<자막원문>
진행: 한주엽 디일렉 대표
출연: 김남호 큐알티 책임연구원
-자동차에 들어가는 반도체가 요즘 쇼티지라고 해서 자동차 팔 때 보면 어떤 기능을 빼고 팔았다가 나중에 업그레이드도 시켜주고 그렇게 하던데. 자동차 반도체하고 일반 이런 노트북이나 스마트폰에 들어가는 반도체는 좀 다르죠?
“맞습니다. 사실 반도체 기능 자체는 크게 다르지 않지만, 반도체를 설계하거나 그리고 제조하는 공정 그리고 품질 관리에서 상당히 큰 차이가 있는데요. 아시다시피 차량용 반도체 같은 경우는 고장이 발생하면 심각한 안전 문제를 초래할 수 있기 때문에 차량용 반도체는 다른 반도체보다 사실 신뢰성이 가장 키팩터라고 보시면 될 것 같습니다.”
-거기서 얘기하는 신뢰성이라는 건 어떤 거로 얘기하는 겁니까?
“일단 저희가 신뢰성은 사실 신뢰성의 정의부터 간단히 말씀을 드리자면 제품이 요구되는 기능을 주어진 환경에서 의도하는 기간만큼 수행할 확률입니다. 보시면 이제 품질과 신뢰성을 이제 많이 좀 혼동하시는 그런 개념이 있는데 그런 케이스가 있긴 한데.”
-약간 헷갈려요.
“품질 같은 경우는 이제 제품이 제조하고 나서 바로 “이게 양품이다. 불량이다.” 판단을 하는 게 품질 기준이라고 보시면 신뢰성 같은 경우는 이 품질이 우리가 의도하는 기간 동안 정상적으로 동작을 하는지를 보는 게 신뢰성이라고 하고요. 그래서 신뢰성 같은 경우는 품질에 시간 개념이 더해진 그런 개념이라고 보시면 되고. 말 그대로 산업용 반도체와 차량용 반도체 같은 경우는 이런 신뢰성에 대한 차이를 두기 위해서 차량용 반도체 같은 경우는 설계 단계부터 고온 공정과 ESD(정전기 방전) 포함 설계를 진행하고 있고 그리고 재료 자체도 사실 차량 환경이 훨씬 더 가혹하기 때문에 높은 온도에 버틸 수 있는 그런 재료들을 사용을 하고요.”
-우리가 스마트폰 같은 경우는 그냥 손으로 들고 다니고 거의 뭐 동작 온도가 사람하고 비슷하지 않습니까?
“맞습니다.”
-우리가 실내에서 10~20도 이 정도 되는 공간에서 항상 스마트폰을 들고 다니고 겨울에 춥더라도 엄청 그렇게 밖에 안 놔두고 할 텐데. 자동차는 엄청 춥거나 덥거나 이런 환경에 계속 노출되어 있으니까 뭔가 설계부터 좀 달라진다는 얘기인 거군요.
“맞습니다. 실제로 차량 전체의 온도 분포를 보면 가장 높은 곳이 엔진룸 근처일 거고요. 그 외에 이제 엔진룸 이외에도 차량 외부에 있는 곳이 약 125도 정도까지 온도가 올라가고요.”
-우리가 반도체의 스펙을 기업들에서 내놓잖아요? 그게 온도 범위가 있던데 그게 일반 컨슈머용이랑 산업용이랑 자동차의 온도 범위가 다 다르던데.
“맞습니다. 일단 컨슈머용 같은 경우, 소비자용 같은 경우는 0도에서 85도 정도가 주로 사용되는 온도고요. 그리고 산업용 반도체 같은 경우는 마이너스 40도에서 125도 차량용 같은 경우는 마이너스 40에서 150도까지 동작할 수 있도록 보증하는 게 일반적인 원칙입니다.”
-재료가 다른가요 그러면?
“말씀드린 대로 일반적인 반도체 같은 경우는 125도까지만 보장을 하면 그동안에 문제는 없었지만.”
-산업용까지는.
