코스텍시스 분기보고서 (2024.09)
1. 사업의 개요

가. 사업 개황

반도체 산업은 지난 수십 년 동안 소형화와 효율성 증대를 지향하며 상당한 발전을 이루었습니다. 최근 시장이 더 높은 전력을 향해 경쟁이 계속됨에 따라 반도체 업계는 실리콘(Si) 반도체가 전압, 온도, 스위칭 주파수가 높을 때 발생하는 한계로 인하여, 고온 및 고전압에서 안정적으로 작동되면서 전력 손실이 최소화되고 전력 효율성이 향상되는 실리콘 카바이드(SiC)와 질화 갈륨(GaN)과 같은 와이드 밴드갭 반도체(WBG)로 전환의 속도를 높이고 있습니다

와이드 밴드갭(WBG) 반도체는 극심한 온도, 높은 전력 밀도, 높은 전압, 더 높은 주파수에서 작동할 수 있어서 차세대 반도체로 크게 주목 받고 있으며 특히 전기차(EV), 하이브리드 EV, 신재생 에너지, 5G, 데이터 서버, 태양광 인버터, 우주 항공등과 같은 다양한 분야에서 주목할 만한 성과를 보이고 있습니다.

전 세계 많은 반도체 기업들은 와이드 밴드갭(WBG) 반도체 8인치 실리콘 카바이드(SiC) 생산 라인에 대규모로 투자를 진행하고 있으며 이러한 투자 시설은 점차 가동이 시작되고 있습니다

와이드 밴드갭(WBG) 반도체의 주요 특징은 다음과 같습니다

더 빠른 스위칭/낮은 전력 손실/더 높은 작동 온도/더욱 빠른 동작 주파수/더욱 높은 효율/시스템 크기 및 비용 감소/신뢰성 향상 등

이러한 와이드 밴드갭(WBG) 반도체는 소형화되고 고온, 고전압, 고주파 조건에서 작동되면서 많은 열이 발생됨에 따라 반도체와 기판의 써멀 매칭(Thermal Matching)과 열 관리가 매우 중요한 기술로 자리 매김하고 있습니다

당사는 SiC,GaN등 와이드 밴드갭(WBG) 반도체의 써멀 매칭(Thermal Matching)에 특화된 저 열팽창 고 방열 소재를 국내 최초로 개발 성공하여 대량 생산하고 있으며, 이를 기반으로 파워 반도체가 고온에서 잘 견디고 높은 열이 잘 방출되는 써멀 매칭(Thermal Matching)된 반도체 패키지와 Spacer등 방열 부품 및 Baseplate(냉각 장치)등을 제조 판매하는 사업을 영위하고 있습니다

나. 사업개요 [주요 용어 설명]

순 번	영 문	국 문	설 명

1	Compound
Semiconductor	화합물 반도체	화합물 반도체는 원소 주기율표의 두 가지 이상 그룹에 속한 화학 원소로 구성됨.(예. III·V 반도체 SiC, GaN) 다이렉트 에너지 밴드갭, 높은 절연 파괴 전기장, 높은 전자 이동도 등 실리콘에 비해 독특한 소재 특성을 지녀 광자, 고속, 고성능 소자 기술 구현이 가능함. 화합물 반도체 내부의 전자는 실리콘 반도체에 비해 100배 이상 빠른 속도로 처리함

2	Heat Spreader
/ Heat Sink	히트 스프레더	히트 스프레더는 더 뜨거운 소스에서 더 차가운 방열판 또는 열교환기로 열을 전달 역할을 함. PKG의 Flange 또는 Base가 그 역할을 함

3	BAG-8	은납
(브레이징 재료)	은납(BAg)은 은을 함유하는 브레이징 재료이며, 구성비는 Ag72%/Cu28합금화 된 소재이며 융점은 780℃ , 진공브레이징, 수소브레이징에 주로 쓰임

4	Thermal
Properties
Material	열 특성
소재	열전도, 열팽창 및 열응력 등의 고유 특성을 갖는 소재로, 최적의 고방열 PKG제작에 Kovar, Moly, MoCu, WCu, Cu등의 금속소재와 Al2O3, AlN, BeO등의 세라믹 소재가 사용됨

