파워반도체는 가정 및 산업용전자기기에 필요한 전력을 변환하고 제어하는 핵심 부품이다. 컴퓨터 통신 가전 등에 주로 사용된다. 최근 전기자동차, 스마트그리드 등의 기술이 발전함에 따라 수요가 급속도로 증가한다. 현재 실리콘(Si)을 기반으로 제작돼 사용되는 대부분의 파워반도체소자들은 물질적 한계에 도달했다. 최근에는 우수한 물성적 장점들을 바탕으로 전자기기의 고효율 및 소형화를 충족시킬 수 있는 SiC(Silicon Carbide) 기반의 소자들이 파워반도체 시장에서 주목을 받고 있다.

세계 파워반도체 시장은 올해 200억 달러에서 2026년 280억 달러로 연평균 4.6%씩 성장이 예상된다. 파워반도체는 스마트워치, 스마트폰, IoT 기기 등 소비 전자 제품 분야에서 많이 쓰인다. 최근에는 xEV (전기자동차)에 잇따라 도입되고 있다.

해외에서는 에너지 낭비를 줄이고 더 낮은 소비량을 가진 효율적인 재생 에너지 시스템의 전기 자동차를 생산하기 위해 SiC 기반 제품을 중심으로 한 생태계 구현에 매진한다. 인피니온 테크놀로지스, 크리, ST마이크로일렉트로닉스 등의 전력 반도체 선진사들은 이미 SiC칩을 탑재한 여러 포트폴리오를 출시했다. 많은 반도체 업체들이 EV 앱을 위해 SiC 모듈을 목표로 한다. 2026년에는 SiC 모듈 시장이 전체 EV·HEV 반도체 시장의 32%에 이를 것으로 예상된다.

국내에서 SiC 국내 소자의 연구개발은 다양하게 진행돼 왔으나 메인 인버터에 들어가는 SiC MOFET 제품은 상용화에 이르지 못해 외국에서 전량 수입한다.

부산지역 파워반도체 기반은 순조롭게 구축 중이다. 부산테크노파크 파워반도체상용화센터에 SiC 파워반도체 연구개발을 위한 전용장비를 갖췄다. 일괄공정지원을 통한 연구개발 과정에서의 시설 활용, 공정 레시피 연구개발, 상용화를 위한 소자의 특성 평가 및 신뢰성 확보까지 가능하다. 파워반도체상용화센터가 경쟁력을 확보하려면 파워반도체의 특징인 다품종 소량 생산 체계에 맞도록 다양한 기업의 SiC 파워반도체 소자 개발 및 초도 양산화 지원을 위해서 현재 병목 공정이 되는 장비의 확충이 필요하다. 또한 장비가동률을 높일 수 있는 운영시스템도 갖춰야 한다.

부산을 중심으로 한 동남권으로 국내의 파워반도체산업의 밸류체인이 잘 형성되어 있고, 파워반도체 수요기업이 집중돼 수요 기업과 연계된 제품화 연구가 수월하다. 개발된 시제품들의 실장 테스트와 검증에 유리하다. 특히 기계와 조선해양을 포함하는 중공업 산업 분야가 발달했고, 자동차(현대차 르노삼성), 중전기기(현대 LS산전), 가전 및 전기부품(LG전자 삼성전기) 등 SiC파워반도체의 직접적인 수요 기업이 밀집돼 있다.

전력생산시설이 있으며, 에너지경제연구원 및 에너지 관리공단 등이 동남권에 있어 SiC파워반도체 산업 생태계 조성의 핵심적 역할을 수행하는 데도 적합하다. 현재 K반도체 벨트가 수도권과 충청권을 중심으로 소재·부품·장비의 특화단지, 첨단 패키징플랫폼, 팹리스(설계)밸리로 구축할 예정이라고 정부가 발표했다. K반도체 벨트의 구상은 메모리 및 시스템반도체 중심으로 형성된다. 이에 반해서 SiC파워반도체는 자동차 중공업 중전기 가전산업 등 전통 산업과 밀접하게 연관된 수요 기업이 많은 부산과 동남권 지역에 더 활성화를 시켜 전국적으로 매우 이상적인 반도체 산업의 균형 발전이 이루어지길 기대한다.

김봉환 넥스젠파워 사장·공학박사