탄화규소는 또 다른 획기적인 용도를 가지고 있습니다.

"빠르고, 작고, 가볍고, 얇은" 휴대폰 고속 충전기에 대한 수요에 부응하여, 탄화규소 전력 소자가 최근 또 다른 획기적인 활용 분야를 찾았습니다.

휴대폰 충전기와 같은 초소형 애플리케이션에서는 PCB 면적이 매우 제한적입니다. 초박형 PD 고속 충전은 일반적으로 두께가 2mm 미만인 표면 실장 소자(SMT)를 우선시합니다. 최근 베이직 세미컨덕터(Basic Semiconductor)는 새로운 SMBF 패키지 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드를 출시했습니다. 이번에 베이직 세미컨덕터가 선보인 SMBF 패키지 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드의 가장 큰 장점은 "빠르고, 작고, 가볍고, 얇다"는 점입니다. 길이, 너비, 높이는 각각 5.3mm*3.6mm*1.35mm에 불과하며, SMB 패키지(두께 2.3mm)보다 얇고, DFN 시리즈 패키지 및 TO-252 패키지 면적보다도 작습니다.

그림 1. 휴대폰 충전기용 초소형 탄화규소 장치

전력 밀도 향상에 대한 산업계의 요구와 질화갈륨 전력 소자의 보편화로 인해 능동형 PFC는 코어 부피를 줄이기 위해 동작 주파수를 높여야 할 필요성이 대두되었습니다. 이 시점에서 기존의 FRD(Frequency Reduction Diode)는 고주파 정류 요구 사항을 더 이상 충족할 수 없게 되었고, 이는 PFC에 탄화규소 다이오드를 적용하기에 유리한 환경을 조성했습니다.

실제로, 대부분의 고속 충전기 제조업체들이 65W 질화갈륨 고속 충전 시장을 탐색하던 2020년에, 바세우스는 업계 최초로 120W 질화갈륨 + 탄화규소 고속 충전기를 출시했습니다. 바로 이 제품이 '탄화규소 고속 충전'이라는 아이디어를 현실로 구현하며 고속 충전 분야에서 탄화규소의 상용화를 위한 길을 열었습니다.

그림 2. 세계 최초의 탄화규소 충전기

이후 MOMAX와 REMAX 같은 제조업체들이 탄화규소를 기반으로 한 다양한 100와트 고출력 고속 충전기를 출시하면서 업계 관계자와 소비자들이 탄화규소에 대해 더 잘 이해하게 되었습니다.

올해 상하이-뮌헨 전시회에서 우리나라의 실리콘 카바이드 소자 업체들은 기본 반도체 외에도 200W, 120W, 100W의 세 가지 인기 있는 출력 세그먼트를 아우르는 실리콘 카바이드 다이오드 기반의 100W 고속 충전 레퍼런스 디자인 세 가지를 선보였습니다. 이 중 200W와 120W 레퍼런스 디자인은 PFC+LLC 아키텍처와 멀티포트 출력을 채택했습니다. 고출력 USB PD 고속 충전 소스 분야에 사용될 수 있는 실리콘 카바이드 공급업체로는 현재 알파파워솔루션, 메이플세미, SGKS, PY핑웨이 등이 있습니다.

그림 3. 타이코톈룬이 출시한 탄화규소 PD 고속 충전 모듈

저자는 탄화규소 기술의 핵심은 높은 전력 밀도에 있다고 믿는다. 이 기술은 5G 기지국, 신에너지 자동차, 고속철도, 스마트 그리드와 같은 고출력 분야에서 빠르게 발전하고 있을 뿐만 아니라, 웨어러블 기기, 휴대폰 충전기, 저전력 및 저전압이지만 높은 전력 밀도가 요구되는 고급 LED와 같은 분야에서도 매우 유용하다.

3세대 반도체 충전기 시장은 매우 거대합니다.

휴대폰 충전기를 예로 들어보겠습니다. 고속 충전에 대한 사용자들의 요구를 충족시키기 위해 지난 10년 동안 충전기의 출력은 약 10배 증가했습니다. 동시에 사용자 경험을 고려하여 충전기의 크기와 무게는 최대한 늘리지 않았습니다.

기본적으로 위의 수요 추세가 지속된다고 가정할 때, 2025년까지 전 세계 휴대폰 판매량이 1.5억 대에 달하고, 3세대 반도체 충전기의 시장 보급률이 25%에 이르며, 가격이 80위안까지 하락한다면, 3세대 반도체 충전기 시장 규모는 300억 위안에 이를 수 있습니다.

그림 4. 미래 시장 전망

데이터 출처: "2021년 광대역 반도체 산업 연구 보고서"

또한, 3세대 반도체 소자는 휴대폰 충전기 외에도 웨어러블 기기, 드론, 그리고 휴대용 청소기, 자율 주행 차량 등 경량화가 요구되는 기타 생활 가전 분야에서도 밝은 전망을 가지고 있습니다.

그림 5. 미래 충전기 개발 동향 (출처: Charging Head Network)

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