개 념

메모리반도체와 시스템반도체로 나누어지고 시스템반도체는 디지털반도체와 아날로그반도체로 구분된다.

특히, 아날로그반도체는 빛, 소리, 압력, 전기 등의 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환 및 관리하는 반도체로 전력관리·제어 반도체, 조명 구동용 반도체, 신재생 에너지 전력변환 반도체 등 종류가 매우 다양하다.


육성의 필요성

휴대폰 등 전자기기에 다양한 기능이 융·복합됨에 따라 고효율·친환경 부품인 아날로그반도체의 중요성이 부각되고 있다.

에너지 분야에 반도체 기술을 융합해 스마트그리드, LED, OLED 등 그린반도체로서 녹색산업 발전을 견인하고 있다. 특히 ‘D-TV 전력관리칩’으로 채용 시 소비전력의 30% 이상을 절감할 수 있으며, 조명용 안전기를 반도체로 교체 시 25%의 소비전력을 절감할 수 있다.

아날로그반도체는 메모리에 비해 부가가치가 높고, 상대적으로 경기 변동성에 대처 능력이 높다. 또 요즘 각광 받고 있는 전기자동차 및 지능형자동차 보급 확대로 인해 아날로그 반도체 수요 급증하고 있다.

특히 자동차 원가 중 전자부품 비율이 20%에서 오는 2015년에는 50%까지 증가할 것으로 전망된다.


산업 현황

■세계 동향

아날로그반도체의 시장규모는 지난해 351억불로 메모리반도체의 시장규모에 육박해졌다. 오는 2013년에는 이를 능가할 것이라는 전망이다.

현재 아날로그반도체 시장은 미국과 EU가 자동차·모바일 반도체 시장을, 일본은 가전·산업용 반도체 시장을 주도하고 있다. 이들 국가의 세계시장 점유율이 96%로 미국(55%), EU(21%), 일본(20%) 순으로 시장을 잠식하고 있다.

TI, AD, 샤프, 소니 등의 선진 반도체(IDM) 업체들은 신규 공정 투자를 하지 않고 제조를 아시아 파운드리에서 아웃소싱하고, 솔루션 제공 중심으로 전환하고 있다. 특히 아시아 시장 진출을 위해 동북아 기업들과의 협력을 강화하고 있는 상황이다.

프로세서 1위 기업인 ARM는 저전력 기술을 핵심 경쟁력으로 인식하고 TI은 저전력·고성능 분야 기술개발에 최근 3년간 68억불을 투자했다. 또 세계 1위 반도체 제조기업인 TSMC는 아날로그반도체 공정을 확대하기 위해 올해 46억불을 투자키로 했다. 이처럼 아날로그반도체 기술은 低소비전력, 高전압, 高성능 제품 설계 및 공정개발로 중요성이 증대되고 있다.

■국내산업 현황 및 문제점

국내 200여개의 반도체 설계 기업이 있으나 아날로그반도체 분야는 이중 30여개 기업이 활동하고 있다. 다행스러운 점은 최근 2년간 20여개의 팰리스가 아날로그반도체 분야로 진출하는 등 관심이 높아지고 있다는 점이다. 또 LS산전도 지난 2월 인피니언과 공동으로 전력반도체사업에 뛰어들었으며, 동부하이텍의 경우 아놀로그반도체 1위 기업인 TI로부터 아놀로그 설계·공정 전문인력을 영입했다.

아날로그반도체의 국내 수요는 34억불에 달하는 데 그 중 휴대폰, 디지털 가전, 자동차에 사용되는 아날로그반도체의 대부분(97%)을 수입에 의존하고 있다. 특히 가전·산업용은 일본으로부터, 자동차용은 EU로부터 전량 수입하고 있는 실정이다. 또 삼성, LG, 현대차 등 세트기업의 수요가 증대함에 따라 수입은 더욱 늘어날 전망이다.