5	GaN
(Gallium Nitride)	질화갈륨	질화갈륨은 갈륨의 질화물로, 청색 발광 다이오드의 재료로 사용되는 반도체임. 최근에는 전력반도체나 레이다 등에도 응용되고 있음

6	GaAs
(Gallium Arsenide)	갈륨비소	갈륨비소의 화합물로, 통신 및 레이다 등에 응용되고 있음

7	InP
(Indium Phosphide)	인화 인듐	인듐 인화물은 인듐과 인으로 구성된 이진 반도체로, 통신 및 레이다 등에 응용되고 있음

8	LDMOS
(Laterally-Diffused Metal-Oxide Semiconductor)	측면 확산 금속 산화물 반도체	마이크로파 전력증폭기, RF 전력증폭기 및 오디오 전력증폭기를 포함한 증폭기에 사용되며, GaAs 또는 GaN에 비해 최대 전력 이득 주파수가 더 낮음

9	SiC
(Silicon Carbide)	탄화규소	규소와 탄소를 함유하고 있는 반도체 재료로, 열전도도 특성이 우수하여 방열소재로 활용되고 있음

10	MoCu
(Molybdenum Copper)	몰리카파	구리의 높은 열 전도와 몰리브덴의 낮은 열 팽창 특성을 갖도록 합성한 것으로, 가장 일반적인 몰리브덴 구리 복합 재료 비율은 70/30 및 80/20임

11	WCu
(Tungsten·Copper)	텅스텐카파	텅스텐과 구리의 합성물로 내열성, 내마모성, 고강도, 열 및 전기 전도성 뛰어나 고출력 PKG 소재로 활용됨

12	Cu-MoCu-Cu
(CPC)
(Copper-Molybdenum
Copper-Copper)	씨피씨	Mo70Cu 합금 코어 레이어와 두 개의 구리 레이어를 맞붙인 소재로 열 및 전기 전도성 뛰어나 고출력 PKG 소재로 활용됨

13	Cu-Mo-Cu
(CMC)
(Copper-Molybdenum-Copper)	씨엠씨	몰리 코어 레이어와 두 개의 구리 레이어를 맞붙인 소재로 열 및 전기 전도성 뛰어나 고출력 PKG 소재로 활용됨

14	Kovar	코바	낮은 열팽창 특징 갖는 니켈-코발트 철 합금으로 세라믹과 금속, 유리와 금속간 접합용으로 사용됨

15	Alumina Ceramic	산화 알루미늄
세라믹	Al2O3로 표시되는 세라믹으로서, PKG 제조시 절연용 소재 또는 인쇄회로 기판으로 사용됨

16	Package	패키지	외부 환경으로부터 내부 소자를 보호, 외부와 전기적 연결, 그리고 소자에서 발생하는 열을 스프레드 시키는 구조품

17	Transistor(TR)	트랜지스터	전자 신호 및 전력을 증폭하거나 스위칭하는 데 사용되는 3극 반도체 소자임

18	Impedance	임피던스	전기 회로에 교류를 흘렸을 경우에 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 값임

19	Brazing	브레이징	금속재료나 비금속재료의 접합방법의 하나로서 450℃ 이상 모재(Base metal)의 용융점 이하의 온도에서 접합부를 가열하여 모재는 녹이지 않고 브레이징합금(Brazing alloy)만 녹여 모재를 접합하는 기술

20	Hermeticity	밀폐	공기나 가스 등의 기체가 통하지 않는 성질을 의미하며, 패키지의 밀폐 구조는 내부로 공기/수분 등이 들어올 수 없도록 환경 내구성을 강화한 것임

21	Leak Rate	누설량	누설은 내부와 외부 사이에 압력차가 생겨 기체의 흐름이 발생하는데 단위 시간당 흐르는 기체의 양을 의미함

22	Coefficient of
Thermal
Expansion(CTE)	열팽창 계수	열에 의한 변형을 일으키는 재료가 갖는 고유한 성질로 물체의 온도가 1℃ 증가하였을 때 특정한 방향으로 늘어난 길이로 척도를 계수로 표시한 것 정의됨

