로옴, 자동차용 200V 쇼트키 배리어 다이오드 출시

로옴(ROHM)은 파워 디바이스, 범용 디바이스, 아날로그 제품을 주력으로 비즈니스를 전개하고 있다. 로옴의 파워 디바이스에는 기존 실리콘 IGBT를 비롯해 차세대 디바이스로 각광받고 있는 SiC와 GaN 기반 제품이 있다. 또한 각종 구동 제어 IC를 보유하고 있다.
범용 디바이스로는 현재 압도적인 공급 능력을 자랑하는 다이오드, 트랜지스터, 저항, 범용 IC 등 디스크리트 제품을 공급한다.
아날로그 제품으로는 세계 최고의 아날로그 코어 기술을 사용한 고효율 전원 IC를 비롯해 시스템 전원 IC를 통해 최첨단 CPU를 구동하는 레퍼런스 비즈니스를 전개하고 있다. 

로옴의 다이오드 제품은 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky Barrier Diode, SBD), 200V급 이상의 패스트 리커버리 다이오드(Fast Recovery Diode, FRD), 정류 다이오드(Rectifier Diode, REC) 등이 있다. 차세대 제품으로 주목받고 있는 SiC 쇼트키 배리어 다이오드는 650V급과 1200V급 제품을 공급한다. 자동차 시장에서는 보호용 소자인 제너 다이오드와 TVS(Transient Voltage Suppressor)의 수요가 꾸준히 늘고 있으며, 이와 관련 로움은 풍부한 라인업을 갖추고 있다. 

로옴의 SBD는 기존의 FRD나 REC의 구조인 P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 PN 다이오드와는 달리 배리어 메탈(barrier metal)을 채용함으로써 보다 높은 효율과 낮은 순방향 전압(V_F)을 제공한다. 

순방향의 전압 강하가 낮고 스위칭 속도가 빠른 SBD는 전기자동차(xEV)의 증가로 그 수요가 크게 늘고 있는 추세다. 스트래티지 애널리틱스(Strategy Analysis)에 따르면, xEV 시장은 2024년까지 연평균 성장률 14.8%를 기록할 전망이다. 또한 자동차의 고기능화와 전동화가 SBD 수요를 강하게 견인하고 있다. 예를 들어 인포테인먼트, 자동운전 및 ADAS 분야에서는 ECU 증가로 인해 소형의 고효율 SBD를 요구한다. 또한 전동화에 따른 탑재 시스템의 증가와 고전압화로 인해 고온 환경에서도 안정적으로 동작하는 소형의 고효율 SBD를 요구한다. 특히 xEV의 경우에는 차량 탑재형 배터리 충전기(On board charger, OBC)를 비롯해 고전압 배터리 사용으로 인해 DC/DC 컨버터와 인버터에 탑재되고 있다. 

로옴 세미컨덕터 코리아의 카와세 야스노리 대표이사는 “로옴의 파워 다이오드는 이미 자동차 시장에서 높은 실적과 시장점유율을 보유하고 있다”며 “신제품 개발을 통해 한국의 자동차 시장에도 더욱 기여할 수 있기를 바란다”고 말했다. 


고온 환경에서 안정적 동작 실현

역방향 전류(I_R)와 순방향 전압(V_F) 사이에는 트레이드오프 관계가 있다. 전압을 역방향으로 인가할 때 발생하는 I_R는 수치가 작을수록 소비전력이 적다. 순방향 전류가 흐를 때 다이오드에 발행하는 V_F은 수치가 작을수록 소비전력이 적다. 

최근 48V 마일드 하이브리드 등의 구동 시스템에서는 모터와 주변 부품을 집적해 모듈화하고 있다. 따라서 고온 환경에서 동작하는 고내압의 고효율 SBD가 요구되고 있다. 또한 기존의 150V 제품이 사용되는 시스템에서는 고기능, 고신뢰성 요구가 강함에 따라 SBD의 고내압화가 요구되고 있다. 
반면, SBD는 동작 환경 온도가 높을수록 I_R 특성이 악화돼 역폭주가 발생하기 쉽다. 

