반도체의 활용은 무궁무진하다는 사실을 우리는 잘 알고 있습니다. 기술의 발전과 지능형 반도체 설계 및 제조의 발전으로, 이 작은 소자들은 이미 우주 공간까지 그 영역을 확장했습니다. 항공우주 반도체는 반도체의 신뢰성, 완벽성, 강도와 이 작은 소자들의 진정한 가치를 강조하는 대표적인 예입니다.
항공우주 분야에서 신뢰성은 가장 중요한 요소입니다. 반도체는 긴 여정 내내 작동해야 하며, 목적지에 도달한 후에도 계속 작동해야 합니다.
이 블로그에서는 반도체 산업과 항공우주 산업이라는 두 산업 간의 연결에 대해 자세히 알아보겠습니다.
항공우주 산업이란?
항공우주 산업은 항공기 및 우주선 제품의 제조를 포함합니다. 여기에는 여객기, 군용기, 유도 미사일, 헬리콥터, 글라이더, 우주선, 발사체, 인공위성 및 항공·우주 관련 기타 제품이 포함됩니다.
또한 항공우주 산업은 공공 부문과 민간 부문 간의 협력을 통해 운영되는 첨단 기술 산업입니다. 항공우주 산업에 사용되는 기술을 살펴보면 다양한 기술과 혁신이 활용되고 있음을 알 수 있습니다. 이러한 기술의 대부분은 제2차 세계대전 기간 동안 개발되었습니다.
많은 사람들이 항공우주 산업과 항공 산업 간의 관계를 이해하는 데 혼란을 겪곤 합니다. 실제로 이 두 산업은 서로 다른 영공을 다룹니다.
항공 산업은 지구 대기권 내의 항공기 관련 제품에 관한 모든 것을 다룹니다. 따라서 이 산업에는 영공 내에서 비행하는 다양한 유형의 항공기(비행기, 헬리콥터, 글라이더)의 제조가 포함됩니다.
반면 항공우주 산업은 지구 대기권 너머로 확장됩니다. 즉, 영공을 넘어 우주로 나아가는 제품을 설계하고 제조합니다. 그러나 항공우주 산업이 여기에만 국한되는 것은 아닙니다. 또한 다양한 유형의 항공기도 제조합니다.
우주로 가는 길을 여는 반도체
의심할 여지없이, 우주 환경의 조건을 예측하는 것은 어렵습니다. 유리한 조건이 있을 수 있지만, 우주 구조물의 전반적인 기능에 심각한 손상을 초래할 수 있는 조건도 있습니다. 예를 들어, 우주 기반 재료의 기계적 특성을 파괴할 수 있는 조건이 존재할 수 있습니다.
이 문제에 대한 해결책으로, ‘광대역 갭 반도체(Wide Bandgap Semiconductor)‘로 알려진 질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)는 전력 전자 소자에 가장 적합하고 가장 유망한 재료로 입증되었습니다.
실리콘 기반 기술과 대비하여 이러한 재료가 우주 구조물에 적합한 이유는 여러 가지가 있습니다. 높은 전력 레벨을 처리할 수 있는 능력, 고온에서 작동할 수 있는 능력, 주파수를 전환할 수 있는 능력은 광대역 갭 반도체의 두드러진 장점입니다.
방사선이 전력 소자에 미치는 영향
앞서 언급했듯이, 우주 환경의 수많은 조건이 우주 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 이러한 불리한 우주 조건 중 하나가 우주 방사선입니다.
우주 공간에 존재하는 우주 방사선은 소자의 열화, 오작동 및 중단을 유발할 수 있습니다(우주 공간의 우주 방사선 흐름은 85% 양성자와 15% 중원자핵으로 구성). 따라서 방사선에 영향을 받지 않는 능력은 우주 시스템에 사용될 반도체의 주요 요구 사항 중 하나입니다.
우주선에서 광대역 갭 반도체 사용의 기타 장점
이 외에도 저잡음, 저전력 손실, 고효율은 차세대 우주 탑재 시스템에 WBG 재료를 사용할 때의 추가적인 이점입니다. 또한 이러한 우주 탑재 시스템에 사용되는 재료의 무게와 크기는 중요한 고려 사항입니다.
이러한 시스템은 높은 효율성과 신뢰성을 갖추면서도 무게와 크기가 작은 재료를 필요로 합니다. 질화갈륨(GaN) 전력 소자는 이러한 요구 사항을 충족합니다.
