TSMC가 처음으로 LED 제조 공정을 외부 업체에 외주한 이유는 무엇일까요? 그 이유는 바로 내년에 시작될 '질화갈륨 고속 충전' 열풍 때문인 것으로 밝혀졌습니다.

　　
현재 판매 중인 아이폰 12를 개봉하는 애플 팬들은 놀라운 사실을 발견하게 될 것입니다. 이어폰은 물론이고, '두부 머리'라는 별명을 가진 USB 충전기도 빠져 있다는 것입니다.
　　
애플은 환경적인 요인 때문이라고 주장했고, 경쟁사인 삼성은 한때 자사 공식 페이스북 페이지에서 이 주장을 조롱했습니다. 그러나 얼마 전 유출된 정보에 따르면 삼성 역시 같은 행보를 보일 것으로 예상됩니다. 내년 1월 출시 예정인 최신 갤럭시 스마트폰에는 충전기가 포함되지 않을 예정입니다.
　　
다시 말해, 내년 한 해에만 전 세계 시장에서 최소 수억 개의 무료 충전기가 사라질 수 있다는 뜻입니다. 이로 인해 나비효과가 발생하여 값비싸고 희귀한 반도체 소재로 만든 충전기의 인기가 급증할 것입니다.
　　
"애플이 선두에 섰고, 삼성이 그 뒤를 따랐습니다. 공짜로 주지 않았기 때문에 모두 매장에 가서 사야 했습니다. 사람들은 더 비싸지만 빠르게 충전할 수 있고 크기도 작아서 가방에 쏙 들어가는 충전기를 구매했습니다."라고 한 미국 증권사 애널리스트는 말했다.
　　

손실이 적고 크기가 작은 질화갈륨 충전기는 인기를 더욱 빠르게 확산시킬 것입니다.

애플 팬들이 휴대폰 액세서리 매장에 가보면, 애플 정품 충전기보다 절반도 안 되는 시간에 충전이 가능하다고 주장하는 "질화갈륨 고속 충전기"가 점점 눈에 띄게 많아지고 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어, 미국의 AUKEY, 중국의 Xiaomi 등 여러 브랜드 제품에서 이러한 기술을 찾아볼 수 있습니다.
　　
푸라케 캐피털의 수석 경제학자인 장밍지에에 따르면, 주요 충전기 브랜드인 앙커를 포함해 총 30개 제조업체가 66종 이상의 질화갈륨 충전기를 출시했다.
　　
"내년에는 고속 충전기 판매량이 월 수천만 대에 달할 수 있습니다. 시장 규모가 엄청나기 때문에 전 세계 많은 사람들이 이 분야에 뛰어들고 있습니다."라고 반도체 업계의 한 고위 임원은 설명했다.
　　
이들 대부분은 TSMC에서 제조하는 미국 스타트업 기업 나비타스(Navitas)가 생산한 질화갈륨 전력 칩을 탑재하고 있습니다.
　　
GaN은 현재 뜨거운 논쟁을 불러일으키고 있는 3세대 반도체 소재입니다. 높은 에너지 변환 효율, 낮은 손실, 그리고 작은 크기가 특징입니다.
　　
실제로 올해 TSMC 주주총회에서 법률 대리인들이 시장의 뜨거운 관심을 받고 있는 "질화갈륨(GaN)" 웨이퍼 파운드리 공정에 대해 질문했을 때, TSMC 사장 웨이저자는 TSMC가 "현재 소규모 생산 중"이라고 인정하면서도 향후 GaN이 널리 사용될 것으로 예상한다고 밝혔습니다.