로옴은 I_R과 V_F 사이의 트레이드오프를 고려해 4가지 쇼트키 배리어 다이오드 시리즈를 공급한다. 
모바일과 웨어러블 기기에 적합한 RBS 시리즈는 V_F를 억제하고 I_R은 기존 제품과 동등하게 유지함으로써 초저 손실 정류, 역접 보호, LCD 백라이트 등의 LED 드라이버 회로 외장에 적용할 수 있는 제품이다. 
RBR 시리즈는 2차측 DC/DC 정류, 프리휠, 역접 보호에 적합한 낮은 V_F의 중간 I_R 제품이다. 이 시리즈는 동일 패키지 사이즈로 일반 제품 대비 V_F를 약 25% 저감했다. 현재 TO-277(사이즈: 6443[2517]) 패키지 제품을 개발중이다. 
RBQ 시리즈는 고전압 PS나 오디오, 스위칭 전원에 적합한 중간 V_F의 저 I_R 제품이다. 낮은 I_R 특성으로 인해 고온 환경에서 안정적으로 동작한다. 이 시리즈는 역전력 손실(W)을 일반 제품 대비 60% 저감했다. 현재 TO-277(사이즈: 6443[2517]) 패키지 제품을 개발중이다.
RBxx8 시리즈는 고온 환경에 최적인 배리어 메탈을 사용함으로써 자동차 및 전원 기기 회로에서 SBD를 사용할 때 문제되는 I_R 특성을 대폭 개선한 제품이다. 초저 I_R 특성을 통해 고온 환경에서도 열폭주가 발생할 우려가 없어 안정적인 동작이 가능해 기존의 FRD를 대체할 수 있는 제품이라는 게 로옴의 설명이다.

로옴 파워 다이오드 제조부 상품개발 그룹의 다나카 히로유키 그룹 리더(우측 사진)는 “자동차 시장에서는 전동화와 자동운전 등 기기의 고 기능화가 진행됨에 따라 보다 고효율의 디바이스 개발이 요구되고 있다”면서 “자동차 시장에서 요구하는 고효율, 고품질을 동시에 실현하는 로옴의 초저 I_R 타입의 RBxx8 시리즈는 많은 자동차 전장업체로부터 호평받고 있다”고 강조했다. 

9월부터 양산되고 있는 200V(V_R) 내압의 RBxx8BM/NS200은 FRD 대비 V_F 특성을 약 11% 저감할 수 있어 소비전력을 낮출 수 있다. RBxx8 시리즈의 I_R 특성을 일반 SBD와 비교하면 약 90% 작다고 한다. 또한 발열을 낮춰 소형 패키지 설계가 가능해 보드 공간을 줄일 수 있다.
로옴 세미컨덕터 코리아의 박철 전임연구원은 RBxx8BM/NS200이 기존 제품 대비 한 사이즈 소형 패키지로 설계가 가능하다고 설명했다. 
로옴은 미들파워 패키지 제품도 개발중이다. 박철 전임연구원은 “향후에는 FRD에서 사용되는 5.9mm × 6.9mm 사이즈 패키지에서 2.5mm × 4.7mm의 소형 패키지로 대체가 가능해 실장 면적을 71% 줄일 수 있다”고 말했다. 

RBxx8BM/NS200 시리즈는 순방향 전압(V_F) 0.86V, 출력 전류(I_O) 0.5A~40A, 그리고 최대 역방향 전류(I_R)가 8µA와 15µA인 8종의 제품이 TO-252(DPAK), TO-263S(D2PAK) 패키지로 제공된다. 최대 접합 온도는 150℃이며, 자동차 대응 제품은 AEC-Q101 인증을 받았다.
RBxx8 시리즈 향후 로드맵에는 100V~200V 내압의 소형 하이파워 패키지(TO-277)와 30V~150V 내압의 소형 패키지(PMDE)도 포함돼 있다. 

자동차 시장을 겨냥한 파워 다이오드 제품 개발에 주력하고 있는 로옴은 현재 파워 다이오드 제품 매출의 60%가 자동차 시장에서 나오고 있다. 가트너 리서치 자료를 바탕으로 로옴에서 작성한 자료에 따르면, 로옴은 세계 자동차용 다이오드 시장의 약 20%를 차지하고 있다. □

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