자동차 반도체 (차량용 반도체) 종류 및 분류와 내부 반도체 시스템 총정리!

'전자식 연료분사장치'가 도입된 이후 자동차에도 본격적으로 반도체가 사용되기 시작했습니다. 그 이후 전기차와 자율주행차량이 등장하면서 자동차를 모빌리티, 즉 움직이는 전자기기로 보기 시작했는데요, 이러한 차량용 반도체의 종류에 대해 알아보겠습니다.

 

 

차량용 반도체 역할에 따른 4가지 반도체

차량용 반도체는 어떤 기준으로 바라보는지에 따라 여러 분류 방법이 있습니다. 우선 역할에 따라 크게 4가지로 나뉩니다. 각 역할별로 구체적인 종류는 너무 많기 때문에 대표적인 시스템 및 반도체 대한 설명만 진행하겠습니다.

 

• 구동계 IC : 차량의 이동에 관여
• 전원 IC : 차량 전류 공급에 관여
• 센서 IC : 여러 가지 상황을 탐지
• 마이크로컨트롤러 유닛 (MCU) : 차량의 두뇌 역할

IC는 집적회로로 불리며 실리콘 판 위에 여러 개의 반도체와 이를 연결하는 전자 회로들의 복합체입니다. 즉 반도체의 집합체라고 보시면 됩니다.

 

또한 포스팅 하단에 차량용 반도체를 시스템 별로 구분하여 대표적인 반도체에 대해 분류 및 설명하였습니다. 

 

 

구동계 IC (Driver IC)

자동차는 엔진 (전기자동차에서는 전기모터), 전동식 파워 스티어링 , 전동식 휠 등과 같이 높은 출력을 요구하는 부품들이 있습니다. 이런 부품들이 높은 출력을 요구할 때 (고속주행 등) 고전류, 고전압을 공급하고, 출력이 필요 없을 때는 전류, 전압을 차단하는 등 전반적인 전류, 전압 관리를 맡습니다.

 

※ 파워스티어링 : 자동차 핸들을 돌리는데 소모되는 힘을 줄여주는 장치

전원 IC (Power IC)

배터리 등의 발전 장치에서 발생하는 전류를 각종 부품 및 MCU에 직류 전원을 공급합니다. 전원 IC는 크게 리니어 전원과 스위칭 전원으로 나뉩니다. 

 

• 리니어 전원  : 전원이 전류를 지속적으로 공급하고 안정화합니다. 레귤레이터와 입출력 간에 전위차가 낮은 경우 사용되며 대표적으로 'LDO' (Low Drop Out)가 있습니다.   
• 스위칭 전원 :  스위치처럼 전원이 전류를 단속적으로 공급하고, 비연속적으로 안정화합니다.

※ 레귤레이터 : 전압을 일정하게 유지시켜주는 전자부품

 

차량용 반도체의 종류가 다양해지면서 각각의 반도체들의 요구 전류 양, 전압 등도 다양해지면서 전원 IC의 종류도 다양해지고 있습니다.

 

특히 차량 내부 시스템이 복잡해지면서, 전반적으로 반도체들의 소요 전력도 커지고 있는데, 이에 따라 전원 IC는 더 큰 전류 전달 능력과 이에 따른 발열 방지 기능이 요구되고 있습니다.

 

※ 레귤레이터 : 전압을 일정하게 유지시켜주는 전자부품

센서 IC (Seonsor)

차량 내 외부에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터를 MCU에 전달하는 역할을 합니다. 이때 특정 상황에서 기준치 이상의 자극이나 신호가 들어올 때, 그 신호를 수집하고 디지털 정보로 변환합니다. 즉 말 그대로 센서로 사람으로 치면 눈, 귀, 코 등으로 이해하시면 됩니다.

 

예를 들어 차량의 후방 주차 상황에서 주위 사물을 인식하는 기능이나, 차량 내외부의 온도를 측정하는 등의 기능을 수행합니다.  

 

 

마이크로컨트롤러유닛 (MCU ; Micro Controller Unit) 

MCU는 자동차가 단순 운송수단을 넘어 움직이는 전자기기, 움직이는 컴퓨터가 되면서 가장 중요해진 차량 내부 반도체 시스템입니다. MCU는 차량 내부의 전자기기, 전자부품 시스템 전반을 제어하는 반도체로 냉난방, 차량 온도 조절 , 배터리 관리, 내비게이션과 같은 차량 서비스 등을 관리합니다.

 

컴퓨터의 CPU와 동일한 기능을 하지만, CPU에 비해 따로 OS가 필요없고, 연산 속도가 느린 반도체라고 생각하시면 됩니다. (엄청 많은 연산을 하는 CPU를 현재로써 굳이 자동차에 쓸 필요가 없기 때문에, MCU를 사용해요)

 

출처 : ASML Korea Facebook 공식 채널

엄밀히 따지면 MCU는 단일 반도체가 아닌 반도체의 집합체에서 나아가 '칩 컴퓨터'로도 여겨지는데, MCU는 CPU, ROM, RAM, Flash 메모리 등으로 구성되어있기 때문입니다.

 

용어에 혼동이 오실수 있겠지만, 간단히 말씀드리면 트랜지스터, 다이오드 같은 기본 부품도 반도체이고 D램, 낸드도 반도체이고 이것들의 집합도 반도체라고 불릴 수 있습니다.

 

자동차의 경우도 MCU 내부의 메모리 반도체(ROM)에 저장된 기능을 CPU가 연산하고 RAM이 보조합니다. 예를 들어 에어백 제어 MCU가 있을때, 센서 IC에 의하여 충격이 감지되면, ROM에 저장된 데어 티와 비교되고 저장된 일정 기준을 넘기면 CPU가 연산 및 처리하여, 에어백이 터지도록 명령합니다.

 

추가적으로 여러개 혹은 한 개의 MCU로 이루어진 차량 내부 컴퓨터를 ECU (Electronic Control Unit)라고 하며, ECU에는 MCU 외에도 MPU(Micro Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor) 와 같은 반도체의 집합으로 이루어져 있습니다. MPU와 DSP는 간단히 개념만 설명드리겠습니다.

 

• MPU : 마이크로프로세서로 '연산'에 특화된 장치를 고밀도 집적회로화 (LSI 화) 한 것으로 MCU처럼 단독으로 쓰일 수 없고, 주기억장치인 RAM과 같은 휘발성 메모리와 같이 사용되야합니다.
• DSP : 차량 내부에서 들어오는 다양한 아날로그 신호들을 (소리, 영상 등) 측정하고, 필터링하거나 압축하는 반도체입니다. MCU가 소리, 영상 등을 처리할때, 보조해 주는 기능을 한다고 생각하시면 됩니다.