전기차(EV)와 같은 거대 트렌드가 주도하는 시대에, 변화하는 수요에 부응하기 위해 새로운 기술들이 등장하고 있습니다. 그 대표적인 예로, 고성능 전력 시스템을 위해 실리콘 카바이드(SiC)와 갈륨 나이트라이드(GaN)를 활용하는 복합 반도체의 발전이 있습니다.
테라다인(Teradyne)의 조르주 우르타르테(Jeorge Hurtarte)가 설명하듯이, 이러한 신기술로의 전환에는 새로운 테스트 접근 방식이 필요합니다. 앞으로 어떤 변화가 예상되는지, 그리고 테라다인이 테스트 및 테스트 전략이 이에 발맞춰 발전할 수 있도록 어떻게 선제적으로 대응하고 있는지 자세히 알아보세요.
광대역 갭 소재를 다루기 위한 시험 규격의 혁신
많은 전력 관련 응용 분야에서 반도체 산업은 실리콘에서 SiC 및 GaN과 같은 새로운 ‘광대역 갭’ 반도체 소재로 전환하고 있습니다. SiC와 GaN은 고유한 물성 덕분에 기존의 실리콘 기반 반도체에 비해 훨씬 더 높은 전압과 전류를 처리할 수 있으며, 더 높은 주파수에서 작동할 수 있습니다(그림 1 참조). 이들은 전력 변환 응용 분야에 최적화되어 있는데, 예를 들어 SiC는 철도 견인 인버터 및 전기차(EV) 충전소에 사용되며, GaN은 산업용 및 상업용 전력 충전기에 사용됩니다.
이러한 장치를 성공적으로 테스트하려면 매우 높은 전압 및 전류 수준을 안전하고 정확하게 측정할 수 있는 특수 장비가 필요하며, 여기에는 고출력 테스트 환경과 관련된 전반적인 위험 증가를 관리하는 것도 포함됩니다.
SiC 및 GaN 소자는 열전도도가 뛰어나(그림 1 참조) 더 높은 온도에서도 작동할 수 있습니다. 이러한 특성은 성능 면에서는 유리하지만, 열 시험에 있어 새로운 과제를 안겨줍니다. 시험 장비는 고온 조건에서 소자의 성능을 시뮬레이션하고 측정할 수 있어야 합니다. 또한, 소자의 손상을 방지하고 신뢰할 수 있는 성능 데이터를 확보하기 위해서는 일관되고 정밀하게 제어된 시험 환경을 유지하는 것이 매우 중요합니다.
SiC 및 GaN 소자는 빠른 스위칭 성능 덕분에 고주파 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 스위칭 속도, 효율, 전자기 간섭(EMI)과 같은 동적 성능 테스트는 실리콘 소자의 경우보다 훨씬 복잡합니다. 이러한 파라미터를 정확하게 특성화하려면 고속 신호 변화를 포착하고 소자의 스위칭 동작을 세밀하게 분석할 수 있는 첨단 테스트 방법론과 장비가 필요합니다.
SiC의 결정 구조는 실리콘보다 결함이 발생하기 쉬워, 이는 소자의 신뢰성과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 테스트 공정에는 장기간에 걸쳐 다양한 환경 조건 하에서 철저한 신뢰성 테스트가 포함되어야 합니다. 따라서 SiC 소자를 테스트하여 분리 전 단계에서 다이(die)의 초기 불량(infant failure)을 걸러내는 것은 물론, 분리 후 개별 다이 단계에서 이를 확인하는 것이 그 어느 때보다 중요합니다. 이를 통해 고객은 "정상 다이(KGD)"를 확보할 수 있으며, 이 다이들은 개별 소자로 패키징되거나 다른 다이와 병렬로 연결되어 모듈에 탑재될 수 있습니다. 만약 KGD 테스트를 수행하지 않는다면, 단 하나의 불량 다이 또는 성능이 낮은 다이 하나로 인해 모듈 전체가 고장날 수 있으며, 이는 파워 모듈 제조사에게 막대한 비용 손실을 초래할 수 있습니다.