23	Thermal Conductivity	열전도율	열전도 현상에 의해 열전도가 되는 정도를 나타내는 재료의 고유한 성질로, 열전도율의 SI 단위는 W/ mㆍK

24	Wettability	젖음성	용융된 솔더가 고체 금속의 표면에 물리, 화학적으로 퍼지는 정도를 말하는 것으로 젖음성이 크면 부착이나 흡착이 증가함

25	He Leak Test	헬륨 누설시험	He(헬륨) Gas를 이용하여 제품의 기밀 성능을 검증하는 것으로, 제품의 누설 여부를 검증하기 위한 비파괴 시험방법

26	Thermal Cycle
Test	정속온도 변화시험	온도변화 혹은 온도변화의 반복이 제품에 주는 영향을 확인하기 위하여 실시하는 시험방법으로, 부품이 매우 높은 온도와 매우 낮은 온도에 대항할 수 있는 능력 및 이러한 온도 양단을 왕복하는 주기적 노출에 견딜 수 있는 능력을 시험함

27	Thermal Shock Test	열충격 시험	급격한 온도변화에 대한 부품의 저항성을 평가하는 것으로, 극저온(또는 극고온)에 노출된 다음에 중간 온도 없이 짧은 시간 내에 극고온(또는 극저온)에 노출되는 과정을 반복함으로써 급격한 온도변화를 받는다. 이 경우에 제품의 피로고장은 가속됨

28	Baking Test	베이킹 테스트	430ºC 온도에서 금속 표면의 금도금 상태를 확인하는 시험으로 블리스터, 변색, 밀착 등의 불량 현상이 있는지 확인하는 시험

29	RF Communication	알에프 통신	통신 무선 주파수를 방사하여 정보를 교환하는 통신 방법

30	Thermal Matching	써멀매칭	열평창계수가 다른 소재의 접합시 발생되는 열응력에 따른 변형을 최소화 것임.

31	QFN
(Quad Flat No-lead)	큐에프엔	연결 패드가 4면은 돌출된 집적회로 패키지

32	MMIC
(Monolithic
Microwave Integrated Circuits)	집적회로	하나의 반도체 기판 위에 일괄 공정으로 제작하는 초소형 초고주파 집적회로

33	Die Bonding
/ Die Attach	다이 본딩	반도체 칩을 패키지에 고정시키고 칩과 패키지 간의 전기적 접속이 이루어지게 하기 위한 것

34	Lid	덮개	패키지 구성품으로 패키지 내부에 조립된 소자 및 연결선들을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 덮개

35	Lead Frame	리드프레임	패키지 구성품으로 패키지 내부에 조립된 소자의 전기적 특성을 외부 연결선에 전달해주는 것

36	LCP
(Liquid Crystal Polymer)	액정폴리머	액정의 성질과 플라스틱의 성질을 함께 겸비한 소재로서 사출성형재료로 이용되고 있으며, 용융 시에 액정성을 나타냄

37	Ka-Band	카 대역	26.5-40기가헤르츠의 주파수 대역

38	5G	5G	5세대 무선 네트워크 기술이다. 증강현실, 가상현실, 혼합현실 애플리케이션(AR, VR, MR), 화상회의, 산업 자동화, 자율주행차, 커넥티드 의료기기 등의 분야에 적용

39	Al-Diamond	알루미늄-다이아	알루미늄과 다이아몬드로 이루어진 복합 재료 (MMC), 저팽창, 초고열 전도 (> 500W / m K), 고강도, 경량 등을 겸비한 매우 우수한 소재

40	LiDAR
(Light Detection and Ranging)	라이다	레이저를 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 기술

41	EV/HEV
Electric Vehicle
/ Hybrid Electric Vehicle)	전기/하이브리드자동차	전기에너지를 동력원으로 활용하는 자동차

42	mmWave
(Millimeter Wave)	밀리미터파	30~300 기가헤르츠의 전자기 스펙트럼의 무선 주파수 대역

43	Coaxial	동축	중심에 초의 심지와 같이 도체가 있고, 그 주변을 둘러싸는 높은 유전상수를 갖는 유전체와 이를 감싸는 도체로 구성

44	Metal Guide	금속 가이드	동축과 유사한 형상의 구조

45	DBC
(Direct Bonded Copper)	구리직접접합	전력반도체 소자를 접합하는 기판 종류에 대한 접합방식으로 구리(Cu) 층에 산화막을 형성시킨 후, 세라믹에 직접 접합

46	IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor)	절연 게이트 양극성 트랜지스터	고전압용 스위칭 소자로써 인버터, 컨버터, 전원공급 장치와 같은 전력전자 쪽에 주로 사용

