핵심 아이디어:

전력 반도체 시장은 2021년에 최고 호황기를 맞이할 것으로 예상됩니다. 2018년에는 전기차 수요 급증과 8인치 생산 설비를 차지하는 기타 칩 수요 증가로 인해 전력 반도체 공급 부족과 가격 상승을 경험했습니다. 2019년에는 스마트폰과 내연기관 차량의 판매 부진, 전기차의 꾸준한 성장세로 인해 전력 반도체 시장은 정체되었습니다. 2020년에는 코로나19 팬데믹의 영향으로 상반기에는 전력 반도체 수요가 부진했지만, 3분기 이후 5G 전원 공급, 스마트폰, 산업, 전기차, IoT 기기 등의 수요 증가에 힘입어 수요가 크게 증가했습니다. 해외 팬데믹으로 인해 해외 제조업체의 생산 능력 공급에 차질이 생기면서 일부 제품은 공급 부족과 가격 상승을 겪었습니다. 이러한 다양한 수요 요인을 고려할 때, 전력 반도체 시장은 2021년에 최고 호황기를 맞이할 것으로 전망됩니다.

산업 관점

2021년에는 수요 증가, 가격 상승, 그리고 국내 대체재 확보가 전력 반도체 시장에 긍정적인 성장 기회를 제공할 것으로 예상됩니다. 전 세계적인 코로나19 팬데믹의 영향으로 2020년 전력 반도체 시장은 감소세를 보였습니다. QYResearch는 2020년 전력 반도체 시장이 전년 동기 대비 9.1% 감소할 것으로 예측했습니다. 하지만 5G 휴대폰, 전기차, IoT 수요 증가에 힘입어 2021년에는 전년 동기 대비 8.1% 성장할 것으로 전망됩니다. 2020년 4분기에는 인피니언, ST마이크로일렉트로닉스, 다이오드 등 ON Semiconductor의 전력 반도체 제품 납기가 전반적으로 지연되었습니다. 특히 인피니언을 중심으로 MOSFET 제품의 가격 상승세가 두드러졌으며, 국내 브랜드 역시 공급 부족과 가격 인상을 경험했습니다. MOSFET 가격은 일반적으로 10~20% 상승했습니다. 2019년 중국은 세계 최대 전력 반도체 시장으로 성장하며 전 세계 시장 점유율 35.9%를 차지했지만, 자급률은 아직 낮은 수준입니다. IGBT를 예로 들면, 2019년 자급률은 16.3%에 불과했습니다. 2021년에는 수요 증가, 가격 상승, 국내 대체재 확보에 힘입어 전력 반도체 시장이 호황을 누리며 관련 산업 전반이 수혜를 입을 것으로 예상합니다.

신에너지 자동차 시장이 급성장함에 따라 IGBT 수요도 급증하고 있습니다. 신에너지 자동차는 급속한 성장기에 접어들고 있습니다. 2020년 11월 신에너지 자동차 생산량과 판매량은 각각 19만 8천 대와 20만 대를 기록하며 전년 동기 대비 75.1%와 104.9% 증가했습니다. 2025년에는 전 세계 신에너지 자동차 판매량이 1,100만 대에 달할 것으로 예상되며, 이 중 중국이 50%를 차지할 것으로 전망됩니다. 신에너지 자동차에는 새로운 전력 반도체가 대량으로 필요합니다. 48V 마일드 하이브리드 자동차에는 IGBT 모듈 가격이 90달러 이상, 전기차 또는 하이브리드 자동차에는 330달러 이상 상승합니다. 자동차용 IGBT 모듈의 연평균 성장률은 2018년부터 2023년까지 23.5%에 이를 것으로 예상됩니다. 자동차용 전력 반도체 시장은 경쟁이 치열하고 시장 집중도가 높아 유럽과 미국 제조업체들이 핵심 경쟁력을 확보하고 있습니다. 2019년 세계 최대 기업은 시장 점유율 25.5%의 인피니언이었고, 2위는 13.9%의 ST마이크로일렉트로닉스였습니다. 상위 5개 기업이 전체 시장의 62.1%를 차지하며 높은 시장 집중도를 보였습니다. 중국 기업들은 자동차용 전력 반도체 분야에서 기반이 취약하지만, 최근 중국의 전기차 시장이 급속도로 성장하면서 IGBT 산업도 함께 성장했습니다. 2019년 중국 신에너지 자동차용 IGBT 시장에서 인피니언은 49.3%의 점유율로 1위를 차지했고, 주로 자사 제품을 공급하는 BYD가 20%로 2위, 그리고 빠르게 성장하고 있는 스타 반도체가 16.6%의 시장 점유율로 3위를 기록했습니다.

