ETRI,휴대단말기용 전압 변환 ASIC 칩 개발
- 배포일2002.08.19
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ETRI,휴대단말기용 전압 변환 ASIC 칩 개발 -모든 IT제품의 필수 부품인 승압기 부품을 하나의 칩으로 - 세계 수준의 적층 박막형 칩 설계로 세계에서 가장 작게,
노트북, 휴대전화 등 첨단 IT 제품의 두께를 절반으로 줄일 수 있는 획기적인 ASIC칩(주문형 반도체 칩)이 국내에서 개발되었다. 한국전자통신연구원(ETRI, http://www.etri.re.kr) 반도체·원천기술연구소 집적회로연구부(부장 김종대 박사) 다기능소자팀은 정통부 선도기술개발 과제인 "휴대단말기용 DC-DC 컨버터 ASIC 칩 개발"사업의 일환으로, 휴대통신단말기용 부스트 DC-DC 컨버터(승압형 직류-직류 변환기) ASIC칩을 개발하였다. DC-DC 컨버터는 밧데리 등의 직류전기를, 각 부품에 맞는 전압의 직류로 바꿔 배분하는 장치로서, 휴대전화, 노트북 등 IT제품에 필수적인 부품이다. 이들 제품의 슬림화를 위해 DC-DC 컨버터를 하나의 칩으로 집적시키는 기술이 연구되어 왔는데, 세계적으로 일본이 유일하게 성공한 상태이다. ETRI의 휴대통신단말기용 승압형 DC-DC 컨버터 ASIC칩은, 칩 면적은 일본 제품의 81%에 불과하면서 성능은 더욱 뛰어나, 이번 개발로 우리 나라는 단번에 세계 정상의 DC-DC 컨버터 칩 기술 보유국이 되었다. ETRI는 본 기술을 산업체에 이전할 계획이며, 내년 하반기 경 양산에 들어가 연 2억 달러 규모의 휴대폰 배터리보호 및 DC-DC 컨버터 시장에 변화를 몰고 올 것으로 전망하고 있다. ● 적층형 칩 구조로 세계에서 가장 작은 30㎛ 두께의 변압기 구현 밧데리 등 전원의 전압은 한 가지인 반면, IT 제품의 내부부품들은 저마다 다른 정격전압을 갖고 있다. 때문에 변압기 역할을 하면서 전류를 정밀 제어하는 장치가 필수적인데, 이것이 바로 DC-DC 컨버터이다. DC-DC 컨버터는 변압기 코일 역할을 하는 인덕터와 전류를 제어하는 반도체 회로(IC)로 구성되어 있는데, 인덕터가 5mm∼1cm 높이의 덩어리 형태여서 IT 제품 슬림화에 한계가 되어 왔다. 이 인덕터를 박막형으로 만들어 IC와 함께 하나의 칩에 집적하려는 연구가 시작되었고, 현재까지는 일본이 유일하게 개발품을 내놓은 상태였다. 그러나 인덕터 옆에 IC회로를 나란히 붙이는 병렬구조여서 면적을 많이 차지하고 공정도 복잡하다. 때문에 이를 층층으로 쌓는 적층형 구조를 연구중이었는데, 한국의 ETRI가 한 발 앞서서 적층형 구조의 칩으로 개발하면서, 일본 제품의 81%에 불과한 면적으로 DC-DC 컨버터 칩을 구현한 것이다. 5mm 이상 우뚝 서 있던 부품이 불과 30㎛(마이크론, 1㎛은 1,000분의 1 밀리미터) 두께로 기판에 붙어 있게 된 것이다. ETRI의 적층형 원칩화 기술은 하나의 웨이퍼에서 더욱 많은 수의 DC-DC 컨버터 ASIC칩을, 더욱 간단한 공정으로 생산할 수 있게 하였다. ● 열과 잡음도 줄이면서 뛰어난 품질 구현 ETRI는 인덕터 부분을 이중나선형으로 설계, 동일한 조건에서 인덕턴스 수치를 일본 제품의 4.8배까지 끌어올렸다(별첨 표 참조). 열과 잡음이 정밀 IT제품에 치명적일 수 있다는 점을 고려할 때 인덕턴스 수치는 DC-DC 컨버터 ASIC칩의 안정성을 결정하는 요소라 할 수 있다. ETRI의 DC-DC 컨버터 ASIC칩은 입력전압 3.3V에 대해 출력 전압 9V, 출력전력 1.2W를 내면서 일본제품과 동등한 품질계수를 기록했다. ● 2억 달러 규모의 세계 시장을 노린다. 연구 책임자인 ETRI 집적회로연구부장 김종대 박사는, "머리카락 굵기의 3분의 1도 안 되는 30 마이크론(㎛)에 불과한 박막 인덕터를 내장한 DC-DC 컨버터 ASIC 칩을 만들어 낸 ETRI의 기술력은 명실상부한 세계 정상급"이라며, "본 기술이 상용화되면, 세계적으로 2억 달러 규모의 휴대폰 배터리보호 및 DC-DC 컨버터 관련 전원소자 시장을 석권할 것"이라고 말했다.
-----------------------------별 첨----------------------------- □ "DC-DC 컨버터 ASIC 칩 개발" 관련 추가 보도자료 내용 1. 기능 및 효과 : 휴대단말기용 DC-DC 컨버터 ASIC 칩의 기능은 배터리의 전압을 시스템의 전압 레벨에 맞게 승압 또는 강압하는 기능을 하며, 종래에는 부품 형태의 인덕터와 IC 칩을 기판에 각각 용접해 만들어 부피가 크고 무겁다.그러나 30㎛ 두께의 박막 인덕터와 IC를 집적화한 본 기술을 이용할 경우, 전원장치가 경량화, 초박형화되므로 휴대용 전원 장치에 적합함. 2. 세계 및 국내 최초 개발 성과 - 기존의 상용화된 DC-DC 컨버터는 기판 용접 형태이나, 경량화·슬림화 추세에 따라 최근에는 내장형(원칩형) DC-DC 컨버터를 개발하는 추세 3. 이 분야 선진 경쟁국인 일본과의 비교 <표> DC-DC 컨버터 성능 비교
● 기 개발된 일본의 DC-DC 컨버터(미국 : 없음)는 IC 위에 인덕터를 적층 한 형태가 아니고 IC 옆에 인덕터가 나란히 배열된 형태의 DC-DC 컨버터인 데 반해 ; - ETRI의 본 개발품은 전압을 승압시키는 내장형(원칩형)이며, IC와 인덕터가 적층 구조로 만들어진 DC-DC 컨버터로 기존에 비해 칩면적이 적음. - 인덕터 L의 크기는 4.0mm x 5.5mm이고, 이중나선형태 이며 인덕턴스 값은 1.2~1.6μH이며, 동작주파수가 5MHz일 때 품질계수 Q 값은 약 8이상을 얻었음. - DC-DC 컨버터에 인가전압(Vin)을 3.3V로 했을 때 출력전압(Vout) 레벨은 3.3~9V 이며 효율은 70% 이상임. 4. 용어 설명 |
