소개

방사선 경화(Rad Hard) 모터 드라이브 및 컨트롤러는 우주(위성, 발사체, 행성 탐사선), 원자력 발전소, 고에너지 물리/입자 가속기, 방위 시스템 등 고방사선 환경에서 안정적으로 작동하도록 설계된 전용 제품입니다. 이러한 컨트롤러는 총 이온화 선량(TID), 단일 사건 효과(SEE), 변위 손상을 견뎌야 하며, 극한 온도, 진공 등에서도 성능을 유지해야 합니다.

방사선 강화 모터 컨트롤러 및 모터 드라이브 시장 규모는 2023년 8,495만 달러에서 2031년 1억 1,138만 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 이 시장은 2023년부터 2031년까지 예측 기간 동안 3.4%의 CAGR로 성장할 것으로 예상됩니다.

주요 세그먼트

유형별

모터 컨트롤러

모터 드라이브

모터 드라이브로

AC 드라이브

DC 드라이브

비엘디씨

응용 프로그램별

우주 탐사

군사 및 방위

원자력 발전소

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시장 성장 동인 및 전략

우주 탐사 및 상업 우주의 성장

위성 군집, 달, 화성 탐사, "심우주" 탐사선, 상업용 발사체 제조업체, 민간 부문 우주 프로그램의 사용이 증가함에 따라 더욱 방사선에 강하고, 더 가볍고, 더 컴팩트한 모터 컨트롤러가 필요해졌습니다.

원자력 에너지 투자 및 현대화

노후 원자력 발전소의 개조, 소형 모듈형 원자로(SMR) 건설, 방사선량이 높은 지역의 유지보수 자동화로 인해 방사성 하드 드라이브에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

국방 및 국가 안보 요구 사항

핵이나 방사선 위협 환경에서 작동해야 하는 시스템에는 이처럼 강화된 구성 요소가 필요합니다.

소형화, SWaP 문제(크기, 무게, 전력)

특히 위성의 경우, 더 적은 칩이나 모듈에 더 많은 기능을 넣어서 질량을 줄이고 신뢰성을 향상시켜야 할 필요성이 매우 큽니다.

재료 및 반도체 기술의 발전

실리콘 온 인슐레이터(SOI) 채택, 내결함성 설계, 고급 패키징, GaN FET, 개선된 피드백 센서 등

미래 트렌드

고도로 통합된 단일 칩 솔루션

SWaP를 최소화하기 위해 설계자들은 모터 제어, 위치 감지, 피드백, 구동 장치 등 여러 기능을 단일 IC에 통합하고 있습니다. 예를 들어, 마이크로칩의 LX7720은 대부분의 모터 제어 및 위치 감지 기능을 단일 내방사선 혼합 신호 IC에 통합하여 위성 애플리케이션에 사용됩니다.

더 높은 방사선 내성 및 자격 수준

업계는 TID 성능 향상(수백 크라드, MGy), 향상된 SEE 내성, 밀폐형 및 견고한 패키징을 추진하고 있습니다. 또한, 덜 까다롭지만 여전히 미션 크리티컬한 애플리케이션(소형 위성 등)을 위해 플라스틱 패키지 내방사선 소자를 더 많이 개발하여 비용 절감을 실현하고 있습니다. 르네사스는 GaN FET 드라이버와 플라스틱 패키지 내방사선 PWM 컨트롤러를 공급했습니다.

GaN FET 및 효율적인 소자의 활용

효율성 향상, 빠른 스위칭, 폼팩터 축소를 위해 GaN 소자와 고성능 드라이버를 결합하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 르네사스의 GaN 드라이버가 그 중 하나입니다.

주요 참여자 및 최근 개발 사항

마이크로칩 테크놀로지 주식회사

LX7720 방사선 내성 모터 컨트롤러: 마이크로칩은 위성에 사용되는 고집적 혼합 신호 모터 컨트롤러 IC인 LX7720을 출시했습니다. 이 IC는 다중 MOSFET 드라이버(하프 브리지), 차동 전류 센서, 리졸버 변압기 드라이버, 리졸버 감지 입력, 리미트 스위치 등의 기능을 통합하고 있습니다. 100krad 총 이온화 선량(TID), 50krad ELDRS(전위차계수)에 적합하며, 단일 이벤트에 대한 내성을 갖추고 있습니다.

