파워 반도체 테스트 솔루션

파워 반도체(SiC·GaN) 평가 니즈 다양화와 菊水전자공업의 통합 솔루션

최근 에너지 절약 수요의 증가, EV와 재생가능 에너지의 보급, 그리고 AI·데이터센터 영역에서의 급속한 대전력화로 인해 파워 반도체의 평가 니즈는 그 어느 때보다 다양화·고도화되고 있습니다.
특히, SiC(실리콘 카바이드) 및 GaN(질화 갈륨)과 같은 차세대 재료를 사용한 파워 모듈에서는,

고전압·대전류·고속 스위칭
고온/저온에서의 신뢰성 평가

와 같은 복잡하고 고정밀 시험 요구 사항이 표준이 되어가고 있습니다.

그러나 현장에서는…

“각각의 시험에 준비가 필요하여 개발 속도가 저하되고 있습니다.”
“멀티 디바이스의 대전류화가 진행되어 기존의 다채널 전원으로는 전류가 부족하여 어려움을 겪고 있습니다.”

이러한 목소리가 많이 들립니다.
키루스이 전자공업에서는 이러한 현장 과제에 대해 “전원·전자 부하·시험기 통합 솔루션”을 제안하고 있습니다. 먼저, 대표적인 시험 항목별로 어떤 접근 방식으로 해결할 수 있는지 소개해 드립니다.

일괄·개별 제어를 실현하는 VMCB

다채널 전원을 사용한 평가,
매번 제어가 번거롭고 설정 오류도 발생하지 않습니까?

기존 평가에서는 장치별로 제어가 분리되어 동기 제어 및 로그 취득이 어려워지는 경향이 있습니다.
재평가 또는 다른 장치로의 인계 시에도 “누가 무엇을 어떻게 측정했는지”가 블랙박스가 됩니다…

VMCB(Virtual Multi Channel Bus・가상 멀티 채널 버스)란, 복수 대의 직류 전원을 네트워크(LAN)로 연결하여, PC에서 일괄하여 간단하게 조작・관리할 수 있는 구조입니다. 복수의 직류 전원을 가상 그룹화하여 관리함으로써, 1대N은 물론이고, N대M이며 대규모 네트워크형 원격 제어・감시를 효율적으로 수행할 수 있습니다.

또한, SCPI 명령어를 사용함으로써, 당사 직류 전원과 함께 SCPI 명령어에 대응하는 다른 계측기도 연계하여 제어할 수 있으므로, 평가 시스템의 구축이 용이합니다.

여러 계통의 동시 구동·개별 제어가 가능한 “VMCB”를 활용한 구체적인 예시

VMCB의 장점

수 ms~수십 ms 단위로 출력의 ON/OFF 순서 및 타이밍 오차를 설정할 수 있습니다.
자동 로그 취득으로 ON/OFF 이력 및 동작 로그 기록이 가능합니다. 문제 발생 시 검증에 도움이 됩니다.
계측기 드라이버나 전용 소프트웨어 없이 작동할 수 있으므로, PC 또는 설비 변경 시에도 즉시 운용이 가능합니다.

더욱 정밀한 타이밍 제어를 수행하고자 할 경우의 구체적인 예시

아날로그 J1 단자로부터 외부 전압에 의한 출력 전압 제어 (외부 전압 0V-2.5V로 제어)

▲ 마스터 장치와 슬레이브 장치 간 시간 오차가 거의 없이 전압 가변 가능

CC 우선 모드 탑재

신뢰성 시험 및 정전류 시험에서
전원의 “전류 오버슈트”에 깜짝 놀란 적은 없으십니까?

기존의 CV 우선 동작에서는 과도적인 오버슈트로 인해 디바이스 손상 또는 시험 실패가 발생할 위험이 있습니다….

PWR-01 시리즈 및 PWX 시리즈는 파워 사이클 시험 등 반도체 에이징 시험 시 편리한 CC 우선 모드를 탑재하고 있습니다. CC 우선 모드를 활용하면 정전류 기동 시(OUTPUT ON 시) 출력 전류의 오버슈트를 억제할 수 있습니다.