반도체 업계의 한 고위 임원은 TSMC가 현재 6인치 웨이퍼 제조 시설에서 질화갈륨(GaN-on-si) 칩을 생산하고 있다고 지적했습니다.
　　
하지만 애플과 삼성은 충전기를 제공하지 않았고, 이로 인해 질화갈륨 충전기에 대한 수요가 급증했다. 생산 설비를 완비하고 있던 TSMC는 예상치 못하게 LED 제조업체인 에피스타에 제조 공정을 외주화하게 되었다.
　　
톈펑국제증권의 애널리스트 밍치궈의 보고서에 따르면, 에피스타는 TSMC로부터 질화갈륨 에피택셜 실리콘 웨이퍼(에피택셜 웨이퍼)를 외주 생산할 기회를 얻었으며, 2021년 2분기에 해당 웨이퍼를 출하할 것으로 예상됩니다.
　　
애플이 2021년에 자체 개발한 '질화갈륨 고속 충전기'를 출시할 예정이기 때문에 나노비스도 전력 칩을 공급할 것이지만, TSMC의 에피택셜 생산 능력은 제한적이다. 그는 TSMC가 나노비스의 질화갈륨 에피 칩 주문을 에피스타에 외주할 것으로 예상했다.

　　
TSMC는 제조 공정을 에피스타(Epistar)에 외주하고 있는데, 이 회사는 이미 추적이 완료된 상태입니다.
　　

일부 언론은 TSMC가 해당 장비를 구매하여 징뎬의 주난 공장에 설치했고, 징뎬은 특허권 라이선스를 통해 해당 장비를 생산할 수 있도록 했다고 추가로 보도했습니다.
　　
이 소식은 처음에는 믿기 어려울지도 모릅니다. TSMC가 처음으로 제조 공정을 외주화했는데, 그 계약 상대가 다름 아닌 LED 공장이라니요?
　　
TSMC의 전 공정 감독관은 소위 "에피택셜 실리콘 웨이퍼 아웃소싱"이란 TSMC가 에피스타에 실리콘 웨이퍼에 질화갈륨 층을 도금하도록 먼저 요청한 다음, "TSMC로 다시 가져와 휴대폰 고속 충전기에 사용되는 전력 관리 IC를 생산하는 것을 의미한다고 설명했습니다.
　　
에피스타는 대만의 선도적인 LED 제조업체이며, 질화갈륨 에피택시는 LED 제조의 핵심 공정 중 하나이므로 당연히 주문을 수용할 수 있습니다.
　　
"공식적으로 비밀유지협약을 체결했습니다. 이에 대해 언급하지 않겠습니다." 에피스타의 리빙제 회장은 TSMC의 아웃소싱에 대한 '월드'의 질문에 답변을 거부하며, 에피스타 역시 유사한 기술을 보유하고 있다고만 밝혔다.
　　
그는 질화갈륨의 물성, 즉 전력 밀도, 안정성, 열전도율 및 에너지 변환 효율이 기존 실리콘 기반 부품보다 우수하여 마이크로파 주파수 전력 증폭기에 이상적이라고 말했습니다. 과거에는 5G 기지국 장비와 같은 대형 장비에 주로 사용되었지만, 앞으로는 3C 전자 제품용 충전기 등 다양한 기기에 도입될 것으로 예상됩니다.
　　
리빙제는 전 세계 충전기가 점차 표준 사양을 형성할 것이라고 믿습니다. 100와트, 3포트, Type-C(노트북, 휴대폰, 태블릿을 동시에 지원)가 글로벌 표준이 될 것이라는 전망입니다.
　　
그 결과 기존 충전기의 크기가 크게 줄어들 것입니다. "3세대 반도체 소재를 사용하면 충전기 크기를 3분의 ​​1 정도로 줄일 수 있습니다." 리빙제는 약 2세제곱인치의 크기를 손으로 흉내 내며 설명했습니다.
　　
그런데 흥미로운 점은 TSMC가 언제부터 질화갈륨 공정 기술에 투자하기 시작했는가 하는 것입니다.
　　
2009년경 TSMC는 주력 사업이 아니었던 모텍의 박막 태양전지와 LED 고체 조명 등 새로운 친환경 에너지 사업에 적극적으로 진출했습니다. 당시 TSMC 고체 조명 사업부의 총괄 책임자였던 탄창린은 에피스타 출신이었습니다. 그러나 이 두 사업은 모두 실패했고, 2015년 TSMC 고체 조명 사업부는 에피스타에 매각되었습니다.
　　
그해 TSMC 솔리드 스테이트 라이팅 설립을 목격한 반도체 업계 관계자는 TSMC 솔리드 스테이트 라이팅에 원래 380명의 직원이 있었는데, 그중 200명 이상이 에피스타로 이직했다고 밝혔습니다.

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