일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.7.14

차세대 파워반도체, 브레이크 전야
SiC에 적극 투자하는 덴소와 후지전기
미쓰비시와 도시바는 뒤처질 가능성

일본의 파워반도체 업체들은 2021년 탄화규소(SiC) 점유율 상위 10개 중 4개를 차지하는 등 세계에서 강한 존재감을 드러내고 있다. 연구개발도 정력적이며, 2001년 이후의 SiC 관련 누계 특허수는 세계 톱을 자랑한다.

그러나 일본 업체의 투자 상황을 살펴보면, 유럽과 미국의 기업처럼 모든 회사가 점유율 획득에 앞서는 것은 아니다. SiC에 대한 투자에 그다지 적극적이지 않은 기업이 있기 때문에 2025년 시점의 점유율은 크게 달라질 것으로 보인다.

현재 국내의 주요 SiC 파워 디바이스 업체는, 본 연재에서 이미 다룬 롬(ROMH)과 덴소, 미쓰비시전기, 후지전기, 도시바 디바이스&스토리지이다.

롬을 제외한 국내의 주요 SiC 디바이스 업체를 비교한다. SiC의 연구개발에 적극적이며, 설비 투자의 목적이 Si IGBT의 강화라는 스탠스를 취하는 회사가 많다. 덴소나 도시바 디바이스&스토리지처럼 웨이퍼(에피 웨이퍼)의 제작에 나서는 회사도 있다.

이 중 SiC에 대해 적극적인 곳이 롬, 덴소, 후지전기 등 3사다. 롬은 이미 보도한 대로 25년의 세계시장 점유율 30%를 목표로, 대형 투자를 실행 중이다. 덴소는 현재 파워 디바이스의 제조만을 전개하고 있지만 장기적으로 SiC 웨이퍼를 자사에서도 제조할 계획이며, 현재는 그 연구개발을 진행하고 있다.

후지전기에서도 2025~26년의 SiC 세계 점유율 20%를 차지하기 위해 설비 투자나 자동차 업체와의 교섭에 분주하다. 반면, 미쓰비시전기와 도시바 디바이스&스토리지 등은 다소 소극적인 자세라고 할 수 있다.

이들은 신세대 SiC MOSFET 등의 연구개발에는 착수하지만, 2025년까지의 설비 투자의 대부분을 실리콘(Si)으로 집중한다. 이러한 온도차는 각 사의 사업내용의 차이에서 기인하고 있다. 덴소와 후지전기는 SiC의 향후 고객으로 국내외 자동차 업체를 상정하고 있다.

따라서 마찬가지로 차량탑재용 SiC 파워 디바이스를 전개하는 이탈리아 프랑스 합작회사 ST Microelectronics나 독일 Infineon Technologies 등 경쟁자가 많다. 지금부터 생산 규모를 늘려 경쟁력을 높여 둘 필요가 있다고 생각하고 있다.

그러나 미쓰비시전기나 도시바 디바이스&스토리지는 자사의 철도사업이나 에너지 사업에 일정한 SiC 수요가 있다. 덴소와 후지전기와 비교하면 낙관적인 입장에 있는 것이 크다.

또한 미쓰비시전기는 파워반도체 전체에서 국내 톱, 도시바 디바이스&스토리지는 Si 파워 MOSFET에서 국내 톱 등 Si에서 타사와의 격차를 벌리고 있다.

확실히 2025년 무렵에 SiC가 급속히 보급되지만, 그 시점에서도 Si는 SiC의 6~7배의 시장 규모다. 설비투자 계획에서도 엿볼 수 있듯이 당분간은 Si만으로도 충분한 수익을 낼 수 있다고 생각하는 것 같다.

다만 “지금부터는 SiC의 외부 판매를 적극적으로 전개해 나가지 않으면 안 된다”(미쓰비시전기 반도체/디바이스 사업전략부의 야시로(八代) 과장), “앞으로 SiC가 성장하는 것은 전동차다”(도시바 디바이스&스토리지 다카시타(高下) 씨)라며 위기감을 보이고 있다. 해외 기업이나 롬, 후지전기의 활발한 투자를 보면 2026년 이후에 본격적으로 착수해서는 늦어질 가능성도 있다.

또한 SiC 파워반도체를 전혀 손대지 않는 반도체 업체도 있다. 르네사스 일렉트로닉스다. 22년 5월, 고후공장(야마나시현)에 약 900억엔의 파워반도체용 설비투자 실시 계획을 밝혔는데 이는 모두 Si용이라고 한다.

“SiC나 질화갈륨(GaN)은 자체 개발하지 않고 있다. 중요 기술이라고 인식하고 있으며, 고객의 요구를 파악하면서 전략적인 검토를 계속한다”(르네사스 일렉트로닉스).