“차량용 같은 경우는 150도까지 보장을 해야 되기 때문에 좀 더 내열성 있는 재료 그리고 설계 자체에서도 마진을 훨씬 더 많이 가져갈 수밖에 없습니다.”
-그게 뭔가 신뢰성을 측정하는 기준 같은 게 있어요?
“신뢰성을 측정하는 기준 같은 경우는 저희가 JEDEC이라는 표준을 근거로 산업용 반도체의 신뢰성 평가를 진행하고 있고요. 차량용 같은 경우는 AEC라는 협회에서 만든 AEC 규격을 따라서 평가를 진행하고 있습니다.”
-JEDEC이 어떤 규격이라고요? JEDEC이 주로 메모리 쪽인가요?
“맞습니다. 반도체 신뢰성 같은 경우는 최초는 세계 2차 대전 때 미 국방성에서 제정한 MIL-STD에서 최초로 수립이 됐고요.”
-MIL-STD.
“MIL-STD고요. 그 규격을 토대로 일단 JEDEC에서 신뢰성 평가 가이드라인을 제정을 했고요. 그리고 차량용 반도체 같은 경우는 JEDEC에서 활동하시던 미국 자동차 빅3. 포드·GM·크라이슬러의 품질 담당자분들께서 자동차에 적합한 품질 수준을 유지하기 위해서 뭔가 다른 방법이 필요하다고 논의를 해서 만든 게 AEC 협회입니다.”
-AEC.
“AEC(Automotive Electronics Council, 차재 전자 부품 평의회)라는 곳이고요.”
-미국의 어떤 모임이군요?
“맞습니다. JEDEC 같은 경우도 미국의 단체고요. AEC도 미국의 단체입니다. 신뢰성 같은 경우는 미국에서 많이 주도해서 이끌어 나가고 있다고 생각해 주시면 될 것 같습니다.”
-AEC는 그러면 그런 어떤 신뢰성 평가 기준 같은 걸 만드는 곳입니까?
“맞습니다. 초기에 이제 AEC 같은 경우는 아까 말씀드린 미국 3대 자동차 회사가 밑에 있는 전장 협력사들, 보쉬, 비스테온 그리고 파이오니아 이런 회사들을 모집을 했고요. 그리고 반도체 평가 규격을 만들기 위해서는 반도체 회사들이 필요하기 때문에 독일 인피니온, 미국 프리스케일, 프랑스 STM 이런 반도체 협회를 초청을 해서 AEC라는 협회를 조직하고 그리고 최초의 다양한 규격들을 제정을 하게 되는데 집적 회로 같은 경우는 저희가 반도체 IC 같은 경우는 AEC Q100이라는 표준을 통해서 평가를 진행을 하고 있고요.”
-AEC Q100.
“능동소자 같은 경우는 Q101 그리고 수동소자 같은 경우는 Q200 이렇게 발행을 하고 있습니다.”
-우리가 반도체 회사에서 내놓는 어떤 자동차용 반도체 신제품을 내놨다고 하면 “AEC Q100 인증을 득했다” 이런 식의 표현이 나오던데.
“맞습니다.”
-인증이라고 얘기하는 게, 인증이라고 얘기했나요? 하여튼 “AEC Q100을 통과했다” 이런 식으로 나오던데 그 친구들이 그런 거를 테스트를 하고 통과 점수를 내 거나 그렇게 하는 겁니까?
“일단 AEC 규격을 통해서 AEC 문서를 살펴보면, 대표님께서 말씀하신 그 내용이 포함되어 있는데요. AEC Qualified라는 문구를 쓸 수 있다고 얘기를 하고 있고요. AEC Qualified는 이 해당 문서에 포함되는 내용을 전체 준수를 한 제품에 대해서만 쓸 수 있다고 얘기를 하고 있고. 사실 반도체 신뢰성 평가 같은 경우는 법적으로 강제 규정되는 사항은 아니기 때문에 실제로 이런 제품을 인증해 주는 그런 기관은 없습니다.”
