아이티엠반도체 사업보고서 (2021.12)
2. 주요 제품 및 서비스

가. 주요 제품의 매출액 및 비중(단위 : 백만원)

매출유형	품 목	2019년
(제20기)	2020년
(제21기)	2021년
(제22기)

매출액	비중	매출액	비중	매출액	비중

제품	PMP	240,506	60.8%	253,824	70.7%	396,381	81.1%

제품	POC	69,510	17.6%	50,154	14.0%	47,200	9.7%

제품/상품	기타	85,335	21.6%	55,053	15.3%	44,953	9.2%

합계	395,351	100.0%	359,031	100.0%	488,534	100.0%

출처: 당사 자료나. 주요 제품에 대한 내용

(1) 2차전지 보호회로의 개요2차전지에서 가장 많이 사용되는 2차전지 셀(cell)은 리튬이온(Lithium-Ion) 셀 입니다. 리튬이온 셀을 구성하는 주요 4대 요소로는 양극제, 음극제, 전해액, 분리막이 있습니다. 이러한 요소들을 어떻게 구성하느냐에 따라 배터리의 용량과 성능이 결정됩니다. 이렇게 만들어진 2차전지 셀은 작은 크기에 비해 높은 출력을 낼 수 있으며, 재충전이 가능하다는 장점으로 일상 속 많은 부분에서 사용되고 있습니다. 반면 리튬이온 셀은 치명적인 약점이 존재하는데 과도한 충전 및 방전으로 인한 배터리의 폭발 및 기능 상실 가능성이 존재한다는 것입니다. 이런 리튬이온 셀의 약점을 극복하고 일상생활에서 안전하고 편리하게 사용할 수 있도록 하는 핵심 부품이 바로 당사의 주요 제품인 2차전지 보호회로입니다.

【각형 배터리팩의 구조】출처: 당사 자료

보호회로의 기능으로는 과충전 보호, 과방전 보호, 과전류 보호 등을 기본으로 하여 고객의 요구 사양에 따른 추가 기능들로 배터리 용량 학습기능, 2차 보호 기능, 온도감지 기능, 강제 차단 기능 등의 다양한 기능들을 구현할 수 있습니다.

오늘날 리튬이온계 2차전지의 응용분야가 확대됨으로 인해 보호회로의 사용처 또한 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 우리가 일상에서 흔히 볼 수 있는 휴대폰, 노트북, 태블릿, 웨어러블 기기 등의 소형 IT제품에서부터 휴대형 전동공구, E-Scooter, E-Bike, 전자담배, 전기자동차(xEV), 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 어플리케이션에 적용되고 있으며, 그 기능에 따라 종류 또한 다양화 되고 있습니다.

【배터리 보호회로의 구성】출처: 당사 자료

보호회로는 2차전지 구성의 필수 요소입니다. 보호회로가 없다면 아무리 좋은 성능의 배터리 셀도 사용할 수가 없으며 전세계적으로 보호회로가 없는 2차전지는 사용 승인 인증을 받을 수 없기 때문에 수출 및 수입이 제한됩니다. 이렇듯 보호회로는 2차전지 배터리의 사용 가능 여부, 안전성, 신뢰성을 결정하는 가장 중요한 요소라고 할 수 있습니다. 보호회로를 구성하는 요소에는 배터리 셀의 보호동작을 주관하는 Protection IC, 충ㆍ방전 방향을 결정하는 FET, 회로의 패턴을 구성하는 PCB(Printed Circuit Board)와 그 외 저항(Resistor)과 캐패시터(Capacitor)등의 수동소자가 있습니다. 당사 제품은 가장 핵심이 되는 Protection IC와 FET를 하나의 패키지로 융합한 POC, 보호회로 전체를 패키지로 융합하여 신뢰성과 방열특성을 향상시킨 PMP, 중ㆍ대형 배터리에 사용되는 여러 개의 셀을 동시에 관리할 수 있는 배터리 관리시스템(BMS, Battery Management System) 등이 있습니다.

