IBK투자증권은 4월 13일 발표한 ‘전기차 보급 확대를 기다리는 화합물 반도체’와 7월 27일 발표한 ‘전환의 시대 화합물 반도체’등 두 번에 걸친 화합물 반도체에 대한 보고서를 통해 이 분야에서 앞서 나가고 있는 글로벌 리딩 기업을 소개하고 있다. 특히 세계 최대 자동차 메이커인 도요타가 화합물전력 반도체의 강자가 된 상황을 집중 분석했다.
SEMI(세계 반도체 장비 재료협회)는 2021년 전력 및 화합물 반도체 장비 투자 예상 금액을 전년대비 59% 성장한 69억달러로(7조원) 전망하고 있다. TSMC, 삼성전자와 같은 글로벌 반도체 기업들의 연간 투자 금액이 30조원 수준인 점을 고려했을 때 7조원은 큰 금액은 아닐수 있다. 하지만 화합물 반도체 투자 금액이 빠르게 성장 중이고 활용 어플리케이션 또한 확대되고 있어 화합물 반도체 시장의 폭발적 성장이 예상된다.
SEMI에 따르면 2019년 기준 전세계적으로 804개의 전력 및 화합물 반도체 생산시설이 존재하고 있다. 이 생산시설 CAPA는 200mm(8인치) 웨이퍼 기준 월 800만장 이며 2024년에는 약 38개의 신규 생산시설이 추가로 운영을 시작해 20%의 생산량이 증가한 월 960만장이 될 것으로 전망된다. 지역별로 구분해 보면 중국 전력 반도체 CAPA는 2024년까지 50% 증가, 화합물 반도체는 87% 성장할 것으로 전망되며 전세계적으로 가장 빠른 성장세 나타낼 것으로 예상된다.
하지만 향후 전기차, 5G 시대 주도권 확보를 위해선 전력 및 화합물 반도체 산업에서의 리딩 파워가 필요해 각국은 공격적 투자를 이어갈 것으로 보인다. 대만은 전력 반도체에 집중, 북미 지역은 화합물 반도체 생산량 증가에 중점을 두고 있는 것으로 판단된다.
글로벌 주요 기업들의 동향을 살펴보면 2014년 8월 인피니언은 전력반도체 시장에서 입지를 강화하기 위해 GaN 기술을 보유한 인터내셔널 렉티파이어를 30억달러(3조 2400억원)에 인수했다. 인수 금액은 인피니언 설립 이후 최대 규모다. 이와 함께 2018년 11월 인피니언은 콜드 스플릿 기술을 개발한 시텍트라 인수를 결정했다. 콜드 스플릿 기술은 SiC웨이퍼를 절단해 하나의 웨이퍼에서 칩 수를 두배로 생산 가능하게 해주는 기술이다. 인피니언은 GaN 과 SiC 화합물 반도체 시장 성장에 기대를 걸고 있으며 핵심 관련 기업과의 화합물 반도체 생태계 조성을 준비하고 있다.
투식스는 스웨덴 기업인 Ascatron을 인수하며 SiC Substrate와 SiC Epiwafer까지 공급하며 시장 지배력 높이고 있는 중이다.
일본 반도체 기업 로옴(ROHM)은 2018년 6월 전력 반도체 업체인 GaN시스템과 협업을 통해 본격적으로 GaN 전력 디바이스 사업을 시작했다. GaN시스템은 트랜지스터, 로옴은 전자부품 설계, 제조 기술을 제공하기로 협약했다. GaN 시장에서 가장 급속하게 성장하고 있는 아시아를 중심으로 사업을 전개하고 있다. 로옴은 중국 신에너지 자동차용 구동 분야 기업인 리드라이브테크놀로지와 2017년부터 협력관계를 맺고 SiC 파워 디바이스를 탑재할 차량용 애플리케이션 기술을 교류하고 있다. 이를 발판으로 양사는 2020년 6월 중국 상하이 자유무역시험구에 SiC 기술 공동 연구소를 개설했다.
IBK투자증권은 고성능의 전기차 생산을 위해서는 기존 내연기관 생산을 통해 확보한 대량 생산 기술에 전력반도체 기술, 신소재 활용 기술 등이 더해져서 완성된다고 진단했다. 따라서 전력 반도체 기술의 확보는 전기차 경쟁력의 핵심으로 주요 자동차 메이커들이 기술 개발에 적극 나서고 있다. IBK투자증권은 그 대표적인 사례로 도요타를 소개하고 있다.
도요타는 1997년 하이브리드 차량을 세계 최초로 판매하며 친환경 차량을 가장 먼저 출시했다. 도요타는 하이브리드 시장을 태동시켰으며 높은 기술 경쟁력을 활용해 높은 시장 점유율 보유하고 있다. 세계 1위 자동차 판매량을 나타내는 글로벌 자동차 회사는 현재까지 전기차 모델을 출시 하지 않았다. 현대차 그룹은 2011년 부터 EV전기차를 출시 판매해 이미 전기차를 출시한지 10년이 지났음에도 말이다.
도요타가 지금까지 전기차 모델을 출시하지 않은 이유는 필요하지 않았기 때문이다. 도요타는 자동차 OEM 회사 중 가장 낮은 탄소 배출량을 보이는 회사로서 전세계적인 탄소 배출 규제에 전기차 없이도 대응해왔다. 하지만 CAFÉ(Corporate Average Fuel Efficiency) 규정 강화에 따라 순수 전기차 판매 필요성이 대두됐다. 미국, 유럽등 선진국 국가 위주로 규정 강화가 이루어지면서 하이브리드 시스템 만으론 강화된 탄소 배출량 요구조건을 충족 시킬 수 없게 됐다. 도요타는 2021년 4월 중국 상하이 오토쇼에서 도요타bz(순수 전기차)를 발표하며 22년부터 판매할 예정이다.
도요타는 현재 상당히 높은 수준의 전기차 기술을 보유중이며 전고체 배터리 기술과 수소차 기술 또한 내재화를 완료했다. 여기에 더해 전력반도체 기술도 확보하고 있다. 도요타자동차는 덴소와 공동으로 SiC를 활용한 전력반도체 개발• 공동으로 개발한 전력반도체는 하이브리드 차량에 사용되는 PCU(Power Control Unit)에 채용되고 있가. 이를 활용해 기존 PCU 대비 10%의 연비 개선과 1/5 소형화에 성공했다.
또한 도요타는 1989년부터 히로세 공장에서 차량용 반도체를 직접 양산 중이다. 전력반도체부터 ECU에 이르는 자동차용 반도체 라인업을 확장했으며 생산된 차량용 반도체는 하이브리드 차량에 사용하고 있다. 2013년 12월에는 히로세공장 내에 SiC 전용의 반도체 개발을 위한 클린룸을 확장했다. 세계 완성차 회사 가운데 반도체 설계 역량과 생산공장을 보유한 회사는 도요타가 유일하다.