-그러면 인증을 받았다. AEC Q100 안에 여러 가지 항목들이 있을 거 아닙니까? 예를 들어서 온도는 150도 이상. 잘 모르겠어요. 제가 그냥 말씀드린 거고 그리고 기간은 어느 정도 이상 그리고 에러율은 에러율이 있는지 없는지 모르겠지만 그런 여러 가지 항목들이 있을 텐데. 예를 들어서 AEC Q100을 인증을 득했다는 거는 본인들 스스로 테스트하고 얘기하는 거예요?
“맞습니다. 테스트 결과를 어나운스하는 방법에는 여러 가지가 있는데요. 방금 말씀하신 대로 반도체 제조사가 집적 평가하고 본인들이 스스로 결과를 내보낸 게 있고요. 그리고 저희 큐알티와 같은 제3의 기관을 통해서 인증서를, 보고서를 발급하는 그런 방법도 있고. 그게 아니라 아예 AEC라는 게 반도체 신뢰성 평가라는 게 전 세계적으로 어떤 기관에서 규정한 게 있다면 그 기관에 위임받은 시험소에서 평가한 결과를 가지고 보고하는 케이스가 있는데 일단 아까 말씀드린 대로 반도체 평가 같은 경우는 인정기관이 없기 때문에 인정기구가 없기 때문에 본인 제조사가 평가에서 리포트를 하거나 아니면 저희와 같은 제3의 기관에서 발행하는 성적서를 가지고 평가 여부를 판단을 하고 있습니다.”
-AEC Q100을 받으려면 테스트 시험 항목이 많이 있습니까?
“많습니다. 실제로 AEC Q100 안에 시험 테스트 항목으로 약 50개 정도가 구분이 되어 있고요. 다만 이런 신뢰성 평가 항목들은 AEC가 독자적으로 만들거나 그런 건 아니라 아까 말씀드린 JEDEC에서 팔로우업해서 레퍼런스를 삼아서 자동차에 적합하게 온도 조건이나 테스트 컨디션을 약간 변경을 해서 사용을 하고 있고요. 가장 기본적인 환경 시험은 고온이나 습도. 온도나 습도 평가가 있고 충격이나 진동 같은 물리 시험도 있고요. 그리고 ESD나 EMC 소프트웨어 같은 전기적 특성 검증 실험도 있습니다.”
-50가지 정도라고 말씀하셨는데 그게 다 통과해야 본인들이 “우리는 AEC Q100의 인증을 득했다”
“맞습니다. 그 안에 있는 AEC Q100 문서 안에 있는 모든 항목에 대한 데이터를 준비해야 AEC Qualified라는 단어를 붙여서 제품을 판매할 수 있습니다.”
-김 연구원님은 그쪽 신뢰성 평가 많이 하시죠?
“네. 저는 계속 신뢰성 평가 엔지니어로 근무하고 있습니다.”
-계신지 얼마나 되셨습니까?
“큐알티에서 근무한 지 15년 정도 됐습니다.”
-그러면 예를 들어서 50가지 항목이 있는데. 뭐 한 한두 개? 세 개 미달하는 제품을 갖고 있는 회사들도 있습니까?
“그런 케이스는 없다고 보시면 되고요. 왜냐하면 사실 아까도 말씀드렸다시피 이 평가 결과는 제조사가 보증을 하는 내용이기 때문에 혹시나 테스트를 잘 못 하거나 아니면 시험이 페일 된 제품이 필드에 나가서 고장이 나면 귀책 사유는 모두 제조사에 있기 때문에. 제조사에서 상당히 조심해서 평가를 진행을 하고 결과를 보고하는 거죠.”
-자체적으로 평가해서 큐알티 같은 제3의 어떤 기업에 성적서를 또 맡길 수도 있고 우리가 평가를 안 하고 그냥 맡길 수도 있잖아요?
“맞습니다.”
-그렇게 평가를 하다 보면 50개 항목 중에 턱걸이로 올라가는 것도 있을 수도 있고 하다가 이게 성적이 잘 안 나오는 몇몇 항목들도 있지 않아요?
“맞습니다. 저희가 신뢰성 평가를 하는 목적이 말씀하신 것처럼 품질에 미달되는 제품을 거르는 그런 단계이기 때문에 실제로 성능에 못 미치는 그런 제품들이 나올 수가 있습니다.”
