고성능 질화갈륨(GaN) 전력 변환 제품업체인 미국 트랜스폼(Transphorm Inc.)이  2021년 11월 10일, 대표 제품인 4세대 35밀리옴(milliohm) SuperGaN® 기기가 차량용 개별 반도체 인증 규격인 미국 자동차전자부품협회(AEC)의 AEC-Q101 스트레스 테스트를 무사히 통과했다고 발표했다. 이로써 트랜스폼은 3번째 차량용 제품군을 확보하는 이정표를 달성했다고 밝혔다. 

4세대 TP65H035G4WSQA 기기의 온도 규격은 전작 3세대와 마찬가지로 175°C다. 실리콘 MOSFET이나 여타 GaN 솔루션보다 25°C 높은 접합 온도다. 일부 GaN 솔루션의 온도 규격은 125°C에 불과하다.

리차드 에덴(Richard Eden) 옴디아(OMDIA) 선임 애널리스트는 “트랜스폼은 각 세대의 GaN 플랫폼으로 기기 성능과 전력 밀도, 제조성(manufacturability)을 일제히 끌어올리는 한편, 기기 가격을 실리콘 기기 가격에 근접한 수준으로 낮췄다”며 “GaN 기술에 대한 자동차 시장의 높아진 관심과 AEC-Q101 인증을 획득한 트랜스폼의 GaN 포트폴리오는 GaN 도입 확산에 견인차 역할을 할 것”이라고 말했다. 이어 “수십억 달러 규모인 자동차 시장의 GaN 트랜지스터의 조기 도입 규모가 2025년에는 1억달러를 웃돌 것으로 예상된다”고 덧붙였다.

고전압 GaN 솔루션은 전기차가 가진 여러 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어 GaN은 전기차의 배터리에서 구동렬(drive train)에 이르는 전력 변환 효율을 높인다. 같은 소형 배터리를 사용해도 주행 거리가 늘어나 전기차의 고질적 문제로 꼽히는 주행 거리 불안을 덜어준다는 뜻이다.

또 GaN FET는 높은 주파수에서 작동하기 때문에 전력 밀도가 높은 소형·경량 시스템으로 이어질 수 있다. 이는 차내 충전기(OBC), DC-DC 컨버터, 메인 트랙션 인버터에 확실한 이점이며, 배터리 주행 거리 개선과 빠른 충전에도 유용하다. 이 3가지 핵심 시스템이 있어야 배터리 전기차(BEV)의 주행과 기능이 역할을 다할 수 있다. GaN의 역할이 클 수밖에 없는 대목이다.

TP65H035G4WSQA 기기 특징

AEC-Q101 인증을 획득한 TP65H035G4WSQA FET는 업계 표준인 35mΩ의 온저항을 제공하며 열 특성이 뛰어난 TO-247 패키지로 구성했다. 다른 e-모드(e-mode) GaN 버전에서는 찾아보기 힘든 패키지 구성이다. TP65H035G4WSQA 기기는 특허를 낸 SuperGaN 기술을 통해 다음과 같은 특징도 갖추고 있다.

· 동급 TO-247 패키지 SiC보다 전력 손실이 27~38% 적을 정도로 성능 지수(RON*QOSS)가 향상돼 더 평평하고 효율성이 높은 곡선을 제공한다.

· 패키지 인덕턴스를 줄였기 때문에 전자파 간섭(EMI)을 줄여주는 부드러운 스위칭이 가능하다.

· 고전력 시스템에 민감한 임계전압 2V 이하의 여타 GaN 기술과 달리 노이즈 내성(임계전압 4V)이 높아 게이트 과도 전압으로 인한 산발적 턴온(turn-on)을 제거한다.

· 업계 최고의 게이트 강인성(±20V)을 자랑한다.

이런 장점들은 전력 밀도와 신뢰성, 시스템 비용을 극대화하기 위해 필요한 e-모드와 같은 여타 GaN 기기보다 외부 회로망을 최소화하는 한편 높은 전류 수준에서 더 높은 성능과 더 조용한 스위칭을 뒷받침한다.

세계를 선도하는 자동차 부품 독립 공급업체이자 트랜스폼의 전략적 파트너인 마렐리(Marelli)의 최고기술책임자 겸 최고혁신책임자인 요아킴 펫저(Joachim Fetzer)는 “우리는 GaN 전력 반도체를 마렐리 차량 전기 구동 솔루션을 차별화하는 요인으로 삼고 있다”며 “마렐리가 트랜스폼과 파트너십을 맺고 투자를 단행한 이유는 품질, 신뢰성, 제조에 대한 노력면에서 트랜스폼이 현존하는 다른 어떤 GaN 공급업체들보다 뛰어나기 때문”이라고 말했다. 이어 “4세대 SuperGaN 기기의 차량용 인증 획득은 또 하나의 증거일 뿐이며, 마렐리는 트랜스폼의 GaN 기기를 비용 효율적인 고성능 솔루션으로 삼아 성능과 효율성은 물론 시스템 전반의 경쟁력을 확보했다”며 “트랜스폼과 함께 우리의 고객들에게 더 안정적인 전력을 합리적인 가격에 제공하는 것이 목표”라고 덧붙였다.