47	Spacer	스페이서	두 개 사이를 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 파워모듈에서는 반도체 소자(chip) 위에 접합하여 chip이 구동 중 발생하는 열을 방출하여 열로 인한 chip 소산을 막아 디바이스를 보호하는 역할을 하며, 열방출이 좋고 Chip과 열팽창 계수가 비슷한 CMC, CPC, CuMo등 소재를 주로 사용함

48	Stamping	스탬핑	판재 성형 가공 방법의 하나로 프레싱(Pressing) 이라고도 함

49	Wire Cutting	와이어 컷팅	두 전극 사이에 방전을 일으킬 때 생기는 에너지를 이용해서 가공하는 방법

50	Delamination	딜라미네이션(박리)	제조 공정과 보관에서 습도 환경에 노출되었을 경우 습기가 Mold 패키지에 흡수되는 현상

51	Wire Bonding	와이어 본딩	집적회로(반도체)를 패키지의 리드(Lead)에 매우 가는 고순도 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu)선 등으로 연결하는 공정

52	Soldering	솔더링	450°C 이하의 녹는점을 지닌 보충물(일반적으로 땜납)을 사용하여 끊어진 두 개 이상의 물질을 결합하는 과정

당사가 영위하는 사업부분은 1) 저 열팽창 고 방열 소재, 2) 써멀 매칭(Thermal Matching)된 반도체 패키지, 3) Spacer등 방열 부품, 4) Baseplate등 냉각 시스템등으로당사의 주요 제품 및 서비스를 품목별로 세분화하여 요약하면 아래와 같습니다.

대분류	주요 제품	매출유형	사용용도와 기능 및 특징	비고

통신용패키지	세라믹 패키지	제품	GaN 디바이스용 패키지
용도 : 4G, 5G 통신 등

Flange,Carrier

Thermal Matched Lead frame

레이저용 패키지	C/F-Mount 패키지	레이저 용 패키지
용도 : 산업용 레이저,의료용 레이저, 군사용 레이저 등

마이크로채널 패키지

레이저 모듈 패키지

전력반도체용
패키지	방열 스페이서 (Spacer)	저열팽창 고방열 스페이서
용도 : SiC 전력반도체 등

DC 컨넥터시그널 컨넥터	저저항 패키징
용도 : SiC 전력반도체 등

Base Plate	수냉식 냉각기판
용도 : SiC 전력반도체 등

(1) 반도체 패키지

반도체 패키징 사업에서 패키지(Package)의 사전적 의미는 '포장된 물품'이며, 반도체 패키징이란 반도체를 기계적 보호, 전기적 연결, 기계적 연결, 열 분산 등 4가지 주요한 역할을 하기 위해 후공정(Back-End Process)하는 기술을 의미합니다

출처 : 한올출판사반도체를 생산하기 위해서는 여러가지 제조공정과 반도체 재료를 필요로 하는데, 반도체 생산업체 제조공정에 따라 구분하면 크게 전공정(Front-End Process) 업체와 후공정(Back-End Process)업체 등으로 구분할 수 있습니다. 또한 이를 공정구분에 따라 '웨이퍼 재료'와 '패키징 재료'로도 구분하며, 반도체 구성단계에 따라서는 기능재료, 공정재료, 구조재료로 세분화하여 구분할 수 있습니다. 이에 당사는 반도체 패키징에 필요한 구조재료인 반도체 패키지를 생산하는 반도체 후공정 업체라고 할 수 있습니다. [반도체 재료의 종류에 따른 구분]

