“로옴에게 있어 2020년도 오토모티브 시장에서 가장 중요한 것은 파워 분야이며 그 중심에 SiC가 있습니다. 또한 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 본격화에 따라 기능안전성에 대한 대응이 중요해졌습니다.” 새해 전망에 대한 본지의 질문에 대한 로옴의 후지와라 타다노부(Fujiwara Tadanobu) 사장의 답변 하이라이트다.
이는 1월 도쿄 빅사이트에서 개최된 ‘오토모티브 월드 2020’ 카 일렉트로닉스 기술전의 로옴 부스에도 100% 반영됐다. 로옴은 ‘Creating The Future Of Automobiles’를 테마로 xEV의 진화에 기여하는 SiC 파워 디바이스, 자율주행/ADAS를 지원하는 각종 솔루션, 오토모티브 시스템 개발 공수를 삭감할 수 있는 아날로그 IC 등 미래 자동차를 뒷받침하는 그들의 반도체 솔루션을 펼쳐보였다.
로옴은 액정을 제어하는 타이밍 컨트롤러(TCON)에 기능안전성을 적용했다. 전자 사이드미러가 프리징되는 페일 상황에서 ‘Caution System Error’라는 메시지가 뜬다.
전자미러와 기능안전성
올해 역시 자율주행, 전자화, 전동화의 강력한 요구와 이를 실현하는 열쇠인 로옴의 핵심 반도체, 전자부품들은 쇼(show) 아바타인 콕핏 타입의 데모기를 중심으로 설명되고 있었다.
“이 콕핏은 전면적으로 리뉴얼돼 상용화가 기대되는 오토모티브 시스템의 최신 기능들을 담고 있습니다.” 콕핏 설명을 맡은 시스템 솔루션 개발 본부 글로벌 FAE 부의 오니시 요시유키(Onishi Yoshiyuki) 씨가 말했다.
요시유키의 첫 설명은 액정 제어 타이밍 컨트롤러(TCON)이었다. 최근 들어 인스트루먼트, 카 내비게이션 등 센터스택의 디지털화, 전자 미러의 적용으로 콕핏의 디스플레이화, LCD화가 급격히 진행되고 그 쓰임새가 대폭 확대됨에 따라 인카 패널의 대형화는 물론 고정밀도화, 안전성 요구가 매우 커졌다. 이에 대응해 로옴은 클러스터와 멀티 디스플레이 통합에 따른 고장 시의 대책, 즉 기능안전성에 대응하는 IC를 통해 보이지 않는 데이터상 문제 발생 시 미러 등 디스플레이에 이를 즉각적으로 나타낼 수 있는 솔루션을 업계에 제공하고 있다.
“보시는 것처럼 전자 사이드미러가 프리징되는 페일 상황에서 ‘Caution System Error’라는 메시지가 뜹니다. 이런 기능은 야간 주행 시 매우 중요할 수 있습니다. 우리는 액정을 제어하는 타이밍 컨트롤러(TCON)에 기능안전성을 적용했습니다. 전자미러는 이미 렉서스 모델들을 통해 적용되기 시작했고 갈수록 그 수가 늘어날 것입니다.”
이 액정 제어 타이밍 컨트롤러(제품명: BU90AL210)는 2017년에 출시된 제품이다. 3K(2880×1080) 클래스의 타이밍 컨트롤러로서의 역할과 더불어, LCD 드라이버의 파괴 및 박리, LCD로의 입력 신호 등과 같은 정보를 수시로 확인하고 피드백해 칩 세트로 보완적으로 패널의 이상 상태를 검출한다. 스피드미터, 사이드미러의 패널화에서 중대한 사고를 방지하는데 기여한다.
다음으로 손전등까지 꺼내 콕핏에 비추며 설명한 것은 램프들이었다. 예를 들어 반대편 차량의 빛을 감지해 해당 차량운전자의 눈부심을 방지하기 위해 LED 헤드램프를 자동으로 온, 오프하는 ADB(Adaptive Driving Beam)에 로옴의 LED 드라이버 IC가 적용됐다. 이 ADB LED 드라이버 IC인 BD18351EFV-M은 1채널 승압 컨트롤러를 내장한 드라이버로, LED 전류 설정을 출력전압에 따라 High-side 검출함으로써 승압/승강압을 실현할 수 있어 헤드램프/DRL, 리어램프, 턴램프용 LED 구동에 최적인 LSI다.
