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지속 가능한 지구 환경 만들기를 위한 친환경 정책의 일환으로, 배기가스 배출을 줄이고자 내연기관 차에서 전기차로의 전환이 세계적으로 확대되고 있다. 특히 유럽연합은 2035년부터 배기가스를 배출 하는 내연기관 탑재 신차 판매를 금지하는 법안을 공식적으로 채택하였고, 미국은 2023년까지 신차의 67%를 전기차로 대체하겠다는 방침을 세웠다. 국내에서는 2021년에 “제4차 친환경자동차 기본계획”을 수립하여 2030년까지 신차 판매의 83%를 친환경차(전기차, 수소차, 하이브리드 포함)로 대체하고 전체 전체 차량 중 친환경차 비율을 30%까지 끌어올려 온실가스 배출을 24% 감축하겠다는 목표를 설정하였 다. 이러한 친환경차 보급 정책과 함께 배터리, 인버터, 모터로 이어지는 전기차 구동시스템 부품에 대 한 연구개발도 활발히 이루어지고 있다.
인버터는 배터리에 저장된 직류전류(Direct Current, DC)를 교류전류(Alternating Current, AC)로 전환하여 모터에 전달하는 역할을 하며, 모터에서는 구동을 위한 토크를 생성한다 (그림 1. (a)). 반도체 제조기술 발전에 따라 종래의 Si 기반 전력반도체에서 SiC와 같은 wide nandgap 전력반도체로의 전 환이 이루어지고 있다. SiC 전력반도체는 Si 전력반도체 대비 높은 항복전압을 가져 고전류 밀도 대응 이 가능하고, 높은 열전도도와 동작 온도(junction temperature)를 가져 고온 환경에서도 작동이 가능 하다는 장점이 있다. 또한 SiC는 높은 스위칭 주파수를 가져 고속 모터 활용이 가능하고, 변환 시 스위칭 손실을 줄일 수 있어 에너지 변환효율 및 성능 확대에 유리하다.
2018년 Tesla는 인버터에 사용되는 전력반도체를 전량 SiC 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스 터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)를 탑재한 Model 3를 출시하였 다. 아직 SiC Wafer 제조 비용이 많이 들고 반도체 수율이 낮아 대중화되어 있지 않지만, 지속적인 연구 개발을 통해 전기차 인버터용 전력반도체 시장에서 SiC이 점유하는 비율이 지속적으로 상승할 것으로 예상하고 있다. SiC 소자 도입으로 인해 기존 전력모듈 패키징 소재 역시 고온 및 고전류 밀도를 견딜 수 있는 소재 도입이 필요하다 (그림 1. (b), (c)).이 글에서는 차세대 전력반도체 패키지 소재/공정 중 하나 인 Ag 소결접합 기술을 중점적으로 소개하고자 한다.