3세대 반도체의 성능이 우수하고 수요가 증가하고 있습니다. SiC는 주로 가전제품, 신에너지(전기 자동차, 풍력 발전, 태양광 발전), 산업용 기기에 사용됩니다. 실리콘 카바이드 전력 소자 시장 규모는 2027년에 100억 달러를 넘어설 것으로 예측됩니다. 자동차 분야에서 SiC MOSFET은 성능 면에서 탁월한 장점을 제공하며, 손실을 줄이고 모듈의 부피와 무게를 감소시킬 수 있습니다. 모델 3는 SiC MOSFET을 최초로 적용하여 전기차에 SiC를 도입하는 데 선구적인 역할을 했습니다. 2020년에는 BYD Han도 SiC 모듈을 사용하여 가속 성능, 출력 및 주행 거리를 효과적으로 향상시켰습니다. 도요타 수소 연료전지차 미라이 모델에도 SiC가 탑재되어 전력 모듈의 부피를 30% 줄이고 손실을 70% 감소시켰습니다. 비용 절감과 기술의 점진적인 성숙에 따라 SiC는 전기차 분야에서 밝은 성장 잠재력을 가지고 있다고 생각합니다.

주요 기업: 스타 반도체, 화홍 반도체, 차이나 리소스 마이크로, 실란 마이크로, 뉴 클린 에너지.

위험 경고: 전기 자동차 개발은 기대에 미치지 못하고, 스마트폰 판매는 기대에 못 미치며, 5G의 발전은 예상보다 더디다.

1. 전력 반도체 산업의 광범위한 응용 분야와 안정적인 발전

1.1 2019년부터 2025년까지 전 세계 전력 반도체 시장의 연평균 성장률은 4.3%로 예상됩니다.

전력 반도체는 다양한 전자 제품에 널리 사용됩니다. 2019년 전력 반도체 시장 규모는 17.5억 달러였습니다. Yole은 2025년 시장 규모가 22.5억 달러에 달할 것으로 예측하며, 2019년부터 2025년까지 연평균 성장률은 4.3%로 전망합니다.

2019년부터 2025년까지 IGBT 모듈의 연평균 성장률은 18%에 달할 것으로 예상됩니다. 신에너지(전기 자동차, 풍력 및 태양광)와 산업 제어 산업의 급속한 발전에 힘입어 IGBT 모듈 시장 규모는 2025년에 5.4억 달러에 이르러 전체 전력 반도체 시장의 24%를 차지할 것으로 전망됩니다.

자동차 분야가 가장 큰 비중을 차지하며, 그 다음으로 모터 분야가 뒤를 잇습니다. 2019년 자동차 부문(EV, HEV, 실리콘 MOSFET 포함)은 1.5억 달러, 모터 드라이브(모터 드라이브, IGBT 모듈)는 1.4억 달러, 스마트폰 및 무선 장비(실리콘 MOSFET)는 1.3억 달러, 컴퓨터 기술(컴퓨팅) 및 스토리지(실리콘 MOSFET)는 1.2억 달러, 산업 부문(실리콘 MOSFET)은 1.1억 달러, EV 및 HEV 부문(IGBT 모듈)은 600억 달러였습니다(기타 부문은 10.4억 달러). 전력 반도체 시장에서 각 부품의 비중(금액)을 보면 실리콘 MOSFET이 45%를 차지합니다. 또 다른 주요 부품은 IGBT 모듈로, 2019년 시장 규모는 3.7억 달러였습니다. 산업용, 에너지 회생 인버터, EV 및 HEV 분야에서의 응용이 큰 주목을 받고 있으며, 특히 EV와 HEV는 최근 응용 분야로 주목받고 있습니다.

자동차용 SiC MOSFET의 급속한 성장. 미국의 테슬라와 중국의 BYD와 같은 자동차 제조업체의 수요 증가로 실리콘 모듈이 주요 인버터로서 IGBT 모듈을 점차 대체하고 있습니다. 전기차(EV)와 하이브리드차(HEV)의 성장으로 SiC MOSFET 시장 또한 성장할 것으로 예측됩니다. SiC 개별 트랜지스터는 향후 효율적인 온보드 충전 시스템 분야에서 MOSFET과 경쟁할 것입니다.

1.2 중국의 전력 반도체 시장은 세계 1위이며, 국내 선도 기업들이 빠르게 성장하고 있습니다.

2019년 중국의 전력 반도체 시장은 세계 시장의 35.9%를 차지했습니다. 중국은 세계 최대의 전력 소자 소비국이며, 전력 소자 부문의 주요 제품들은 모두 중국 시장 점유율에서 1위를 차지하고 있습니다.

국내 선두 기업들의 세계 시장 점유율은 여전히 ​​매우 낮으며, 국제적인 거대 기업들과의 격차가 뚜렷합니다. 전체 반도체 산업과 마찬가지로, 해외 전력 소자 IDM 업체들과 비교했을 때, 국내 주요 전력 소자 기업(차이나리소스마이크로, 스타반도체, 뉴클린에너지, 양제테크놀로지, 차이나마이크로일렉트로닉스, 실란마이크로 등)의 연간 매출액은 국제적인 거대 기업들과 큰 차이를 보이며, 제품 구조 또한 저가형에 머물러 있습니다. 이는 중국 전력 소자 시장의 모델과 자율성 측면에서 심각한 불균형이 존재하며, 국내 기업들의 성장 잠재력이 매우 크다는 것을 의미합니다. 현재 중국의 전력 반도체 산업은 빠르게 발전하고 있습니다. 윙텍테크놀로지가 넥스페리아를 인수했고, 스타반도체, 차이나리소스마이크로, 뉴클린에너지 등 여러 전력 반도체 기업들이 잇따라 상장하며 성장세를 보이고 있습니다.