군수 및 항공우주 산업의 반도체 시장 현황
군수 및 항공우주 산업의 반도체 시장 동력
COVID-19의 발발이 전 세계에 어떤 영향을 미쳤는지는 잘 알려져 있습니다. 반도체 산업도 이러한 영향을 받은 많은 산업 중 하나였습니다. 연구에 따르면 팬데믹 위기 동안 반도체 시장이 심각한 타격을 입은 것으로 나타났습니다.
그러나 군수 및 항공우주 산업을 위한 업그레이드되고 현대화된 항공기에 대한 필요성이 반도체 시장의 주요 동력이 되었습니다. 이러한 필요성의 주요 동기는 조종사에게 안전한 비행 경험을 제공하기 위함입니다.
또한 음극선관이 더 이상 사용되지 않게 되면서 새로운 요구 사항이 발생했습니다. 대신 항공기 제조업체는 더 가볍고 진보된 디스플레이 화면 사용에 집중하고 있습니다. 이러한 업그레이드된 디스플레이 화면의 장점은 연료 소비를 제어하고 배출가스를 줄일 수 있다는 점입니다. 따라서 항공기 전자 시스템에 더 많은 반도체가 필요하게 되었습니다.
군수 및 항공우주 산업의 반도체 시장 동향
군수 및 항공우주 산업의 시장 동력의 결과로 질화갈륨(GaN) 반도체의 사용이 두드러지게 되었습니다. 또한 이 특정 유형의 반도체가 제공하는 유망한 특성은 이 두 산업에서 반도체 사용의 성장을 촉진했습니다.
GaN 반도체가 인기를 얻은 주요 이유 중 하나는 크기입니다. 실리콘 반도체에 비해 훨씬 작습니다. 따라서 반도체 제조업체는 하나의 웨이퍼에서 더 많은 수의 GaN 소자를 생산할 수 있습니다.
상업용 항공 반도체의 활용
항공 산업을 고려할 때, 다양한 상업용 항공 반도체가 민간 항공기 및 제트기 제조업체에 의해 사용됩니다. 이제 반도체가 항공기 생산에 어떻게 사용되는지 알아보겠습니다.
객실 관리 시스템
반도체가 사용되는 한 가지 시스템은 객실 관리 시스템입니다. 이 시스템이란 무엇일까요? 현대 항공기는 승객 편안함 향상에 초점을 맞춘 여러 시스템으로 구성됩니다. 객실 압력, 엔터테인먼트, 온도 제어, 조명은 승객 편안함과 관련된 몇 가지 측면입니다.
물론 이러한 시스템은 항공기 작동에 매우 중요하지는 않습니다. 그러나 승객에게 최상의 서비스를 제공하고 여행을 더욱 즐겁게 만들기 위해 이러한 시스템은 중요합니다.
조종석 항공전자장비
과거에 존재했던 항공기와 비교할 때, 오늘날 조종석에 설치된 전자 장치는 훨씬 더 정교하고 신뢰할 수 있습니다. 조종석은 항공기에서 가장 중요하고 중요한 위치 중 하나입니다.
따라서 가장 신뢰할 수 있고 가벼우며 열 성능이 우수한 장치를 설치하는 것이 매우 중요합니다. 하이브리드 및 맞춤형 반도체 패키징을 설치하는 것은 항공기 제조업체가 성능 측면에서 더욱 우수한 항공기를 만드는 데 사용하는 한 가지 솔루션입니다.
전력 변환
항공기의 또 다른 요구 사항은 안전하고 신뢰할 수 있는 전력 변환입니다. 이러한 항공 시스템에 첨단 상업용 반도체를 설치하면 제조업체가 전력 손실과 열 발생이 적은 제품을 설계하는 데 도움이 됩니다. 또한 첨단 회로를 설치하여 비행을 더욱 안전하고 신뢰할 수 있게 만듭니다.
액추에이터 시스템
액추에이터 시스템은 불필요한 배관과 케이블링으로 인한 무게를 줄이기 위해 부하 지점에서 사용됩니다. 따라서 이러한 액추에이터를 제어하는 것은 항공기에 매우 중요합니다. 상업용 항공 반도체는 액추에이터 배치, 제어 및 확인에 최대한의 유연성을 제공하여 이러한 액추에이터가 더욱 신뢰할 수 있는 방식으로 기능할 수 있도록 지원합니다.
엔진 제어 시스템
엔진 제어 시스템은 항공기의 또 다른 핵심 시스템이며, 상업용 반도체는 이 시스템의 기능을 지원하는 데에도 사용됩니다. 다른 시스템과 마찬가지로 신뢰성, 유연성 및 고성능은 이 시스템의 핵심 요구 사항입니다.