-실제로도 많이 있어요?
“그런 페일이 되는 케이스가 다수 있고요. 그런 케이스는 제조사가 이 제품에 대한 다시 collective action을 통해서 다시 개선을 해서 시험을 재진행하고 있습니다.”
-10개 정도 제품 테스트를 해 보시면 그렇게 미달되는 제품들은 몇 개나 있어요?
“요 근래는 사실 반도체 설계나 그리고 패키징 이런 공정들 같은 경우는 잘 수립이 되어 있기 때문에 일반적으로 페일 케이스는 그렇게 많지는 않습니다.”
-대부분 통과를 하는 군요.
“기본적인 신뢰성 평가는 대부분 통과를 하고 있습니다.”
-그 성적서를 갖고 본인들이 어디 프로모션을 할 때 자동차 기업이 프로모션 할 때 AEC Q100을 만족한다. 이 기준을 만족한다라고 프로모션을 하는 거군요.
“맞습니다. 다만 자동차용 반도체 같은 경우는 단일 성적서, 보고서만 제출하는 게 아니라 차량용 부품에 대한 품질 시스템이 있거든요. IATF 16949(자동차품질경영시스템)라는 그런 프로그램이 있는데.”
-IATF 16949(자동차품질경영시스템).
“차량용 부품을 생산 제조하는 기업 그리고 관련된 품질 경영 시스템인데. 그 안에서는 해당 부품에 대해서 제출해야 되는 문서를 정의하고 있습니다. 그래서 이 신뢰성 보고서는 차량용 반도체 양산 승인은 PPAP(생산부품승인절차)이라고 얘기를 하거든요. 그 안에 항목으로 포함돼서 같이 제출이 됩니다.”
-그것도 해야 된다?
“맞습니다.”
-그게 작성하는 거에 시간이 많이 걸리나요?
“일단 수백~수천 페이지가 되죠. 보고서 자체는 크게 많지는 않지만, 차량 부품에 대한 재료부터 공정 그리고 관리 어떻게 하는지 그런 내용을 다 담고 있기 때문에. 상당히 페이지가 많은 문서를 제출하도록 되어 있습니다.”
-차에 들어가는 IC를 하나 만들면 그렇게 AEC Q100에 대해서 항목을 만족하는지도 다 테스트를 해봐야 되고.
“맞습니다.”
-아까 얘기한.
“IATF 16949.”
-어려운데 IATF 16949에 맞춰서도 여기 어떤 공정으로 어떤 재료를 써서 만들었는지 다 기술을 해야 된다는 거죠?
“맞습니다.”
-그게 강제되는 건 아니죠?
“일단 자동차 OEM이 요구하고 있는 내용이기 때문에 강제성을 가지고 있다고 보시는 게 좋을 것 같습니다.”
-아니 근데 지금 AEC라는 단체는 미국에서 만들어졌다는데. 사실 차는... 미국 차는 별로 이런 얘기 하면 좀 어떨지 모르겠지만, 미국 차보다는 유럽 혹은 아시아에서 일본·한국 이런 쪽 차들이 출하량이나 이런 게 더 많은 거로 알고 있는데. 유럽이나 일본에도 그런 규격들이 있습니까?
“일단 기존에 AEC 규격이 없었을 때는 일단 일본 같은 경우는 JEITA라는 일본에서 발행한 반도체 신뢰성 평가 규격이 있고요. 그리고 미국 같은 경우는 JEDEC. JEDEC을 통해서 JEDEC에 있는 신뢰성 항목을 통해서 검증을 하고 있었고요. 유럽 같은 경우도 자체적으로 자동차 회사에서 잘 적립한 인하우스(in-house) 규격을 통해서 반도체 평가들이 되고 있었는데. AEC라는 협회가 생기고 규격이 발행된 지 약 25년 정도가 됐거든요.”
-꽤 되었네요.
“1994년도에 AEC Q100이 최초 발행이 됐고. 지금 2022년 현재 H 버전이 활용이 되고 있는데.”