Rad Hard Power MOSFET 제품군(JANS/JANSF 시리즈): 마이크로칩은 2025년 4월 MIL PRF 19500/746 표준에 따른 방사선 경화형 전력 MOSFET 제품군을 확정했습니다. 흥미로운 제품 중 하나는 300krad(Si) TID 인증을 받은 JANSF2N8587U3(100V N 채널 MOSFET)입니다. 이 제품군은 낮은 TID에서 100~250V까지 다양한 TID 정격을 제공합니다. 이 MOSFET은 모터 드라이브/제어 전단, DC-DC 컨버터 등에 적용될 수 있습니다.

MACCON GmbH & Co. KG

방사선 강화 스테퍼 모터: 당사는 방사선 노출 환경(예: 원자력 발전소, 과학 분야)에 사용되는 스테퍼 모터를 제조합니다. 이 모터는 리졸버 피드백(개방형 또는 폐쇄형 루프 작동)이 있는 모델과 없는 모델로 제공됩니다. 비금속 부품과 피드백 센서는 감마선   또는 기타 유형의 방사선에 의한 성능 저하를 방지하도록 특별히 설계되었습니다.

거대 마젤란 망원경(GMT) 구동 기술: 2024년 초, MACCON은 GMT(방위각 및 고도각)용 주축 구동 장치 공급 계약을 체결했습니다. 이는 직접 구동 방식의 기어리스(gearless) 개발로, 완성되기까지 수년이 걸렸습니다. 모든 "방사선 내성 모터 제어 장치"가 반드시 필요한 것은 아니지만, 망원경 작동 환경(예: 고고도, 잠재적으로 우주선)과 정밀성 요구 사항은 매우 높은 기계적 및 전자적 신뢰성을 요구합니다.

르네사스 일렉트로닉스 주식회사

IS 2100AEH / IS 2100ARH 하프 브리지 MOSFET 드라이버: 고주파용 130V 하프 브리지 N채널 MOSFET 드라이버 IC입니다. 최대 300krad(Si)의 TID를 갖는 방사선 경화 처리가 되어 있으며, QML 인증(MIL PRF 38535)을 획득하고 래치업 내성 및 SEU 보호 기능을 갖추고 있습니다. DC 모터 구동단 및 우주 공간의 기타 유도 스위칭 부하에 적용 가능합니다.

ISL71441SLHMRZ GaN 하프 브리지 드라이버: 고주파 효율 DC/DC 스위칭을 위한 12V 하프 브리지 GaN FET 드라이버로, 모터 드라이브의 프런트 엔드에도 사용 가능합니다. GaN FET 구동을 지원하여 효율 향상 등을 실현합니다.

ISL72814SEH 16채널 전류 드라이버: 위성 명령 및 원격 측정 애플리케이션을 위한 디코더가 내장된 Rad 하드 드라이버입니다. RF 스위칭, 솔레노이드, 릴레이, 모터(예: 틸팅 태양 전지판) 등을 위한 출력 전류 펄스를 제공합니다. 단일 IC에 여러 기능을 통합하여 풋프린트/SWaP 감소에 기여합니다.

기회

"뉴 스페이스" / 스몰샛 붐

소형 위성을 배치하는 대부분의 기업은 신뢰할 수 있고 가격이 저렴한 내방사선 드라이브/컨트롤러를 필요로 합니다. 비용, 통합, 경량화, 전력 효율 측면에서 차별화할 여지가 있습니다.

과학 연구 시설

입자가속기, 핵융합로, 대규모 물리 실험(ITER 등)은 방사선 하에서의 정밀한 움직임을 요구합니다.

맞춤형/맞춤형 제품

대부분의 애플리케이션에는 특정 요구 사항(토크, 피드백, 수명, 방사선량 등)이 있으므로 맞춤형으로 제공하는 것이 좋습니다.