이는 高전압, 高주파, 高감도 아날로그반도체 공정 부재와 아날로그반도체 설계기술이 선진국 대비 50% 수준에 불과하기 때문이다. 또 국내 아날로그반도체 설계 경험인력이 500명 내외이며, 아날로그 분야 교수도 20여명에 불과한 실정이다.

그동안 정부는 ‘산업용 인버터 응용을 위한 전력반도체 개발(2005~2010년)’에 총 370억8천만원을 투자해 LS산전의 전력반도체 사업 진출을 일궈냈다. 또 ‘아날로그반도체 공정개발(2005~2010년)’에 총 241억7천만원을 투자해 低전압용 전력반도체 제조공정을 개발했다.


추진 사업

■공정개발

정부는 조명용 LED 구동 반도체, 모터 드라이브 반도체 등 고전압 칩 제작을 위해 ‘700V 高전압 BCDMOS 공정’과 초음파 의료기기용 IC, 휴대폰 오디오 IC 등 고성능 칩 제작을 위해 ‘0.18㎛ 高성능 아날로그 CMOS 공정’에 개발에 나선다.

이를 위해 학교·연구소 등과 공정기술개발 수요자인 팹리스와 파운드리가 공동으로 개발에 참여토록 할 방침이다. 특히 공정별로 복수의 팹리스를 참여시켜 사업성과를 극대화 한다는 계획이다.

향후 일정으로는 오는 5월 과제를 공고하고 6월 사업 참가자를 선정할 예정이다. 2012년까지 향후 3년간 총 330억원을 투입하며, 상용화를 위해 3년 사업으로 추진한다는 방침이다.

이 같은 공정기술 개발을 통해 2015년에 파운드리 세계 1,2위인 대만의 TSMC, UMC와 경쟁할 수 있는 기술 확보가 예상되며 국내 그린반도체 생산기반을 구축할 수 있게 된다. 동시에 15억불의 파운드리 매출을 실현한다는 방침이다.

이와 더불어 1만3천명의 직·간접 고용창출이 가능할 전망이다. 또 2013~2015년까지 3천억원 이상의 설비투자가 이어질 것으로 기대되며, 수입대체 효과는 4억불, 수출증대 효과는 11억불이 기대된다.

■그린반도체 개발

기계적 접촉부인 브러시 대신 반도체가 내장된 모터 개발을 위한 ‘BLDC(Blushless Direct Current) 전기모터 구동 반도체 개발사업’을 위해 나선다.

低전력에 대한 수요가 증가해 가전기기, 자동차용 모터의 구동장치가 반도체로 전환되는 추세로 모터 구동 칩의 수요가 증가하고 있다. 특히 전력반도체는 기계식 스위치 대비 전력소모량을 30% 이상 저감할 수 있다. 현재 인피니온, 르네사스 등의 선도기업이 시장을 지배하고 있다.

정부는 경쟁력 확보를 위해 외국 선진기업이 2개의 반도체가 내장된 파워모듈을 생산 중이나 이번 기술 개발을 통해 하나의 반도체로 구성된 파워모듈을 개발한다는 계획이다.

이를 위해 산·학·연 컨소시엄으로 700V BCDMOS 개발 사업을 통해 공정을 개발하고 1단계로 ETRI를 중심으로 원천기술을 확보한다는 방침이다. 2단계로는 현대차, 삼섬전자 등 수요기업과 공동으로 상용화에 나선다.

2014년까지 향후 5년간 총 167억5천만원이 투입되며 모터용 반도체 시장에서 해외 선도기업과 경쟁할 수 있는 기술력을 확보한다는 방침이다. 또한 팹리스의 내수시장이 큰 가전 및 자동차 시장에서 매출 확대가 예상된다.

2015년부터 매년 7억불의 팹리스 매출과 3,500명의 직·간접 고용유발 효과가 기대된다. 수입대체 효과는 5억불, 수출확대 효과는 2억불로 기대되며 아날로그반도체의 국산화로 자동차, 가전 등 세트업체의 경쟁력도 더불어 강화될 것으로 예상된다.