-- 덴소는 웨이퍼의 제조 비용 30% 감소로 --
여기부터는 SiC 파워 디바이스를 전개하는 국내 각 사의 동향을 개별적으로 살펴보자.

덴소는 그동안 차량탑재용으로 Si 파워 MOSFET과 Si IGBT를 제작해 온 실적이 있다. 21년의 차량탑재 반도체(ASIC 등 파워반도체 이외 포함) 생산량은 매출 환산으로 약 4,200억엔에 달하며, 차량탑재 반도체로는 이탈리아 프랑스 합작회사 ST Microelectronics에 이어 세계 5위다.

자사 내에서 이용하고 있어 눈에 띄지 않지만, 실은 세계 굴지의 반도체 업체이기도 하다. 유럽 등을 중심으로 전기자동차(EV)의 보급이 시작된 현재, 덴소에서는 SiC를 다음 타깃으로 생각하고 있다. 20년 12월 발매한 도요타자동차의 연료전지차(FCV) ‘MIRAI’에서는 승압 컨버터에 덴소의 풀 SiC 모듈(MOSFET와 SBD)이 채용되었다.

SiC 웨이퍼의 내제화도 목표로 하고 있다. 목적은 품질과 스루풋의 향상이다. 목적에 따라 2개의 결정 성장 방법을 개발하고 있다. 품질 면에서는 ‘RAF(Repeated A-Face)법’이라 불리는, “기존의 방법과 비교해 전이 결함을 2~3자리 저감시키는 방법을 개발했다”(덴소).

종래와 다른 SiC 결정 면을 성장시킴으로써 왜곡을 억제한다. 스루풋 면은 성장 속도가 기존과 비교해 최대 10배 빠른 '가스법'으로 개선한다. 종래의 승화법은 SiC 분말 원료를 가열/승화하여 시드 결정 상에 재석출시키는 방식으로, 성장 속도는 0.3~0.5mm/시이다.

한편 가스법은 고순도의 가스 원료(실란(SiH4), 프로판(C3H8))를 고온의 도가니 안에 넣어 직접 SiC 결정을 합성한다. 승화법을 크게 웃도는 3mm/h를 실현할 수 있다. 비용 저감도 전망할 수 있다며, 승화법으로 30%의 비용 감소를 목표로 하고 있다.

품질, 비용, 양산성을 연마해 향후 수요 증가에 대비한다. 다만 현재 채용하고 있는 쇼와전공의 6 인치 SiC 에피 웨이퍼도 계속 사용할 것이라고 한다. “25년에는 자체 제작 반도체의 합계로 5,000억엔 상당의 매출을 목표하고 있다”(덴소).

-- 후지전기는 2개 거점 체제로 --
후지전기는 25~26년에 SiC 세계 점유율 20%의 달성을 목표로 하고 있다. 22년 5월 개최한 설명회에서 특정 자동차 업체로부터 전기자동차(EV)의 인버터용으로 SiC 파워반도체를 수주했다고 발표했다. 또한 24년 이후에 적어도 전동차 3개 차종의 인버터에서 채용될 것으로 알려졌다.

설비 투자액은 파워반도체 사업 전체에서 2019~2023년도에 1,900억엔. SiC에 대해서는, 현재의 마쓰모토공장(나가노현)과 함께 24년에 쓰가루공장(후지전기 쓰가루세미컨덕터(아오모리현))에서도 양산을 시작, 2개 거점 체제로 변경한다. 8인치화는 24년도 이후의 중기 경영계획에서 실현될 가능성이 있다고 한다.

-- 미쓰비시전기와 도시바는 외부 판매를 향후 강화 --
미쓰비시전기와 도시바 디바이스&스토리지는 SiC의 연구개발은 활발하지만 앞서 말한 것처럼 설비투자는 더디다. 미쓰비시전기는 25년도까지 파워반도체 사업 전체에서 1,300억엔의 설비투자 계획을 발표했는데, 이는 주로 Si의 8인치 라인 강화나 12인치 라인 실용화가 목적이라고 한다. SiC의 8인치화는 25년 이후가 될 전망이다. 도시바 디바이스&스토리지도 같은 스탠스다.

현재 도시바 디바이스&스토리지는 철도나 해상 풍력 등의 어플리케이션 전용으로, 도시바 인프라 시스템즈와 협력해 SiC 파워반도체를 제공하고 있다. 전동차 등에 대한 외부 판매는 Si IGBT가 주류다.

미쓰비시전기도 마찬가지여서 자사의 시스템 부문에 공급이 많다. 도카이도 신칸센 ‘N700S’나 마루노우치선 ‘2000계’와 같은 양사의 SiC 실용례는, 모두 그룹 내의 시스템 부문과 협력해서 고객에게 제공하고 있다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.