더 나은 반도체 공정 및 패키징

최신 기술, 개선된 제조 방식(SOI, GaN 등), 밀폐형 패키징, 자격 심사 프로세스를 활용하여 성능을 향상시키고 비용을 절감합니다.

도전 / 제약

개발 및 자격 심사 비용이 높고 출시까지 걸리는 시간이 길다.

값비싼 부품, 특히 높은 TID/SEE 사양, 밀폐형 패키징에 적합합니다.

공급망 제한, 뛰어난 기술력을 갖춘 반도체 제조 회사가 거의 없음.

특정 상업 시장에서는 분명히 필요한 경우가 아니면 프리미엄 가격을 지불하는 데 저항이 있습니다.

미래 방향

모터, 드라이버, 피드백 및 제어가 단일 모듈이나 IC로 통합되는 솔루션이 점차 늘어나고 있습니다.

더 높은 효율과 전력 밀도를 위해 광대역 밴드갭 반도체(GaN, SiC)를 사용하는 드라이버는 방사선 환경에 적합합니다.

방사선으로 인한 성능 저하를 추적하고 운영을 조정하기 위해 AI/적응형 제어 알고리즘이 내장되어 있습니다.

다양한 전력/토크 체제를 지원하는 모듈식 확장 가능 드라이브 아키텍처입니다.

결론

방사선 내성 모터 컨트롤러 및 모터 드라이브 시장은 향후 10년 동안 견실한 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 우주 탐사, 원자력 산업 투자, 국방 수요, 그리고 "새로운 우주" 수요 증가 등의 요인이 효율적이고 소형이며 신뢰할 수 있는 방사선 내성 모터 드라이브에 대한 수요를 견인하고 있습니다.

그러나 비용, 자격, 공급망, 그리고 빠르게 변화하는 기술 발전이라는 과제로 인해 기업은 R&D, 파트너십, 자격, 그리고 실제 사용 사례 요구 사항 충족에 집중해야 합니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

"방사선 강화"와 "방사선 내성"의 차이점은 무엇입니까?

방사선 경화는 일반적으로 매우 엄격한 설계, 재료, 포장, 그리고 고선량(높은 TID), 높은 SEE 내성, 그리고 때로는 밀폐 포장을 견딜 수 있는 자격을 의미합니다. 방사선 내성은 내성이 덜 요구될 수 있으며(낮은 TID, 덜 가혹한 방사선 환경), 비용이 저렴할 수 있으며, 플라스틱 포장 등을 사용할 수도 있습니다.

이러한 통제자들은 얼마나 많은 방사선을 견뎌낼 수 있어야 할까?

적용 분야에 따라 다릅니다. 우주 임무에는 50~300krad(Si) 이상의 에너지가 요구될 수 있으며, 특정 기계 부품의 경우 MGy 수준에 달하는 경우도 있습니다. 특정 모터(예: MACCON)는 30MGy 이상에 적합합니다.

Rad Hard Controller에 일반적으로 사용되는 모터 유형은 무엇입니까?

스테퍼 모터, 브러시리스 DC 모터, 브러시드 DC 모터, 하이브리드 모터. 경우에 따라 리졸버나 광학 인코더와 같은 피드백 루프를 사용하기도 합니다(하지만 광학 인코더는 방사선에 더 민감합니다). 폐쇄 루프 제어는 정확도를 높입니다.

밀폐 포장이 필요한 이유는 무엇입니까?

밀폐형 밀봉은 오염, 수분, 가스 방출을 방지하고 내부 상태를 안정적으로 유지합니다. 극한 온도와 진공 환경에서도 유용하며, 방사선 환경에서도 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

기업에서는 모터 컨트롤러/드라이브가 방사선에 대해 어떤 자격을 갖추고 있습니까?

총 이온화 선량(TID), 변위 손상, 단일 이벤트 업셋, 래치업 등에 대한 테스트를 거칩니다. 또한 군사 또는 항공우주 표준(예: MIL PRF, QML, 기타 기관별 표준)을 준수합니다. 테스트는 가속 실험실과 임무 검증을 통해 진행됩니다.