차량용 반도체

차량용 반도체는 자동차가 스스로 운전하거나 전기로 움직일 수 있도록 각종 시스템을 제어하는 반도체이다.

개요

1980년대에 전자식 연료 분사장치를 적용한 자동차가 상용화된 것을 시작으로 자동차의 필수 부품으로 반도체가 사용되고 있다. 자동차 곳곳에 반도체가 쓰이면서 안정성뿐만 아니라 편의성까지 높이게 된 것이다. 이제는 많은 전자 산업 분야에서도 차량용 반도체 사업 진출로 확장을 계획하고 있을 만큼 자동차 반도체에 대한 미래 성장 가능성이 주목되고 있다. 2016년 출시되고 있는 자동차에는 안전, 편의를 위한 전자 장치들이 다양하게 사용되어 한 대당 평균 200~400개 가량의 반도체가 필요하다고 한다. 이렇게 자동차에 장착되는 여러 전자기기들을 제어하기 위해 사용되는 반도체를 바로 차량용 반도체라고 한다. 차량용 반도체는 자동차의 센서, 엔진, 제어장치 및 구동장치 같은 핵심 부품에 주로 사용되고 있기 때문에 보통 컴퓨터나 스마트폰 등에 쓰이는 가정용 반도체보다 훨씬 높은 수준의 안전성과 내구성을 필요로 하게 된다. 자동차의 뜨거운 엔진 열과 속도 등의 조건을 견뎌내야 하고 무엇보다 사람의 안전을 좌우할 수 있기 때문에 차량용 반도체는 고품질의 반도체가 요구될 수밖에 없다.

자율주행차는 그야말로 시스템 반도체로 이뤄져있다고 해도 과언이 아니다. 게다가, 자율주행에서는 차량의 소프트웨어적 측면이 강조되면서, 기존과 같이 전장 부품의 보조적 기능 제공에서 시스템 부품의 제어 기능으로 차량용 반도체의 그 기능과 성격이 진화하고 있다. 차량용 반도체 95%는 시스템 반도체이다. 정보를 처리하고 연산하는 마이크로컨트롤유닛(MCU), 이미지와 온도를 감지하는 센서, 전력 효율성을 관리하는 반도체 등 2,000여 개에 달하는 시스템 반도체가 들어가 있다. 대한민국은 메모리반도체 업계에서는 선두지만, 시스템 반도체 시장 점유율은 3%밖에 되지 않는다. 차량용 시스템 반도체 분야는 네덜란드 NXP, 독일 인피니언, 일본 르네사스, 미국 엔비디아와 텍사스 인스트루먼츠 등이 차지하고 있다.