-H 버전이요? 그전에는 다 알파벳 버전으로?
“알파벳 순서대로. A부터 H까지.”
-엄청 많이 이렇게 의존을 한 거네요.
“다만 이제 신뢰성 평가 항목 자체는 크게 변하지 않고 이 규격에 대해서 어떻게 접근을 하고 그런 부분이 계속적으로 마이너한 체인지만 계속 발생을 했다고 보시면 되는데. 이 AEC Q100 같은 경우는 기존에 이제 미국에서 시작됐기 때문에 미국 자동차 관련된 회사들이 많이 조인트해서 규격을 제정을 했지만, 최근에는 유럽 BMW · 아우디 · 벤츠 같은 회사도 참여를 해서 같이 워크숍을 진행을 하고 있고요. 그리고 AEC Q100 같은 경우는 저희가 차량용 반도체 기능안전 ISO26262 Part 11에 반도체 부품을 선정하는 기준으로도 들어가 있기 때문에 이미 전 세계적으로 참고하는 신뢰성 평가 규격이라고 봐주시면 될 것 같습니다.”
-하긴 미국이 자동차 시장이 제일 크니까 북미 쪽이 자동차 시장이 굉장히 크니까. 유럽이나 일본 기업들도 그냥 무시하고 “그냥 우리 AEC Q100 안 할래” 이렇게 할 수는 없는 것도 좀 있는 건가 보죠?
“맞습니다. 미국 자동차 시장이 워낙 큰 것도 있지만 사실 기존에 AEC처럼 이렇게 자동차의 관점에서 생각한 신뢰성 규격이 없었거든요. 유럽 자동차 OEM에서도 이렇게까지 자동차 관련된 규격이 있으면 자기들도 관리하기 편하니까 채택하고 사용하고 있는 것 같습니다.”
-한 개의 어떤 칩을 테스트해 달라고 누군가가 자동차 반도체를 만드는 회사가 큐알티로 보내면 어떻게 와요? 칩 하나만 딱 옵니까? 아니면 보드로 해서 이렇게 오나요?
“아닙니다. 아까도 말씀드린 대로 집적회로 기준으로 약 50개의 항목이 있다고 말씀을 드렸는데요. 그 항목 안에는 제품을 반도체를 동작시키는 실험도 있고 그리고 반도체 단품을 그대로 환경에 노출시키는, 방치하는 그런 실험도 구분이 있습니다. 그 시험에 따라서 저희는 이제 주변 환경. 말씀해 주신 보드를 꾸미고 동작 환경을 구성하고 이런 프로세스를 진행을 하게 되고요. 보통 반도체 하나의 수명 시험. 예를 들어서 고온 동작 시험을 한다고 했을 때 샘플 사이즈가 231개입니다.”
-231개가 들어가 있어야 된다.
“네. 그래서 모든 항목이 그 정도의 수량을 요구하는 건 아니지만, 반도체 평가 시 AEC Q100을 진행하려면 사실 1천 개 이상의 반도체가 필요하다고 봐주시면 될 것 같습니다.”
-의뢰하는 쪽에서 샘플도 다 주는 거군요. 1천 개 이상씩. 보통 시간이 얼마나 걸려요?
“일단 가장 기본적인 신뢰성 평가는 1천 시간 기준으로 진행이 되고 있습니다.”
-아니 그러니까 제가 의뢰하면 천 시간 걸린다는 얘기인가요?
“네. 실험 시간만 1천 시간이 걸리고요.”
-실험 시간만 1천 시간이 걸린다고요? 그럼 며칠이죠? 몇 개월인가요?
“1천 시간이면 6주 정도 걸리고요. 그래서 검사 중간에 제품이 1천 시간 이후에 나오게 돼서 불량 검사를 하면 언제쯤 고장이 나는지 모르기 때문에 중간중간 제품을 꺼내서 검사하는 시간도 소요되고 보통 그래서 한 3개월 정도가.”
-분기 정도가 걸리는 거군요.
“빠르게 진행을 했을 때 한 3개월 정도가 걸린다고 생각해 주시면 될 것 같습니다.”
