발간등록번호 2018.01.VOL.106 11-1411095-000009-08 기술보고서 차세대 반도체 산업현황과 표준화 동향 작성 서울과학기술대학교 좌성훈 교수 (010-4379-7810, shchoa@seoutech.ac.kr) 감수 국가기술표준원 전기전자표준과 신명철 공업연구사 (043-870-5369, mcshin0126@korea.kr)
CONTENTS 04 1. 개론 04 가. 정의 05 나. 산업의범위 06 2. 산업현황 06 가. 세계시장동향및전망 10 나. 국내시장동향및전망 13 다. 국내외주요기업기술및제품현황 14 3. 표준동향 14 가. 국제표준화동향 15 나. IEC TC 47 SC 및 WG별주요활동현황 20 다. 우리나라의국제표준화활동동향 23 4. 시사점및제언
치열해진세계반도체시장에서 미래경쟁력을확보하기위한전략 차세대반도체산업현황과표준화동향 다가오는 4차산업혁명시대 에는사물인터넷 (IoT), 자율주행차, 인공지능 (AI) 등의융 복합산업이크게발전할것으로전망됨에따라세계반도체시장역시급격한성장이예상된다. 반도체시장의성장과함께글로벌 IT 그룹간의경쟁도날이갈수록더욱치열해지고있다. 우리나라가반도체산업세계 1위자리를지키기위해서는차별화된기술력을계속해서선보여야만한다. 2018년 1월호에서는세계반도체시장에서미래경쟁력을확보하기위해알아야할 차세대반도체산업현황과표준화동향 에대해살펴본다.
1. 개론 1. 개론 가. 정의 차세대반도체산업이란차세대 IT융합제품 ( 스마트자동차, 사물인터넷, 착용형스마트디바이스등 ) 에서연산, 제어, 전송, 변환, 저장기능등지능형서비스를수행하는차세대전자소자 공정의소재 부품 장비 설계기술관련고부가가치산업을통칭한다. 한편지능형서비스는 IT기술을기반으로제품의자율성, 기능성을개선하여인간삶의질, 사회안전성등을향상시키는고부가서비스 ( 예, 스마트자동차의안전주행및자율주행기능 ) 이다. 시스템반도체는컴퓨터, 모바일기기, 가전, 자동차, 산업용전장기기등에서연산, 제어, 전송, 변환을수행하는전자소자를통칭한다. 시스템반도체는전기전자시스템의신호 정보 에너지프로세싱 ( 연산 / 제어 / 전송 / 변환등 ) 기능을단일칩에통합한통합 SoC(Convergence System on a Chip) 로발전함으로써경제성, 편의성, 생산성을극대화하는 다기능융복합반도체 로진화하고있다. 즉다기능융복합반도체는다양한기능을가지는시스템을하나의반도체에집적하고, 소프트웨어와융합하여시스템의고성능화, 소형화, 저전력화및스마트화를주도하는기술인셈이다. 그림 1 차세대반도체개요 4
나. 산업의범위 차세대반도체는각종전자기기에서영상 음성등신호처리, 중앙제어등정보를제어 처리 저장하는데필요한디지털 아날로그반도체, 전력제어반도체, 센서를포함한다기능집적반도체를생산하기위한소재 부품 장비 설계기술을말한다. 특히시스템반도체는컴퓨터, 모바일기기, 가전, 자동차등에서정보처리를수행하는전자소자를통칭하며전기전자기기의핵심부품으로 IT 융합기술의초석이되고있다. 또한스마트자동차, 모바일, IoT, 웨어러블, 로봇등인류가사용하는전자전기기기에응용되고있다. 이처럼시스템반도체는첨단 IT 수요에연동된고기술, 고성장, 고부가가치의미래유망산업으로자동차용반도체, 그린반도체, 정보통신 가전용반도체등으로발전하며우리주변의일상생활에서다양하게사용되고있다. 그림 2 시스템반도체개념도및제품 그림 3 반도체기술발전및관련서비스창출 5
2. 산업현황 2. 산업현황 가. 세계시장동향및전망 지능형서비스기반시스템반도체 ( 이하차세대반도체 ) 세계시장은 2015년 3,041억달러규모를형성하고있다. 이중통신 방송 SoC 시장이 2015년 1,401억달러로가장큰시장을형성하고있으며, 그뒤로프로세스반도체 971억달러, 자동차 SoC 303억달러, 전력 에너지반도체 164억달러, 고주파반도체 126억달러, 스토리지 SoC 75억달러순으로시장을형성하고있다. 한편세계시스템반도체시장은 2013년 2,634억달러에서 2018년 3,876억달러로연평균 8.3% 성장할것으로전망하고있다. 시장의연평균성장률은통신 방송 SoC(13.7%), 스토리지 SoC(11.6%), 전력 에너지반도체 (8.9%), 자동차 SoC(6.3%), 고주파반도체 (6.0%), 마이크로프로세서 (2.1%) 순으로성장할전망이다. 표 1 세계시스템반도체시장현황및전망 ( 단위 : 백만달러 ) 구분 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR(%) 세계시장합계 263,466 282,734 304,079 328,602 355,474 387,616 8.3% 마이크로프로세서 93,263 95,197 97,172 99,188 101,246 103,372 2.1% 자동차 SoC 26,898 28,566 30,337 32,218 34,215 36,371 6.3% 스토리지 SoC 6,358 7,032 7,491 8,602 9,514 10,618 11.6% 전력 / 에너지반도체 14,070 14,990 16,410 18,360 20,640 22,477 8.9% 고주파반도체 11,221 11,894 12,608 13,365 14,166 15,016 6.0% 통신 / 방송 SoC 111,656 125,055 140,061 156,869 175,693 199,763 13.7% 시스템반도체시장의특성시스템반도체시장의가장큰특성은고도의기술력과창의적아이디어를보유한핵심기술인력이기업의경쟁력을좌우하는대표적인융 복합기술집약적산업이다. 