공정구분	대분류	중분류	재료의 종류	용도

전공정 (Front-End Process)	웨이퍼 재료	기능재료	웨이퍼	칩의 기판

공정재료	포토마스크	석영유리에 회로를 묘화한 회로도의 원판

펠리클	마스크의 입자로 인한 오염 방지를 위한 보호막

포토리지스트	웨이퍼에 회로를 인쇄하기 위한 감광제

공정가스	성막, 에칭, 도핑 등에 사용

화학약품	세정, 에칭 등의 공정에 사용

배선재료	웨이퍼 상에 주입되어 회로로 사용

후공정 (Back-End Process)	패키징 재료	구조재료	반도체 패키지(Substrate)	칩과 외부회로와의 접속을 위한 지지대

본딩와이어	칩과 리드프레임을 연결

봉지재	칩을 밀봉하기 위한 Epoxy수지

기타	언더필 재료, 숄더 볼 등

출처 : 반도체산업협회 「반도체 재료산업」 자료 당사 재구성

(2) 통신용 패키지

당사의 주력 제품인 통신용 패키지는 주로 무선통신 시장에 사용되는 RF 통신용 패키지로써, GaN, GaAs, InP 등 화합물 반도체가 실장될 수 있습니다. 또한 화합물 반도체가 안정적으로 작동할 수 있도록 밀폐성(Hermeticity), 방열성(Heat Dissipation), 열팽창 계수의 매칭(CTE Matching) 등이 고려되어 제작되어야 합니다.

당사는 이러한 통신용 패키지를 제조하여 NXP(네덜란드-말레이시아공장), WolfSpeed(미국), 중국 Dynax, Innogration, Huatai사 등과 대만 Transcom 등의 주요 업체에 안정적으로 공급하고 있으며, 경쟁업체로는 국내 R사와 해외 K사(일본), N사(일본) 등이 있습니다.

화합물 반도체가 실장되는 통신용 패키지는 아래와 같은 요구 조건들을 만족시켜야 화합물 반도체 칩이 출력 저하 및 기능을 상실하지 않고 제 역할을 하게 됩니다. 이는RF 무선통신 상에서 심각한 영향을 초래할 수 있으므로 반드시 지켜져야 하는 특성들입니다.

기밀성(Hermeticity)	반도체 패키지 실링 후 헬륨(He) Leak 테스트를 실시하여 헬륨(가스)가 투과되는지 여부를 확인하여 밀폐 여부를 판단하는 작업으로 패키지 내부의 칩을 보호하고 외부와의 접촉이 차단되는 상태를 말합니다.

방열(Heat Dissipation)	반도체 칩이 작동하면 많은 열이 발생하게 되는데 Base material이 이러한 열을 빼주는 역할을 하며 이는 칩의 고장 또는 에러를 예방하는 역할을 하게 됩니다.

열팽창 계수 매칭(CTE-Matching)	화합물 반도체 및 패키지에 사용되는 재료는 열팽창 계수를 갖기 때문에 온도대에 따라 팽창과 수축하는 정도가 다릅니다. 열팽창 계수에 의한 반도체 칩의 딜라미네이션(Delamination)을 방지하기 위해 패키지에 사용되는 소재의 열팽창 계수를 맞추는 것이 중요합니다.

전기적 연결(Electrical Connection)	반도체 칩을 패턴 및 리드프레임 단자로 외부와 연결 구조를 갖게 합니다.

금도금(Soft Gold(Au))	반도체 칩을 실장하여 전기적 연결 구조를 갖기 위한 Die attach 공정, Wire bonding 공정 및 하면의 숄더링(Soldering)이 가능하도록 표면을 금(Au) 도금 처리를 실시합니다.

내열성(Heat Resistance)	고객사에서 보통 칩의 Die attach, Wire bonding 공정이 약 300도에서 이루어 지는데 이를 견딜 수 있는 특성을 가져야 합니다.

내구성(Durability)	미국방성 신뢰성 테스트(MIL Standard)를 만족하는 신뢰성 및 내구성을 갖는 구조를 가져야 합니다.