테스트 업계의 선두주자인 테라다인은 ETS-88 플랫폼의 기능을 확장하여 SiC 및 GaN 소자 테스트를 가능하게 했습니다. 여기에는 정적 DC 테스트와 고속 스위칭 AC 테스트가 모두 포함됩니다.
AI를 활용하여 데이터 및 테스트 효율성 극대화
SiC 및 GaN 소자 테스트의 전반적인 복잡성, 특히 프로브 마모 예측과 고전력 테스트 관리의 어려움은 테스트 시스템에 AI와 머신러닝을 통합해야 할 필요성을 대두시키고 있습니다. 예를 들어, 실리콘 카바이드의 경우 수천 볼트와 수천 암페어의 전류를 사용하는 테스트가 필요하며, 웨이퍼에 접촉하는 프로브의 신뢰성을 예측하기 위해 AI가 활용되고 있습니다. 이를 통해 더 나은 통찰력을 얻을 수 있는데, 예를 들어 팹 제조 팀에 프로브가 몇 분, 몇 시간 또는 며칠 내에 마모될 것임을 알리고, 이를 교체할 수 있도록 재고를 미리 준비할 수 있게 해줍니다.
이러한 요구를 충족하기 위해 테라다인(Teradyne)은 아키메데스(Archimedes) 분석 플랫폼을 통해 AI 및 머신러닝을 통합하여 테스트 조건 최적화, 고장 예측, 테스트 프로세스의 전반적인 효율성 향상을 도모하고 있습니다. 이를 통해 테스트 진행 중 즉각적인 조정이 가능해져 정확도가 향상되고 수율이 증대됩니다. SiC 및 GaN 테스트 솔루션에 대한 수요가 혁신을 주도하고 있음은 분명합니다. 여기에는 첨단 테스터뿐만 아니라, 광대역 갭 반도체의 고유한 특성에 맞춰 설계된 소프트웨어 도구와 진단 시스템도 포함됩니다.
미래에 대비해 주도적이고 협력적인 방식으로 대응하다
실리콘 카바이드 및 갈륨 나이트라이드와 같은 소재는 기존 테스트 방식의 한계를 뛰어넘고 있어, 테스트 공정의 신뢰성과 효율성을 보장하기 위해 혁신적인 솔루션이 요구되고 있습니다. 테라다인(Teradyne)의 ETS-88 이러한 소자에 매우 적합하며, 다양한 응용 분야에서 높은 처리량과 낮은 테스트 비용을 제공합니다.
끊임없는 혁신과 급변하는 반도체 시장에 대한 철저한 대비는 매우 중요하며, 이를 통해 ATE는 복잡하고 까다로운 개발 환경에서 제조업체의 요구를 충족시키는 데 핵심적인 역할을 수행할 수 있습니다.
테라다인은 반도체 패키징 및 소재 분야의 최신 기술 발전에 대응하여 유연하고 효과적인 테스트 솔루션을 개발하는 데 주도적인 역할을 하고 있습니다. 업계 동향과 기술 발전을 선도함으로써, 테라다인은 점점 더 복잡해지고 경쟁이 치열해지는 시장에서 고객사가 성공할 수 있도록 필요한 도구를 제공하는 것을 목표로 합니다.
Jeorge S. Hurtarte 박사는 현재 테라다인(Teradyne)의 반도체 테스트 그룹에서 제품 마케팅 수석 이사로 재직 중입니다. Jeorge는 테라다인, 램 리서치(Lam Research), 라이트포인트(LitePoint), 트랜스위치(TranSwitch), 록웰 반도체(Rockwell Semiconductors)에서 다양한 기술, 관리 및 임원직을 역임했습니다. 그는 IEEE 802.11 Wi-Fi 표준 위원회의 의결권 위원이며, IEEE 802.11ay 태스크 그룹의 서기를 맡고 있습니다. 조지는 현재 IEEE 이종 통합 로드맵(HIR) 테스트 워킹 그룹의 공동 의장을 맡고 있으며, 캘리포니아 대학교 산타크루즈 캠퍼스와 피닉스 대학교의 객원 교수로도 활동하고 있습니다.