특히분야의특성상시스템반도체설계를위한고도의공학적전문지식과더불어고효율 SW 탑재를위한임베디드 SW기술의화학적융합이필요하다. 동일한성능을지닌제품이라도설계능력에따라완전히다른설계로구현할수있으며, 설계능력에따라제조원가또한크게차이가날수있는것이지능형반도체산업의특성이라고볼수있다. 시스템반도체세계시장의구조시스템반도체세계시장은 Intel, Qualcomm 등글로벌대기업이약 65% 의시장을차지하고있으며, 한국기업의시장점유율은 2.8% 수준에불과하다. 즉 PC 및스마트폰등그간지능형반도체시장을주도해온 Intel, Qualcomm, Broadcom 등이시장을지배하고있는구조이다. 한국반도체산업의경우그간메모리반도체중심의성장구조에따라지능형반도체시장점유율은삼성전자 2.2%, SK 하이닉스 0.6% 수준에불과하다. 6
표 2 2014 년세계주요시스템반도체기업현황 (Top 10) 순위국가기업명 角년매출액 ( 백만달러 ) 시장점유율 (%) 1 미국 Intel 53,134 21.3 IDM 2 미국 Qualcomm 19,291 7.7 팹리스 3 미국 Broadcom 11,642 4.7 팹리스 4 미국 Texas Instruments 11,538 4.6 IDM 5 유럽 미국 NXP Semiconductors 9,922 4.0 IDM 6 일본 Renesas Electronics 7,148 2.9 IDM 7 유럽 STMicroeletronics 7,137 2.9 IDM 8 대만 MediaTek 7,033 2.8 팹리스 9 독일 Infineon Technologies 5,561 2.2 IDM 10 한국 Samsung Electronics 5,535 2.2 IDM 비고 * 출처 : 시스템반도체산업동향 ( 한국수출입은행, 2016) 세계반도체업계의큰화두는인수합병활동으로인텔은알테라와의인수합병을통해 2014 년에이어 2015 년에도 1 위 자리를유지했고, NXP 는프리스케일인수합병으로 2014 년 15 위에서 2015 년 7 위로급등했다. 표 3 2015년세계반도체기업현황 (Top 10) 순위 국가 기업명 15년매출액 ( 십억달러 ) 시장점유율 (%) 1 미국 Intel 54.42 14.8 2 한국 Samsung Electronics 40.16 11.6 3 한국 SK Hynix 16.50 4.8 4 미국 Qualcomm 16.50 4.8 5 미국 Micron Technology 14.08 4.1 6 미국 Texas Instruments 12.26 3.5 7 미국 NXP 9.72 2.8 8 일본 Toshiba 8.83 2.5 9 미국 Broadcom 8.41 2.4 10 유럽 STMicroeletronics 6.90 2.0 * 출처 : IHS 2016 7
2. 산업현황 반도체공정장비세계시장규모및성장률반도체공정장비분야의 2015년세계시장규모는 342.1억달러규모이며, 연평균 6.8% 성장하여 2018년에는 416.3억달러규모를형성할전망이다. 2017년의경우반도체장비세계시장은 559억달러로, 지난해대비 35.6% 가오를것으로예상하고있다. 2017년한국은 5년연속 1위를기록한대만을제치고처음으로지역별연간매출이가장클것으로예상되었다. 한국시장은지난해대비 132.6% 성장하여가장큰폭의성장률을보였고, 그다음은유럽 57.2%, 일본이 29.9% 이다. 표 4 2017 년세계반도체장비출하량 * 출처 : 국제반도체장비재료협회 (SEMI) 8
2015 년기준전공정장비가 288.6 억달러로가장큰시장을형성하고있으며, 후공정장비 25.5 억달러, 테스트장비 27.9 억달러규모로시장을형성했다. 성장률또한전공정장비시장이연평균 7.1% 성장하여전체공정 / 장비시장 성장을견인하는가운데후공정장비 6.9%, 테스트장비 3.1% 순으로조사되었다. 표 5 반도체공정 / 장비분야세계시장현황및전망 ( 단위 : 백만달러 ) 구분 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR(%) 세계시장합계 30,031 32,051 34,211 36,521 38,990 41,631 6.8% 전공정장비 25,165 26,952 28,865 30,915 33,110 35,460 7.1% 후공정장비 2,236 2,389 2,553 2,728 2,914 3,114 6.9% 테스트장비 2,630 2,711 2,793 2,879 2,966 3,057 3.1% * 출처 : Market for Power Semiconductors (2014, Frost & Sullivan) 등 세계반도체장비시장은미국, 일본, EU 등의선진기업이전체시장의 60% 이상을점유하고있는독과점구조로, Top 10 기업에일본이 4개, 미국이 4개, EU가 2개의기업이들어가있다. 현재한국을비롯한아시아기업의시장점유율이상승하고는있으나, 아직까지는미진한수준에머물러있는상황이다. 반도체장비산업은수명주기가짧은기술집약적고부가가치산업으로적기시장진입이매우중요하고, 한세대장비기술이완전히성숙되기전에다음세대의장비기술로전환되는시기가매우중요하다. 9