2. 수요 증가에 힘입어 전력 반도체 산업은 2021년에 최고 호황기를 맞이할 것입니다.

2.1 주요 국제 전력 반도체 제조업체의 납기일이 연장되었습니다.

2020년 4분기 인피니언의 MOSFET, IGBT 등 제품의 납기가 전반적으로 연장되었으며, 최장 납기는 30주에 달했습니다. 특히 저전압 및 고전압 MOSFET과 군용 항공 트랜지스터의 가격이 상승했습니다. ST마이크로일렉트로닉스의 전력 반도체 제품 납기는 전반적으로 연장되는 추세를 보였지만, 가격은 안정세를 유지했습니다.

2020년 4분기에는 다이오드의 MOSFET 및 트랜지스터 제품의 납기가 연장되어 최장 20주까지 소요되었으며, 저전압 MOSFET 가격은 상승세를 보였습니다. 온 세미컨덕터의 파워 시리즈 제품 납기도 연장되었고, 고전압 및 저전압 MOSFET 제품 가격 모두 상승세를 나타냈습니다.

2.2 전력 반도체 MOSFET의 가격 상승 추세가 뚜렷하게 나타나고 있다.

MOSFET 가격이 10~20% 상승했습니다. 업계 조사 자료에 따르면 2020년 11월부터 12월까지 해외 브랜드, 특히 인피니언(Infineon) 제품의 재고가 부족했으며, 국내 브랜드 역시 공급 부족과 가격 인상을 경험했습니다. 시장에서 MOSFET 가격은 전반적으로 10~20% 올랐습니다.

중국은 MOSFET 수요가 많은 국가이지만 수입 의존도가 매우 높습니다. IHS 데이터에 따르면 2019년 세계 MOSFET 시장 규모는 7.6억 달러였으며, 이 중 중국 국내 시장이 39%를 차지했습니다. MOSFET 시장 구조를 살펴보면 인피니언, 온 ​​세미컨덕터, 도시바, ST, 르네사스 등 주요 해외 제조업체들이 국내 시장 점유율의 61%를 차지하고 있습니다. 주요 해외 제조업체들은 공급 부족과 뚜렷한 품귀 현상을 겪고 있습니다.

수요가 급증하면서 8인치 웨이퍼 생산 능력 부족으로 공급 부족과 가격 상승이 발생했습니다. 자동차 전동화는 MOSFET 수요의 급격한 증가를 가져왔습니다. 하위 전자 기기의 에너지 절약 및 환경 보호 요구는 MOSFET 수요 증가를 견인했을 뿐만 아니라 제품 구조의 빠른 업그레이드를 촉진했습니다. 5G 상용화의 시작은 MOSFET 수요의 기하급수적 증가를 이끌었습니다. 충전기 전원 공급 및 5G 통신 전원 공급 분야의 수요는 올해 20~30% 증가할 것으로 예상됩니다. 상반기에 억눌렸던 컴퓨터, 가전제품, 고속 충전 관련 수요가 점차 해소되고 있습니다. 공급 측면에서 MOSFET은 주로 8인치 및 6인치 웨이퍼 파운드리에 의존하며, 12인치 이하 웨이퍼가 80% 이상을 차지합니다. 업계 조사 정보에 ​​따르면 주요 웨이퍼 파운드리의 8인치 생산 능력은 현재 최대치에 도달했습니다. 예를 들어, 화홍(Huahong)과 차이나리소스마이크로(China Resources Micro)와 같은 국내 8인치 파운드리의 가동률은 거의 최대치에 근접해 있으며, UMC의 8인치 웨이퍼 파운드리 생산 능력은 2021년 하반기까지 최대 가동률을 유지할 것으로 예상됩니다.

미국 및 대만 기업인 다이오드(Diodes)는 2021년 1월 1일부터 일부 제품의 가격을 인상할 예정입니다. 다이오드는 고객들에게 보낸 가격 인상 공지에서 코로나19 팬데믹의 영향으로 공급업체의 비용 증가 및 납기 지연 등의 어려움에 직면하고 있다고 밝혔습니다. 이에 따라 2021년 1월 1일부터 일부 제품의 가격을 인상할 계획입니다.

실란 마이크로의 SGT MOS 제품 가격이 20% 인상되었습니다. 항저우 실란 마이크로일렉트로닉스는 12월 9일, MOS 웨이퍼 및 패키징 재료 가격 상승과 생산 능력 감축의 영향으로 자사 관련 제품 원가가 지속적으로 상승하고 있다고 밝혔습니다. 제품 공급을 보장하고 고객과의 원활한 관계를 유지하기 위해 신중한 검토 끝에 12월 9일부터 SGT MOS 제품 가격을 20% 인상하기로 결정했다고 설명했습니다.

