신 에너지, 정보 통신 기기, 자동차 · 자동차 전기 등의 분야에서 수요가 증가하고 있는 SiC 전력 반도체와 GaN 전력반도체 성장이 기대되고 있는 것으로 나타났다.

후지 경제는 지난 23일 에너지 절약을 위해 수요가 꾸준히 확대되며 이에 따른 신규 기업의 움직임이 활발해 지고 있는 SiC(탄화규소)와 GaN(질화갈륨) 등을 재료로 한 차세대 전력 반도체 세계 시장를 조사하고 보고서 '2016 년판 차세대 파워 디바이스 & 파워 일렉트로닉스 관련 기기 시장의 현상과 장래 전망'에 정리했다.

2015년 Si 전력반도체시장은 2조6,373억엔, 차세대전력반도체는 188억엔으로 2020년에는 각각 2조9,067억엔 1,380억엔으로 성장할 것으로 보인다. 전체 전력반도체 시장으로는 2015년 2조6,561억엔에서 2020년 3조447억엔으로 성장한다.

2015년은 중국 경제 악화여파가 있었지만 2016년 이후에는 전력손실과 에너지 정략대응 수요로 시장의 완만한 확대가 기대되고 있다.

또한 최근 글로벌 업체들이 경쟁력 강화를 위한 업종 합병을 진행중에 있다. 특히 그 중심에는 자동차용과 같은 부가가치가 높은 모듈사업이 주가 되고 있어 SiC 나 GaN 등 차세대 전력 반도체는 2020 년경에 대폭적인 시장 확대가 예상된다.

■ SiC 전력반도체 6인치 채용 늘면서 시장 확대

재료별 차세대 전력 반도체 세계시장은 2015년 기준 SiC 파워반도체 178억엔, GaN 전력반도체 10억엔에서 2020년에는 각각 850억엔, 530억엔으로 성장할 것으로 보인다.

SiC 전력반도체를 위한 SiC웨이퍼 양산이 진행되고 있지만, 2015년은 아직 4인치 기판에서 6인치 기판으로의 전환이 기대만큼 진행되지 않았기 때문에 178억엔의 시장을 기록했다. 2016년도부터 6인치의 채용이 늘 것처럼 보이지만 양산시기는 2017년 이후일 가능성이 있다.

앞으로 주요메이커들이 대경화 및 전력 손실을 줄일수 있는 타입을 전개해 SiC 전력반도체의 저가격화와 고효율화를 진행할것으로 보인다.

SiC-SBD(쇼트키 베리어 다이오드)는 2015년 유럽과 중국에서 자동차, 신에너지 관련 수요가
증가했다. 2016년 양산을 통해 많은 사용자들에게 SiC-SBD 단체와 Si-IGBT와 하이브리드의 제안이 활발해질 것으로 보인다. 또한 SiC-FET(전계효과트랜지스터)는 하이브리드형의 Si-IGBT를 SiC-FET로 교체하는 샘플링이 진행되고 있어 2020년에는 SiC-SBD이상의 시장 이 형성될것으로 기대되고 있다.

GaN 전력반도체는 중간내압과 고전압영역의 품종 확충에 ᄄᆞ라 시장의 활성화가 될 것으로 보인다. 전기적특성(노멀리오프동작의 실현, 내압향상, 전력붕괴억제)와 노이즈 대책, 저비용화의 추진으로 양산화 장벽이 낮아지고 있다.

200V클래스의 저전압 제품 뿐만 아니라, 600V에서 1,200V클래스의 내압 영역에서 수요도 증가중이며 대량 생산에 따른 저가격화가 실시되면 시장의 확대가 기대되고 있다.

■ SiC 신에너지와 자동차·전장 분야의 수요 확대 예상

2015년 기준으로 SiC 전력반도체 각 분야 규모는 신에너지는 53억엔, 정보통신기기는 68억엔, 자동차·전장은 24억엔을 기록하고 있는데 2020년에는 각각 270억엔, 172억엔, 140억엔으로 성장 할것으로 보이며 특히 신에너지와 자동차·전장 부분의 확대가 눈에 띈다.

2015년에는 정보통신 기기분야, 특히 서버 및 UPS(무정전원장치), 스토리지등의 PFC(역률개선회로)의 수요가 크며 에너지 분야에서는 태양광발전용 전력컨디셔닝시스템용, 신흥국에서는 풍력 발전 시스템 채용이 기대된다.

자동차 분야는 EV/PHV용 금속충전 스탠드와 자동차충전기(온보드 충전기)전용 등의 수요도 크다. 향후 HV나 EV 구동용 인버터 채용이 기대된다. 또한 저가격화에 따라 2020년에는 전기자동차 전체의 5%에 탑재가 기대되고 있으며 또한 철도차량용으로 실험인증 기반의 실용화도 기대되고 있다.

■ GaN 전력반도체, 2020년 시장의 규모가 폭발적으로 성장

2015년 기준 GaN 전력반도체 각 분야 규모는 정보통신기기가 5억엔, 신에너지가 3억엔, 자동차·전장 근소에서 각각 2020년에 202억엔, 130억엔, 100억엔으로 엄청난 규모의 성장이 기대되고 있다.

현재는 정보통신기기 분야에서 서버의 DC-DC 컨버터등으로 채용이 많다. 앞으로는 600V 클래스 이상 아래에서는 통신 기지국용, 전력용, 600V 클래스 이상에서는 서버전원전용등이 기대된다.

신에너지 분야에서는 태양광 발전용 전력컨디셔너 전용 시스템 수요가 기대되며, 자동차·전장분야에서는 600V 클래스 속 내압 영역에서 AC-DC 변환회로, 자동차 충전기의 탑재를 위한 개발이 진행중이어서 2020년 이후에는 SiC 전력 반도체와의 출동도 예상되고 있다.

또한 양산에 따른 저가격화가 실시되면 일반소비기기들의 수요 증가가 기대된다. 현재 일본이나 중국등 아시아 지역의 GaN를 기반으로 하는 LED 노하우를 이용한 제품개발이 진행되고 있어 향후 참가 업체가 증가해 시장의 활성화가 기대되고 있다.

■ 부재료들 시장 2020년 2,444억엔 성장

이러한 전력반도체를 구성하는 부재료들 역시 2015년 1,747억엔에서 2020년 2,444억엔으로 큰 성장이 기대되고 있다.

2015년에는 연성장률이 3% 대로 2016년에도 완만한 성장에서 2017년에는 대폭적인 시장 확대가 기대된다. 향후 SiC 전력반도체의 본격적 양산에 따른 소결형 소자 접합재와 봉지재료, 세라믹 기판등의 수요 증가가 예상된다.

또한 전 공정에서 사용되는 반도체 레지스트와 버퍼코트막, CMP패드, CMP 슬러리와 SiC 전력 반도체 보급에 따른 웨이퍼 박막화 대응같은 새로운 기술 개발 진행이 기대된다.

후공정 재료는 실리콘계 봉지 재료를 제외하고 수요 증가가 기대된다. 그 중에서도 SiC 전력 반도체의 양산화를 통해 소결형 소자 접합 재료, 세라믹 기판 (질화실리콘 회로 기판)가 크게 증가 할 것으로 예상된다. 또한 에폭시밀봉 재료나 방열 시트/그리스 수요 증가가 예상되고 있다.