2. 산업현황 나. 국내시장동향및전망 2017년의경우전세계반도체매출총액이전년대비 22.2% 증가한 4,197억달러였다. 이는 2017년전체반도체시장의 31% 를차지한메모리시장이 64% 증가하면서성장세를이끈것으로분석되고있다. 반면 2016년국내반도체생산액은 584억달러로세계시장의 46.6% 를점유하고있다. 표 6 세계및국내반도체시장현황및전망 * 출처 : IHS 2017 우리나라반도체수출규모 2016년우리나라반도체수출액규모는 622억달러로총수출액의 12.6% 를차지했다. 2000년대이후국내총수출에서반도체가차지하는비중은 10% 내외규모를유지해왔다. 2017년에는전체수출에서차지하는반도체수출의비중이 16% 를넘어선것으로나타났다. 2017년 9월까지반도체수출은 704억 1천400만달러로, 지난해같은기간에비해 56.5% 나증가했으며, 전체수출품목가운데단연최고비중을차지한것이다. 10
표 7 국가별반도체시장점유율변화 국내시스템반도체시장현황 또한국내시스템반도체분야중자동차 SoC 품목이 2015 년 1.4 조원규모로가장큰시장을형성하고있으며, 마이 크로프로세서 (1.0 조원 ), 스토리지 SoC(0.53 조원 ), 전력 / 에너지반도체 (0.32 조원 ) 등의순으로조사되었다. 표 8 국내시스템반도체시장현황및전망 ( 단위 : 억원 ) 구분 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR(%) 국내시장합계 32,856 34,664 36,603 38,685 40,919 43,320 5.6% 마이크로프로세서 9,578 9,836 10,102 10,375 10,655 10,943 2.7% 자동차 SoC 11,993 13,096 14,301 15,617 17,054 18,623 9.2% 스토리지 SoC 4,812 5,033 5,265 5,507 5,760 6,025 4.6% 전력 / 에너지반도체 3,161 3,199 3,237 3,276 3,315 3,355 1.2% 고주파반도체 1,945 2,023 2,103 2,188 2,275 2,366 4.0% 통신 / 방송 SoC 1,367 1,477 1,595 1,722 1,860 2,009 8.0% * 출처 : Market for Power Semiconductors (2014, Frost & Sullivan) 등 11
2. 산업현황 국내시스템반도체시장은휴대폰, 디스플레이등을제외하면자동차 SoC, 전력 / 에너지반도체등대부분을수입에의존하고있다. 시스템반도체를구성하는핵심 SW 및 SoC 원천기술이부족해핵심기술일수록국산화율이저조한것. 지속적 R&D 투자등을통해모바일 AP, 모뎀, RFIC 등일부지능형반도체를국산화하는데에성공했지만, 마이크로프로세서 자동차 SoC, 전력 / 에너지반도체등은대부분수입에의존하는실정이다. 특히시스템반도체개발에필수적인 SW 환경에대한국산화는거의 0% 수준으로국내자립기반이극히취약하다. 국내시스템반도체시장은핵심기술개발보다는설비투자에집중해경제를획득하려는성장모델을답습하는경향이있으며, 특히 SW 및 SoC기업의규모가영세하여산업생태계또한아직까지미흡한수준이다. 업계 1위인삼성전자의경우도 2012년시스템반도체투자금액 10조원중 7.3조원을시설및설비투자에활용했고, 국내팹리스기업의 R&D투자규모는기업당평균 48억원수준에불과하다. 반도체공장정비시장동향국내반도체공정 / 장비산업의 2015년시장규모는 6.6조원규모이며, 연평균 9.9% 성장하여 2018년에는 8.8조원규모로성장할전망이다. 품목별로는전공정장비가 2015년기준 6.2조원규모로가장큰시장을형성하고있으며, 후공정장비는 0.13조원, 테스트장비는 0.2조원규모의시장을형성하고있는것으로조사되었다. 표 9 반도체공정 / 장비분야국내시장현황및전망 구분 2013 2014 2015 2016 2017 2018 CAGR(%) 국내시장합계 5,483 5.728 6,623 7,660 8,212 8,803 9.9% 전공정장비 5,167 5,398 6,276 7,296 7,829 8,401 10.2% 후공정장비 121 129 139 149 160 171 72% 테스트장비 195 201 208 215 223 231 3.5% * 출처 : Market for Power Semiconductors 등 국내반도체공정 / 장비산업은글로벌시장에서의낮은인지도등으로해외주요기업대비약 60% 수준의가격에거래되고있다. 국내장비기업들은장비설계및제조관련기초 원천기술부재와더불어이에따른개발역량미흡으로최신장비의연구개발이미흡하다. 이는장비개발지연및완성도미흡등에따른글로벌시장내낮은인지도로연계되어장비판매부진및저가판매로연결되는원인으로작용하고있다. 또한장비개발등경쟁력강화를위해서는고급인력이필요하나, 국내반도체산업관련배출인력이적고, 우수인력또한대기업인반도체소자기업과외국계장비기업에근무하는것이국내반도체장비산업의현주소이다. 12