신지에 에너지(Xinjie Energy)는 2021년 1월 1일부터 일부 제품 가격을 인상할 예정입니다. 앞서 2020년 12월 21일에는 우시 신청정에너지(Wuxi New Clean Energy)도 고객들에게 가격 조정 공지를 발표했습니다. 해당 공지에서는 원자재 및 포장 비용의 지속적인 상승, 생산 능력 부족, 생산 주기 연장 등으로 제품 원가가 크게 상승하여 기존 가격으로는 수요를 충족하기 어렵다고 밝혔습니다.

전력 반도체는 2021년에 최고 호황기를 맞이할 것으로 예상됩니다. 2018년에는 전기차 수요 급증과 8인치 생산 설비를 차지하는 기타 칩 수요 증가로 인해 전력 반도체 공급 부족과 가격 상승을 경험했습니다. 2019년에는 스마트폰과 내연기관 차량의 판매 부진, 전기차의 꾸준한 성장세로 인해 전력 반도체 시장은 정체되었습니다. 2020년에는 코로나19 팬데믹의 영향으로 상반기에는 전력 반도체 수요가 부진했으나, 3분기 이후 5G 전원 공급 장치, 스마트폰, 고속 충전, 산업, 전기차, IoT 기기 등의 수요 증가에 힘입어 수요가 급증하면서 일부 제품에서 공급 부족과 가격 상승이 발생했습니다. 2021년에는 전력 반도체 시장이 최고 호황기를 맞이할 것으로 전망합니다.

3. 전기차에 대한 강력한 수요와 다양한 분야의 수요 증가, 그리고 국내 대체재 개발로 인해 IGBT는 밝은 미래를 가지고 있습니다.

3.1 IGBT - 전력 소자의 최고봉, 전력 전자 장치 및 시스템의 핵심 부품

IGBT는 복잡한 동작 원리를 가진 집적 전력 반도체 소자입니다. 구조적으로 IGBT는 다이오드, BJT, 접합형 전계 효과 트랜지스터(JFET), MOSFET, SCR 등 거의 모든 기본 반도체 소자 구조를 통합하고 있습니다. IGBT의 구조적 매개변수 변화는 성능 변화를 초래합니다. 공정 기술 측면에서 IGBT는 대면적 전력 집적을 위해 MOS 집적 회로 기술을 사용합니다. 설계 결과 단위 셀 크기가 감소하는 것을 알 수 있습니다. 병렬로 집적된 셀의 수가 많을수록 온 상태 전압 강하(전도 손실)가 점차 감소합니다.

IGBT 기술은 30년 이상 개발되어 왔으며, 주로 6세대에 걸쳐 기술 및 공정 개선을 거쳤습니다. 구조적으로 IGBT는 수직 구조, IGBT 게이트 구조, 그리고 실리콘 웨이퍼 가공 기술로 나눌 수 있습니다. 주요 개발 추세는 손실 감소입니다.

IGBT는 고전압 분야에 적합합니다. IGBT는 BJT와 MOSFET의 장점을 결합한 복합 전력 반도체 소자입니다. MOSFET의 고속 스위칭, 고입력 임피던스, 저전력 소모, 간단한 구동 회로, 저손실 등의 장점과 BJT의 저온 전압, 대전류, 저손실 등의 장점을 모두 갖추고 있습니다. 고전압, 대전류, 고속 스위칭 측면에서 다른 전력 소자를 능가하는 성능을 자랑합니다. 따라서 전력 전자 분야에서 이상적인 스위칭 소자이며, 향후 응용 분야 개발의 주요 방향입니다. IGBT의 안정성은 MOSFET보다 다소 떨어지지만 BJT보다는 우수합니다. 하지만 IGBT의 내전압은 MOSFET보다 높게 설정하기 쉽고, 2차 항복으로 인한 고장 발생 가능성이 낮아 고전압 응용 분야에 적합합니다.

산업 제어 및 자동화 분야의 핵심 소자인 IGBT 모듈은 모터 에너지 절약, 철도 운송, 스마트 그리드, 항공 우주, 가전제품, 자동차 전자 장치, 신에너지 발전, 신에너지 자동차 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 신에너지 자동차의 발전과 가변 주파수 가전제품의 보급 확대로 IGBT 시장은 더욱 활기를 띠고 있습니다. IGBT는 산업 현장에서 장비의 자동화 수준과 제어 정확도를 향상시킬 뿐만 아니라, 전기 에너지 사용 효율을 크게 높이고 제품의 부피와 무게를 줄이며 재료를 절약하는 효과도 있습니다.

IGBT는 600V 이상에서 강력한 장점을 가지며 현재 6500V의 고전압에 적용 가능합니다. 고전압 분야에서 SiC MOSFET은 IGBT의 경쟁자이지만, 가격이 여전히 높습니다.

애플리케이션의 지속적인 업그레이드에 따라 IGBT 칩 및 모듈에 대한 새로운 요구 사항이 대두되었습니다. 칩은 면적을 줄이고 빠른 스위칭 속도를 구현해야 하며, IGBT는 더 높은 전압과 전류를 견딜 수 있어야 하고, 손실이 적고 신뢰성이 높아야 합니다.

자동차용 전력 모듈은 높은 전기 작동 신뢰성, 긴 수명, 우수한 에너지 절약, 강력한 간섭 방지, 경량화, 소형화 등의 특성을 요구합니다.

