[편집자주]SiC 반도체 웨이퍼 생산량 세계 1위인 울프스피드는 향후 전력 반도체 시장 확대를 예상하며, 본격적인 생산량 캐파 증대에 나서고 있다. 이런 가운데 울프스피드는 SiC 반도체 채용 확산에 있으며, 전기 자동차 및 기업용 데이터센서, 스마트 그리드 등의 파워 모듈에서의 사용을 넘어 고급형 주거용 에어컨 및 시스템 에어컨 등 공조장치 영역에서의 확대도 꾀하고 있다. 이에 본지는 지난 1일 ‘Wolfspeed SiC의 Heat Pump 및 Air Conditioning 솔루션‘에 대해 웨비나를 진행한 울프스피드 이태훈 부장과 함정호 부장을 만나 SiC 반도체 수요처 및 설계시 유의점, 향후 투자 계획 등에 대해 들어봤다.
 
■ 울프스피드에 대한 소개를 부탁드린다

울프스피드(Wolfspeed)는 SiC(실리콘 카바이드) 및 GaN(갈륨 나이트라이드) 기술의 전 세계적인 적용과 확장을 가능하게 하는 마켓 리더다.

동급 최강의 솔루션은 고객이 우리 모두를 위해 보다 지속 가능하고 에너지 효율적인 미래를  만들어갈 수 있도록, 당사 제품을 사용함으로서 산업 전반을 변화시키고 있다.

SiC 분야에서 35년 이상의 경험을 보유한 Wolfspeed의 실리콘 카바이드(Silicon Carbide) 파워 제품에는 재료(material) 및 웨이퍼(wafer), 디스크릿(discrete) 베어 다이(bare-die) 및 패키지형 MOSFET 및 Schottly diode(쇼트키 다이오드)는 물론, 전기 자동차, (전기차)고속 충전스테이션, 기업용 데이터센터, 재생 에너지 스토리지 및 스마트 그리드 등에 고효율 및 고전력 밀도를 제공하는 파워 모듈이 포함된다.

RF GaN제품 라인의 베어다이, HEMT 및 MMIC 등은 설계자들로 하여금 시스템 사이즈, 무게 및 전력사용량을 개선할 수 있도록 돕고, 이는 다양한 분야인 5G, 위성통신, 레이더 및 항공전자 등에 적용되고 있다.

■ SiC 전력반도체가 실리콘 파워 디바이스 대비 성능이 뛰어난 이유는

Wolfspeed 실리콘 카바이드 와이드 밴드갭(WBG) 반도체는 기존의 실리콘 반도체보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘하며, 전력 애플리케이션의 효율성과 신뢰성에 대한 새로운 표준을 제시한다.

실리콘에서 실리콘 카바이드로 전환하면 더 높은 효율, 더 빠른 스위칭, 향상된 열 성능 및 더 높은 전력 밀도를 제공할 수 있다.

SiC는 더 작고 가볍고 조용한 시스템을 달성하면서 더 높은 효율 수준을 충족하기 위한 선택이다. 또한 주파수가 증가함에 따라 SiC의 이점이 늘어나고, 더 큰 (전류/전압)레벨의IGBT는 스위칭 손실이 우세할 때 까지만 효율성을 향상시킨다.

또 다른 측면으로, 설계자는 SiC 기반 시스템을 사용해 △주어진 효율에서 시스템 전력 출력 증가 △열 성능 향상을 통한 쿨링팬(Cooling FAN) 제거 가능 △시스템 안정성 및 수명 증가를 들 수 있다.

■ 고급형 주거용 에어컨 및 시스템 에어컨에서 전력 변환 장치를 SiC 반도체로 대체했을 때 특장점은

핵심 요소에는 효율성 표준 충족 또는 초과, 전체 시스템의 소유 비용 감소가 포함된다.

실리콘 카바이드 MOSFET 및 Diode를 사용하면 최고의 시스템 효율, 우수한 열 성능, 열 밀도 향상, 가청 잡음  감소(>20kHz 주파수)가 가능하다.

