 전자공학의 핵심 소자

이다. 일반적인 반도체소자에 비해서 고

내압화, 큰 전류화, 고주파수화된 것이 특

징이다. 일반적으로 전원 장치(Power de-

vice)라고도 하며, 정류 다이오드, 전력

MOSFET, 절연 게이트 양극성 트랜지스

터(IGBT), 사이리스터, 게이트 턴 오프 사

이리스터(GTO), 트라이액(triac) 등으로 알

려져 있다.

통전 제어의 가부에 관계없이 한방향으로

손실없이 전류를 흘릴 수 있는 소자를 밸

브 장치라고 부르며, 전력반도체 소자는

그 안에 포함되어 반도체 밸브 장치라고

도 불린다. 정격 전압, 정격 전류는 용도나

소자의 구조에 따라 다르지만, 정격전압은

220 볼트 전원선과 440 볼트 전원선에 대

응한 600 볼트와 1200 볼트가 일반적이고,

정격전류는 1 암페어에서 1 킬로암페어 이

상으로 폭이 크다.

다중의 소자를 하나의 패키지에 모듈화한

전력 모듈이나, 제어 회로, 구동 회로, 보

호 회로 등도 포함하여 모듈화한 다기능

전력 모듈도 있다.

Ⅳ. SMPS (Switching Mode Pow-er Supply)

●개념

SMPS는 전력용 트랜지스터 등 반도체 소

자를 스위치로 사용하여 직류입력 전압을

구형파 형태의 전압으로 변환한 후 필터

를 통하여 제어된 직류출력 전압을 얻는

장치이다.

직류입력 전압 Vi를 직류출력 전압 Vo로

변환하는 DC-DC컨버터, 출력전압을 안정

화 시키는 궤환제어 회로로 구성되는데 궤

환제어 회로는 오차를 증폭하는 오차증폭

기, 증폭된 오차와 톱니파를 비교하여 구

동펄스를 생성하는 비교기, DC-DC컨버터

의 주 스위치를 구성하는 구동회로 등으로

구성된다. SMPS의 특성을 규정짓는 중요

한 부분은 DC-DC컨버터이며 컨버터의 종

류에 따라 SMPS의 종류가 결정된다.

현재 DC-DC컨버터중에서 주류를 이루

고 있는 방식의 PWM컨버터로서 SMPS의

실용화 개발에서 가장 많이 채택되고 있

다. 현재와 같이 소형화, 경량화, 대용량이

요구되는 민수용 및 산업용 기기에서 기존

의 일반적인 전원 방식은 용량에 한계가

있고 또한 부피나 무게가 상당히 커지게

되므로 사용상 제약이 따르게 되었다.

기존 전원 방식은 AC Line 주파수(50

㎐~60㎐)를 이용한 방식으로 효율과 무

게, 용량면에서 사용상 제약이 따른다. 이

러한 점을 개선하고 대체하기 위하여 새로

운 기술로 발전되어진 것이 SMPS전원 방

식이다. SMPS 전원 방식은 AC Line 주파

수(50㎐~60㎐)를 DC로 변환하여 높은 주

파수로 변경 (수십 KHz~수백 KHz)하여 사

용하며 이에 따른 고난도의 기술이 필요

하다. 또한 주파수를 변환 시켜주는 Pulse

width modulation 방식으로 전원 이용률

을 극대화함으로써 고효율과 경제성면에

서 기존의 방식에 비해 높은 경쟁력을 겸

비하였으며 전원의 안정도가 크게 향상되

었다.

●구성

SMPS를 구성하는 소자로는 크게 반도체

디바이스와 자성부품과 용량성 소자로 대

표되는 수동소자로 나눌 수 있다. 반도체

디바이스에 있어서는 BJT가 가격 및 특성

의 관점에서 볼때에 가장 많이 사용되고

일반화되어 있다.

그러나 스위칭 주파수의 면에서 보면

MOSFET이 가장 우수한 소자로 생각할 수

있으며 가격도 저렴해지고 있는 실정에서

수십 A 이하의 용량을 갖는 SMPS의 고주

파화에 중요한 반도체 디바이스가 되어가

고 있다. 또 BJT에 비해 2차항복 현상이

일어나기 어려워서 파괴에 강하므로 최대

정격 가까운 곳까지 사용하는 장점이 있

다. 자성부품은 SMPS를 구성하는 수동소

자의 하나로서 트랜스포머, 출력인덕터 노

이즈필터, 포화 리액터 등으로 구분된다.