다양한 응용 분야의 요구에 부응하기 위해 전력 모듈 패키징 기술 또한 지속적으로 발전하고 있으며, 주요 기술로는 실리콘 소자용 신기술, 열 저항 감소, 새로운 칩 용접 방식, 양면 방열, 집적도 향상 등이 있습니다.

3.2 신에너지 자동차는 IGBT 모듈 성장의 주요 원동력입니다.

신에너지 자동차용 전력 반도체의 가치가 크게 증가했습니다. 새로운 전력 소자의 가치는 주로 자동차의 "3대 동력" 시스템, 즉 전력 제어, 전기 구동 및 배터리 시스템에서 비롯됩니다. 전력 제어 장치에서는 IGBT 또는 SiC 모듈이 고전압 직류를 교류로 변환하여 3상 모터를 구동합니다. 온보드 충전기의 AC/DC 및 DC/DC 컨버터에는 IGBT 또는 SiC, MOS, SBD 단일 소자가 사용됩니다. 전동 파워 스티어링, 워터 펌프, 오일 펌프, PTC, 에어컨 컴프레서와 같은 고전압 보조 제어기에는 IGBT 단일 소자 또는 모듈이 사용됩니다. ISG 시동/정지 시스템에서는 와이퍼와 같은 저전압 제어기에 전기차용 MOS 단일 소자가 사용됩니다.

(1) 전기 속도 제어 시스템: 신에너지 자동차 모터 속도 제어 시스템에는 크게 두 가지 형태의 전력 소자가 있습니다. 직류 모터용 초퍼와 교류 모터용 인버터입니다. (1) 초퍼: 직류 모터 속도 제어 시스템에는 일반적으로 초퍼가 사용됩니다. 전력 회로가 비교적 간단하고 효율이 비교적 높습니다. 전력 소자의 발전으로 초퍼의 주파수는 수천 헤르츠에 도달할 수 있으므로 직류 견인 속도 조절에 매우 적합합니다. 신에너지 자동차는 직류 모터로 구동됩니다. 직렬 모터든 분리 여자 모터든 초퍼는 전력 변환기로 사용됩니다. 초퍼의 전력 소자는 주로 MOSFET과 BJT를 사용합니다. (2) 인버터의 DC/DC 변환 모드에는 일반적으로 DC 초퍼+인버터와 DC/DA 인버터의 두 가지 방식이 있습니다. 신에너지 자동차의 전원 전압이 낮기 때문에 전자의 방식을 사용하면 에너지 전송 링크가 너무 많아 전체 시스템의 효율이 저하됩니다. PWM 전압 인버터를 사용하면 회로가 간단하고 링크 수가 적으며 효율이 높습니다. 또한, 최근에는 공진형 DC 링크 컨버터와 고주파 공진형 AC 링크 컨버터가 등장했습니다. 공진형 컨버터는 제로 전압 또는 제로 전류 스위칭 기술을 사용하기 때문에 스위칭 손실이 적고, 전자기 간섭이 적으며, 잡음이 적고, 전력 밀도가 높으며, 신뢰성이 높다는 장점을 가지고 있습니다.

(2) 에너지 변환기: 신에너지 자동차의 에너지 변환기의 주요 구성 요소는 전력 소자입니다. 현재 일반적으로 사용되는 전력 소자에는 CTO, BJT, MOSFET, IGBT, SITSITH 및 MCT가 있습니다. 그중 CTO와 MCT는 높은 스위칭 속도, 높은 에너지 전송 능력, 우수한 동적 특성 및 높은 신뢰성을 가지고 있어 전기 자동차 구동에 매우 적합합니다. 동시에 전력 소자는 에너지 변환기의 구조에 영향을 미칠 수 있습니다. DC-DC 변환기와 DC-AC 변환기는 각각 DC 모터와 AC 모터에 사용됩니다.

(3) 차량 탑재 충전 장치: 차량 탑재 충전기의 개발은 신에너지 자동차 개발에 필수적인 조건입니다. 이는 교류 전력망에서 각 전기 자동차의 배터리로 전력을 효과적으로 보충할 수 있기 때문입니다. 충전기의 기능은 교류를 직류로 변환하는 것이며, 이를 위해서는 IGBT와 같은 전력 소자가 필요합니다. 신에너지 자동차는 이러한 전력 소자에 대한 새로운 요구 사항을 제시합니다. 단순히 정전류 및 정전압 2단계 충전뿐만 아니라 고효율, 경량화, 자가 점검 및 자동 충전과 같은 다양한 보호 기능, 충전 시간 곡선 프로그래밍 기능, 배터리 온도 모니터링 기능, 그리고 전력망 오염 방지 기능까지 요구됩니다.

(4) 충전 파일: 신에너지 자동차의 필수 기본 지원 시설로서 우리나라의 충전 파일 산업도 급속 성장 건설기에 있으며 미래 시장 공간이 넓습니다. 인피니언 통계에 따르면 100kW 충전 파일에는 200~300달러 상당의 전력 장치가 필요하며 IGBT 모듈이 충전 파일의 핵심 장치입니다.

