전동차의 전력 제어에 빼놓을 수 없는 파워반도체를 확보하기 위해 새로운 조달 전략이 나오고 있다. Denso와 스위스의 STMicroelectronics가 반도체 위탁 생산(파운드리)을 활용해서, 자사 전용 생산라인을 마련한다. 차량용 파워반도체의 수요가 급증하고 있는 가운데, 자동차 메이커와 Tier 1 부품 공급업체에게 있어서도 다양한 조달 소스를 억제하는 것이 급선무다.

◆ 6년 만에 시장 규모 1.5배

배터리에서 모터로 전력을 공급할 때 사용하는 인버터나 충전 시에 사용하는 DC-DC 컨버터 등 차량용 파워반도체의 생산능력 확대가 시급한 과제로 떠오르고 있다. 프랑스 리서치기업 Yole Developpement의 조사에 따르면 2027년 시장 규모는 2021년 대비 약 1.5배 늘어난 3조엔으로 팽창할 전망이며, Infineon Technologies, 미쓰비시전기(三菱電機), Rohm을 비롯한 반도체 메이커가 수천억 엔 규모의 투자로 공장 건설을 서두르고 있다.

그것만으로는 충분치 않다는 듯 Denso가 움직였다. Denso는 지난 5월, United Semiconductor Japan(USJC)의 미에(三重) 공장에 자사 전용 제조라인을 설치하고 양산 출하를 시작했다. USJC는 반도체 위탁 생산을 하는 대만의 UMC의 그룹사다. Denso는 여기서 하이브리드 자동차(HEV)용 자사 인버터에 탑재하는 파워반도체 “IGBT”를 생산한다.

◆ Denso가 설계, 라인 구축, 제조는 USJC (United Semiconductor Japan Co., Ltd.)

연산을 담당하는 미세화가 경쟁력을 좌우하는 로직 반도체와 달리, 일반적으로 차량용 파워반도체의 생산은 자사 설계, 자사 제조의 수직 통합형이 기본이다. 그와 달리 Denso는 이번에 디바이스 설계와 제조라인의 구축을 자사에서 실시하고 실질적인 제조를 USJC에 맡기는 수평 분업체제를 취했다. 클린룸 등의 건물은 USJC가 정비하고 반도체 제조장치 등의 설비는 Denso가 투자한다.

왜 Denso는 파운드리와 협업한 것일까. 실제로는 이번에 Denso가 제조에 사용하는 것은 현재 일반적인 200mm 기판이 아니라 얻을 수 있는 칩 수가 훨씬 많고 비용이 저렴한 300mm 기판이다. 파워반도체로는 일본에서 전례가 거의 없고, 양산에는 대규모 설비 투자가 필요하다.

◆ 대구경화의 노하우도 계승

여기서 USJC에 주목했다. USJC의 미에공장은 Fujitsu의 첨단 반도체 공장에 뿌리를 두고 있다. 로직 반도체 등에서 300mm 기판을 제조한 실적이 있으며, 막대한 초기 투자가 필요한 클린룸을 갖추고 있다. 해당 설비를 개조하면 설비 투자를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 대구경화 노하우를 계속해서 활용할 수 있다.

기존에도 Denso는 다른 파워반도체 메이커의 공장을 빌리는 형태로 자사 설계 디바이스를 제조해왔다. 그러나 사용할 수 있는 것은 최대 200mm 기판이며, 일시적으로 빌리는 것에 가까운 형태였다. 최근 급격한 파워반도체 수요 확대를 바탕으로 자유롭게 사용할 수 있는 고도의 300mm 기판 전용 라인이 필요했다.

Deson의 Semiconductor 사업부의 야마우치 쇼이치(山?庄一) 임원은 “파운드리가 장소를 빌려주고 (300mm화와 같은) 노하우를 설계 메이커에게 전달한다. (설계 사업자와 제조 사업자의 역할이 명확하게 구분되어 있는) 로직 반도체에 비하면 유연하지만, 이와 같은 수평 분업 체제가 향후 업계에서 확대될 것”이라고 설명했다.

◆ 리스크는 기술 유출

미에 공장에서는 2025년에 월간 생산량 1만 장의 속도로 생산할 예정이다. 야마우치 임원은 “자사의 수요를 겨우 감당하는 수준”이라고 설명하며, 우선은 자사 부품용으로 전념할 방침이다. 일반적으로 HEV의 인버터는 실리콘제, 전기자동차(EV)의 인버터에는 SiC제 파워반도체가 사용될 전망이므로 Denso는 이번 대응으로 우선 HEV용의 기반을 다진다.

파운드리 활용에는 리스크도 있다. 기술 유출이다. 파워반도체로 수직 통합이 주류였던 것은 설계 노하우를 사외로 유출되지 않도록 하기 위함도 있었다. 야마우치 임원은 “기술을 철저하게 관리하고 가능한 비밀성을 부여하여 제조하고 있다”고 설명했다.

◆ TOPPAN은 JS Foundry와 연계

파워반도체에서 파운드리를 활용하는 움직임은 그 밖에도 나타나고 있다. 지난 4월, TOPPAN Holdings는 독립계열 반도체 제조 위탁회사인 JS Foundry와 연계하여 파워반도체 사업에 참여할 것이라고 발표했다.

파워반도체 글로벌 메이커인 미국 On Semiconductor의 공장을 JS Foundry가 인수한 니가타(新潟) 공장의 생산능력의 일부를 TOPPAN이 활용한다.

2024년 이후 자동차 관련 메이커와 같은 파워반도체 사용자를 상대로 판매한다. TOPPAN이 디바이스를 설계하고 JS Foundry가 제조한다. TOPPAN의 일렉트로닉스 사업본부 사업전략본부의 아이다 요시히사(?田芳久) 본부장은 “메인을 노리지는 않는다. OBC처럼 규모가 작고 쉽게 유출되는 애플리케이션이 대상이 될 것”이라고 설명했다.

해외에서도 SiC 파워반도체의 글로벌 점유율 1위인 STMicroelectronics가 지난 6월, 중국의 파운드리와 연계할 것임을 발표했다. SiC의 기판 제조와 위탁 생산 메이커인 Sanan Optoelectronics와의 합병회사를 설립했다. 새롭게 설치하는 공장은 STMicroelectronics 전용이며, 2025년 가을부터 STMicroelectronics의 제품만을 제조한다.

코로나19 감염확산으로 인해 반도체 부족 문제가 발생하면서, 자동차 메이커의 생산이 지연된 바 있다. 파워반도체는 EV의 항속거리와 HEV의 연비를 좌우한다. 차량용 수요에 대응하기 위해 파운드리의 생산라인을 활용하는 움직임은 더욱 확대될 전망이다.