#2 전환의 시대, 화합물 반도체 ( 21년 7월 27일)

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*해당 글은 21년도 출간된 리포트이므로, 해당 시점의 전력 반도체 분석이라는 점을 감안해주세요. 리포트 발간 순으로 정리해 전력반도체 이해를 높여가려고 합니다.


전력반도체, 선택이 아닌 필수

2020년 글로벌 자동차 판매량 1위 업체는 도요타이다. 도요타는 1997년 하이브리드 차량을 세계 최초로 판매하며 친환경 차량을 가장 먼저 출시했지만, 아직 전기차 모델을 출시하지 않고 있다. 그 이유는 자동차 OEM 회사 중 가장 낮은 탄소 배출량을 기록하고 있었기 때문에 부담이 없었지만, Fuel Efficiency 규정 강화에 따라 순수 전기차 판매 필요성이 확대되자 도요타도 22년부터 순수 전기차를 출시하고자 한다.

글로벌 자동차 판매량 순위 (19~20년)

EU가 추진중인 평균 탄소배출량은 하이브리드 시스템만으로는 충족할 수 없고, 탄소 배출량의 기준 강화와 함께 일부 지역에서 친환경차 의무 판매제도가 현실화 되고 있다. 글로벌 동향으로 봤을 때, 전기차는 정해진 미래이며 전력 반도체의 필요성은 더욱 확대되고 있다.

도요타는 덴소와 공동으로 SiC를 활용한 전력반도체를 개발하며 이를 활용해 기존 PCU 대비 10%의 연비 개선과 1/5 소형화에 성공했다. 또한 도요타는 차량용 반도체를 직접 양산중에 있으며 세계 완성차 회사 중 반도체 설계 역량과 생산 공장을 보유한 회사는 도요타가 유일하다.

SiC전력 소자를 이용한 경량화

ESG, 친환경 기술은 현재로써 높은 비용이 수반되어 업체에선 부담스러울 수 있지만, 시간이 경과됨에 따라 경쟁자와 차별력을 나타내는 기술 경쟁력이 될 것으로 전망하고 있다. 또한 고성능 전기차 생산에 필요한 요소로는 특히 전력 반도체 기술, 신소재 활용 기술, 대량 생산 기술이 필요하다.


반도체 동향

전력 반도체 구분

전력 반도체 산업 생태계

전력반도체는 크게 개별소자와 파워 IC로 나뉜다. 기존 차량에 사용되던 실리콘 기반의 반도체에서 화합물 반도체( SiC, GaN)로의 전환이 이루어지고 있다. 소자 기업 및 FAB, 연구소에서 개발되는 전력반도체를 통해 모듈기업과 IC 기업은 해당 부품을 활용한 시스템 통합 및 검증 후 최종적으로 시스템 기업에 탑재되는 형태로 진행된다.

국내 전력반도체 동향

현대자동차 차량용 반도체 육성 방향

  • 현대자동차는 SIC전력반도체를 직접 설계해 파운드리를 맡길 계획을 보유중

  • 아이오닉5에 탑재된 인버터 파워모듈은 인피니언 제품 사용했지만, 향후 독자 개발 SIC반도체가 들어간 전력 모듈 출시 예정

  • 16년도부터 현대오토에버, 현대모비스와 SIC전력 반도체 개발 연구 진행

  • 현대차의 E-GMP 모듈은 PE 시스템(인버터, 차량용배터리, 전력 제어시스템)을 탑재하며 이는 화합물 전력반도체 기술 및 내재화 필수적

  • 국내에서는 유일하게 SK실트론이 화합물 반도체 제작용 웨이퍼 생산 가능

전력반도체 핵심 소재 및 응용기술

  • 정부 역시 파워반도체 상용화센터 활용을 통한 시제품 제작 적극 지원, 민간 파운드리 인프라 투자 지원을 통해 해당 산업 육성

  • 화합물 반도체는 우주 및 방위산업에 널리 활용되며 소재 기술은 선진국에서 엄격히 관리됨

  • 국가 간 경쟁력 있는 양산 기술력 확보가 중요함

국내 화합물 반도체 사업 영위 기업들

국외 전력반도체 동향

국외 SIC 업체 동향

  • 중국의 전기차 확산 정책으로 차세대 차량용 반도체 시장 패권 경쟁이 치열

  • 주요국은 보안, 안정성을 바탕으로 격차를 벌리려고 노력중

  • SiC웨이퍼는 트롬프 행정부 시절부터 대중국 금수 품목으로 지정(기술격차 존재), 중국의 부상 경계

  • 전기차 시대 도래와 증가하는 IDC센터, 5G 통신망에 사용되는 전력의 효과적 통제를 위해 화합물 전력 반도체는 필수적

  • 국가 단위의 소비 전력은 지속적 증가 추세

  • 전기차 시대에서의 충전 인프라에서 역시 SiC 전력 반도체 활용 필수적

    • 충전 인프라 확보는 고성능 반도체 기술로 어느정도 해결 가능

    • 전기차 충전 시간을 기존 화석연료 차량의 연료 충전 시간과 유사한 수준까지 올려야 함

    • 직류(DC) 고속 충전은 AC/DC 인버터 사용, 다이오드 MOSFET 드라이버는 고전력 충전 회로에 있어 중요 소자이며 화합물 전력반도체 전환을 통해 효율 및 성능 개선 가능

차량용 반도체의 고부가 가치 창출

  • 차량용 반도체는 다른 반도체에 비해 높은 개발 및 생산 비용 대비 낮은 수익성으로 신규 기업의 진출이 어려운 영역

  • 자동차 반도체 기술이 점차 안보 기술로 인식되어 내재화 되는 추세

  • 향후 패러다임 변화에 따른 차세대 고부가가치 차량용 반도체(SIC, GAN) 중심 투자가 필요

국외 SIC 반도체 개발 동향

국외 GaN 반도체 개발 동향

21년 7월 발간된 전력 및 화합물 반도체 산업분석에 대한 리포트를 정리했습니다. 다음 포스팅은 21년 10월 발간된 리포트로 찾아오겠습니다. 감사합니다!