당사의 보호회로용 IC인 POC와 보호회로 자체를 Module Package화 한 PMP는 반도체의 제조기술과 2차전지 보호회로 기술을 융합한 제품으로써, 그 활용분야는 무궁무진하다고 볼 수 있습니다. 5세대 통신기술인 5G의 상용화와 이를 통한 사물인터넷(IoT)시장의 확산으로 인해 배터리를 사용하는 분야는 더욱더 늘어갈 것이며, 그럴수록 배터리의 안전에 관계된 보호회로의 적용분야는 점점 확대될 것입니다. 또한 반도체의 제조기술과 2차전지 보호회로 기술을 활용하여 멀티셀용 보호회로의 Package화 및 Module화를 통해 급격히 성장하고 있는 파워어플리케이션 시장으로의 적용분야 확대를 추진하고 있습니다.

(2) POC(Protection One Chip)의 기능, 용도 설명

(가) POC의 개요당사의 POC는 2차전지 배터리팩의 보호회로를 구성하는 핵심소재인 Protection IC와 FET를 하나의 Chip으로 Package화 함으로써 원가절감, 설계의 편의성 등을 극대화한 제품입니다. 그 뿐만 아니라 다양한 고객의 Needs에 부합할 수 있는 맞춤형 설계가 가능함으로써 고객이 원하는 어떠한 사양도 구현해 낼 수 있습니다. 또한 이러한 One chip Package 기술은 당사가 세계 최초로 구현해 내었으며 일본 및 중국 두 업체에서 뒤이어 개발이 되었으나 당사와 비교하여 다양한 기능구현, 정밀한 기능제어 등에 있어 현저한 기술력의 차이가 있습니다. 이러한 기술 우위와 원가 경쟁력을 통하여 국내 시장을 넘어 글로벌 시장으로의 꾸준한 시장 점유율 확장을 진행하고 있습니다.

(나) Two-Chip(Protection IC + FET) 적용 회로와 POC 비교 2차전지 보호회로용 IC로 사용되는 Two-Chip 구조의 경우 아래 좌측 사진과 같이 두 Chip간의 신호 전달 부위가 외부에 노출되어 있어 전자파 장해(EMI, Electro Magnetic Interference), 전기적 충격(ESD, Electro Static Discharge) 등이 가해질 경우 오동작이나 전기적 피해를 입을 가능성이 높지만 POC의 경우 Protection IC와 FET간 신호 전달 부위가 EMC(Epoxy Molding Compound)로 보호되고 있어 EMI나 ESD로부터 안전합니다.

【Two-Chip type과 POC의 구조 비교】

출처: 당사 자료

또한 당사 POC의 경우 PCB(Printed Circuit Board) 설계 시 한 개의 IC만 배치함으로써 Pattern 구성이 간편하고 두 개의 IC를 배치하는 것에 비해 공간적으로 여유가 생김으로 기타 수동소자의 배치 및 설계에 편의성을 제공하고 있습니다.

【Two-Chip type과 POC의 설계 패턴 비교】

출처: 당사 자료 (다) 공간 활용성최근 휴대폰 사용 중 폭발 등으로 인해 보호회로의 중요성이 확대되고 있으며, 이로 인해 기존 하나의 보호회로만을 사용하는데 그치지 않고 2nd 보호회로의 중요성이 강조되고 있습니다. 기존에는 하나의 보호회로에 2nd 보호용 PTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor)를 사용하였으나, 2nd 보호의 정밀도를 높이기 위해 단순 소자인 PTC가 아닌 보호회로를 추가 탑재하는 방식을 시장에서 요구하게 되었습니다. 이에 당사는 시장 요구에 앞서 이미 개발 완료한 차세대 POC인 Dual POC를 시장에 출시하면서 배터리팩 및 PCM 설계시 공간 활용의 용이성을 제공함에 있어 글로벌 고객사에게 채택되어 당사 POC의 우수성을 다시 한번 확인하였으며 경쟁업체들보다 한발 앞선 완성도 높은 기술로 시장 선점을 할 수 있게 되었습니다.