수동소자 중 하나인 전해 커패시터는 본

질적으로 시간 경과에 따른 열화가 생기

므로 일정한 기준에 의해 설계된 SMPS의

신뢰성은 전해 커패시터에 의해 결정된다

고 할 수 있다. 제어용 IC는 스위치 주파수

가 500KHz에서 사용할 수 있고 MOSFET

을 직접 구동할 수 있다.

[참고자료]

1. 전력용반도체의 최신 기술동향 및 발전전망

(한양대학교, 권오경)

2. 전자신문-특집기사(PMIC)

3. 친환경 절전형 전력반도체 기술(ETRI)

4. 인터넷검색(네이버, 구글)

Guide to PMIC

전력용반도체관련주요장치및기술

Page 10: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

24 IT SoC Magazine

Guide to PMIC

전력용반도체쉽게이해하기

Ⅰ. 전력용반도체 (Power Management IC)

주 전원을 받아서 시스템에서 요구하는 안정적이고 효율적인

전원으로 변환, 공급하는 역할을 하는 것을 전력 변환 회로

라 하며 이러한 전력변환 회로들을 하나의 칩으로 구현하고

관리하는 IC를 전력용반도체(Power Management IC)라 한다.

전력반도체가 사용되는 곳은 <그림 1>에서 보는 바와 같이

기능에 따라서 휴대폰, 카메라, 노트북, 게임기, PMP, MP3,

PDA, 캠코더 등과 같이 다양한 기기들이 있으며, 이들은 기능

들이 지속적으로 발전하는 동시에 병합이 지속되고 있다.

Ⅱ. 전력용 반도체 기능상 분류

배터리 관리는 모바일 기기의 사용 효율 뿐만 아니라 배터리

의 수명 및 사용자의 안전을 위한 보호회로와 그 외에 배터

리 용량 감지 회로, 배터리 인증, 배터리 셀 밸런싱 등의 기능

을 포함하고 있으며 이러한 IC를 배터리 매니지먼트 IC(BMIC)

라고 한다.

휴대기기의 특성상 저가격, 소면적을 위해 PMIC에 BMIC 기능

을 포함해 하나의 칩으로 구현하는 추세이며 이러한 IC를 스

마트 파워 매니지먼트 IC(SPMIC)라고도 부른다. 최근에는 공

정의 집적도 향상과 더불어 배터리 매니지먼트 기능 외의 스

마트라는 이름 아래, 기기에서 요구되는 기능들이 추가되거나

다른 시스템이 하나의 칩에 임베디드 되고 있는 추세이다.

파워 매니지먼트의 또 다른 기능으로는 <그림 2>에서 나타낸

바와 같이 PMIC의 한 종류로 라이트닝 매니지먼트가 있다.

라이트닝 매니지먼트의 기능으로는 LCD, AMOLED와 같은 디

스플레이 및 키패드, 플래시와 같은 조명 기기에 전원을 공급

하고 구동하는 역할을 한다.

디스플레이나 조명의 경우 고전압을 이용하기 때문에 저전력

시스템을 요구하는 상황에서는 효율적인 전력 관리를 필요로

하게 되며 단순한 전원 관리부터 주변광에 의한 밝기 조절

과 같은 스마트한 기능을 통해 전력 관리를 하게된다. 최근에

는 고효율의 화이트 LED가 개발되면서 LCD 백 라이트는 물

론 기존의 조명시장을 대체할 차세대 소자로 떠오르고 있어

LED 드라이버 IC와 같은 라이트닝 매니지먼트 IC에 대한 요

구가 늘고 있다.

또한, PMIC에 있어서 스마트한 기능이 추가적으로 필요하

다. <그림 2>에서 보는 바와 같이 일정한 온도 이상에서 회

로를 보호하기 위한 온도 보호기능, 마이크로컨트롤러와 통

신하기 위한 I2C 인터페이스 기능, 과전압 보호기능, 과전류

보호기능, 배터리 전극이 잘못 연결되었을 때 회로를 보호하

기 위한 리버스 배터리 프로텍션 기능 등 다양한 스마트 기

능들이 필요하다.