전기차의 종류에 따라 필요한 전력 반도체 소자의 양이 다릅니다. 순수 전기차의 수가 증가함에 따라 자동차용 전력 반도체 소자의 생산량과 가격 모두 상승할 것입니다.

인피니언의 데이터에 따르면, 2020년에는 48V 마일드 하이브리드 차량에 90달러 상당의 전력 반도체를 추가해야 하고, 전기차 또는 하이브리드 차량에는 330달러 상당의 전력 반도체를 추가해야 합니다.

2019년 전 세계 전기차 판매량은 2.21만 대에 달해 전년 대비 10% 증가했으며, 중국의 신에너지 자동차 판매량은 120만 6천 대로 전년 대비 4.0% 감소했습니다.

2020년 11월 신에너지 자동차 생산량과 판매량은 각각 19만 8천 대와 20만 대로, 전년 동기 대비 각각 75.1%와 104.9% 증가했습니다. 2020년 1월부터 11월까지 신에너지 자동차 생산량과 판매량은 각각 111만 9천 대와 110만 9천 대로, 생산량은 전년 동기 대비 0.1% 감소했고 판매량은 3.9% 증가했습니다.

블룸버그NEF는 전 세계 신에너지 자동차 수가 2025년에는 11만 대에 달할 것으로 예측하며, 이 중 중국이 50%를 차지할 것이라고 전망했습니다. 2030년에는 28만 대, 2040년에는 56만 대에 이를 것으로 예상되며, 그때쯤이면 전기차 판매량이 전체 신차 판매량의 57%를 차지할 것으로 전망됩니다.

자동차용 전력 반도체 시장은 경쟁이 치열하고 시장 집중도가 매우 높아 유럽과 미국 제조업체들이 핵심적인 우위를 점하고 있습니다. 2019년 세계 자동차용 반도체 시장 규모는 37.2억 달러에 달했으며, 인피니언이 13.4%의 시장 점유율로 1위를 차지했습니다. 상위 5개 기업의 시장 점유율은 49.1%에 이릅니다. 세계 최대 자동차용 전력 반도체 기업은 인피니언으로 25.5%의 점유율을 기록하고 있으며, 2위는 ST마이크로일렉트로닉스로 13.9%의 점유율을 보이고 있습니다. 상위 5개 기업의 시장 점유율은 62.1%로 높은 집중도를 나타냅니다.

스타 반도체(Star Semiconductor)가 빠르게 성장하고 있습니다. 중국 자동차 산업은 자동차용 전력 반도체 분야에서 기반이 취약하고 발전 속도가 더디지만, 최근 몇 년간 중국의 전기차 시장이 급속도로 성장하면서 IGBT 산업의 성장도 견인하고 있습니다. ZOS 자동차 연구소의 자료에 따르면, 2019년 중국 신에너지 자동차용 IGBT 시장에서 인피니언(Infineon)이 49.3%의 점유율로 1위를 차지했고, 주로 자사 제품을 공급하는 BYD가 20%로 2위, 스타 반도체가 16.6%로 3위를 기록했습니다.

3.3 산업 제어, 신에너지, 가전제품 주파수 변환 등 다양한 분야에서 IGBT의 안정적인 성장이 촉진되고 있습니다.

전력 반도체 소자는 전력 관리 산업에서 사용량이 증가하고 있습니다. 향후 산업 제어, 신에너지, 가변 주파수 가전제품, 데이터 센터, 5G, IoT 등 다양한 분야에서 전력 반도체 소자가 급속도로 성장할 것이며, 이에 따라 IGBT에 대한 수요도 지속적으로 증가할 것입니다.

3.3.1 산업 제어는 IGBT의 가장 큰 응용 분야이며, 수요가 꾸준히 증가하고 있습니다.

IGBT 모듈은 주파수 변환기, 인버터 용접기 등 전통적인 산업 제어 및 전원 공급 산업의 핵심 부품으로 널리 사용되고 있습니다. 산업 제어 및 전원 공급 산업 시장이 점차 회복됨에 따라 이 분야의 IGBT 모듈 시장 규모도 점차 확대될 것으로 예상됩니다.

1) 주파수 변환기 산업: IGBT 모듈은 주파수 변환기에서 기존 트랜지스터의 역할을 수행할 뿐만 아니라 정류 기능도 포함합니다. 컨트롤러에서 생성된 사인파 신호는 광 커플링을 통해 절연된 후 IGBT로 입력됩니다. IGBT는 신호 변화에 따라 380V(220V) 정류된 직류 전력을 다시 교류 전력으로 변환하여 출력합니다.

우리나라 주파수변환기 산업 시장 규모는 전반적으로 증가 추세입니다. 주파수변환기는 신에너지 분야에 진출했을 뿐만 아니라 야금, 석탄, 석유화학 등 산업 분야에서도 꾸준한 성장을 이어갈 것으로 예상됩니다. 도시화 속도가 빨라짐에 따라 지방 행정, 철도 운송 등 공공 시설 분야의 주파수변환기 수요가 지속적으로 증가하여 시장 규모 확대를 촉진할 것입니다. 향후 몇 년 동안 고효율 및 에너지 절약 기능을 갖춘 고전압 인버터 시장은 정책적 지원에 힘입어 지속적으로 성장할 전망입니다. 2023년에는 고전압 인버터 시장 규모가 약 17.5억 위안에 이를 것으로 예상됩니다.

