자동차 및 모빌리티의 전동화 및 자율주행 시스템의 채택, 엔터테인먼트 등 전장장비 탑재 증가에 따라 자동차내 전력 관리가 중요해지며, 자동차용 SiC 화합물 반도체 시장이 폭발적으로 증가할 것으로 전망된다.

지난 1월5일부터 8일까지 미국 라스베이거스에서 개최된 CES 2022(Consumer Electronic Show)에서는 자율주행과 전동화 등 글로벌 자동차의 미래가 집중 조명됐다.

이번 전시회에서 자동차 관련 부분은 지속 가능하고, 연결된 모빌리티 확산이라는 데에 초점이 맞춰져 있었다.

자율주행과 함께 모빌리티 간 연결성을 위해서는 자동차에 수많은 센서와 제어기기 탑재는 기본이기 때문에 효율적인 차량 내 전력관리가 필요하다.

또한 자율주행기술을 바탕으로 한 모빌리티의 확산은 전동화를 기반으로 하기 때문에 자동차 배터리의 용량 확대도 중요하지만 배터리의 전원을 효율적으로 사용하고, 전력 소비를 최소화하기 위한 전력 반도체 및 시스템 구성이 전동화의 핵심 요인으로 작용하고 있다.

이에 이번 CES 2022에서도 연비 향상 기술이 다뤄졌으며, Mercedes-Benz의 경우 VISION EQXX를 공개하며, 100㎞당 10kWh 미만의 뛰어난 에너지 소비로 1회 충전으로 1,000㎞를 초과할 수 있는 최고의 에너지 효율성을 보여주기도 했다.

VISION EQXX는 고전압시스템에서 전력소비를 줄이면 주행거리가 늘어나는 반도체 또는 시스템 구성을 통한 차량의 전력관리의 중요성을 직접 보여줬다.


 

■ 전동화·자율주행 확산, 전력관리 중요

특히 전동화 및 자율주행이 더욱 진행될수록 차량내 배터리 전력관리 및 각종 시스템간 전력 관리가 더욱 중요해 졌다.

자동차 1대에서 생산되는 수많은 데이터의 가공 전달을 위해서 자동차 내 컴퓨터 탑재도 필수가 되고 있으며, 카메라, 레이더, 라이다 등의 각종 센서 탑재는 물론이고, 초당 수천번 이뤄지는 통신환경과 각종 엔터테인먼트 장비들의 탑재까지 자동차 내 전력 관리의 중요성이 더욱 커진 것이다.

이에 자동차 내 배터리 및 기타 시스템의 전력관리를 위해 SiC 반도체의 채용이 증가하고 있다.

2022년부터는 SiC, GaN 소재의 화합물 반도체 시장 성장이 본격화 될 것으로 전망되고 있다.

화합물 반도체는 밴드갭이 기존 Si 반도체 대비 3배 이상 넓어 동일 면적에서 10배 이상의 고전압을 견딜 수 있다.

주도 전력 반도체에 사용되는데 화합물 반도체 기술을 이용하면 전력 반도체 크기가 작아지고 처리할 수 있는 전력값이 높아진다.

궁극적으로 자동차 및 장비들의 전력 효율을 증가시켜, 주행거리 향상뿐만 아니라 상당한 규모의 CO2 감축 효과도 가져올 수 있다.

화합물 반도체는 온보드 충전, 전기차, 인버터, 태양광 발전, 5G 기지국 등에서 사용된다.


 

■ 車 SiC 반도체 폭발적 시장 성장, 관련 업체 천문학적 투자

이런 가운데 최근 전기차 시장에서 SiC반도체를 중심으로 한 화합물 반도체의 사용이 급속도로 늘고 있다.

지난 2018년 테슬라가 자동차 업계에서 최초로 ‘모델3’에 ST마이크로일렉트로닉스의 SiC 전력반도체를 탑재하면서 본격적으로 시장이 열렸다.

최근에는 현대자동차가 SiC 전력반도체를 직접 설계해 파운드리에 주문하고 있는 것으로 알려지고 있다.

SK도 SiC 웨이퍼를 미래 성장동력으로 정하고 투자를 늘리는 중이다.

이처럼 전세계적으로 SiC 반도체에 대한 투자가 크게 늘어나고 있는데 업계에 따르면 현재 30% 수준의 전기차 SiC 반도체 채택률이 2025년 60% 이상으로 늘어날 것으로 예상되고 있다.


 

NH투자증권에 따르면 SiC 웨이퍼 시장은 향후 5년간 연평균 성장률이 30% 이상의 고성장을 지속할 것으로 전망되고 있다.

현재 SiC 웨이퍼 시장은 울프스피드(Wolfspeed), Rhom, II-VI 등이 과점하고 있는데, 울프스피드가 시장의 62% 수준을 차지하고 있으며, 울프스피드는 2024년 생산캐파를 2017년 대비 30배 이상으로 늘릴 계획으로 알려졌다. 울프스피드는 8인치 SiC 웨이퍼 개발에도 좋은 진전을 보이고 있는 것으로 보고되고 있다.

또한 SiC 칩셋을 제조하는 ST마이크로일렉트로닉스도 2019년 관련 매출이 2억달러였는데, 2025년 관련 매출 10억달러로 목표를 잡은 것으로 알려졌으며, SiC 웨이퍼 업체인 Norstel을 1억4,000만달러에 인수 한 바 있고, SiC 캐파를 10배 증설 및 현재 6인치 중심에서 8인치로 확대할 계획으로 알려졌다.

인피니언의 경우 현대차 E-GMP에도 SiC 전력반도체가 채택되고 있으며, 지난해부터 오스트리아 팔라흐 신규 팹에서 12인치 웨이퍼 기반 SiC 반도체 생산을 시작한 것으로 알려졌다. 팔라흐 신규 팹은 16억 유로가 투입됐다. 인피니언의 경우 자동차 반도체 매출액과 수익성이 모두 증가세를 보이고 있는데, 자동차용 반도체 영업이익률은 과거 5%대에서 16% 수준까지 개선된 것으로 전해지고 있다.

이런 추세에 힘입어 TrendForce의 지난해 12월 조사에 따르면 세계 자동차 시장의 6인치 SiC 웨이퍼 수요는 전기차 보급률 증가와 하이엔드화 추세에 힘입어 2025년 169만개에 이를 것으로 예상되며, 800V EV 충전 아키텍처 도입으로 인해 Si IGBT 모듈이 SiC 전력 장치로 완전히 대체될 것으로 전망됐다.