(7/28) 반도체 산업 리포트

1. IT-전환의 시대 : 화합물 반도체 (IBK투자증권)
-. 글로벌 1위 자동차 기업은 전기차가 없다.

→ 2020년 글로벌 자동차 판매량 1위는 도요타이며, 여기서 놀라운 점은 도요타가 아직 순수 전기차를 판매하고 있지 않다는 점임.

 

→ 도요타는1997년 하이브리드 차량을 세계 최초로 판매하며 친환경 차량을 가장 먼저 출시하였으며, 하이브리드 시장을 태동시킴.

 

→ 현대차 그룹은 2011년 부터 EV전기차를 출시 판매해 이미 전기차를 출시한지 10년이 지난 상태이며, 도요타는 21년 4월 중국 상하이 오토쇼에서 도요타bz(순수 전기차) 를 발표하며 22년부터 판매 예정임.

 

→ 도요타가 지금까지 전기차 모델을 출시하지 않은 이유는 필요하지 않았기 때문인데 (자동차 OEM 회사 중 가장 낮은 탄소배출량), CAFÉ = Corporate Average Fuel Efficiency 규정 강화에 따라 순수 전기차 판매 필요성이 대두됨.

 

→ CAFÉ 과징금은 미국, 유럽등 선진국 국가 위주로 규정 강화가 이루어지고 있으며, 하이브리드 시스템 만으론 강화된 탄소 배출량 요구조건을 충족 시킬 수 없어짐.

 

→ 도요타는 사실상 전차종에 하이브리드 시스템을 구현하고 있지만 환경 및 탄소배출 기준 강화로 순수 전기차 출시를 미룰 수 없는 상황이며, 일부 지역에선 친환경차 의무 판매제도가 현실화 되고 있음.

 

→ 전기차, 수소차는 확실한 친환경차인데 하이브리드는 그레이 영역에 있으며, 초기에 적용 되더라고 결국 제외 될 것이라는 것이 학계의 정설임.

 

→ 친환경차 의무 판매제는 현재 중국 그리고 미국 10개주 캐나다 퀘벡주에서 시행 중임.

 

→ 그러나 도요타 자동차는 덴소와 공동으로 SiC를 활용한 전력반도체를 개발했으며, 공동으로 개발한 전력반도체는 현재 하이브리드 차량에 사용되는 PCU(Power Control Unit)에 채용되고 있음.

 

→ 이를 활용해 기존 PCU대비 10%의 연비 개선과 1/5 소형화에 성공하였으며, 도요타는 1989년부터 히로세 공장에서 차량용 반도체를 직접 양산 중임. 

 

→ 2013년 12월에는 히로세공장 내에 SiC 전용의 반도체 개발을 위한 클린룸을 확장하였으며, 세계 완성차 회사 가운데 반도체 설계 역량과 생산공장을 보유한 회사는 도요타가 유일함.

 

→ 도요타는 현재 상당히 높은 수준의 전기차 기술을 보유중이며, 전고체 배터리 기술과 수소차 기술 또한 내재화가 완료됨.

 

→ 현재 이슈가 되고 있는 ESG, 친환경 기술이 현재는 높은 비용이 수반되어 부담스럽지만 시간이 경과됨에 따라 경쟁자와 차별력을 나타내는 기술 경쟁력이 될 것으로 전망함.

 

→ 선진국 기업들이 선제적으로 개발한 친환경 기술은 개발도상국 기업들의 빠른 추격을 효과적으로 늦출 수 있으며, 환경 보호라는 합리적 명분 또한 확보 가능해 친환경 차량 기술은 산업의 축을 변화시킬 주요 포인트가 될 것이라 판단함.

 

 

 

 

-. 전력 반도체 산업의 국내 동향.

 

→ POSCO는 21년 상용화를 목표로 SiC웨이퍼 제작에 필요한 소재 개발 중이며, 현대 자동차 또한 SiC전력반도체를 직접 설계해 파운드리를 맡길 계획을 보유중임.

 

→ 최근 공개한 아이오닉5에 탑재된 인버터 파워모듈은 인피니언이 개발한 제품을 사용했지만, 향후 독자 개발한 SiC 반도체가 들어간 전력 모듈 출시할 것으로 전망함.

 

→ 현대자동차 그룹은 현 현대오토에버 구 현대오트론을 통해 SiC전력 반도체 개발 연구를 2016년 부터 진행해 왔으며,  그룹의 이러한 프로젝트는 현대모비스 전력변환 설계팀과 현대차 남양연구소 전력 변환 설계팀도 참여해 진행된 것으로 확인됨.

 

→ 현대차는 도요타의 반도체 기술 직접 개발 전략을 빠르게 습득하고 있으며, 25년까지 12개 이상의 E-GMP 기반 전기차 모델을 선보일 계획임.

