[반도체 용어] IPD (Intelligence Power Device)

■ IPD (Intelligence Power Device) 란?

 

Intelligence Power Device의 약자로, 풀이하자면 지능형 전원 장치라고 부를 수 있음.

 

보호회로와 유도성 부하 등의 에너지 흡수 회로를 내장한 고성능 반도체 파워 스위치.

 

지역에 따라 IPS (Intelligence Power Switch), 스마트 스위치 (Smart Switch), High-Side / Low-Side 스위치 등의 명칭 사용.

 

■ IPD의 특징

 

1) Swithch (MOSFET 과의 비교)

 

- 일반적으로 반도체 스위치라 하면 가장 먼저 떠오르는 것은 MOSFET

 

- MOSFET : MOSFET을 스위치로서 사용하면,  회로 상에서 부하가 쇼트되는 경우에는 MOSFET 자체가 고장을 일으킴.

 

- IPD : 과전류 및 과열에 대한 보호회로와 유도성 부하의 에너지를 흡수하는 회로를 내장하여, 쇼트 등의 이상 상태에서도 파괴되지 않고, 스위치로서의 기능 유지 가능.

MOSFET과 IPD의 비교 (출처 : ROHM 홈페이지)

 

2) 퓨즈 (메커니컬 퓨즈와의 비교)

 

- 퓨즈는 전류가 과도하게 흐르지 않도록 제어하는 부품.

 

- 메커니컬 퓨즈 : 과전류가 흐르면 용단 (Fusing) 에 의해 전류가 흐르지 못하게 하여, 복귀시키기 위해서는 교체가 필요.

 

- IPD : 과전류 등의 이상 상태를 검출하여 전류를 차단하고, 이상 상태를 마이컴 등에 통지하여 원인 파악에도 유효. 자가 복귀 타입으로 교체 불필요.

메커니컬 퓨즈와 IPD의 비교 (출처 : ROHM 홈페이지)

 

3) 릴레이 (메커니컬 릴레이와의 비교)

 

- 릴레이는 외부로부터의 신호를 통해, 전기 회로의 ON/OFF 전환을 실행하는 부품.

 

- 메커니컬 릴레이 : 기계적인 접점이 있으므로, 수명이나 신뢰성에 대한 우려가 있음. 또한, 전환시에는 기계음도 발생

 

- IPD : 기계적인 접점이 없으므로, 메커니컬 릴레이에 비해 장수명, 고신뢰성, 저소음 실현 가능. 또한, 소형 경량 패키지로, Reflow Soldering 실장 대응도 가능하고, ON/OFF 전환을 실행하는 릴레이 기능뿐만 아니라, 과전류 검출에 의한 보호에도 대응

메커니컬 릴레이와 IPD 비교 (출처 : ROHM 홈페이지)

 

■ IPD 의 장점

 

1) Switch On/Off 시, Gate Control로 dv/dt 를 완만히 조절하여 EMI등의 노이즈 발생을 감소

2) Thermal protection 기능으로 과도한 전류와 온도 상승 시, 보호 동작을 내장

3) 릴레이에 비해 수명이 길고, Audio Noise 발생이 없음

4) 릴레이에 비해 상대적으로 작은 사이즈로, PCB 소형화에 기여

5) SPI 통신 도입으로 MCU Pin count를 줄이고, Integrated control 극대화

6) Gate Driver 내장으로 MCU에서 다이렉트로 MOSFET Control 가능

7) Fault 발생과 Current mornitoring, 배터리 전압, 내부온도 등의 정보도 전달 가능

 

■ IPD 의 단점

 

1) 금속 접촉 방식의 릴레이보다 상대적으로 큰 저항값

2) 단방향 Swtich로 역전압 배터리 접촉 시, 보호회로 필요

3) Control 단과 전기적 절연이 없어, Power 단에서 발생한 노이즈 유입 문제

 

