화합물 전력반도체 韓 점유율 2%...삼성·SK도 뛰어든다

[이슈진단+] 새 먹거리 'SiC·GaN 전력반도체' 개발 경쟁 후끈

새로운 먹거리로 떠오른 화합물 전력반도체 시장에서 글로벌 경쟁이 가열되고 있는 가운데 우리 정부와 기업도 시장 선점을 위해 뛰어들었다. 글로벌 기업에 비해 후발주자에 속하는 국내 기업은 정부와 함께 생태계를 구축해 기술 개발에 총력을 기울인다는 목표다. 업계에서는 한국이 현대·기아차, 삼성전자, LG전자 등 글로벌 자동차 및 가전 기업을 보유하고 있다는 점에서 전력반도체 시장에서 승산이 있을 것으로 전망한다.

윤석열 대통령이 2023년 2월 1일 경북 구미 SK실트론을 방문해 최태원 SK그룹 회장과 전시된 실리콘 웨이퍼를 살펴보고 있다.(사진=뉴시스)

전력반도체는 전자제품에 필수적으로 들어가는 칩이다. 최근 전기차, 태양광 인버터 시장이 확대되면서 기존 실리콘(si) 소재로 만든 전력반도체보다 전력 효율이 높고 내구성이 뛰어난 실리콘카바이드(SiC)와 질화갈륨(GaN) 등 화합물 전력반도체에 대한 수요가 커지고 있다.

■ 민관, 화합물 전력반도체 R&D에 1384.6억원 투입

그동안 우리나라는 화합물 전력반도체 수요 대부분을 수입에 의존해 왔다. 국가별 화합물 전력반도체 시장 점유율은 유럽(54%), 미국(28%), 일본(13%) 순으로 차지하며 이들 국가의 합산 점유율은 95%에 달한다. 반면 한국은 1~2% 점유율로 미비하다. 이 분야의 강자는 스위스 ST마이크로일렉트로닉스, 독일 인피니언, 미국 온세미와 울프스피드, 일본 로옴 등이 대표적이다.

정부는 국내 화합물 전력반도체 기술 고도화를 위해 올해부터 2028년까지 4년간 총 1천384억원을 투입하기로 결정했다. 개발비는 민간 445억8천만원과 국비 938억8천만 원으로 구성된다.

6월 20일 서울 양재동 양재동 스포타임 멜론홀에서 '화합물 전력반도체 산업 고도화를 위한 킥오프 미팅'이 개최됐다. 전윤종 한국산업기술기획평가원장을 비롯한 한국반도체연구조합 및 전력반도체 업계, 관련 기업 대표가 참석해 국내 화합물 전력반도체 생태계를 구축을 위한 업무협력 양해각서(MOU)를 체결했다. (사진=산업부)

이와 관련해 지난 20일 화합물 전력반도체 관련 소재-소자-IC(집적회로)-모듈 등 기업은 국내 화합물 전력반도체 생태계 구축을 위한 업무협력 양해각서(MOU)를 체결하며 본격적으로 기술을 협력하기로 했다. 협력에는 웨이퍼를 생산하는 SK실트론(소재분야), 칩을 생산하는 DB하이텍(파운드리), 어보브반도체(팹리스) 등이 참여한다.

반도체 업계 관계자는 “화합물 젼력반도체 시장에서 한국은 후발주자이지만, 파운드리와 뛰어난 설계 기술을 보유하고 있기 때문에 정부의 지원이 더해지면 경쟁력을 갖출 것으로 기대된다”고 말했다.