종류

1. 초음파 센서 : 센서를 통해 물체를 지각하고 거리를 측정하는데 사용하며 차량의 전면에 장애물이 일정수준 이내로 들어오면 운전자에게 경고 신호를 주거나 속도를 자동으로 떨어뜨려 사고를 미연에 방지하는 첨단 기술이다. 저속주행 혹은 주차 시 차량의 사각지대에 위치한 장애물을 초음파로 감지해 자동으로 경고시스템을 보내주는 초음파 장애물 탐지 센서는 상당히 대중화 된 자동차 부품이다. 차량거리제어장치(ACC)는 차량 전방부에 장착된 레이더 센서가 앞 차량과의 거리를 인식하고 적절히 유지시켜 주는 기능을 한다. 차량의 전면에 장애물이 일정수준 이내로 들어오면 운전자에게 경고 신호를 주거나 속도를 자동으로 떨어뜨려 사고를 미연에 방지하는 첨단 기술로 스마트한 운전을 가능하도록 만든다. 이 모든 기술은 초음파 센서 반도체의 원리를 기반한 것으로 센서를 통해 물체를 지각하고 거리를 측정하는데 사용된다.
2. ABS(Anti-Lock Brake System) : ABS는 물리적인 원리에 따라 전자장치가 브레이크를 잠그고 푸는 과정을 반복함으로써 마찰력을 극대화시키는 시스템으로 급박한 상황에서 자동차의 브레이크가 제 역할을 할 수 있도록 도와준다. ABS는 전자제어장치인 ECU(electronic control unit)을 중심으로 유압조정 장치인 HCU(Hydraulic control Unit), 바퀴의 속도를 감지하는 휠센서(Wheel Sensors), 브레이크를 밟은 상태를 감지하는 PTS(Pedal Travel Switch)로 구성되어 있다. 이 중에서도 컴퓨터의 역할을 담당하는 ECU에 사용되는 반도체는 매우 중요한 역할을 한다.
3. 타이어 압력 감지 시스템(TPMS; Tire Pressure Monitoring System) : 타이어 공기압을 실시간으로 점검해 운전자에게 알려줌으로써 사고를 예방하는 기술이다. 별도의 센서가 타이어의 압력과 온도를 측정해 타이어 속의 공기압을 전달하는 시스템으로, 타이어 압력 감지 시스템의 리시버로 들어오는 정보는 모두 무선으로 받게 된다. 회전을 하고 있는 타이어에 선을 연결할 수 없기 때문에 타이어 압력 감지 시스템의 센서와 리시버 모두 차량용 반도체를 바탕으로 이루어진다.
4. MEMS : 에어백 제어 유닛(ACU)에 장착되는 멤스(MEMS) 가속도 센서는 데이터 평가 및 안전 장치를 적절하게 작동하는 역할을 담당한다. 가속도 센서는 자동차 중앙이나 범퍼, 문에 장착되어 주변 가속도를 측정하는 센서 기능을 하기도 한다. 이 센서들이 인식한 충격의 정도를 SDM이라는 처리장치가 계산을 해서 에어백을 펴도 된다고 결정을 내리면 에어백이 터지게 된다. 이렇게 센서와 반도체 칩들이 모여 하나의 시스템을 작동시키는 것이 바로 차량용 반도체의 전형적인 못습이다.
5. 주차 가이드라인 반도체 : 영상 패턴을 인식하고 주어진 신호들을 계산한다. 후방카메라 영상과 주차가인드라인 사이의 편차를 자동으로 조정하는 기능을 하기 때문에 주차 초보자에게는 중요한 반도체라 할 수 있다. 특히 차량전방표시장치(HUD; Head-Up Display)는 꽤 많은 고급형 자동차에서 볼 수 있는 기능이다. 이렇게 디스플레이나 각종 정보를 표시하는 시스템에도 반도체가 사용되고 있다.
6. 첨단 장치 제어 : 자동차에서도 데이터를 주고 받을 수 있게 되면서 스마트폰과 연동 및 영화시청, 게임 등 다양한 즐길 거리는 물론 운전 중 온도조절이나 인터넷 검색 등의 정보들을 손쉽게 얻을 수 있게 됐다. 이를 두고 인포메이션과 엔터테인먼트를 합친 카 인포테인먼트라는 개념이 생기기도 했다. 이렇게 자동차가 단순한 이동수단을 넘어 통합적인 정보통신 이동수단으로 확장되기 시작하면서 차량에 장착된 다양한 장치들을 제어할 수 있는 반도체의 역할이 커졌다. 자동차에 첨단 기술들이 사용되고 고기능화에 따른 데이터의 용량 증가로 인해 센서 등의 비메모리 반도체뿐만 아니라 DRAM, 낸드플래시 같은 메모리 반도체가 많이 요구되고 있다.

전망

자동차가 단순한 이동수단을 넘어 통합적인 정보통신 이동수단으로 확장되기 시작하면서 차량에 장착된 다양한 장치들을 제어할 수 있는 반도체의 역할이 커졌다. 자동차에 첨단 기술들이 사용되고 고기능화에 따른 데이터의 용량 증가로 인해 센서 등의 비메모리 반도체뿐만 아니라 DRAM, 낸드플래시 같은 메모리 반도체가 많이 요구되고 있다. 아마도 앞으로는 첨단장치 제어 부분의 기술이 더욱더 발전할 것으로 보인다. IHS 마킷과 한국산업기술평가관리원에 따르면 차량용 반도체 시장의 2021년까지 5년간 연 평균 성장률은 12.5%에 달할 것으로 전망하고 있다. 해당 수치는 동 기간 반도체 산업 전체의 성장률인 6.1%의 2배에 달하는 수치로 크다라는 것을 알 수 있다. 앞으로도 내연기관에 대한 각국 정부의 규제 강화로 전기차의 판매 비중이 지속적으로 증가 할 것이고, 맥킨지앤컴퍼니에 따르면 2030년까지 전기차의 전체 차량 중 판매 비중은 최소 35%에서 최대 50%까지 이를 것으로 전망하고 있다. 전기차의 도입은 자연스레 차량 내 반도체 등 전장부품의 확대로 이어질 것이다.

같이 보기

• 반도체

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