RF(Radio Frequency)는 주로 무선 통신에 쓰는 3KHz~300GHz의 주파수를 갖는 전자기파로 방송에 사용되는 전파와 각종 무선 통신의 신호를 송수신하는 교류 전류 진동수로 활용하여 정보를 교환하는 통신 방법으로 디지털 위성방송, 무선 이동통신, 무선 LAN, 군사용·기상용 레이더, 위성통신 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 기술입니다. RF 통신용 패키지는 반도체 소자로부터 발생하는 열을 방출하기 위해 높은 열전도도를 갖는 방열 소재(Base)와, 특정 유전율을 갖는 세라믹 링 그리고 Gate·Drain 등의전극과 전기적 연결을 위한 단자(Lead Frame)로 구성되며, 이들 재료는 반도체 소자와 열팽창 계수(CTE)를 매칭을 시켜야하기 때문에 열팽창 계수가 낮은 특수한 소재들이며, 또한 Die Attach 공정 및 Wire Bonding 공정 등 반도체 패키징시의 높은 신뢰성 충족을 위해 고순도 니켈(Ni)과 금(Au)으로 표면 처리되어 있으며, 반도체의 다양한 사용 환경에서 장시간 안정적인 작동을 위해 수분침투 방지, 칩 보호 등을 위한 기밀성(Hermeticity)이 유지되고 있습니다.당사는 RF 분야에서도 다양한 주파수 대역의 신호 증폭을 위해사용되고 있는 RF 트랜지스터 패키지에 집중하고 있으며, LDMOS RF 트랜지스터부터 GaN(Gallium Nitride)을 사용한 RF 트랜지스터까지 RF 트랜지스터 관련 모든 패키지를 생산하여 글로벌 기업인 NXP사등 국내외 많은 고객사에 공급하고 있으며 수출비중이 90%정도로 미국, 중국, 대만, 유럽 등 해외 영업이 활발하게 확장되고 있습니다.

[㈜코스텍시스의 통신용 패키지 종류]

통신용 패키지 종류	제품 사진	특징

RF 세라믹 패키지	emb00000a802954.jpg RF 세라믹 패키지	- 저 열팽창 및 고 방열 소재로 제조된 대면적 반도체 소자용 세라믹 패키지
- 세라믹-금속 복합패키지

MMiC 세라믹 패키지	emb00000a802955.jpg MMiC 세라믹 패키지	- 고집적화된 고주파용 패키지
- 고주파 특성 최적화
- 5G, 위성통신 등

Intergrated
세라믹 패키지	emb00000a802956.jpg Intergrated 세라믹 패키지	- 고방열 소재와 Thick film 인쇄기술을 응용하여 임피던스(Impedance) 매칭 회로 설계
- 다양한 회로 패턴의 고주파·고성능의 소형화 패키지를 제공

플렌지(Flange),
캐리어(Carrier)	emb00000a802957.jpg 플렌지 캐리어	- 저 열 팽창 및 고 방열 소재로 제조된 대면적 반도체 소자용 기판(Substrate)
- 평탄 정밀도 매우 높음
- 고 신뢰성의 금도금 기술 적용 제조

Thermal Matched Lead frame	thermal matched leadframe.jpg thermal matched leadframe	- 저 열팽창 및 고 방열 소재로 제조된 대면적 반도체 소자용 플라스틱 패키지
- 플라스틱-금속 복합패키지

(3) 레이저용 패키지

산업용, 의료용 레이저 기기 등의 레이저 모듈에 사용되는 반도체 패키지로서 IC칩과전자제품 보드까지 전기적인 신호 연결, 밀폐 구조, 방열 구조, 다양한 사용 환경에서장시간 사용할 수 있는 신뢰성 확보 등 기능이 요구되고 있으며 GaAs, InP와 같은 화합물 반도체가 실장됩니다.

이러한 고출력 레이저용 패키지는 Focuslight(중국), QSI(한국) 등 주요 업체에 납품하고 있으며, 대표적인 경쟁업체로는 국내 R사와 해외 K사(일본), S사(일본) 등이 있습니다. [㈜코스텍시스의 레이저 패키지 종류]

레이저 패키지 종류	(주)코스텍시스 제품 사진	특징

C/F-Mount 패키지	emb00000a80295a.jpg C/F-Mount 패키지	- 우수한 방열 특성의 패키지
- 용도 : 고출력 레이저 등

마이크로채널 패키지	emb00000a80295b.jpg 마이크로채널 패키지	- 내부 구조가 마이크로 채널로 냉각 성능이 뛰어난 고출력 레이저용 패키지
- 용도 : 고체 레이저, 화이버 레이저 등

