“전기차는 최소 10년 이상 사용되는 제품이기 때문에 차량용 전력반도체의 검증은 반도체의 수명을 단기간에 검증할 수 있는 가속 테스트가 필수다”

NI-Emerson T&M 성웅용 이사는 지난 9월9일 개최된 ‘2025 e4ds Tech Day’ 행사에서 ‘고전력 반도체 다이나믹 신뢰성 테스트 솔루션’을 주제로 발표하며, 전력반도체의 신뢰성 평가 방식에 대한 새로운 접근을 제시했다.

기존 실리콘(Si) 기반 반도체는 오랜 기간 동안 다양한 전자제품에 안정적으로 사용되어 왔다.

반면에 테슬라를 비롯한 주요 전기차 제조사들이 실리콘 카바이드(SiC) 기반의 와이드 밴드갭 반도체를 채택하면서 상황은 달라졌다.

새로운 소재인 SiC는 고온·고전압 환경에서 우수한 성능을 발휘하지만, 실사용 데이터가 부족해 신뢰성에 대한 의문이 제기되고 있다.

성웅용 이사는 “전기차는 최소 10년 이상 사용되는 제품이기 때문에, 반도체의 수명을 단기간에 검증할 수 있는 가속 테스트가 필수”라고 강조했다.

그는 이케아 의자의 내구성 테스트를 예로 들며, 반복적인 물리적 스트레스와 자외선 노출을 통해 제품의 수명을 예측하는 방식이 반도체에도 적용될 수 있다고 설명했다.

가속 테스트(Accelerated Testing)는 반도체의 수명과 신뢰성을 짧은 시간 안에 평가하기 위한 핵심적인 방법이다.

반도체가 실제 사용 환경에서 겪게 될 열, 전압, 전류, 습도, 진동 등의 스트레스를 의도적으로 과도하게 가해 제품의 고장 시점이나 열화 특성을 빠르게 파악하는 방식이다.

이렇게 하면 제품을 시장에 출시하기 전에 신뢰성 있는 수명 예측이 가능해지고, 설계 개선이나 품질 보증에도 큰 도움이 된다.

전력반도체의 신뢰성 테스트에는 유럽 자동차 제조사들이 주도한 AQG324 가이드라인과 글로벌 반도체 표준인 JDEC가 있다.

AQG324는 독일의 BMW, VW 등 주요 완성차 업체들이 실차 환경에 맞춘 테스트 기준을 마련하기 위해 만든 것으로, 빠른 기술 적용과 실효성 중심의 접근이 특징이다.

반면에 JDEC은 다양한 연구자들의 데이터를 기반으로 오랜 시간에 걸쳐 표준을 확립하는 방식으로, 신뢰성과 검증력이 높지만 적용 속도가 느리다는 단점이 있다.

성웅용 이사는 “자동차 산업은 빠르게 변화하는 시장 환경에 대응해야 하기 때문에 AQG324의 실용적 접근이 더 적합할 수 있다”고 말했다.

기존의 스태틱 테스트는 일정한 전압을 지속적으로 가해 반도체의 내구성을 평가하는 방식이다.

반면에 SiC 반도체에서는 이 방식으로 수명을 정확히 예측하기 어렵다는 문제가 있었다.

이에 따라 NI는 다이나믹 테스트 시스템을 개발해, 전압을 주기적으로 변화시키며 반도체의 실제 사용 환경을 모사하는 방식으로 테스트를 진행하고 있다.

특히 NI는 AQG324와 JDEC의 테스트 기준을 모두 반영한 장비를 개발해 독일의 주요 자동차 및 부품 업체들과 협력하고 있으며, 다이나믹 게이트 스트레스(DGS), 다이나믹 리버스 바이어스(DRB), H3 TRB 등 다양한 테스트 항목을 통해 반도체의 수명과 성능을 정밀하게 분석하고 있다.

NI는 2017년부터 AQG324 그룹에 참여해 테스트 기준 수립에 기여하고 있으며, 독일 연구소를 중심으로 테스트 서비스도 제공하고 있다.

성웅용 이사는 “한국에서도 AQG324에 대한 관심이 높아지고 있으며, NI는 고객 맞춤형 테스트 솔루션을 통해 국내 기업들의 기술 경쟁력을 높이는 데 기여하고 있다”고 밝혔다.