PowerConversion

· Buck converter· Boost converter· Buck-boost converter· Charge pump· Low Drop Out

BatteryManagement Management

· Power selector· Battery charger· Battery protection· Gas gauge· Authertication· Battery balancing

Lighting

· White LED backlight driver· Key pad· LCD· OLED· Flash light· CCFL inverter

SmartFunctions

· Temperature protection· IC, SMBus, SPI interface· Application Specific functions

PMIC

그림2. PMIC 기능상 분류

그림1. PMIC 시장

Page 11: Focus on - ssforum.org · 르나 일반적으로 AC-DC 컨버터, Isolated DC-DC 컨버터, Non-Isolated DC-DC 컨버터, Power Driver, Voltage Regu - lator 등으로 크게 나눌

January 2010 2724 IT SoC Magazine

Guide to PMIC

전력용반도체쉽게이해하기

Ⅰ. 전력용반도체 (Power Management IC)

주 전원을 받아서 시스템에서 요구하는 안정적이고 효율적인

전원으로 변환, 공급하는 역할을 하는 것을 전력 변환 회로

라 하며 이러한 전력변환 회로들을 하나의 칩으로 구현하고

관리하는 IC를 전력용반도체(Power Management IC)라 한다.

전력반도체가 사용되는 곳은 <그림 1>에서 보는 바와 같이

기능에 따라서 휴대폰, 카메라, 노트북, 게임기, PMP, MP3,

PDA, 캠코더 등과 같이 다양한 기기들이 있으며, 이들은 기능

들이 지속적으로 발전하는 동시에 병합이 지속되고 있다.

Ⅱ. 전력용 반도체 기능상 분류

배터리 관리는 모바일 기기의 사용 효율 뿐만 아니라 배터리

의 수명 및 사용자의 안전을 위한 보호회로와 그 외에 배터

리 용량 감지 회로, 배터리 인증, 배터리 셀 밸런싱 등의 기능

을 포함하고 있으며 이러한 IC를 배터리 매니지먼트 IC(BMIC)

라고 한다.

휴대기기의 특성상 저가격, 소면적을 위해 PMIC에 BMIC 기능

을 포함해 하나의 칩으로 구현하는 추세이며 이러한 IC를 스

마트 파워 매니지먼트 IC(SPMIC)라고도 부른다. 최근에는 공

정의 집적도 향상과 더불어 배터리 매니지먼트 기능 외의 스

마트라는 이름 아래, 기기에서 요구되는 기능들이 추가되거나

다른 시스템이 하나의 칩에 임베디드 되고 있는 추세이다.

파워 매니지먼트의 또 다른 기능으로는 <그림 2>에서 나타낸

바와 같이 PMIC의 한 종류로 라이트닝 매니지먼트가 있다.

라이트닝 매니지먼트의 기능으로는 LCD, AMOLED와 같은 디

스플레이 및 키패드, 플래시와 같은 조명 기기에 전원을 공급

하고 구동하는 역할을 한다.

디스플레이나 조명의 경우 고전압을 이용하기 때문에 저전력

시스템을 요구하는 상황에서는 효율적인 전력 관리를 필요로

하게 되며 단순한 전원 관리부터 주변광에 의한 밝기 조절

과 같은 스마트한 기능을 통해 전력 관리를 하게된다. 최근에

는 고효율의 화이트 LED가 개발되면서 LCD 백 라이트는 물

론 기존의 조명시장을 대체할 차세대 소자로 떠오르고 있어

LED 드라이버 IC와 같은 라이트닝 매니지먼트 IC에 대한 요

구가 늘고 있다.

또한, PMIC에 있어서 스마트한 기능이 추가적으로 필요하

다. <그림 2>에서 보는 바와 같이 일정한 온도 이상에서 회

로를 보호하기 위한 온도 보호기능, 마이크로컨트롤러와 통

신하기 위한 I2C 인터페이스 기능, 과전압 보호기능, 과전류

보호기능, 배터리 전극이 잘못 연결되었을 때 회로를 보호하

기 위한 리버스 배터리 프로텍션 기능 등 다양한 스마트 기

능들이 필요하다.