또 ‘LED 구동 반도체 등 그린반도체 3종 개발’에도 적극 나선다.

Maxim, Supertex 등에서 전압변환기(200V→60V이하)를 사용하는 LED 구동 반도체를 이미 개발했으며, 현재는 원가절감을 위해 전압변환기 없이 고전압(60V이상)으로 직접 구동하는 LED 구동 반도체를 개발하고 있다.

모바일용 오디오반도체는 TI, Maxim, ADI 등에서 CD급(90dB) 기술을 보유했으며, DVD급(100dB)으로 빠르게 대체되고 있다.

정부는 조명용 LED 구동 IC와 오디오 반도체, 전력컨트롤 IC 개발을 위해 700V BCDMOS 및 0.18um 아날로그 CMOS 공정 개발 사업의 참여과제로 추진한다. 팹리스가 설계하고 파운드리가 개발한 공정에서 제조·검증하는 제품개발과 공정검증을 동시에 추진할 방침이다.

이를 통해 2015년 아날로그 팹리스 매출 10억불을 달성하고 2015년부터 매년 3억불의 팹리스 매출이 기대되며, 1천5백명의 직·간접 고용창출도 기대된다. 수입대체 효과는 2억불, 수입확대 효과는 1억불이 기대된다.

■아날로그 설계 인력 양성

정부는 R&D 연구를 통해 반도체 설계능력을 갖춘 프로젝트 리더급 고급인력을 2015년까지 1,000명 양성할 계획이다.

이를 위해 ‘아날로그반도체 설계기술 연구센터’를 설립하고 대학의 아날로그반도체 인력을 활용해 국내 수요가 많은 핵심 아날로그반도체 IP(Intellectual Property)를 개발 및 고급 설계인력을 양성하게 된다.

사업 수행은 아날로그반도체 특화 대학이 주관하는 팹리스 기업과 파운드리 기업이 컨소시엄 형태로 참여하며, 정보통신산업진흥원이 구성한 전문 평가위원회가 대상을 선정한다.

사업의 추진은 아날로그반도체 특화 대학은 핵심 IP기술을 개발하며, 설계 제품 생산을 위한 제조공정을 파운드리 기업과 공동으로 개발하게 된다. 또 팹리스와 공동으로 반도체를 설계·제조해 설계부터 R&D 전과정을 리더하는 설계인력 양성하는 동시에 해외 유명 팹리스에서 인턴을 통해 글로벌 인재를 양성한다.

오는 5월 과제 공고 및 선정을 하며, 사업기간은 2014년까지 5년간 총 50억원의 예산이 투입된다.
또 에너지와 반도체의 異전공간의 공동 연구를 통해 그린반도체 개발 및 융합형 설계인력 양성에도 나선다.

이 사업은 융합과제를 수행할 수 있는 異전공 대학 컨소시엄이 추진하게 된다.

사업의 추진 방식 기업이 제안한 연구과제를 산·학·연 평가위원회에서 대상과제 선정하게 된다. 대학은 컨소시엄을 구성해 과제를 수행하고 반도체제조실습프로그램(MPW) 통해 연구결과를 검증받아야 한다.

올해는 사업비로 3억1천만원이 소요되며, 2011년부터 2015년까지 총 5년간 50억원이 투입된다.


기대 효과

세계 1, 2위 파운드리 기업인 대만의 TSMC, UMC 등과 경쟁 가능한 선진국 수준의 아날로그파운드리 공정 기술력을 확보하게 된다.

국내 팹리스는 제품 구성(Product line) 다양화로 성장 기반을 확보 하는 한편 수급이 안정적이고 고부가가치가 높은 아날로그반도체 분야 진출 가능할 것으로 기대된다.

금년도 추진하는 공정개발 및 아날로그반도체 개발로 2015년부터 매년 11억불의 수입대체 효과 및 14억불의 수출효과가 기대된다.

또 직·간접 고용창출은 1만8천명에 이를 전망이여, 2013~2015년 동안 3천억원 이상의 설비투자 유발 효과 예상된다.