【PTC Type POC와 Dual POC의 구조 비교】

출처: 당사 자료

(3) PMP(Protection Module Package)의 기능, 용도 설명

(가) PMP의 개요 PMP(Protection Module Package)는 PCM을 대체 할 수 있는 제품으로 기능적으로는 PCM과 동일한 보호회로 기능을 하지만 성능적으로는 PCM과 차별화된 제품입니다. PMP는 배터리팩 제조 공정의 단순화, 제품의 신뢰성 확보, 배터리팩의 공간활용 극대화 등의 이점을 고객에게 제공하며, 기존 보호회로의 설계적, 구조적 한계를 극복한 혁신적인 제품입니다. PMP는 기존 PCM의 구조적 한계를 극복하고 소형화를 실현하였으며, 고정밀ㆍ고신뢰성 제품을 고객 맞춤형으로 개발 및 양산이 가능하도록 구현하였습니다. PMP는 당사에서 세계 최초로 양산에 성공하였으며 이런 기술적 우위를 영위하기 위해 국내ㆍ외 관련 특허 158 건을 보유하고 있습니다.

【PMP 개념도】출처: 당사 자료

(나) PCM(Protection Circuit Module)과 PMP(Protection Module Package) 비교기존 PCM 제품은 모든 부품 소자들이 외부에 노출되어 있어 외부적 충격에 취약하고 배터리팩 제조 공정상에서 전기적 충격방지를 위해 추가적으로 Tape 부착, Case 조립, Coating 등의 공정이 추가됩니다. 또한 온도와 습도에 취약하며 설계적인 한계로 인해 Size 축소에 큰 어려움이 있습니다. 그러나 당사의 PMP는 모든 부품 소자들이 EMC(Epoxy Molding Compound)로 보호되고 있어 외부적 충격으로부터 소자를 보호하고, 온도와 습도로부터 보호될 수 있습니다. 그리고, PACK 공정에서의 추가 공정이 필요하지 않게 되어 많은 원가절감은 물론, PCM의 구조적 한계를 획기적으로 개선할 수 있기에 새로운 컨셉의 배터리팩 설계를 고객에 제시할 수 있습니다. 당사의 PMP는 배터리팩의 장시간 사용과 발열량 최소화를 위해 저저항 소재개발을 지속적으로 진행해 왔고, 그 결과 일반 PCM 보다 낮은 저항의 제품을 개발해 양산에 적용하였으며, 현재는 저항이 감소된 PMP에서 추가적으로 저항이 더욱 감소된 PMP가 양산되고 있습니다. 이러한 저저항 제품은 결국 배터리의 자체 소비전류의 감소를 통해서 배터리의 사용시간을 늘려 주며, 전류의 흐름을 원활하게 함으로써 보호회로 및 배터리의 발열량을 PCM 대비 현저히 감소 시킬 수 있어 높은 신뢰성을 확보할 수 있게 하였습니다. 위에서 설명한 구조적 개선과 발열량의 개선은 당사의 반도체 개발 및 제조 기술과 보호회로에 대한 깊은 이해를 통하여 이루어낸 것으로 타제조사는 구현할 수 없는 당사만의 기술적 우위라고 할 수 있습니다.

(다) 배터리팩 구조 설계시 편의성 제공당사 PMP는 크기와 두께 모든 면에서 기존 PCM의 구조를 혁신적으로 개선하여 고객의 배터리팩 구조 설계시의 공간 확보에 대한 편의성을 제공하고 있습니다. 또한 당사 PMP는 Lead Frame을 활용한 제품으로서 PCM과는 달리 Flexible한 설계가 가능 합니다. 이는 고객의 Design In 단계에서 공간 설계의 유연성과 다양한 제품 설계를 구현할 수 있는 최적의 조건을 제공 할 수 있습니다. 이는 동일한 Size에서 최대의 배터리 용량을 요구하는 현재 시장에 가장 적합한 제품이라고 할 수 있습니다.