레이저 모듈 패키지	laser pkg.jpg laser pkg	- 고출력 레이저용 패키지
- 용도 : 산업용 레이저, 의료용 레이저,군사용 레이저 등

(4) 전력반도체용 패키지

최근 전세계적으로 EV나 HV(PHV, PHEV)의 전기자동차 시장이 확대되고 있는 추세에 있습니다. 이러한 배터리와 모터를 탑재한 전기자동차에는 전력 제어나 전력 변환을 위한 전력반도체가 필수로 사용되고 있습니다. 이에 전기자동차 및 신재생에너지의 전력 변환을 위한 고효율 인버터 기술의 필요성 및 역할이 급증하고 있으며, 현재 대부분 Si(실리콘) 전력반도체 소자가 인버터시스템의 핵심 전력 변환 부품으로 사용되고 있습니다. 그러나 Si 전력반도체의 고속화, 경량화와 동시에 고효율화, 고출력화를 달성하는 것은 점차 한계상황에 이르고 있습니다.

반면에, SiC(실리콘 카바이드) 전력반도체 소자는 기존 실리콘 전력반도체 소자에 비해 넓은 에너지 밴드폭, 높은 항복 전압 특성, 우수한 열전도도 등의 특징을 지니고 있습니다. 또한, 고온·고전압에서의 소자 안정성이 우수하고 높은 주파수에서의 동작이 가능하여 기존의 전기·전자 시스템의 신뢰성을 향상시키고, 전력변환효율을 높이며 시스템을 경량화시킬 수 있습니다. 이와 같은 특성을 전기자동차에 적용하고자 국내외 자동차업계 및 관련기관에서 탄화규소(SiC) 소자의 전력반도체 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며, 대만 시장조사업체인 TrendForce에 따르면 차량용 SiC 전력반도체 시장은 2022년 10억 7000만달러에서 2026년 39억 4000만달러까지 확대될 것으로 예상하고 있습니다.

출처 : TrendForce, Jul. 2022

이러한 전력반도체의 경우, 사용 시에 대량의 열이 발생하는데, 열은 전력반도체의 성능 저하 및 수명을 단축시키는 요소이며, 이를 냉각시키기 위해 특수 Heat sink 소재로 제작된 방열 Spacer가 사용되고 있습니다. 고효율, 고신뢰성의 전력반도체 모듈의 제조를 위해서는 파워 모듈의 작동 온도가 증가함에 따라 방열소재와 반도체 소자의 열팽창 계수(CTE)를 매칭시키는 것이 신뢰성을 결정하는 중요한 요소기술이 되고 있습니다. 이에 당사에서는 CMC 소재를 연구 개발하여 타사 대비 열팽창 계수가 낮고, 가격 경쟁력을 갖춰 방열 Spacer에 적용하였습니다. 이와 같이 전력반도체 패키지 시장에서도 당사의 Heat sink 소재와 방열Spacer가 경쟁력을 갖추고 있다고 판단됩니다.

[㈜코스텍시스의 전력반도체용 패키지]

구분	공정 사진	특징

소재 개발	emb00000a80295c.jpg 소재개발 공정	- 펄스 통전 소결법으로 압력을 가함과 동시에 고전류의 펄스를 흐르게 함으로써 전류에 의한 방전 에너지로 급속 승온시켜 치밀한 소결체를 저온에서 고속으로 제조함
- 국내 최초로 고방열 소재 기술을 개발하여 KCMC등 다양한 소재를 양산 중임

소재 특성	emb00000a80295d.jpg 소재 특성 공정	- 열전도율이 높으면서 열팽창 계수가 낮은 CPC, KCMC 등 고방열 소재를 독자 개발 양산 중임

Spacer	spacer.jpg spacer	- 전력반도체 소자에서 발생 되는 열(Heat)을 효율적으로 방출하는 방열부품- Low parasitic inductance packaging - 고전압 저 저항 패키징
용도 : DSC 전력반도체 모듈등

DC 컨넥터시그널 컨넥터	dc connector.jpg dc connector	- Low parasitic inductance packaging - 고전압 저 저항 패키징
용도 : SiC 전력반도체 모듈등

Base Plate	base plate.jpg base plate	수냉용 냉각기판
용도 : SiC 전력반도체 모듈등