 

→ E-GMP는 세단이나 SUV등 주문에 맞춰 차량을 제작 할 수 있어 차급에 경계가 없는 장점이 있고 인버터, 차량용배터리, 전력 제어시스템이 일체화된 PE(Power Electric System)시스템을 탑재하고 있음.

 

→ 현대 모비스는 E-GMP 모듈을 현대차 뿐만 아니라 해외 브랜드향 판매도 염두하고 있어 화합물 전력반도체 기술 내재화는 필수임.

 

→  국내에서 유일하게 화합물 반도체 제작용 웨이퍼 생산이 가능한 기업은 SK실트론이며, SK실트론은 지난 7월 15일 미국 미시간주 공장과(듀폰으로부터 5,400억원에 인수) 관련된 인력 150명을 충원하겠다고 발표함.

 

→ 투자 금액은 3년간 3억달러(약 3,400억원)를 투입할 예정이며, 금번 투자가 완료되면 동사가 보유한 SiC 웨이퍼 생산능력은 현재보다 6배 증가할 것으로 전망됨.

 

→ 투자를 통해 SK 그룹은 전기차 관련 사업 두개를 (2차전지 + 화합물 전력 반도체용 웨이퍼) 미국 시장에서 직접 수행함.

 

→ 국내 대표 연구 기관 ETRI는 GaN 단결정 기판을 이용한 800V급 수직형 전력 반도체 핵심기술 개발하였으며, 이번에 개발한 800V 수직형 GaN 전력반도체는 아직 신뢰도 테스트와 필드 테스트가 필요하지만 의미가 큼.

 

→ 기존의 GaN 전력 반도체는 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 다이아몬드와 같은 이종 반도체 기판을 사용할 수밖에 없어 결합밀도가 높아 저전압 영역에서 주로 활용되었음.

 

→ 이번에 개발 성공한 수직형 기술의 경우 GaN 단결정 기판을 이용함으로써 결함밀도를 줄일 수 있어 기존 보다 높은 전압에서 사용 가능함.

 

→ SiC트렌치 구조는 전력반도체 생산량을 증가시킬 수 있지만 안정적 동작 및 내구성 확보를 위해 확보해야 할 난제가 많으며, 현재 일본과 독일만 양산에 성공한 기술로 진입장벽 높음.

 

→ SiC트렌치 모스펫은 수년내 SiC 시장내 주역이 될 것으로 전망되며, 이 기술을 KERI가 국산화에 성공하여 SiC 전력반도체 생태계의 사업성이 점차 무르익음. 

 

→ 또한 KERI는 트렌치 구조 SiC전력 반도체 모스펫 제조 원천기술과 상용화를 위한 측정, 분석 기술을 예스파워테크닉스에 이전함.

 

→ 화합물 반도체는 우주산업 및 방위산업에 널리 활용되고 있으며, 화합물 소재 기술은 선진국에서 엄격하게 관리하고 있음.

 

→ 전력반도체는 CPU, GPU 수준의 설계는 필요 없어 결국 경쟁력 있는 양산 기술력 확보가 중요하며, 현재 SiC 공정은 6인치가 주력으로 2025년 8인치 전환이 유력하고 2025년이 전력반도체 시장의 본격 성장기 진입이라 예상됨.

 

 

 

 

 

-. 중국의 무서운 질주.

 

→ 중국의 전기차 확산 정책으로 차세대 차량용 반도체 시장 패권 경쟁이 치열한 상황이며, 주요국은 보안 및 안정성을 바탕으로 추격을 따돌리고 있음.

 

→ SiC웨이퍼는 트럼프 행정부 시절부터 대중국 금수 품목일 정도로 주요국들은 중국의 부상을 경계하고 있으나, 최근 중국 스마트폰 부품 업체인 원타이커지는 영국 최대 반도체 업체인 뉴포트웨이퍼팹(NWF)를 인수하여 반도체 굴기 야심을 지속적으로 나타내고 있음.

 

→ 원타이커지는 NWF인수로 GaN기술을 확보함.

 

→ 화합물 반도체 웨이퍼 공급량이 가장 많은 CREE는 중국의 Gospwer에 화합물 전력반도체를 공급하고 있으며, Gospower는 클라우드 서버 전력공급 장치에 이를 활용해 높은 효율의 서버 전력 시스템을 출시하겠다고 발표함.

 

→ CREE가 공급하는 650V SiC MOSFET은 향후 AI, 클라우드, 5G 통신망, 신재생에너지 시스템 파워시스템에 적극 활용될 것으로 예상되며, 이를 위해 CREE는 중국 Gospower와 협력을 타진하고 있음.

 

→ 전기차 시대 도래와 증가하는 IDC센터 그리고 5G통신망에서 사용되는 전력을 효과적으로 통제하기 위해선 화합물 전력 반도체가 필수적임.