전력반도체시장동향및전망 LG 경제연구원 문희성책임연구원 Ⅰ. 개요 49 1. 전력반도체개요 - 전체반도체에서의 Position 49 Ⅱ. 전력반도체시장동향 52 1. 국내동향 52 2. 해외동향 52 Ⅲ. 향후전망 54 1. 시장전망 54 2. 차세대전력반도체동향 54 3. 제품표준화동향 55 4. 결론 55 < 참고문헌 > 56 전력반도체시장동향및전망 _47

Green Technology Trend Report 전력반도체시장동향및전망 LG 경제연구원 문희성책임연구원 Ⅰ. 개요 1. 전력반도체개요 - 전체반도체에서의 Position 가. 전력반도체의개념전력반도체 (Power Semiconductor) 란전기에너지 (Electric Energy) 를활용하기위해직류 교류변환, 전압, 주파수변화등의제어처리를수행하는반도체이다. 전력반도체는전력을생산 ( 발전 ) 하는단계부터사용하는단계 ( 서비스 ) 까지여러단계에서다양한기능을수행한다. 특히, 사용단계에서는가전, 스마트폰, 자동차등전기로작동하는제품의작동여부및성능을결정짓는핵심부품으로사용된다. 1) 자료 : 전자신문 (2012. 2. 29) < 그림 1> 전력반도체의사용분야와종류 전력반도체시장동향및전망 _49

전력반도체모듈에속한칩들은다양한설계구조를가진트랜지스터등의부품들로이루어져있다. 2-3) 대표적인전력반도체인 PMIC(Power Module IC) 는각종디바이스에서핵심기능을수행하는주요부품들에필요한전력을공급및제어하는역할을한다. 또한, PMIC는 2012년기준으로 10조원이상의시장규모를가지고있다. 텍사스인스트루먼트, 맥심등주요기업들이 10% 내외의시장점유율을유지하고있으나, 수요기업이었던삼성전자, LG전자등세트기업들의내재화, 제품기술의성숙등으로시장경쟁은더욱치열해지고있다. 4) 자료 : 유진투자증권, 아날로그반도체산업과한국, 2012 < 그림 2> 반도체산업의분류 나. 전력반도체산업의특성 1) 산업특성전력반도체산업의첫번째특성은제품신뢰성으로인해시장진입장벽이높다는점이다. 전력반도체는전기전자디바이스의필수적인핵심부품으로높은수준의내구성과신뢰성이요구된다. 50_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

전력반도체가손상될경우전기공급자체가중단되어기기가작동하지않는다. 예를들면전기자동차가운행하다전력모듈이고장나면도로중간에멈춰버리는위험천만한일이발생할수있다. 이때문에전력반도체를사용하는기업들은신규제품또는공급사에대해리스크회피경향을가지고있다. 두번째는전력반도체의가치사슬 (Value Chain) 인웨이퍼부터시스템까지전반적인이해가뒷받침되어야한다. 대부분의전력반도체기업들의사업영역은가치사슬전체에해당된다. 그만큼특정영역보다는전체적인기술을이해하고여기서축적된기술력을바탕으로설계부터생산까지관할하며수요기업들의니즈에대응하고있다. 세번째는메모리반도체산업에비해서는다품종소량생산이지만장치산업으로서규모의경제 (Scale Merit) 에영향을받는다. 설계에서제품제조까지필요한설비투자가필요하나마이크로스케일 (Micro-scale) 이므로메모리반도체에적용되는나노공정 (Nano-scale) 에비해서적은비용의설비투자가이루어진다. 2) 시장규모전체반도체시장규모는 2012년기준으로약 3,000억달러이다. 이중전력반도체시장은기준에따른차이로조사기관마다차이를보이고있으나, 평균적으로는전체반도체시장에서의비중이약 5% 정도인 160억달러로추산된다. 5) 제품별비중은 MOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor)(38%), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈 (25%), 다이오드 (19%), IGBT칩 (6%) 등으로구성되어있다. 저내압 (200V 이하 ) MOSFET은 IT기기중심의수요와연계되며제조업체들이증가하면서가격경쟁이치열해지고있다. 고내압영역은내연기관자동차전장화, 전기자동차의부상, 스마트그리드등을중심으로채용이확대될전망이다. 자료 : Yano Research, Global Power Semiconductor Market(2011) < 그림 3> 전력반도체시장추이및전망 전력반도체시장동향및전망 _51