【PMP의 설계 편의성】출처: 당사 자료

(4) 리튬이온계 2차전지 멀티셀 배터리팩과 보호회로(Multi-PACK Protection) 기능, 용도 설명

최근 리튬이온 2차전지의 장점이 부각되면서 새롭게 설계하는 전동공구, 청소기, ESS는 리튬이온 2차전지를 채용하고, 기존 납축전지도 리튬이온 2차전지로 대체되고 있는 추세입니다. 멀티셀 배터리팩이란 높은 전압과 전류를 얻기 위하여 단위 셀을 직렬과 병렬로 다양하게 조합한 것을 뜻합니다. 사용 용도와 구조가 다양하여 이에 적합한 기술을 확보하고 있는 것이 사업의 핵심입니다. 당사는 다양한 방식의 멀티셀용 보호회로 기술을 확보하고 있으며, 제품 개발, 생산, 출하 검사 등 전 단계에 걸쳐 사용자의 요구를 반영하고 있습니다. 멀티셀 배터리팩 제품을 개발 생산하기 위해서는 회로와 기구 개발에 있어서 어떤 사양에도 대응가능한 높은 설계기술이 필요합니다. 당사는 높은 전압에서 뛰어난 절연특성을 가지는 전압 센싱기술을 필요로 하는 회로 설계 기술을 보유하고 있습니다. 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리의 손상을 방지하고 배터리의 수명을 예측하며 특정 용도의 기능을 수행할 수 있는 배터리 적합성을 유지하기 위하여 멀티셀 배터리팩에서는 절대적으로 필요한 시스템입니다. BMS는 차량의 안전과 성능에 대한 요건을 지원합니다. BMS의 대표적인 기능은 다음과 같습니다.- 배터리 전체 PACK 전압 측정

- 배터리 충전 또는 방전 시 전류 측정

- 단위 배터리(CELL) 전압 측정- 배터리 모듈 온도 측정

- 전압 전류의 구동 가능한 최대 최소 범위를 초과한 경우 배터리 전원 차단

- 단위 배터리의 충전된 전압을 균일하게 유지 시켜주는 밸런싱 기능

- 배터리 충전상태(SOC), 건강상태(SOH), 기능상태(SOF) 산출

- 전체 데이터를 차량 시스템으로 전송

BMS는 배터리팩 전체의 전압, 전류, 온도를 측정하여 최적의 상태로 유지관리하며, 배터리팩의 안전 운영을 위한 진단 및 예측 조치를 합니다. 배터리팩의 충ㆍ방전시 과충전 및 과방전을 차단하며, 셀(cell)간의 전압을 균일하게하여 줌으로써 충ㆍ방전 효율을 높이고 배터리의 수명을 연장시켜줍니다. 휴대용 기기의 사용 증가와 친환경 자동차를 비롯한 개인 이동 수단이 확대되면서 HEV, EV, E-Bike, E-Scooter 등의 수요가 증가하고 있습니다.

기존의 납축전지, Ni-Cd 전지는 환경오염 물질의 배출문제와 성능 부족이 문제가 되어 고성능, 고출력이며 중량도 가볍고 수명도 긴 장점이 있는 리튬이온 2차전지로 전환되었으나, 비정상적인 상황에서 발화 및 폭발의 위험성이 문제가 되고 있습니다. 이러한 상황에서 안전성을 위하여 필수적인 시스템으로 BMS가 등장하게 되었습니다. 2차전지의 단위 셀(Cell) 전압은 3.7V이고 충전전압은 4.2V입니다. 대용량 배터리팩은 이를 직렬로 접속하여 300V가 넘는 전압을 발생시켜 줍니다. 여러 개의 셀을 직렬로 접속하는 경우 그 중 한 개의 셀이라도 고장이 나거나 열화되면 배터리팩 전체에 영향을 줍니다. 그래서 최신의 HEV나 EV에 적용되는 BMS는 개개의 셀에 대한 과충전, 과방전, 과열을 막고 이들의 수명을 최적화 시켜주는 기능을 합니다.