다. 국내외주요기업기술및제품현황 차량용반도체넥스트칩, 아이에이, 실리콘웍스, 텔레칩스등국내기업들이영상기반의 ADAS 및인포테인먼트를위한기술개발과샤시 (Chassis, 브레이크제어기등 ) 용자동차반도체개발을진행중이며, 샤시등기능안전성과밀접한관련을가지는부품에서는 ISO 26262를적용한기능안전성기술개발을진행하고있다. 유럽은 IMEC, 인피니온, STMicro 등을중심으로자동차, 통신등의전통적주력분야뿐아니라신규응용분야에서활발한연구개발을진행중이다. 일본은르네사스및도요타의자동차반도체그룹을중심으로 ISO 26262 준수반도체설계기술, 자동차용 MCU, 광학기반이미지처리기술, 전력반도체등에서우수원천기술보유하고있다. IoT/ 웨어러블반도체삼성전자는 IoT용개방형칩셋인 아틱 (Artik) 을발표하였으며, 향후 IoT 기기의다양성에대응하여 3가지버전으로출시했다. 미국아마존은자회사인안나푸르나를통해홈네트워크에사용되는알파인 (Alpine) 칩을개발중이며, 인텔은 IoT 반도체모듈인 큐리 (Intel Curie) 를자체개발하여 2016년에출시했고, Curie는 6축콤보센서를내장하여저전력으로걸음수, 이동거리, 가속도등의측정이가능하다. 전력 / 에너지반도체 Infineon은전력반도체분야세계최고수준이며, 최초로 300mm 웨어퍼에서전력반도체를생산하고있으며, 차세대 SiC, 및 GaN 전력반도체연구에진행하고있다. LS산전은 Infineon과의합작법인인 LS Power Semitech를통해 IGBT 지능형파워모듈공급하고있다. 인공지능반도체삼성전자는연산기능의프로세서와기억에해당하는메모리기능합쳐진인공지능형반도체개발추진하고, 뉴로모픽시스템에대한연구를진행중이다. 넥스트칩은 CCTV, DVR 등으로구성되는영상보안시스템기술력을바탕으로차량용카메라시장에진출하였으며, 자동차비전인식하드웨어개발및뉴럴넷구조의가속기개발중이다. IBM은현재컴퓨터동작기술인폰노이만 (von Neumann) 구조와다른 SNN(Spiking Neural Net) 구조의뉴로모픽칩을개발하여뉴로시냅틱컴퓨퓨팅기술, 시각, 청각및복합감각과같은인지컴퓨팅기술을개발했다. HP는기억과스위칭을기능을가진 ' 멤리스터 (Memristor)' 소자를이용한초고용량의 SSD 및시냅스모사기능의시냅틱소자개발을진행하고있다. 반도체장비반도체장비의고성능화요구에따라차세대장비개발에천문학적규모의투자가요구되고있으며, 제품의고부가가치와산업경쟁력을유지할수있는신소자개발필요성이증대되고있어이에따른공정장비의개발의필요성역시증대되었다. 10nm급미세화를위한 EUV Litho는많은기술적진보를이루었으나레이저소스의파워부족등으로양산성확보를위해서는기술개발이더필요한상황이며, 450 mm 웨이퍼대구경화는장비및팹의전면교체등의비용상문제와소자업체의수요가아직까지는미흡한상황으로다소지연될것으로예상된다. 차세대반도체소자기술로추진되고있는 Monolithic 3D 기술의개발및생산을위한저온용공정장비의개발필요성이대두되고있다. 고성능이종반도체패키지구현을위해이종칩을재구성한 fan-in/fan-out 웨이퍼레벨패키지또는대면적패널레벨패키지를생산하기위한 middle end 공정장비 ( 칩재구성, 조립, 테스트, 대면적필름몰딩등 ) 시장이새롭게급부상했다. 13
3. 표준동향 3. 표준동향 가. 국제표준화동향 반도체소자의국제표준화를추진하는 IEC의 TC47 IEC(International Electrotechnical Commission, 국제전기기술위원회 ) 는국가를초월한비영리단체로서 1906년에설립된이례로, 현재 104개의 TC(Technical Committees) 와 100개의 Subcommittees(SC) 로구성되어있으며, 약 20,000명의표준전문가들이활동하고있다. 그중에서반도체소자의국제표준화는 IEC의 TC47(Semiconductor devices, 반도체소자 ) 에서추진되고있다. TC47에는 4개의 SC가있으며, SC 47A(Integrated circuits, 집적회로 ), SC 47D(Semiconductor devices packaging, 반도체패키지 ), SC 47E(Discrete semiconductor devices, 개별반도체소자 ), SC 47F(Micro-electromechanical systems, MEMS) 등 4개 SC 및총 22개 Working Gruop (WG) 으로구성되어있다. 현재 TC 47의의장은미국의 Bob Mitchell이며, Secretary( 간사 ) 는한국의전자부품연구원의차철웅박사가맡고있다. TC47은 IEC내에서도매우활발한활동을하고있는 TC로서현재 250건이상의표준문서를출간하였다. 회원국은 P 멤버 14개국, O 멤버 19개국으로총 33개국이다. 그림 4 IEC TC110 조직도 새로운분야에대한표준화수용위한 TC47의노력 IEC TC 47은최근새로운분야에대한표준화수용에대응하기위하여노력하고있다. 유연반도체, 자동차용반도체, 에너지하베스팅, 인체통신, IoT 등첨단융합분야의표준활동과신규표준제안이지속적으로이루어지고있으며, 인피니언, TI, 도시바, Renesas 등독일, 미국, 일본주요기업이전자기파성능및신뢰성평가에대한표준화도추진되고있다. 이에따라서새로운차세대반도체소자의표준을개발및제정하는 Incubating WG을신설하였으며 WG6로명명하였으며, WG6의활동이증대되고있다. 14