Ⅱ. 전력반도체시장동향 1. 국내동향국내의기술및제품경쟁력은글로벌기술및제품대비격차가크다. 현재국내기술수준은선진국대비 50~70% 수준이며, 기술격차는 5년정도로평가되고있다. 국내에서전력반도체사업을하고있는기업들은페어차일드, 세미크론등해외자본이투자된기업들이며, 국내기업으로는 LS산전이대표적인기업이다. LS산전은 2005년부터국책과제를시작하여전력반도체를개발하고있다. IGBT 모듈중심으로산업용시장에 2010년부터진입하였다. 이와는별도로가전용전력반도체시장은시장조기진입을위해 2009년에세계 1위기업인인피니언과공동합작사 LS파워세미텍을설립하였다. 인피니온의기술공정노하우를기반으로국내가전용전력반도체모듈시장을공략하고있다. 그러나생산중심거점전략으로인해매출 100억원수준에머물러있는상황이다. 6) 2. 해외동향 가. 전력반도체경쟁구도전력반도체시장에서경쟁하고있는기업들은인피니온 (Infineon), 미쓰비시전기, 도시바, ST마이크로 (ST Microelectronics) 등유수의비메모리반도체기업들이다. 전력반도체시장의경우선두권기업들의시장점유율은 5~10% 이다. 전력반도체시장을 60% 이상점유하고있는랭킹 20위권내기업들은과거수십년간비슷한점유율을유지하고있으며, 신규로진입하는기업이없는상당히고착화된시장구조를형성하고있다. 7) 전력반도체유형은디스크리트 (Discretes) 와파워모듈 (Power Modules) 로나눈다. 특징적인것은시장점유율순위가유형별로도차이가있다. 디스크리트는도시바, 비쉐이 (Vishay) 등의기업이높은점유율을유지하고있는반면, 파워모듈은미쓰비시, 세미크론 (Semikron) 등이높은점유율을유지하고있다. 인피니온은디스크리트와파워모듈에서경쟁우위를점하고있어서업계의절대강자이다. 나. 주요기업동향인피니온은전력반도체업계의 1위로선도적인제품포트폴리오를구축하고있다. MOSFET 은자동차용중심으로, IGBT는산업용과신재생에너지중심으로사업을적극적으로추진하고있다. 생산거점중독일드레스덴공장의경우 12인치라인이 2013년부터가동되어고전압용 MOSFET 이양산될전망이며, 이를기반으로보다적극적인제품라인업을구축할것으로보인다. 도시바는가전용 MOSFET 시장의가격압박과 IT 제품수요의침체, 환율등의영향으로사업에난항을겪고있다. 매출의 60% 이상이 MOSFET 이므로수요부진에따른영향을크게받고있다. 전략상전 ( 前 ) 공정에집중하고후 ( 後 ) 공정인말레이시아공장은매각할계획을가지고있다. 52_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

ST마이크로는매출액의 60% 가가전 /IT기기용에편중되어있어서아시아시장에적극적으로진출하고있다. 또한 GM의하이브리드카볼트 (Volt) 에 DC/DC 컨버터용으로 MOSFET을공급하면서신규자동차시장에서의기술력을인정받고있다. 미쓰비시전기는다른일본기업보다균형있는제품포트폴리오를가지고있어서시장수요의영향을적게받고있다. 따라서 IT 시장의침체에도자동차용제품의매출비중을늘리며사업을추진하고있다. 중국현지진출에적극적이어서 2015년까지허페이공장을 2011년대비두배로생산능력을증가시킬계획이다. 자료 : IMS Research (2011) < 그림 4> 전력반도체기업들의시장점유율 자료 : IMS Research (2011) < 그림 5> 제품형태별기업들의시장점유율 전력반도체시장동향및전망 _53

Ⅲ. 향후전망 1. 시장전망전력반도체시장은 2020년에약 340억달러규모가될것으로예상되며, 연평균성장률 (CAGR) 은 9% 로예상된다. 이러한성장을견인하는것은고출력, 고전압중심의신규수요이다. IT 시장에서의모바일화확대, 백색가전의고효율화, 신재생에너지의부상, 하이브리드자동차, 전기자동차의성장에기인할것으로예상된다. 기존제품의고성능화, 새로운제품들의출현에맞춰기술개발이진행될전망이다. 기존실리콘기반의기술적한계돌파를위해비실리콘계열의소재를적용한전력반도체가주목받을전망이다. 2. 차세대전력반도체동향 가. 탄화규소 (SiC) 와질화갈륨 (GaN) 소재를이용한차세대전력반도체동향실리콘은 1960 년대부터전력반도체의소재였다. 그뒤로전력반도체의구조는계속바뀌어왔으나소재는변함없었다. 그러나내압, 전류, 작동온도등에서더가혹한환경을요구하게되면서소재또한변화가필요하다. 대표적으로차세대전력반도체에사용되는물질은탄화규소 (SiC) 와질화갈륨 (GaN) 이며, 실리콘보다우수한물질특성을가지고있다. 실리콘이 1세대전력반도체였다면이들은그뒤를이을차세대전력반도체소재라고할수있다. 8) 자료 : Yole Development(2012) < 그림 6> 전력반도체의소재별성능비교 54_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