글로벌 1위 SiC 반도체 업체인 ST마이크로일렉트로닉스 수장인 프란체스코 무저리 부사장은 “한국 기업이 글로벌 기업과 경쟁이 가능하다”고 진단했다. 그는 “한국은 전세계에 자동차를 수출하는 현대자동차와 삼성전자, LG전자 등 글로벌 가전업체를 보유하고 있는데, 여기에는 고성능 전력 반도체가 반드시 필요하다. 수요 업체와 공급업체가 파트너십을 맺는다면 성공하지 못할 이유는 없다”라며 “IP(설계자산) 특허 부분에서는 어려움이 따를 수 있지만, 한국은 혁신적인 국가이고, 우수한 인재가 많아서 장점이다”고 덧붙였다.

■ "수익성 3배 이상"…SK·삼성·DB하이텍부터 팹리스까지 총력

SK그룹은 전력반도체 개발에 많은 관심을 보이고 있다. SK실트론은 2020년 미국 듀폰의 SiC 웨이퍼 사업부를 4억5천만 달러로 인수해 현지에 SK실트론CSS라는 자회사를 설립했다. SK실트론CSS는 SiC에 수년간 6억 달러 투자를 계획하고 있으며, 1차 투자 격인 미국 베이시티 공장을 2022년에 완공해 6인치(150㎜) SiC 웨이퍼를 연간 12만장을 생산한다. SK실트론CSS는 2022년 11월 미국 RF 반도체 업체 코보와 올해 1월 독일 인피니언과 SiC 웨이퍼 장기 공급 계약을 체결하기도 했다. 

미국 미시간주 베이시티에 있는 SK실트론 CSS 시설(사진=SK실트론)

파운드리 업체 SK키파운드리는 GaN 전력 반도체 생산에 주력하고 있다. 2022년 정식 GaN 개발팀을 구성하고, 최근 650V GaN HEMT(고전자 이동도 트랜지스터) 소자 특성을 확보해 생산 준비를 마쳤다. SK키파운드리는 올 하반기부터 청주 팹에서 GaN 반도체를 생산하며, 향후 SiC까지 라인업을 넓혀 전력 반도체 전문 파운드리로 변화한다는 목표다.

SiC 전력반도체에 주력하는 SK파워텍은 SK가 2022년 예스파워테크닉스 지분 95.8%를 1천200억원에 인수한 업체다. SK는 2023년 사명을 SK파워텍으로 바꾸면서 기존 포항 공장을 부산으로 이전하며 사업을 확장했다.

삼성전자 파운드리도 전력반도체 생산 준비에 한창이다. 삼성전자는 컨슈머, 데이터센터, 오토모티브 향으로 2025년 8인치 GaN 전력반도체 파운드리 서비스를 시작한다고 밝혔다.

DB하이텍 직원이 경기 부천시 본사 생산 공장에서 제품을 살펴보고 있다.(사진=DB하이텍)

DB하이텍도 수익성이 높은 화합물 전력반도체 생산업체로 체질개선에 나선다.

DB하이텍은 2022년 말부터 8인치 GaN 공정을 개발에 들어가 올해 말에 생산에 들어갈 예정이다. 또 SiC 전력반도체 생산을 위해 충북 음성 상우공장에 핵심 장비를 도입하며 생산을 위한 준비 작업도 진행 중이다. 아울러 회사는 GaN 전문 팹리스 에이프로세미콘과 기술협력을 통해 파운드리 공정 특성을 향상시키고 있다.

파운드리 업체가 전력 반도체로 전환하는 이유는 수익성이 더 높기 때문이다. 업계 관계자는 "SiC 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼보다 5~10배 더 비싸서, 같은 용량을 생산하더라도 더 높은 이익을 낼 수 있다"고 말했다.

그 밖에 어보브반도체, 아이큐랩, 칩스케이, 파워큐브세미, 쎄닉 등도 화합물 전력반도체 공급 기업으로 주목받고 있다.

한편, 시장조사업체 올디벨롭먼트에 따르면 SiC 반도체는 2021년 10억 달러에서 2027년 62억 달러로 연평균 34% 성장할 전망이다. GaN 반도체는 2021년 1억2천만 달러에서 2027년 20억 달러로 연평균 59% 성장할 것으로 예상된다.