그림 5 TC47 WG6 의차세대반도체및응용분야 나. IEC TC47 SC 및 WG 별주요활동현황 TC47 TC47 밑에는아래와같이 6 개의 WG이있다. WG1 : Terminology( 용어 ) WG2 : Climatic and mechanical tests( 환경및기계적시험 ) WG3 : Electronic components - Long duration storage of electronic components guide for implementation ( 전자부품장기보관에관한가이드 ) WG5 : Wafer level reliability for semiconductor devices ( 반도체소자의웨이퍼레벨신뢰성 ) WG6 : Incubating Working Group( 인큐베이팅워킹그룹 ) WG7 : Semiconductor devices for energy conversion and transfer( 에너지변환반도체소자 ) 15
3. 표준동향 차세대반도체에대응하기위한 WG6 WG6는 Incubating WG으로써기술발전이빠르게진행됨에따라, 차세대반도체혹은새로운신기술및신제품에대응하기위하여조직되었으며, 반도체소자의설계및성능평가등기존의표준화틀을넘어 차세대반도체와응용분야 의표준을개발하기위해신설한조직이다. 최근이슈가되고있는 유연반도체표준화, 인체통신, 웨어러블반도체의표준화, 자동차용반도체, 바이오반도체센서및소자 관련차세대반도체기술의광범위한표준화등을다루고있다. WG6는 2010년 IEC 한국에의해신설이제안되어, 설립된것으로의장인컨비너 ( 전자부품연구원차철웅박사와전자통신연구원류호준박사 ) 를한국이수임하게되어표준화진행에유리한위치를확보하였다. 유연메모리반도체소자유연반도체는휴대폰, MP3, 디지털카메라등에쓰이는기존메모리소자를유연화시켜상용화하는기술로써, 자유자재로접거나두루마리처럼말수있는형태로만드는메모리 / 반도체를의미함. 유연반도체는향후플렉서블스마트폰, 플렉서블디스플레이, 웨어러블 PC 등의핵심부품으로사용될것으로전망된다. 궁극적으로는자유자재로휘어지고구부러지는유연반도체를기능을통하여디자인과사용성에혁신을가져올제품을개발하는것이목적이다. 현재유연반도체 / 메모리의시험방법, 성능평가방법, 설계방법등표준화되지않은부분이매우많아이에대한기업의요구가많아질것으로예상되며, 따라서국제표준과표준특허등에대한선점이필요한실정이다. 현재한국이제안한유연반도체관련표준은다음과같다. IEC 62951-2 : Acceleration test for electron mobility, sub-threshold swing, and threshold voltage of flexible devices( 프로젝트리더 : 전자통신연구원류호준박사, 단계 : CD) IEC 62951-3 : Evaluation of thin film transistor characteristics on flexible substrates under bulging( 프로젝트리더 : 세종대김덕기교수, 단계 : CD) IEC 62951-4 : Fatigue evaluation for films and substrates for flexible semiconductor devices ( 프로젝트리더 : 서울과기대좌성훈교수, 단계 : CD) IEC 62951-5 : Test method for thermal characteristics of flexible materials ( 프로젝트리더 : 서강대이정철교수, 단계 : CD) IEC 62951-6 : Test method for sheet resistance of flexible conducting films( 프로젝트리더 : 전자통신연구원류호준박사, 단계 : CD) IEC 62951-7 : Test method for characterizing the barrier performance of thin film encapsulation for flexible organic semiconductor( 프로젝트리더 : 건국대김남수교수, 단계 : CD) 그림 6 유연메모리반도체소자 WG6 에서분리되어최근에설립된 WG7 16