기존실리콘기반전력반도체업체들도차세대전력반도체소재에관심을가지고있다. 미국의크리 (CREE) 는차세대소재인탄화규소를이용한전력반도체를집중적으로생산하고있다. 또한크리는신일본제철과상호라이센스협약을맺어차세대전력반도체시장을개척하고있다. 일본의롬 (Rohm) 은 2009년에실리콘크리스탈을인수하여고속 MOSFET 사업을주도하고있다. 질화갈륨을이용한전력반도체시장은탄화규소를이용한전력반도체시장보다아직초기단계라고할수있다. 질화갈륨을이용한전력반도체생산기업은미국벤처기업인 EPC 등이있다. 3. 제품표준화동향디스크리트반도체표준을위해국제전기기술위원회 (IEC) 산하분과위원회 (IEC SC47E) 에서는국제규격을주도하고있다. 회원국은적극적으로참가하는 11개국 ( 미국, 독일, 일본, 한국등 ) 과옵저버 6개국 ( 벨기에, 핀란드등 ) 으로구성되어있다. 반도체소자분과위원회의산하에는 4개의워킹그룹 (WG) 이있고, 이중 WG-3는주요다이오드등의전력반도체를규정하고있으며, IGBT, MOSFET 등에대한규격은없는상황이다. 이러한가운데일본이가장주도적으로표준화에나서고있다. 우리나라는 1993년부터분과위원회간사국으로선임되었고반도체센서분야의의장직을맡고있다. 전력반도체관련표준화제안활동을하고있으나아직실효적측면에서는제한적인상황이다. 9) 후발국입장에서좀더관심을가지고표준화과정에참여하는것이필요하다. 4. 결론전력반도체는실리콘기반의가전및산업용시장이대부분이고전기자동차등고전압영역은신규수요시장과연동되므로태동기라고할수있다. 신규영역에서는실리콘이아닌, 탄화규소나질화갈륨으로기술혁신을이루려는기업들이많아지고있다. 그러나통상적인반도체산업의주류는실리콘기반이듯이전력반도체역시실리콘기반으로시장이형성되어있다. 얼마만큼차세대전력반도체가시장침투율을높일것인가가관건이다. 이러한상황에서독일, 일본, 미국등의선진기업들은실리콘기반제품을주도하면서차세대제품을개발하기위해적극적으로 R&D 투자에나서고있다. 우리나라도국책과제등을통해정책적으로전력반도체사업을지원하고있다. 전력반도체산업을육성하기위해서는관련기업육성및인력양성등이필요하며, 장기적인계획을세워산학연관협력체계를구축할필요가있다. PMIC 등성숙된저전압제품시장보다는새롭게주목받고있는고출력, 고전압특성을갖는중대형전력반도체중심의신규시장이지속적으로성장할전망이다. 전력반도체시장동향및전망 _55

< 참고문헌 > 1. 전자신문, 친환경시대핵심반도체, 기술격차해소가관건, 2012. 2 29 2. 이정, 아날로그반도체산업과한국 < 한국아날로그반도체의경쟁력과 Fabless업체전망, 유진투자증권, 2012. 6. 4. 3. 전자신문, 삼성전자, 모바일핵심전력반도체직접제조, 2013. 9 30 4. 성만영, 전력 IT를위한고효율파워반도체소자기술동향, IDEC Newsletter, 2012. 10. 5. Yano Research Institute, Global Power Semiconductor Market: Key Research Findings 2011, 2012. 1. 19 6. 전자신문, 국산산업용전력반도체 전력공백, 2012. 5. 14 7. IMS Research, The World Market for Power Semiconductor Discretes & Modules & Extra Power MOSFET Chapter - 2011 Edition, 2011. 8. 8. Yole Development, Power GaN, 2012 9. 구용서, High Voltage용전력에너지반도체산업현황및전망 발표자료, 전자부품 (EP&C), 2013. 8. 13. 56_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)