ADB LED 드라이버 IC, AFL에 모터 드라이버 IC가 적용됐다.
요시유키는 “CRTIMER를 내장해 DRL 등의 PWM 조광이 필요한 애플리케이션에서 마이컴 없이도 PWM 조광이 가능해 세트 비용 절감 및 소형화를 실현할 수 있습니다”라고 설명했다. 콕핏 우측의 헤드램프는 스티어링 휠 조향 각도에 따라 헤드램프를 회전시킴으로써 야간 운행 시 전방 시야를 보다 효과적으로 확보해주는 AFL(Adaptive Forward Lighting)의 데모였다. 여기에는 로옴의 모터 드라이버 IC가 적용됐다.
스티어링 휠에 적용된 정전식 터치 센서, 도어에 충격이 가해졌을 때 경보를 발생시키는 도난방지 시스템 모듈(가속도 센서 적용)은 비교적 간단하게 설명됐다. 이 두 제품은 올 전시회를 위한 ‘참고 출품’으로 상세 내용은 공개되지 않았다.
보닛 안에 해당하는 부분에는 전동 워터펌프 제어 드라이버 IC, 메인 인버터를 위한 게이트드라이버 IC, 온보드 차저를 위한 SiC, IGBT 등이 올려 있었다.
주력 SiC
설명은 자연스럽게 로옴이 자부심을 갖는 SiC로 옮겨갔다. 그런데 조금 달라졌다. 종전까지(2018년 방문이 마지막) 이 부문의 간판은 ‘포뮬러 E’와 관련 로옴의 SiC 파워 모듈이었는데, 이제는 격렬해진 전기화 트렌드에 따라 포뮬러 E는 사라지고 북경자동차의 온보드 차저 등 카 메이커 고객사의 실기가 대신하고 있었다.
“이곳에서는 본격적인 보급기에 들어선 로옴의 SiC 파워 디바이스 제품, 제어 IC와 같은 주변 부품 및 평가 보드 등이 전시되고 있습니다.” 로옴의 파워 디바이스 생산본부 마케팅 부문의 오모리 슈헤이(Omori Shuhei) 씨가 말했다.
로옴의 SiC MOSFET
로옴의 SiC 쇼트키 배리어 다이오드(SiC SBD)는 스위칭 손실을 저감할 수 있어, 고속 스위칭이 가능해 스위칭 전원의 PFC 회로를 중심으로 폭넓게 채용되고 있다. 특히, 3세대 SiC SBD는 2세대 SiC SBD에서 달성한 당시 업계 최소 순방향 전압을 더욱 개선함은 물론, 서지 전류 내량을 대폭적으로 향상시킨 것이 큰 특징이다.
로옴의 SiC MOSFET은 원리적으로 스위칭 동작 시의 tail 전류가 없어 고속으로 동작해 스위칭 손실을 크게 저감한다. 작은 칩 사이즈로 낮은 ON 저항을 달성할 수 있어 저용량의 낮은 게이트 전하를 실현한다. 특히, 로옴의 3세대 트렌치 게이트 타입 SiC MOSFET은 2세대 플래너 타입 SiC MOSFET 대비, ON 저항을 50%, 입력 용량을 35% 저감한다. xEV용 충전기 및 DC/DC 컨버터 용도에 적합하며, 자동차 기기 신뢰성 규격 AEC-Q101에 준거하는 제품 라인업을 확충하고 있다.
슈헤이 씨는 “트렌치 구조는 로옴만의 것은 아니지만 로옴이 세계 최초입니다. 현재 로옴은 4세대 제품을 개발 중입니다. 4세대는 기존 SiC MOSFET 제품이 - 전압 사용 시 노이즈 간섭을 최소화하려고 합니다”라고 설명했다.
로옴은 그들의 SiC에 큰 기대를 갖고 있다. 전 세계 자동차 및 소비가전 시장에서 23%의 마켓셰어를 갖고 있을 뿐만 아니라, SiC와 직결되는 전기차 시장의 폭발, 특히 자국 카 메이커들의 시장 참여가 이제 본격화되기 때문이다. 일본은 SiC가 요구되는 배터리 전기차에서 한국, 중국 OEM보다 뒤에 있다. 반면, 로옴은 거대한 중국의 전기차 온보드 차저 시장에서 상당한 셰어를 갖고 있을 뿐만 아니라 유럽, 북미지역에서도 중국시장만큼은 아니지만 경쟁사를 바짝 추격하고 있다.