WG6에서분리되어최근에설립된 WG7 WG7은 WG6에서분리되어최근에설립된 WG으로서에너지변환반도체소자, 에너지하베스트소자및무선에너지전송기술등을다루고있다. 에너지하베스팅 (Energy Harvesting) 기술은주변환경에서사용되지않고버려지는열, 진동, 마찰력, 태양광등을이용하여사용가능한전기에너지로변환시키는기술을의미한다. 또한에너지전달기술은자기공진, 자기유도, 전자기파를이용하여무선으로에너지를전송하는기술 (Wireless Energy Transfer) 을의미한다. 최근에너지하베스팅소자및기술에대한관심이크게증가하면서 WG7의표준도증가하고있는추세이다. 특히일본및한국의표준이증대되고있다. 그림 7 에너지변환및전달기술의시제품 에너지하베스팅기술의활용처와에너지전달기술에너지하베스팅기술의주요활용처로는전기공급이원활하지못한개발도상국에서태양광을이용한 laptop 컴퓨터, 손가락의압력에의해전원을공급하는무선스위치그리고진동에의해전기를발생시켜시설물, 지하배관, 하천수질, 지반등의모니터링이가능하도록한무선센서들이있다. 에너지전달기술로는휴대전화나텔레비전등의전파로부터에너지를변환시킬수있는 RF 에너지하베스팅제품이미국의파워캐스트사에서상용화가되었고, 근거리무선기술과 RF 에너지하베스팅을조합해자립형센서노드를구현하는기술이개발되었다. 미국볼트리파워사는나무뿌리와주변토양사이에서생기는전압차를이용하여산불조기발견시스템용무선센서네트워크의전원으로활용한사례도있다. 에너지변환및전달반도체기술에있어서표준화가시급한분야로는하베스팅소자의하우징또는패키징, 시험방법 ( 환경시험, 성능인증, 신뢰성등 ), 배터리처럼규격에따른크기와전력발생량주파수, 인체영향, 인체보호기준, 인체안전평가, 전송거리및효율성등이있다. 현재한국이제안한에너지하베스팅관련표준은다음과같다. IEC 62830-4 : Test and evaluation methods for flexible piezoelectric energy harvesting devices( 프로젝트리더 : 아주대박재영교수, 단계 : CD) IEC 62830-5 : Test method for measuring generated power from flexible thermoelectric devices( 프로젝트리더 : 서강대이정철교수, 단계 : CD) IEC 62830-6 : Test and evaluation methods for vertical contact mode triboelectric energy harvesting devices ( 프로젝트리더 : 아주대박재영교수, 단계 : CD) IEC PNW-47 : linear sliding mode triboelectric energy harvesting( 프로젝트리더 : 아주대박재영교수, 단계 : PWI) 17
3. 표준동향 차량용반도체에관한관심급증최근차량용반도체혹은자동차전장모듈기술에관한관심이급증하고있다. 자동차용반도체에관한국제표준은 ISO TC22, IEC TC47, IEC TC65, IEC TC69 등에서제정하고있으며, 시장에있어서의사실상표준은 AEC, AutoSAR, OEM 등이주도한다. 자동차전자부품협회 (AEC, Automotive Electronic Council) 의 AEC-Q100, AEC-Q101, AEC-Q200 등은시장의사실상표준으로차량용반도체소자및집적회로의신뢰성시험에대한표준을규정하고있다. 자동차용반도체의대부분은 AEC-Q100 인증을요구하고있어다수의자동차전장회사들은 AEC 표준을활용한다. ISO TC22( 도로자동차 ) 는자동차전반에대한표준화를추진하고있으며, 최근에는자동차용반도체개발프로세스에대한표준화추진을준비중이다. ISO TC22의 SC3/WG16에서는 10개국의 27개자동차제조사및부품공급사의참여하에 ISO 26262( 도로자동차 기능안전성 ) 국제표준을 2011년 11월 15일제정했다. IEC TC47의 SC47A/WG9에서는반도체 EMC 측정방법에관한표준화를추진중이며, 이것은자동차용반도체의 EMC 관련표준과연관되어있다. WG6(Incubating WG) 에서는최근에자동차용반도체의전원기술, 센서기술, 인터페이스기술등에관한표준제정을추진하고있으며향후표준화범위를확대할예정이다. 현재한국이제안한자동차용반도체관련표준은다음과같다. IEC 62969-4 : Evaluation method of data interface for automotive vehicle sensors ( 프로젝트리더 : 자동차연구원연규봉박사, 단계 : FDIS) SC47A(Integrated circuits) - 의장 : Frank Klotz ( 독일 ) - 간사 : Yoshinori FUKUBA ( 일본 ) SC 47A(Integrated circuits) 는전자기기및시스템의반도체와하이브리드집적회로용국제규격을작성하며 디지털집적회로, 인터페이스집적회로, 응용하이브리드 IC, 그리고, 집적회로에서의 EMC 에대한절차및 측정방법을다루고있다. 3개의 WG로이루어진 SC47A SC47A는 3개의 WG으로이루어져있다. WG2는 Modelling of integrated circuits for behavioural simulation related to electromagnetic compatibility( 컨비너 : Naoshi Doi( 일본 )), WG7은 Advanced Hybrid ICs( 컨비너 : 김원종박사 ), WG9 는 Test procedures and measurement methods for EMC in integrated circuits( 컨비너 : Andre Durier 및 Christian Marot( 프랑스 )) 으로구성되어있다. WG7의컨비너는전자통신연구원의김원종박사가맡고있다. WG9는주로반도체패키지에서발생하는 EMC(electromagnetic emissions, 전자기판간섭 ) 의측정방법에대한표준을다루고있다. 18