-주고 테스트하고 또 리포트하는 쓰는 시간도 걸릴 거 아닙니까?
“리포팅이나 그런 부분은 당연히 소요되는 시간이고요. 물론 이제 제품을 동작시키기 위해서 보드를 설계하고 그리고 동작 환경을 구성하는 그 시간은 제외하고 실제 시험 시간 기준으로 말씀을 드린 겁니다.”
-국내든 국외든 이런 것들에 대해서 AEC Q100의 그 항목에 맞춰서 시험 평가를 해주는 기업들이 좀 있습니까?
“네. 물론 저희 큐알티와 같은 신뢰성 평가 시험소들이 국내외 많이 분포하고 있고요. 일단 해외에서도 대응을 하고 있고요. 다만 국내 같은 경우는 큐알티가 가장 먼저 AEC Q100에 대한 KOLAS(한국인정기구) 인증 시험소 인증도 받았고.”
-그 인증은 누구한테 받습니까?
“시험소 같은 경우, 저희 같은 신뢰성 시험소 같은 경우는 KOLAS(한국인정기구)라는 국가 공인 시험인정기구를 통해서 “이런 실험을 하기에 적합한 시험소다”라는 인정을 받고 있습니다. 그래서 큐알티 같은 경우는 AEC 평가에 대해서 가장 국내에서 가장 먼저 인정을 받고 있고요. 지금 AEC 안에 있는 항목 중에 가장 커버리지가 넓게 대응을 해드리고 있습니다.”
-50개를 다 하는 건 아닌가 보죠?
“50개 항목이 전체 신뢰성 평가 항목만 구성이 돼 있는 게 아니라 웨이퍼 레벨의 신뢰성, 웨이퍼 평가도 있고 그리고 수율 평가도 있고 패키지 평가도 있기 때문에 가능한 부분에서는 최대한 대응을 해드리고 있습니다.”
-50개 안쪽에서 우리가 할 수 있는 커버리지는 큐알티가 제일 높다는 얘기인 거군요. 1년에 몇 개 정도나 들어와요?
“상당히 많은 숫자가 들어오긴 하는데요. 제가 정확하게 파악하고 있지는 않지만, 국내에서 차량용 반도체를 제조하시는 기업 그리고 해외에서도 일부 큐알티에 의뢰를 하고 계십니다.”
-어찌 됐건 간에 자동차 반도체를 하려면 AEC Q100 이거 무시하고 그냥 갈 수는 없는 상황인 거네요?
“맞습니다. 현재 국내 자동차 OEM도 마찬가지고 해외에 있는 모든 자동차 OEM에서 AEC Qualified 된 부품을 기본 전제 요구 사항으로 구성하고 있습니다.”
-그 50개 항목 안 지킨 것들은 이제 못 쓴다. 넣지를 못 한다는 거군요.
“사실 그렇진 않습니다.”
-그렇진 않아요?
“네. 아까 말씀드린 대로 50개 항목 중에 패스 페일이 규정되지 않은 그런 항목들도 있고요. 데이터를 제출하도록 그렇게 구성돼 있는 항목도 있기 때문에 그런 항목들 같은 경우 그리고 제조사와 협의해서 이런 항목들을 제외하거나 그럴 수도 있기 때문에. 꼭 전체 항목이 다 리포팅이 되는 건 아닙니다.”
-그럼 대략 한 몇 개 정도?
“일단 가장 기본적인 신뢰성 시험들 같은 경우는 당연히 진행을 하고요. 반도체 특성에 따라서 진행하기 어려운 그런 실험들도 있거든요. 그리고 특성에 따라 그리고 기능 구조에 따라서 진행하지 않아도 되는 그런 항목들이 있습니다. 그런 항목들 같은 경우는 빠지게 되겠죠.”
-한국에 자동차 반도체 하는 국내 로컬 기업들 꽤 있습니까? 어느 정도입니까?
“제가 아는 회사도 수십 군데 정도는 되는 것 같습니다.”
-연구원님 오늘 말씀해 주셔서 고맙습니다.
“감사합니다.”