2) 인버터 용접기 산업: 인버터 아크 용접 전원 공급 장치(아크 용접 인버터라고도 함)는 새로운 유형의 용접 전원 공급 장치입니다. 이 전원 공급 장치는 일반적으로 3상 전력 주파수(50Hz)의 교류 전압을 입력 정류기를 통해 정류 및 필터링하여 직류로 변환한 다음, 고출력 스위칭 전자 부품(IGBT)의 교류 스위칭 동작을 통해 수천~수만Hz의 중간 주파수 교류 전압으로 변환합니다. 동시에 변압기를 통해 용접에 적합한 수십 볼트의 전압으로 낮춘 후, 다시 정류하고 리액턴스를 통해 필터링하여 비교적 안정적인 직류 용접 전류를 출력합니다.

국가통계국 자료에 따르면 2018년 우리나라의 전기 용접기 생산량은 853만 3천 대로 2017년 대비 58만 4천 6백 대 증가했습니다. 용접기 시장의 지속적인 성장세는 IGBT 수요의 점진적인 증가를 가져올 것입니다.

3.3.2 태양광 및 풍력 발전량이 빠르게 성장하고 있으며, IGBT는 새로운 성장 동력을 환영합니다

신에너지 발전으로 생산된 전력은 전력망의 요구 사항을 충족하지 못하기 때문에 태양광 인버터나 풍력 인버터를 통해 직류(DC)로 정류한 후, 다시 전력망 요구 사항을 충족하는 교류(AC)로 변환하여 전력망에 공급해야 합니다. IGBT 모듈은 태양광 인버터와 풍력 인버터의 핵심 부품입니다. 신에너지 발전 산업의 급속한 발전은 IGBT 모듈 산업의 지속적인 성장을 이끄는 또 다른 원동력이 될 것입니다. 2015년 전 세계 발전량은 6414GW였으며, 2025년에는 8647GW에 이를 것으로 예상되며, 향후 10년간 연평균 성장률(CAGR)은 3.0%입니다. 이 중 신재생에너지 발전량은 5.9%의 더 빠른 성장률을 보일 것으로 전망됩니다. 더 자세히 살펴보면, 태양광 발전과 풍력 발전의 성장률은 재생에너지 발전의 복합 성장률보다 높으며, 15~25년 태양광 발전의 연평균 성장률은 풍력 발전의 연평균 성장률 16.4%로, 업계 평균 성장률을 훨씬 웃돕니다. 지역별로 보면, 풍력 발전은 중국, 유럽, 미국에서 빠르게 성장하고 있으며, 태양광 발전은 중국, 유럽, 미국 및 기타 아시아 태평양 지역에서 빠르게 성장하고 있습니다.

풍력 발전: 풍력 발전은 주로 중국과 미국이 적극적으로 개발하고 있습니다. 중장기적으로 풍력 발전량은 꾸준히 증가할 것으로 예상됩니다. 화력 발전과 비교했을 때, 풍력 발전소 1MW당 필요한 반도체량은 화력 발전소의 30배에 달합니다. 풍력 터빈의 발전 용량은 2011년 1.5MW에서 2017년 2~3MW로 증가했습니다. 풍력 발전량의 지속적인 증가는 전력 반도체에 새로운 수요를 창출할 것입니다.

태양광 발전: IHS는 2016년부터 2021년까지 태양광 발전 부문의 IGBT 모듈 수요 복합 성장률이 9.0%에 달할 것으로 예측합니다. 친환경 에너지인 태양광 발전과 인버터의 계통 연계 요구를 효과적으로 충족하기 위해서는 제어, 구동 및 출력 전력 소자의 적절한 조합이 필수적입니다. IGBT는 전력 스위치로서 필수적인 선택이며, 태양광 인버터 또한 SiC 기반 소자의 첫 번째 적용 분야 중 하나가 될 것이므로 IGBT의 가치는 크게 상승할 것입니다.

중국의 태양광 인버터 제조업체들이 급성장하고 있으며, IGBT 시장 또한 성장세를 보이고 있습니다. 현재 화웨이와 선로우를 비롯한 중국 제조업체들은 태양광 인버터 시장에서 꾸준히 두각을 나타내고 있습니다. 솔라엣지(SolarEdge) 통계에 따르면, 2018년 화웨이는 전 세계 인버터 시장 점유율 22%로 1위를 차지했고, 선로우는 15%로 2위에 올랐습니다. 특히 3상 스트링 인버터 시장에서 화웨이는 2017년 56%의 점유율을 기록하며 압도적인 시장 우위를 점하고 있습니다. 중국 태양광 인버터 제조업체들의 빠른 성장은 국내 IGBT 대체에 있어 상당한 국산화 이점을 제공하고 있습니다.

3.3.3 전 세계 가전제품에서 주파수 변환 기술의 보급이 가속화되고 있으며, IGBT는 좋은 발전 기회를 맞이하고 있습니다.

