2025년 세계 시장 규모 339억 달러 전망

기기의 소형화, 에너지 효율 개선 등을 실현할 때 핵심이 되는 부품으로 전력반도체를 들 수 있다. 최근에는 스마트카, 산업용 로봇 등의 시장이 확대됨에 따라 전력반도체 수요도 증가하고 있다. 또한 차세대 SiC, GaN 전력반도체는 진화를 거듭하고 있으며 2020년까지 연평균 성장률 47.6%가 될 것으로 전망된다. 이와 관련, 본지에서는 야노경제연구소의 ‘진전하는 전력반도체의 최신 동향과 장래 전망 2015-2016’ 보고서를 토대로 전력반도체의 시장 현황 및 전망을 살펴본다.

전력반도체란 주로 인버터/컨버터 회로에 사용되며, 전력의 스위칭과 교환, 모터 제어 등에 필요한 반도체 소자를 말한다.

야노경제연구소의 조사에서는 파워 MOSFET(Metal Oxide Semicon-ductor Field Effect Transistor)/IPD(Intelligent Power Device)와 다이오드, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 파워 모듈, 양극성 트랜지스터, SiC(탄화규소), GaN(갈륨나이트라이드) 파워 디바이스를 포함했다.

2014년 전력반도체 세계 시장 규모는 견조하게 확대되어 전년대비 11.3% 증가한 159억 3천만 달러를 나타냈다. 2015년은 중국과 유럽시장의 산업기기용 수요 침체, PC와 TV 등의 일반 소비자 대상 기기용 전원 성장 둔화, 신흥 메이커 참가에 따른 가격 경쟁 등의 영향으로 전년대비 7.0% 감소한 148억 2천만 달러 정도였다.

세계 전력반도체 시장은 2016년 후반부터 회복기조를 보이며 사업기기용 파워 모듈, 자동차용 다이오드, MOSFET이 시장을 견인할 것으로 전망된다.

산업기기는 신에너지, 서보모터, UPS (무정전 전원장치)용 파워 모듈의 수요 증가가 기대된다. 자동차는 차량 1대당 탑재되는 다이오드와 MOSFET의 수가 증가함에 따라 계속해서 시장이 커질 것으로 보인다. 따라서, 전력반도체의 세계 시장 규모는 2020년에 231억 달러, 2025년에 339억 1천만 달러에 달할 것으로 예측된다.

SiC는 다이오드를 중심으로 사용되고 있지만, 가격적인 면에서 SiC 트랜지스터를 탑재하는 것은 일부 용도에 한정되어 있다. 그리고 GaN 트랜지스터는 올해부터 일반 소비자 대상 기기의 전원을 중심으로 시장이 형성될 것으로 보인다. 따라서, 이들 차세대 전력반도체(SiC, GaN)의 본격적인 보급은 2020년 이후가 될 가능성이 높으며, 2025년 차세대 전력반도체의 세계 시장 규모는 31억 3천만 달러에 이를 것으로 예측된다.

▲ 전력반도체의 세계 시장 규모 추이 및 예측 (메이커 출하 금액 기준이며 Si는 실리콘, SiC/GaN은 탄화규소 혹은 갈륨나이트라이드로 제조된 전력반도체)

MOSFET, 중국 메이커 증가로 가격 경쟁

지난해 전력반도체의 세계 시장 규모는 전년대비 7.0% 감소한 148억 2천만 달러로 추정된다. 

시장이 마이너스 성장한 요인으로는 전술한 바와 같이 중국과 유럽 시장의 경기 둔화에 따른 수요 침체, 일반 소비자 대상 기기용 전원의 성장 둔화, 참가 제조사 증가에 따른 가격 경쟁을 들 수 있다.

2014년에는 중국시장용 전력반도체 출하가 호조세를 나타냈지만, 2015에는 수요가 계속해서 침체되었다. 제조사 측면에서 보면 2014년에 백색가전용 IPM (Intelligent Power Module)의 생산 수량을 늘렸기 때문에, 2015년 상반기에는 재고를 조정하는 상황을 맞이할 수밖에 없었다. 범용 인버터용 IPM, IGBT 모듈의 경우 가격 경쟁이 시작됐으며, 저가의 중국 현지 제조사 제품이 증가하고 있는 상황이다.