또한 이 시스템은 고온 및 기타 가혹한 환경을 견딜 수 있어야 하며, 적합한 유형의 반도체가 이러한 요구를 충족합니다.
칩 부족이 항공우주 및 방위 산업에 미치는 영향
여러 가지 이유로 인해 전 세계적으로 반도체 부족 현상이 발생하고 있으며, 이로 인해 반도체 글로벌 공급망의 여러 부분이 점차 마비되고 있습니다.
이러한 마비는 2021년 자동차 산업에 막대한 영향을 미쳤지만, 항공우주 산업은 비교적 적은 혼란을 경험했습니다.
왜 이러한 혼란이 발생했을까요?
처음에 COVID-19의 발발로 반도체 산업은 새로운 경험에 직면했습니다. 팬데믹 기간 동안 반도체에 대한 수요가 증가했습니다. 노트북, 게임 콘솔, 텔레비전과 같은 전자 애플리케이션의 사용이 증가하면서 이러한 산업을 충족시키기 위해 점점 더 많은 반도체가 제조되었습니다.
동시에 5G 기술의 도입으로 반도체에 대한 더 많은 수요가 발생했습니다. 여기에는 새로운 안테나와 새로운 스마트폰의 생산이 포함되었습니다. 따라서 반도체 회사는 이 분야의 수요도 충족시켜야 했습니다.
이러한 모든 수요로 인해 반도체 회사는 산업용 로봇, 새로운 차량 부품, 그리고 특히 항공우주 및 방위 분야에 필수적인 마이크로일렉트로닉스에 대한 수요를 따라잡을 수 없게 되었습니다.
항공우주 및 방위 시장을 위한 고신뢰성 반도체
항공우주 및 방위 시장의 수요를 충족시키기 위해 반도체 회사는 군용 및 우주용 애플리케이션을 위한 고신뢰성 반도체 생산을 위해 노력하고 있습니다.
그 결과, 그들의 첨단 시스템과 소자는 방위 환경에서 엄격한 작동 요구 사항을 충족하는 데 중점을 두고 있습니다. 또한 반도체 제조업체는 혹독한 환경 조건에서도 작동하는 통신 플랫폼을 제공하는 솔루션을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.
세라믹 반도체 패키징은 방위 및 항공우주 애플리케이션용으로 제작된 고신뢰성 반도체에서 볼 수 있는 특징 중 하나입니다. 이 새로운 패키징은 항공우주 및 방위 시스템의 설계 프로세스를 단순화하는 데 도움이 됩니다.
반도체 제조업체의 또 다른 혁신은 방사선 저항성 반도체 칩입니다. 이 혁신은 우주에서 작동 신뢰성을 제공하는 데 유용한 새로운 칩을 제공함으로써 항공우주 및 방위 시장에 도움이 되었습니다.
항공우주 산업에서 반도체의 미래
반도체라는 주제는 항공우주 산업에서 중요한 화두가 되었습니다. 그럼에도 불구하고 반도체 제조업체는 항공우주 애플리케이션의 모든 요구 사항을 충족하는 가장 진보되고 가장 정교한 반도체 소자를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.
항공우주 산업이 번영하기 위해서는 반도체 공급망에 장애가 없어야 합니다. 따라서 지속적이고 안정적인 공급이 성공을 위해 필수적입니다.
FAQ
항공우주 산업과 항공 산업의 차이점은 무엇인가요?
항공 산업은 지구 대기권 내의 항공기 관련 제품에 관한 모든 것을 다룹니다. 따라서 이 산업에는 영공 내에서 비행하는 다양한 유형의 항공기(비행기, 헬리콥터, 글라이더)의 제조가 포함됩니다.
항공우주 산업은 지구 대기권 너머로 확장됩니다. 항공우주 산업은 항공기 및 우주선 제품의 제조를 포함합니다. 여기에는 여객기, 군용기, 유도 미사일, 헬리콥터, 글라이더, 우주선, 발사체, 인공위성 및 항공·우주 관련 기타 제품이 포함됩니다.
왜 방사선이 우주 공간에서 반도체 소자에 영향을 미치나요?
우주 공간에 존재하는 우주 방사선은 소자의 열화, 오작동 및 중단을 유발할 수 있습니다. 우주 공간의 우주 방사선 흐름은 85% 양성자와 15% 중원자핵으로 구성되어 있기 때문입니다.