로옴은 자사의 SiC 경쟁력을 그들의 일관생산체제에서 차별화한다. 쇼헤이 씨는 “로옴은 SiC 반도체, Si 반도체 모두 웨이퍼 잉곳부터 패키징까지 모두 그룹 내에서 실시하는 수직통합형 생산체제를 구축했습니다. 따라서 웨이퍼의 안정적인 조달이 가능할 뿐만 아니라, 디바이스 생산 시 발생한 문제가 웨이퍼 내의 어떤 결정 결함에서 기인하는지를 분석해 웨이퍼 생산 단계에서부터 대책을 세울 수도 있으며, 반대로 웨이퍼의 결정 결함 중에 디바이스 동작에 악영향을 미치지 않는 결함의 경우엔 무시할 수 있어 기술개발의 공수도 삭감할 수 있습니다”라고 설명했다.
W-IWM. 80% 사이즈 저감에 성공한 로옴의 SiC 파워 모듈 덕분에 휠 외부에 있던 인버터 부가 휠 내부에 통합될 수 있게 됐다.
인휠 무선충전 셔틀
로옴의 SiC는 설명원을 달리해 부스 전면에 위치한 무선충전 인휠 시스템과 함께 다시 한번 소개됐다. 로옴의 SiC 파워 모듈이 적용된 W-IWM(Wireless In-Wheel Motor) 프로젝트는 주행 중 전기 에너지를 무선으로 도로로부터 받아 인휠 모터를 충전하는 기술로, 도쿄대학 후지모토 연구실의 고효율 무선충전 기술, 일본정공(NSK)의 인휠, 브리지스톤 타이어, 동양전기(Toyo Electric)가 협력하고 있다.
후지모토 연구실에서 나온 설명원은 “로옴이 공급한 SiC 파워 모듈의 일반적인 특징은 모듈의 열 저항을 대폭 저감한다는 점입니다. 양산되고 있는 모듈 사이즈의 80% 저감에 성공했습니다. 이에 따라 2세대까지 휠 외부에 있던 인버터 부가 휠 내부에 통합될 수 있었습니다”라고 로옴의 공헌을 설명했다.
W-IWM의 모터 성능은 2017년 발표된 2세대 12 kW급에서 25 kW로 커졌다. 효율은 92.5%, 무선충전 공차는 5~10 cm다.
“지면과 닿는 것 아니냐는 우려가 있는데, 코일이 차체가 아닌 타이어에 있기 때문에 그럴 염려가 덜합니다. 단순히 충전 의미만 따지면 더 거리를 둘 수 있지만 코일에서 나오는 전기 에너지가 다른 기기에 영향을 줄 수 있기 때문에 우선은 그렇게 했습니다. 우리의 목표는 2025년까지 이동 중 무선충전 시스템의 실제 테스트를 위한 검증 단계에 들어가는 것인데, 자율주행 기술이 선행돼야 할 것으로 보고 있습니다”고 말했다.
연구 그룹은 현재 3세대 W-IWM을 테스트하고 평가하고 있으며 더 많은 새로운 아이디어를 포함해 후속 세대 유닛의 프로토타입 제작을 추진 중이다.
개발 공수 삭감 아날로그 IC 부품수가 증가하는 경향이 있는 자동차에서 전기 설계는 갈수록 복잡해지고 오토모티브 시스템의 개발 공수도 증가하고 있다. 이에 대응하기 위해 로옴은 저소비전력화 및 부품수, 노이즈 설계 공수 삭감과 같은 오토모티브 시스템 구축 과제 해결에 기여하는 아날로그 IC를 개발 중이다. 부스에는 콘덴서가 없어도 안정된 동작이 가능한 ‘Nano Cap™’ 기술을 탑재해 압도적인 노이즈 내성으로 노이즈 설계 공수 삭감에 기여하는 OP Amp가 처음으로 전시됐다.
마지막으로 로옴의 스탭은 LAPIS 오토모티브 음성합성 IC인 ML2253X를 설명했다. 105℃ 동작 보증의 차량용 음성합성 LSI는 다채로운 페일세이프(Fail-safe) 기능을 탑재해 LSI의 다양한 이상 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있는 것이 특징이다. 또 고음질과 높은 압축 알고리즘의 HQ-ADPCM을 탑재해 차량용 패널 등의 통지, 경고 재생에 최적이다.
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