한편, 유럽시장도 경기 침체의 영향에 의해 공장 등의 설비 투자가 정체됨에 따라 산업기기용 IGBT 모듈의 수요가 순조롭지 못했다.

일반 소비자 대상 기기에서는 PC와 FPD(플랫 패널 디스플레이)용 전원 MOSFET 수주가 지난해부터 침체되기 시작했으며, 2015년 상반기에는 저조한 추이를 보였다. 그 영향으로 일반 소비자 대상 기기용 전원의 생산 거점이 집중된 아시아의 다이오드 및 MOSFET 출하 금액이 침체됨에 따라 전년대비 마이너스가 됐다. 

지난해 하반기부터는 재고 조정이 일단락되어 2016년 제품 모델에 대한 수주가 시작됨에 따라, 시장은 완만한 회복세를 나타내고 있다.

그리고 최근 중국 신흥 전력반도체 메이커가 증가하고 있어 다이오드 외에 MOSFET도 가격 하락 경쟁이 진행되고 있다. 

PC와 태블릿, FPD에서는 성능보다 가격을 중시하는 B2C 제조사가 증가하고 있으며, 중국 제조사의 MOSFET 수량도 증가하고 있다. IGBT도 모듈 제품을 양산하는 중국 제조사가 제품을 투입하고 있어, 저가의 범용 인버터에 중국 제조사의 IGBT 모듈을 채용하고 있다. 

따라서 일본, 미국, 유럽의 주요 전력반도체 제조사에서는 낮은 ON 저항, 낮은 손실이 요구되는 분야에서 수량 확대를 노리고 있다.

■ 서보모터, UPS용 전력반도체 호조

산업 분야 중에서도 서보모터, UPS(무정전 전원장치)용은 호조였다. 정밀하게 고정할 수 있는 서보모터는 산업용 로봇, NC 공작기계, 반도체 제조장치 등에 사용되고 있다.

지난해 자동차와 스마트폰의 출하 호조세, 산업용 로봇과 NC 공작기계의 수요 증가 등은 서보모터용 IPM의 수량이 확대되는 것으로 이어졌다. UPS는 북미의 데이터 센터용 수요가 안정되고 있어 내압 1200V의 IGBT 모듈이 증가하고 있다.

전 세계적으로 빅데이터가 점점 더 활발히 활용되고 있고 사물인터넷(IoT ; Internet of Things)이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이와 함께 데이터 센터 정비가 진행되고 있다. 이러한 변화의  영향으로 대용량 UPS의 수요가 확대 기조를 나타내고 있으며, 앞으로 UPS용 IGBT 모듈의 수량도 증가할 것으로 기대된다.

■ ‌전장품 증가와 함께 자동차용 수요 증가

자동차용 전력반도체도 견조하게 성장하고 있다. 전장품이 증가함에 따라 차량 한 대당 ECU(Electronic Control Unit) 수도 증가하고 있으며, ECU에 실제 장착되는 다이오드와 MOSFET의 수요도 늘고 있다.

연비 절감으로 직결되는 아이들링 스톱 시스템(ISS)과 전동 파워 스티어링(EPS) 시장 확대는 일단락됐으며, 앞으로는 HV(하이브리드 차량)/EV(전기자동차) 시장 확대, LED 조명 보급, ISO26262(자동차용 기능 안전 규격)에 대한 대응, ADAS(첨단 운전 지원 시스템)용 센서(레이더와 카메라) 수량 확대가 자동차용 전력반도체의 새로운 견인 역할을 담당할 것으로 예상된다.

2020년부터 5년간 연평균 8% 성장 전망

2014년부터 2020년까지의 전력반도체 연평균 성장률(CAGR)은 6.4% 정도이며, 2020년 시장 규모는 2014년의 1.5배까지 확대될 것으로 예측된다. 2020년 이후에도 산업과 자동차용 수요가 시장을 견인함에 따라, 2020년부터 2025년까지의 연평균 성장률은 8%가 될 것으로 전망된다.

산업 분야에서는 신에너지, 서보모터, UPS, 철도용 전력반도체의 수요가 증가할 것으로 예상된다. 

