SiC를 사용한 차세대 파워반도체의 증산이 이어지고 있다. 재료인 SiC의 가공 기술이 성능의 핵심이며, Rohm 등 일본기업이 일정 존재감을 드러내고 있는 분야다.

스마트폰과 컴퓨터의 출하 감소로 연산에 사용하는 로직과 기억용 메모리의 수요가 줄어드는 가운데에서도, 견고하게 수요를 유지한다. 차세대의 이름을 단 핵심 제품 중 하나로 전개될 가능성도 보이고 있다.

◆ 상위 10개사 중 일본기업 4개사 포함
파워반도체는 전기를 흘려 보내거나 차단하는 스위치의 역할을 한다. 같은 제품 안에서도 부품에 따라 전압이나 주파수, 전류가 다르기 때문에 교류 전기를 직류로 변환하거나 전압을 조정하는 등의 용도로 사용한다.

전력 변환 시에는 손실이 발생한다. 이것이 스마트폰의 충전기가 뜨거워지는 이유다. 파워반도체의 성능이 높아지면, 손실이 적어지고 충전 1회당 스마트폰 구동시간도 늘릴 수 있다.

기존에는 파워반도체의 재료로 실리콘이 사용되었다. EV 등의 개발 경쟁이 진행되고 있는 가운데 성능을 더 이끌어낼 수 있는 신규 재료가 요구되고 있다. 실용화가 가장 잘 이루어지고 있는 것이 SiC다. 탄소와 실리콘의 화합물로 경도가 높고 내구성이 뛰어나며 고전압과 고전류에 견딜 수 있다.

2022년은 로직과 메모리의 수요 감소로 반도체 관련 기업의 주가 하락 폭이 컸다. 그러나 영국 리서치기업 Omdia에 따르면, 2027년 SiC 파워반도체 시장 규모는 39억 달러로, 2021년의 약 4배로 확대될 전망이며, 반도체 관련 제품의 중장기적인 성장을 기대할 수 있는 중요한 테마가 되고 있다.

SiC는 인공적으로 만들어내야 하기 때문에 웨이퍼 등의 안정 생산이 어렵다. 이 때문에 파워반도체는 미세화가 성능을 좌우하는 연산용 로직 반도체와 다르게 가공기술이 경쟁력의 원천이 된다. 제조 장치 등의 대규모 투자가 필요하지 않고, 재료 연구로 실적을 쌓아왔던 일본기업이 강점을 발휘하기 쉬운 분야다.

프랑스의 리서치 기업 Yole에 따르면 2021년 SiC의 글로벌 점유율은 4위인 Rohm을 비롯해, 미쓰비시전기(三菱電機), 후지전기(富士電機), Toshiba의 4개사가 상위 10위 안에 들었다.

Rohm은 2022년 12월에 후쿠오카현(福岡縣) 남부의 주력 거점에서 일본 메이커 최초로 SiC 파워반도체 전용 신규공장 건물을 본격적으로 가동했다. EV의 모터 제어와 배터리의 충방전, 주변 기기에 대한 전력 공급 등의 용도로 사용하는 것을 가정하고 있다.

현재는 10% 정도인 세계 점유율을 2026년 3월기까지 30%로 확대함으로써 점유율 1위를 목표로 한다.

웨이퍼의 크기도 현재 150mm를, 2023년에는 200mm로 확대해서 생산 효율을 향상시킨다.

후지전기는 2023년까지 5년 동안 파워반도체 전체에서 1,900억엔의 설비 투자를 계획하고 있으며, SiC는 2022년에 나가노현(長野縣)의 마쓰모토(松本)공장에서 EV용 생산을 시작했다.

2024년에는 아오모리현(靑森縣)의 쓰가루(津輕) 공장에서도 양산을 시작하여 2거점 체제를 실현할 계획이다. 2024년부터는 글로벌 점유율도 서서히 늘려서 2025~2026년에는 약 20%를 목표로 하고 있다.

Toshiba는 자회사인 Toshiba Devices & Storage에서 주로 철도용으로 SiC 파워반도체를 생산한다.

Toshiba는 파워반도체를 디바이스 사업 성장의 핵심 부문으로 보고, SiC도 EV와 산업기기용 등 제품 라인업을 확충하고 있다.

이미 일본 및 해외 자동차 메이커와 EV용으로 협의를 추진하고 있으며, 철도 이외에도 판로를 확대할 계획이다. SiC 보다 더욱 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대되는 GaN 파워반도체도 연구개발을 추진한다.

미쓰비시전기는 기존 실리콘 파워반도체 판매에서 높은 존재감을 드러내고 있으며, SiC도 Toshiba나 후지전기 등과 공동으로 취급한 JR도카이(東海)의 도카이도 신칸센 차량의 모터 구동 시스템 등의 철도용 외에도 자동차, 산업용 등으로 폭넓게 적용되고 있다. 웨이퍼를 200mm로 구경을 확대하는 것도 검토하고 있으며 생산성을 향상시킨다.

◆ 전기자동차에 대한 잇따른 적용
SiC 파워반도체는 EV의 주행거리를 10% 정도 길게 만들 수 있다는 점에서, Tesla의 주력 EV 《Model 3》의 일부에서 가장 먼저 인버터에 적용되었다.

 Yole에 따르면 2021년 기준 SiC 파워반도체 용도의 63%가 자동차용이었으나, 2027년에는 79%까지 확대될 것이라고 한다. 일본 자동차 메이커들 사이에서도 신차에 대한 적용이 이어지고 있다.

Toyota는 올 겨울 이후 출시 예정인 고급차 브랜드 “Lexus”의 EV 《RZ》의 인버터에 적용한다. 《RZ》의 항속거리는 약 450km이며, Toyota의 담당자는 “SiC 적용으로 고객이 안심하고 운전할 수 있는 항속거리를 실현했다”고 설명했다.

Toyota는 2020년 말에 출시한 연료전지 자동차(FCEV) 《MIRAI》의 신형 모델에, Denso제 SiC를 전압 출력을 높이는 파워모듈에 적용했다. 기존 파워반도체와 비교했을 때, 부피는 약 30% 작고 전력손실은 약 70% 저감할 수 있으며, 부품의 소형화와 연비 향상을 모두 실현할 수 있다.

2022년 9월 하순에는 Honda도 2026년 이후 출시 예정인 중대형 EV의 인버터에 SiC를 적용할 예정이라고 밝혔다. EV의 구동장치 “e-Axle”에 적용한다. Hitachi의 자동차 부품 자회사 Hitachi Astemo가 수주했다.