SC47F(Micro-electromechanical systems) - 의장 : 좌성훈교수 ( 한국 ) - 간사 : Takashi Mihara( 일본 ), 부간사 : Minami Takeuchi( 일본 ) SC47F는 MEMS( 초소형전자소자 ) 관련 SC로서 MEMS 소자의설계, 제작, 측정방법, 신뢰성시험방법, 소재의시험방법에대한표준을다루고있다. SC 47F는 3개의 WG와 1개의 MT(Maintenance team) 으로구성되어있다. WG1은 Terminologies and generic specification for micro-electromechanical systems, WG2는 Characterizations and testing methods of materials and structures for microelectromechanical systems, WG3은 Micro-electromechanical devices and packaging 로구성되어있다. 각 WG의컨비너는 WG1( 좌성훈및 Nobuyuki Moronuki), WG2( 이학주및 Ernst Johann Singer), WG3는 Kuniki Ohwada( 일 ) 및 Wei Zhang( 중국 ) 이수임하고있다. SC47F에서의한국표준전문가들의활동은매우활발하며, 특히 SC47F의의장을서울과학기술대학교의좌성훈교수가맡고있다. SC 47F의설립초기한국은 8종의 IEC 국제규격출판을하였으며, 4종의센서및 MEMS 분야표준화를제안하였다. 1996년한국의최초국제규격제안인 반도체센서의일반및분류 에대하여경북대박세광교수가제안하여 2000년 10월에국제규격으로출판되었다. 한국은 2004년 6월에 초소형전자소자 (MEMS) 의품목규격 을제안하여채택되었다최근에는중국의 MEMS 분야에대한투자가증가됨에따라, 중국의대학및기업의참여가증가하고있는추세이며, 현재중국에서제안한 4건의표준이진행중에있다. 최근 SC 47F에서한국이제안한표준은다음과같다. IEC 62047-31 : Four-point bending test method for interfacial adhesion energy of layered MEMS materials( 프로젝트리더 : 기계연구원김재현박사, 단계 : CD) 19
3. 표준동향 다. 우리나라의국제표준화활동동향 한국은 2002년부터간사국을수임하여반도체소자의표준화활동을주도하고있으며미국, 일본, 독일등이적극적으로국제표준화활동을하고있다. 특히 IEC TC47 대응국내표준위원회 (Mirror Committee) 가구성되어국제표준제안및대응에대하여조직적인활동을전개하고있다. 최근에는중소기업에서도표준에대한관심이크게증가하여중소기업의참여가활발히진행되고있다. 단지아직대기업의참여가미흡하다. 삼성전기, LG 전자, Amkor 등이 IEC에서일부활동하고있으나국내반도체관련기업의적극적이고주도적인활동참여가필요한상황이다. 현재한국은간사 1명, SC의의장 1명, 간사 2명및 8개의 WG에서의컨비너직을수임하고있다. TC 47에서한국이맡고있는임원현황은아래의 < 표10> 과같다. 표 10 IEC TC 47에서한국이맡고있는임원현황 IEC TC 47 조직 수임활동 성명 소속 TC 47 간사 차철웅 전자부품연구원 TC 47 WG6 컨비너 차철웅 / 류호준 전자부품연구원 / 전자통신연구원 TC 47 WG7 컨비너 박재영 광운대학교 SC 47A WG6 컨비너 김원종 전자통신연구원 SC 47D WG1 컨비너 권기원 성균관대학교 SC 47E 간사 류호준 / 이상근 전자통신연구원 / 성균관대학교 SC 47E WG1 컨비너 이정철 서강대학교 SC 47F 의장 좌성훈 서울과학기술대학교 SC 47F WG1 컨비너 좌성훈 서울과학기술대학교 SC 47F WG2 컨비너 이학주 기계연구원 SC 47F MT1 컨비너 박준식 전자부품연구원 20
최다표준제안국인한국현재한국은 IEC TC 47에서진행중인표준화프로젝트 60건중 26건추진중이며, 진행중인문건의 45% 이상을차지하고있는최다표준제안국이다. 또한한국반도체협회에서는반도체분야 IEC규격을 KS규격화하는작업을계속수행중에있으며향후 IEC 국제규격을 KS 국가규격으로도입을확대할예정이다. 필요한경우반도체관련단체표준을제정하여표준확산에노력하고있다. 반도체소자분야국가표준 (KS) 은 17.7 기준 106종이존재하며, 이중국내에서개발된국가표준 22종, IEC 국제표준을부합화한표준이 84종이있다 그림 8 IEC TC47 에서한국에진행중인표준문건및프로젝트리더 21