태양광 발전은 일본과 미국이, 그리고 풍력 발전은 유럽이 수요의 중심이 될 것으로 보인다. 또, 산업용 로봇과 NC 공작기계, 반도체 제조장치도 견조하게 성장해 서보모터용 IPM은 증가할 것으로 예측된다. 2020년 이후가 되면 동남아시아와 중남미에서도 전력설비 등의 인프라에 대한 투자가 활발해질 것으로 보인다. 따라서, 내압 3.3kV 이상의 IGBT 모듈의 출하 수량이 증가할 것으로 예측된다.

자동차용 전력반도체는 EURO VI(유럽의 자동차 배기가스 규제)에 대응하기 위하여 차량의 전동화가 본격화되고 있으며 이와 함께 차량용 MOSFET, IGBT의 출하수량이 확대될 것으로 보인다. 그리고 신규 수요 부분으로는 자동차용 LED 조명 보급, ISO26262에 따른 ECU의 이중화, ADAS용 센서 채용 확대 등이 있다.

이제 자동차용 조명에도 주로 LED가 사용되고 있으며, 헤드라이트만 해도 2∼3개의 MOSFET이 탑재되고 있다. 지금은 고급 모델을 중심으로 탑재되고 있지만, 2020년 이후가 되면 중간급 이하에서도 LED가 활발히 사용되어 차량용 LED MOSFET, 다이오드의 수요가 늘어날 것으로 전망된다.

또한, ISO26262에 대응하기 위해 액추에이터와 ECU의 이중화가 진행될 가능성이 높으며, 모터를 구동하는 전력반도체의 수도 2배 정도 증가할 것으로 보인다. ADAS용 센서(레이더, 카메라)도 배터리를 강압하기 위해 MOSFET이 필요하다. 

자동 운전 자동차의 보급이 기대되고, 차량 1대당 탑재되는 레이더와 카메라의 수가 증가됨에 따라 MOSFET의 출하 수량도 확대될 것으로 예측된다.

SiC, GaN 전력반도체 수요 증가

SiC, GaN 전력반도체의 세계 시장 규모는 2020년 14억 5천만 달러, 2025년 31억 3천만 달러에 달할 것으로 예측되며, 2014년부터 2020년까지 6년간 연평균 성장률은 47.6%, 2020년부터 2025년까지 5년간 16.6%가 될 것으로 전망되고 있다.

앞서 시장이 형성되고 있는 SiC 전력반도체의 경우 6인치 SiC 웨이퍼의 양산이 본격화되는 2020년부터 SiC 트랜지스터, 풀 SiC 모듈 사용이 증가할 것으로 보인다. 내압 1200V 이상의 영역을 중심으로 수요가 형성될 것이며, 이미 탑재되어 사용되고 있는 철도와 산업기기용 고주파 전원, 태양광 발전용 PCS(파워 컨디셔너)용의 수량은 확대될 것으로 예상된다. 

자동차용은 온보드 차저(차량용 충전기)부터 사용되기 시작하고 있으며, 2020년까지는 내압 600V 이하의 승압 컨버터와 DC/DC 컨버터용 중심으로수요가 이루어질 것으로 보인다. 2020년 이후가 되면 모터용 메인 인버터에 대해서도 사용되기 시작할 것이며, 자동차용 풀 SiC 모듈의 수요도 증가할 것으로 전망된다.

GaN 전력반도체의 경우 올해부터 서버와 통신기지국, PC용 AC 어댑터, FPD 등의 전원회로에 GaN 트랜지스터가 사용되기 시작한다. 고주파 스위칭을 이용한 인덕터 등 수동부품 사이즈 축소로 이어져, 전원회로의 소형화 및 슬림화를 실현할 수 있게 된다. 

또, GaN 트랜지스터로 HV/EV용 온보드 차저와 DC/DC 컨버터를 검토하고 있는 자동차 및 전장기기 메이커도 있으며, 2020년 정도부터 양산 차량에 대한 채용이 진행될 것으로 전망된다. 

그뿐 아니라, 비접촉 급전 시스템과 자동 운전용 레이저 스캐너에 대한 응용도 연구되고 있어, 2020년 이후가 되면 자동차 분야에서의 탑재가 확대될 것으로 기대된다. 

김희성 기자 (npnted@hellot.net)