PWX 시리즈에서의 우선 설정 차이에 따른 출력 전류 파형의 차이

▲ CC 우선 설정 시 출력 전류 상승 파형

▲ CV 우선 설정 시 출력 전류 상승 파형

【측정 조건】출력 전압 10V, 출력 전류 10A 설정, 출력 단락 시
【모델명】PWR1201L

와이드 레인지로 폭넓은 동작 영역에 대응

컴팩트 와이드 레인지 DC 전원 공급 장치
PWR-01 시리즈

랙 장착에 적합한 박형 직류 전원

슬림형 와이드레인지 가변 스위칭전원
PWX 시리즈

차세대 반도체의 내전압 시험 용도

게이트 드라이버 및 절연부 평가
규격이 점점 엄격해지고 있지 않습니까?

파워 디바이스 분야에서는 절연 성능 평가의 고도화가 진행되는 가운데,
“내전압 시험·절연 저항·부분 방전을 각각 다른 장치로 수행하고 있습니다.”
“규격 개정에 따라가지 못하고, 시험 항목이 계속 증가하고 있습니다.”
이러한 시험 부서의 부담이 심화되고 있습니다.

SiC 및 GaN과 같은 와이드 밴드갭 반도체의 등장으로 절연 성능 및 내전압이 크게 향상되었습니다. 특히 SiC 재료 및 SiC를 사용한 반도체 디바이스, 또한 이에 사용되는 아이솔레이터 등의 디바이스 평가에는 6.5kV 이상의 고전압 내전압 시험이 요구됩니다.

키쿠스이 전자공업의 내전압·절연 저항 시험기 TOS9311은 10kV 고전압 출력을 지원하는 AC/DC 내전압 시험·절연 저항 시험이 가능하며, 라이즈 타임 기능으로 출력 전압을 서서히 상승시키거나 트렌드 그래프 표시로 출력 전압 및 누설 전류 값 측정 등이 가능하여 SiC 반도체 디바이스 및 고전압 인버터·컨버터의 안전 관련 시험에 최적입니다.

최대 10kV의 AC/DC 내전압 시험 가능

AC/DC 내전압·절연저항 시험기
TOS9311

반도체 제조 장비에 요구되는 SEMI F47-0706 규격의 전압 새그 내성

제조 장비 및 보조 장비가
전압 순간 정전으로 “갑자기 멈추는” 현상에 어려움을 겪고 있지 않습니까?

낙뢰 또는 계통 이상에 의한 순간 전압 강하.
장비는 멈추지 않아도 서브 시스템이나 전압 릴레이가 오작동합니다…
“멈춘 후에 원인 규명”으로는 이미 늦습니다.

반도체 제조 공정은 매우 복잡하고 세분화되어 있으며, 에칭 장비, 열처리 장비, 이온 주입 장비 등 다양한 제조 장비가 사용됩니다.
따라서 반도체 제조 장비에 입력되는 전원에 전압 강하가 발생했을 때 장비의 대응 능력을 확인하는 지표로서, 반도체 제조 장비에 요구되는 전원 변동 시험(전압 강하 내성)이 SEMI F47-0706에 규정되어 있습니다.

이 규격은 공통 규격과는 다른 공업회에 의한 독자 규격이지만, 최근에는 반도체 제조업체에 장비를 납품할 때의 필수 요구 사항이 되고 있습니다.
키쿠스이 전자공업의 교류 안정화 전원 PCR-WEA/WEA2 시리즈는 전압 및 주파수를 임의로 가변할 수 있으며, 전압 강하 및 순간 정전 등 전원 라인의 이상 시뮬레이션이 가능하여 “SEMI F47-0706” 시험을 수행하는 데 최적입니다.

반도체 제조 장비는 전 세계 각국에서의 가동이 예상되므로, 다양한 환경에서의 입력 전압 변동에 대한 내성을 평가하는 것이 중요합니다.