3. 표준동향 현재우리나라에서제안하여프로젝트리더로추진중인국제표준은아래 < 표 11> 과같다. 표 11 IEC TC 110 한국제안추진표준 : 총 26 종 분야 IEC 표준번호 IEC 62830-4 국제표준명 에너지하베스팅용반도체소자 - 제 4 부 : 유연압전소자의에너지하베스팅평가방법 프로젝트리더 박재영 ( 광운대 ) IEC 62830-5 유연열전소자의테스트방법김남수 ( 건국대 )/ 차철웅 (KETI) IEC 62951-2 유연반도체소자의가속테스트방법류호준 (ETRI) 유연소자 IEC 62951-3 유연반도체소자의바이엑셜스트레스테스트방법김덕기 ( 세종대 ) IEC 62951-4 유연반도체소자의밴딩피로테스트좌성훈 ( 서울과기대 ) IEC 62951-5 유연열전소자의열적특성평가방법이정철 ( 서강대 ) IEC 62951-6 유연 / 투명전도성필름의전기적테스트방법류호준 (ETRI) 3D IC 반도체센서 MEMS IEC 63011-1 3 차원집적회로 - 제 1 부 : 일반조건및정의권기원 ( 성균관대 ) IEC 63011-2 IEC 60747-14-10 IEC 60747-18-1 IEC 60747-14-11 IEC 60747-18-2 IEC 62047-29 IEC 62047-31 하이브리드집적회로 - 파인피치연결의얼라인먼트스택평가 권기원 ( 성균관대 ) 반도체센서 - 이식형혈당센서의테스트및평가방법박재영 ( 광운대 ) 반도체센서 - 렌즈프리 CMOS 광어레이센서의테스트및보정방법 반도체센서 - 자외선, 조광, 온도측정을위한 SAW 센서의평가방법 반도체바이오센서-렌즈프리 CMOS 광어레이센서패키지의평가과정 MEMS 소자-제29부 : 상온에서프리스탠딩 MEMS 소재의전기계계적이완테스트방법 MEMS 소자 - 제 31 부 : 층 MEMS 소재의접합본딩의 4 점휨평가방법 이종묵 ( 솔 )/ 이상근 ( 성균관대 ) 김건년 (KETI) 이종묵 ( 솔 )/ 이상근 ( 성균관대 ) 김재현, 이학주 ( 한국기계연구원 ) 김재현, 이학주 ( 한국기계연구원 ) 인체통신 IEC 62779-4 인체통신용인터페이스 - 캡슐내시경의특성평가이병남 (ETRI) 에너지하베스팅 IEC 62830-4 압전에너지하베스터소자의특성평가박재영 ( 광운대 ) IEC 62830-5 유연열전소자의전력측정방법박재영 ( 광운대 ) IEC 62830-6 마찰전기를적용한에너지하베스터박재영 ( 광운대 ) 자동차반도체 IEC 62969-1 IEC 62969-2 IEC 62969-3 차량센서용인터페이스 1. 일반요건 차량센서용인터페이스 2. 자기공진기반무선충전효율측정방법 차량센서용인터페이스 3. Shock driven 기반압전에너지 차철웅 (KETI)/ 김남수 ( 건국대 ) 차철웅 (KETI)/ 김남수 ( 건국대 ) 박재영 ( 광운대 ) IEC 62969-4 차량센서용인터페이스 4. 데이터측정방법연규봉 ( 자부연 )/ 김원종 (ETRI) LED 소자 IEC 60747-5- 61 IEC 60747-5- 62 IEC 60747-5- 63 LED 의광효율측정방법심종인 ( 한양대학교 ) LED 의온도기반내부양자효율측정방법신동수 ( 한양대학교 ) 상온기준의내부양자효율측정방법심종인 ( 한양대학교 ) 22
4. 시사점및제언 4. 시사점및제언 우리의강점인자동차, 스마트폰, 메모리기술을활용하여미래유망시장에필요한저전력, 초고속반도체개발을 통한경쟁력확보가중요하며, 이러한신기술에대한표준을선점할수있는전략이필요하다. 현재 IoT 및웨어러블소자시장은주로 Intel, Qualcomm, Annapurna 등의미국기업이주도하고있으나해외 선도기업의국제표준개발활동은미비한상황이다. 이에따라 IoT 및웨어러블기기의핵심부품인반도체및 센서의성능 신뢰성평가국제표준을개발하여시장을선점할필요가있다. 자동차반도체의경우 ISO 26262 차량용전장시스템의기능안전성표준의 2 차개정표준이제정되고있는 상황으로자율주행차량시대를대비하기위한기술개발, 표준화및사업화에대한수요에대해국내산업의 빠른대응이필요하다. 선진국의주요기업에서는반도체측정장비및평가방법의표준화를통해측정장비시장에서의지배력을 확대하고있으며, 또한자국에서개발하는반도체관련부품의적합성및신뢰성기준에맞는부품공급을 요구함으로써해외업체의자국진입에대한장벽으로작용할수있음을의미한다. 치열해지는국제표준전쟁속에서우리나라가반도체산업세계 1 위자리를지키기위해서차별화된기술을 바탕으로국제표준을추진하여야한다. 따라서과거의제품경쟁, 기술경쟁에서현재의표준경쟁으로변화한만큼 세계시장을선도할수있도록표준화에대한지속적인정부지원과차별화된국제표준화전략이필요한상황이다. 산업계는기술표준의확보가무한경쟁시대의경쟁력이라는인식을가지고국제표준화에적극참여해야한다 23
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