■ IPD 분류

IPD 분류 (출처 : INSEM 홈페이지)

 

■ Market Size

IPD Market (2023~2036) (출처 : Research Nester)

 

기준연도	2023년
전망연도	2024~2036년
CAGR	~ 6.0%
기준연도 시장규모 (2023년)	~ 20억 달러
예상연도 시장규모 (2036년)	~ 660억 달러
지역범위	북미 (미국, 캐나다) 라틴 아메리카 (멕시코, 아르헨티나 등) 아시아 태평양 (일본, 중국, 인도, 인도네시아, 말레이시아, 호주 등) 유럽 (영국, 독일, 프랑스, 이탈리아, 스페인, 러시아, 북유럽 등) 중동 및 아프리카 (이스라엘, GCC 북아프리카, 남아프리카 등)

 

■ IPD 성장 동력

 

1) 급증하는 세계 전기 자동차 시장

 

- 자동차 산업이 환경에 미치는 영향을 개선하기 위해서는 시급한 진전이 필요

- 차량 파워 트레인의 전기화는 글로벌 자동차 산업의 진정한 지속 가능성이라는 목표에 도달할 수 있는 수단

- 저공해 자동화 분야의 핵심은 전기차로 Co2 배출량을 감소시키고 일정한 방식으로 온실효과 보완 가능

- 이를 위해 SAE International은 차량 전기화의 여러 표준을 정의하고 안전하고 효율적으로 차량을 개발하도록 함.

- 22년 전기차 판매량은 1,000만대를 넘었고, 이는 비약적인 성장을 의미

  → 20년 약 4%에서 22년 14%로 3년만에 전체 매출에서 EV의 비중이 300% 이상 증가

 

2) 전 세계적인 도시화 급증

 

- 도시화의 급격한 증가 추세는 전 세계적으로 도시의 수를 크게 증가시킴

- 많은 시설과 함께 좋은 삶의 질을 갖추기 위해 사람들이 도시로 몰리며 도시의 수가 증가

- 이에 따른 최첨단 모듈형 전기제품의 등장으로 IPD 시장이 빠르게 확대 중

 

3) 자동차 및 전력 반도체 응용 분야에서 GaN 및 SiC 재료의 채택 증가

 

- 이 새로운 반도체 재료는 더 나은 열 전도율과 더 높은 스위칭 속도를 제공하며, 기존 Si 보다 작음.

- SiC 및 GaN 의 사용은 MOSFET 및 IGBT와 같은 기존 반도체 기술을 가져옴.

- 전기 자동차(EV)와 EV 충전 분야에서 SiC 가 가장 빠르게 성장 중

 

■ IPD의 과제

 

1) 새로운 기술의 늦은 선정과 복잡한 설계

 

- IPD 시장이 빠르게 확장되기 위해서는 새로운 트렌드와 기술이 통합되어야 함.

- 새로운 기술과 장점은 엔지니어에게 어필되지만 제어 구조를 설계하기가 어려움.

- 결과적으로 시장은 비교적 적당한 속도로 신기술을 채택하기 때문에 기술 개발이 늦어짐.

- IPD 시장의 회사들도 많은 기능을 결합하기를 원하기 때문에 복잡한 설계로 이어짐.

- 복잡한 장치 설계 및 통합은 전문 지식, 고도화된 다양한 기술 등을 요구

 

2) 기타 사항

 

- 시장은 더 높은 주파수 스위치에서 작동할 때 더 컴팩트 해짐.

- 높은 초기 투자 비용은 시장 성장의 방해 요소가 됨.

 

■ IPD 기업

 

1) ON Semiconductor

2) Microchip Technology Inc.

3) Infineon Technologies AG

4) SCHUKAT electric

5) STMicroelectronics

6) Texas Instruments Incorporated

7) TOREX SEMICONDUCTOR LTD.

8) Maxim Integrated

 

 

출처 ROHM, Research Nester, INSEM