PowerConversion

· Buck converter· Boost converter· Buck-boost converter· Charge pump· Low Drop Out

BatteryManagement Management

· Power selector· Battery charger· Battery protection· Gas gauge· Authertication· Battery balancing

Lighting

· White LED backlight driver· Key pad· LCD· OLED· Flash light· CCFL inverter

SmartFunctions

· Temperature protection· IC, SMBus, SPI interface· Application Specific functions

PMIC

그림2. PMIC 기능상 분류

그림1. PMIC 시장

Ⅲ. 전력용 반도체 활용 현황

전력용 반도체는 전기가 쓰이는 제품에는 기본적으로 탑재 된

다. 간단한 예로 휴대폰 충전기를 분해해 보면 그 안에서도 전

력용 반도체를 쉽게 만날 수 있다.

모터 제어·조명·전원공급장치·배터리 충전기 등 전통적

시장에서 최근에는 휴대폰·노트북PC 등 모바일기기 증가로

관심이 높아지고 있다. 여기에 전기자동차도 빼놓을 수 없는

미래 시장이다.

에너지 절약 효과는 물론이고 온실가스 방출에 기여할 수 있

기에 전력용 반도체의 애플리케이션은 점점 늘고 있는 추세

다. 이처럼 활용 폭이 방대한 것은 발전소에서 만들어져 송·

배전되는 교류 전류를 전자제품이 필요로 하는 직류로 바꾸는

역할을 하기 때문이다. 교류와 직류 사이의 변환뿐만 아니라

모터를 비롯한 모든 전기기기에 전력을 공급하거나 안정적으

로 원하는 전압·전류를 공급할 수 있도록 지원도 한다.

인텔이 차세대 제품으로 내세우면서 전략적으로 밀고 있는

MID(MOBILE Internet Device)에서도 전력용 반도체의 중요성

을 읽을 수 있다. 인텔은 전력용 반도체업체인 프리스케일·

맥심과 각각 손을 잡고 MID에 들어갈 IC를 개발 중이다. 이들

제품은 MID 전용 전력관리 칩이다. 에너지 관리가 중요한 모

바일기기의 특성에 적합한 용도다.

LCD·PDP 등 디스플레이 분야에서도 전력용 반도체는 곳곳

에서 눈에 띈다. LCD 모니터에서 전력용 반도체가 주로 사용

되는 부분은 DC/DC 컨버터가 사용되는 레귤레이터·백라이

트유닛(BLU)·전원공급장치다.

특히 LCD의 광원인 CCFL에서는 결정적인 역할을 한다. 냉

음극형광램프(CCFL)를 작동하고 광원의 밝기를 조정하는 역

할을 인버터가 맡는데, 전력용 반도체가 이를 구동한다. PDP

TV에서는 패널 구동 모듈에 적용되고 있다. 전력소모가 상대

적으로 많은 PDP에서 소비전력을 낮추기 위해서는 고성능 전

력용 반도체가 필요하다.

Ⅳ. 전력용 반도체 발전 과정

과거 전력용 반도체는 <그림 3>에서 보는 바와 같이 MOSFET,

SCR, IGBT 그리고 파워 컨트롤러와 같이 별도의 전력용 스

위칭 소자와 제어 IC로 분리되어 발전해 왔다. 1990년 이후

부터 CMOS, 바이폴라, DMOS를 하나의 칩에 내장할 수 있

는 BCD 공정 기술의 발전과 휴대전화 등과 같은 휴대용 기

기의 등장으로 저가격, 소면적이 가능한 단일 칩 솔루션의

요구가 증가하였고, 2000년대 들어서 MP3, 디지털 카메라,

PMP 등의 휴대용 기기, 디스플레이 기기의 발달은 ASIC 또

는 ASSP 형태로 개발되는 파워 매니지먼트 IC의 시장을 급

격히 증가시켰다.

2005년을 기점으로 휴대용 기기의 역할이 점점 커지고, 계속

되는 서브 마이크론 BCD 공정 기술의 개발로 <그림 3>에서

보는 바와 같이 파워IC의 영역이 LSI 영역으로 확장됨에 따라

파워 매니지먼트 IC를 중심으로 다양한 기능들이 통합되고 있

으며 그 역할이 중요해지고 있다.

January 2010 25

그림3. 전력용 반도체의 발전추세