전력반도체가 전기차, AI 데이터센터, 재생에너지 장비처럼 전기를 많이 쓰는 제품의 성능을 좌우하는 핵심 부품으로 주목 받으며, 전력반도체를 이용하는 개발자들이 전력반도체 수명 예측과 이를 검증할 수 있는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.

지난 2025년 9월9일 개최된 ‘2025 e4ds Tech Day’에서는 NI-Emerson T&M 성웅용 이사가 나와 ‘고전력 반도체 다이나믹 신뢰성 테스트 솔루션’을 주제로 발표하며, 측정·검증 솔루션의 중요성을 강조 한 바 있다.

이 발표에서 중요한 점은 업계가 이제 전력반도체를 단순한 부품이 아니라, 오래 안정적으로 써야 하는 핵심 장치로 보고 있다는 것이다.

전력반도체에서 가장 중요한 말은 수명 예측과 검증이다.

수명 예측은 “이 부품이 앞으로 얼마나 오래 버틸까”를 미리 계산하는 일이다.

검증은 “지금 이 부품이 실제로 제대로 동작하는가”를 시험하고 확인하는 일이다.

전문가들에 따르면 전력반도체 수명을 따질 때 전기 특성, 전력 손실, 열 모델, 온도 측정, 사용 환경, 사이클 계산, 손상 누적을 함께 한다.

쉽게 말해, 전력반도체 수명은 한 가지 숫자로 정해지는 것이 아니라 전기·열·사용 환경이 함께 만든 결과다.

왜 수명이 문제가 될까. 전력반도체는 켜졌다 꺼졌다를 계속 반복하면서 열이 오른다.

이때 칩 안의 접합온도(Tj) 가 오르내리는데, 이 변화가 반복되면 칩만이 아니라 솔더, 본드와이어, 기판 같은 연결 부위에도 스트레스가 쌓인다.

Semikron Danfoss 자료는 이런 반복 열 스트레스가 칩 솔더 피로, 본드와이어 균열이나 들뜸, 금속층 열화로 이어질 수 있다고 설명한다.

결국 전력반도체의 수명은 칩 성능만이 아니라 패키지 구조와 열 관리까지 함께 봐야 한다.

최근 수명 예측 기술의 가장 큰 변화는 실제 사용 환경을 반영한다는 점이다.

예전에는 정해진 시험 조건에서 몇 번 버티는지 보는 경우가 많았다. 하지만 최근에는 전압, 전류, 온도, 듀티 사이클 같은 실제 사용 조건을 함께 넣어 계산하는 방식이 늘고 있다.

EPC는 2026년 공개한 자료에서 이런 응용 환경 맞춤형 수명 예측 방법을 소개했고, 인피니언(Infineon)도 실제 사용 이력을 반영한 수명 계산이 중요하다고 설명한다.

이제는 “실험실에서 오래 버텼다”보다 “현장에서 어떻게 쓰일 때 얼마나 버티는가”가 더 중요해진 셈이다.

검증 기술도 달라지고 있다.

특히 SiC(실리콘 카바이드)와 GaN(질화갈륨) 같은 차세대 전력반도체는 스위칭 속도가 빠르기 때문에, 단순한 정적 시험만으로는 실제 문제를 다 찾기 어렵다.

NI는 이런 부품을 위해 동적 신뢰성 시험이 필요하다고 설명한다.

여기서 동적 신뢰성 시험은 실제 사용 환경에 가깝게 전압, 온도, 습도 같은 조건을 바꿔가며 시험하는 방식이다.

PCIM 자료도 DGS, dynamic H3TRB 같은 시험이 새로운 수명 모델을 만드는 데 중요하다고 소개한다.

쉽게 말해, 요즘 검증은 “가만히 두고 재는 시험”보다 실제로 쓰일 때처럼 흔들어 보는 시험으로 바뀌고 있다.

그렇다면 개발자가 가장 먼저 챙겨야 할 측정값은 무엇일까.

핵심은 접합온도다.

접합온도는 칩 안에서 실제로 얼마나 뜨거워지는지를 보여주는 값이다.

2025년 연구에서는 SiC MOSFET의 body diode forward voltage, 즉 바디 다이오드 순방향 전압을 이용해 접합온도를 더 정확히 추정하는 방법을 제안했고, 온도 오차를 0.5도 이하로 줄였다고 보고했다.

또 다른 연구는 turn-on delay와 turn-off delay, 즉 스위칭이 켜지고 꺼질 때 걸리는 시간을 이용해 실시간으로 온도를 추정하는 방법을 제시했다.

결국 수명 예측의 정확도는 온도를 얼마나 정확히 읽느냐에 달려 있다.

측정 장비와 방식도 중요하다.

WBG 전력반도체는 빠르게 동작하기 때문에 작은 오차도 크게 보일 수 있다.

동작 중 특성을 보는 대표 시험은 더블 펄스 테스트인데, 이 시험은 켜질 때와 꺼질 때의 손실, 게이트 전하, 역회복 특성 등을 보는 데 쓰인다.

키사이트(Keysight)는 SiC·GaN 같은 WBG 소자에서 이런 동적 특성 측정이 특히 중요하다고 설명한다.

열 특성 측정도 빼놓을 수 없다.

프라운호버(Fraunhofer IISB)는 전력반도체 수명 시험에서 열저항(Rth) 과 열 임피던스(Zth) 를 반복적으로 측정하고, 이를 바탕으로 수명 모델과 디지털 트윈까지 연결하고 있다고 소개한다.

여기서 열저항은 열이 얼마나 잘 빠져나가는지를 보는 값이고, 열 임피던스는 시간에 따라 열이 어떻게 전달되는지를 보는 값이다.

이 값이 나빠지면 내부 연결층이 열화됐을 가능성이 커진다. 최근 연구들이 단순 온도뿐 아니라 열저항 변화 자체를 수명 지표로 보는 이유도 여기에 있다.

정리하면, 전력반도체의 수명 예측 기술은 실제 사용 환경을 반영해 앞으로 얼마나 버틸지 계산하는 기술이고, 측정 기술은 지금 부품의 상태를 전기와 열 데이터로 정확히 읽는 기술이다.

또한 최신 흐름은 두 기술을 따로 보지 않는다.

먼저 정확하게 측정하고, 그 데이터를 바탕으로 모델을 보정한 뒤, 실제 사용 환경에 맞춰 수명을 계산하는 방식이 자리 잡고 있다.

전기차, AI 데이터센터, 산업 장비를 다루는 개발자라면 이제 전력반도체를 단순 부품이 아니라 계속 상태를 읽고, 수명을 계산하며, 끝까지 검증해야 하는 시스템 핵심 요소로 봐야 할 때다.

한편 e4ds news는 4월21일에 e4ds ee웨비나를 통해 ‘차세대 전력반도체 신뢰성의 기준’을 주제로 웨비나를 진행할 예정이다. 신청은 오른쪽 옆 웨비나 안내 배너를 통해 하면 된다.