중국의 GB21455, 미국의 SEER, 유럽의 SCOP(seasonal coefficient of performance)와 같이 히트 펌프 및 에어컨에 대한 에너지 효율 기준이 높아지고 있다.

이와 함께, 전 세계 많은 국가에서 화석 연료 난방 시스템을 금지하고 있다. 캐나다는 퀘벡(Quebec) 전역의 모든 신규 건설 프로젝트에서 석유 난방이 금지된다. 독일은 기후 행동 프로그램(Climate Action Program) 2030은 기타 그린 테크놀로지와 함께 전기 히트 펌프로의 이동을 장려하고 있다. 영국은 2035년 이후에는 신제품 가스보일러가 판매되지 않는다. 여기에 전기 자동차는 비효율적인 저항 가열 방식에서 냉난방용 히트 펌프를 활용하는 방식으로 이동하고 있다.

■ 공조장치에서 SiC 반도체 사용시 설계상의 유의점이 있다면

효율성 표준 충족 또는 초과, 전체 시스템의 소유/운용 비용 감소가 핵심요소다. 실리콘 카바이드 MOSFET 및 Diode는 최고의 시스템 효율, 우수한 열 성능, 열 밀도 개선, 가청 잡음 감소, 전체 시스템 비용 절감을 가능하게 한다.

■ 울프스피드의 실리콘 카바이드 전력 모듈 제품군에 대한 소개를 부탁드린다

아래의 그림을 참조하시면 쉬울 것 같다.
■ 최근 울프스피드가 신규 SiC 제조시설 건설에 투자한다고 들었다. 총투자규모는 얼마이고, 투자 완료시 총 캐파가 어느 정도인지 궁금하다

Siler City(사일러 시, 미국 NC 소재) 공장 건설의 첫 번째 단계는 2024년까지 완료될 것으로 예상되며, 비용은 약 13억달러다.

노스캐롤라이나 상무부(North Carolina Department of Commerce)의 직업 개발 투자 보조금을 포함한 주 및 지역 자금은 시설의 첫 번째 단계 개발을 지원할 것이며 주, 카운티 및 지방 정부의 약 10억달러 인센티브 패키지를 나타낸다.

두 번째 단계는 고객의 요구에 맞게 구축될 예정이다.

■ 2023년 울프스피드의 계획에 대해 듣고 싶다

실리콘 카바이드 기술에 대한 수요가 가속화되고 있으며, 전문가들은 이 실리콘 카바이드가 현재 5%에서 2027년까지 전력 시장의 20% 이상에 도달할 것으로 예측하고 있다.

실리콘 카바이드 재료 생산 분야의 세계적 업계 리더인 Wolfspeed는 업계가 레거시 실리콘에서 보다 효율적인 실리콘 카바이드로 기술을 전환함에 따라, 공급 제약 완화에 초점을 맞추고 있다.

이미 시작된 사일러 시티(Siler City) 공장의 증축으로, Wolfspeed는 노스캐롤라이나 더럼(Durham) 본사의 확장을 이루게 될 것이며, 2022년 4월에 완공된 뉴욕 마시(Marcy)의 8″(200mm) 모호크 밸리 팹(Mohawk Valley Fab)을 통해 생산 물량 램핑업(ramping up)을 준비하고 있다.

■ e4ds news 독자에게 한 말씀

35년의 반도체 리더십과 경험을 바탕으로, Wolfspeed는 미래 기술 및 친환경 에너지 목표를 창출하기 위한 보다 스마트하고 빠른 솔루션을 글로벌 시장에 공급하고 있다.

당사의 창립자들은 처음으로 실리콘 카바이드를 성공적으로 상업화했으며, 그 이후로 하이파워 애플리케이션을 위한 업계 최고 성능의 실리콘 카바이드 재료와 GaN-on-Silicon Carbide 재료 및 실리콘 카바이드 디바이스들을 설계하고 공급하는 데 주력해 왔다.

앞으로도 e4ds 구독자님들의 많은 관심과 성원을 부탁드린다.

감사합니다.