IGBT 모듈은 가변 주파수 가전 인버터의 핵심 부품입니다. IGBT의 고주파 개폐 기능은 다음과 같은 장점을 제공합니다. 1. 낮은 전도 손실 및 스위칭 손실; 2. 우수한 EMI 성능으로, 구동 저항 크기를 변경하여 스위칭 손실을 적정 범위 내로 유지하면서 EMI 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 3. 강력한 단락 저항; 4. ​​낮은 전압 스파이크(가전제품 보호). 세계 최대 가전 시장이자 생산 기지인 중국은 대규모 IGBT 시장을 육성하고 있습니다. 에어컨 산업을 예로 들면, 세계 최대 가전 시장이자 생산 기지인 중국은 대규모 IGBT 시장을 육성하고 있습니다.

주파수 변환 기능을 갖춘 가전제품은 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 기존 가전제품과 비교했을 때, 가변 주파수 가전제품은 에너지 효율, 성능, 지능형 제어 측면에서 뚜렷한 장점을 가지고 있습니다. 최근 주파수 변환 가전제품은 본격적으로 개발 단계에 접어들었으며, 주로 에어컨, 전자레인지, 냉장고, 온수기 등 전력 소비량이 많은 가전제품에 적용되고 있습니다. 예를 들어, 일반 냉장고와 비교했을 때 가변 주파수 냉장고는 수명이 길고 소음이 적으며 에너지 소비량을 최대 40%까지 절감할 수 있습니다.

2022년에는 가전제품의 주파수 변환 보급률이 65%에 달할 것으로 예측됩니다. IHS 통계에 따르면 2017년 전 세계 가전제품 판매량은 약 7억 1,100만 대였으며, 이 중 주파수 변환 기능이 없는 일반 가전제품이 4억 6,700만 대(66%), 주파수 변환 기능이 있는 일반 가전제품이 2억 4,400만 대(34%)였습니다. 2022년에는 주파수 변환 기능이 있는 일반 가전제품 판매량이 5억 8,500만 대(65%)에 달해 전체 판매량의 65%를 차지할 것으로 예상되며, 2017년부터 2022년까지 연평균 성장률(CAGR)은 19.1%에 이를 것으로 전망됩니다. 반면 주파수 변환 기능이 없는 일반 가전제품의 판매량은 3억 1,700만 대(35%)로 감소할 것으로 예상됩니다.

주파수 변환 가전제품용 전력 반도체의 개별 가격이 크게 상승했습니다. 가변 주파수 가전제품의 생산량 급증으로 가전제품 단위당 반도체 가격이 크게 오를 것으로 예상됩니다. 인피니언은 일반 가전제품의 반도체 가격이 0.7유로에서 9.5유로로 상승할 것으로 예측합니다. 이러한 가격 상승은 주로 전력 반도체에서 나타납니다. 가변 주파수 가전제품의 단위당 평균 반도체 가격을 9.5유로로 가정할 때, 가전제품용 반도체 시장은 2017년 26억 4,500만 유로에서 2022년 57억 7,900만 유로로 성장할 것으로 예상되며, 향후 17~22년간 연평균 성장률(CAGR)은 16.9%에 달할 것으로 전망됩니다.

IHS 데이터에 따르면 가정용 전력 반도체 시장 규모는 2017년 14억 4천만 달러에서 2021년 26억 7천만 달러로 성장할 것으로 예상되며, 연평균 성장률은 1%입니다.

전 세계적인 에너지 절약 및 환경 보호 운동이 활발히 전개됨에 따라 백색 가전제품의 주파수 변환 기술 보급률이 점차 증가할 것이며, 주파수 변환기의 핵심 부품인 전력 반도체는 상당한 수혜를 입을 것입니다.

3.4 다양한 분야의 성장: 자동차용 IGBT 모듈은 2018년부터 2023년까지 연평균 23.5%의 복합 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다.

2018년 전 세계 IGBT 시장 규모는 62억 1천만 달러에 달했습니다. IHS 데이터에 따르면, 2017년 전 세계 IGBT 시장 규모는 52억 5천5백만 달러였으며, 이는 2016년 대비 16.5% 증가한 수치입니다. 2018년 전 세계 IGBT 시장 규모는 약 62억 1천만 달러였습니다.

4. 전기 자동차 수요 증가에 힘입어 탄화규소는 새로운 발전 기회를 맞이하고 있습니다.

4.1 탁월한 성능, 3세대 반도체는 역사적인 순간에 등장했습니다.

SiC 및 GaN 기반 MOSFET은 성능 한계를 돌파했으며, 기술 업그레이드가 필수적입니다. 1세대 및 2세대 반도체 소재와 비교하여 3세대 반도체 소재는 넓은 밴드갭, 높은 항복 전계, 높은 열전도율, 높은 전자 포화율 및 높은 방사선 저항성을 가지므로 고온, 고주파, 방사선 저항성 및 고출력 소자 제작에 더욱 적합합니다. 소형화된 소자 크기와 향상된 성능을 추구하는 전력 소자 제조업체들은 SiC 및 GaN 기반 MOSFET에 대한 차세대 기술 솔루션을 점차 개발하고 있습니다. 예를 들어, 1) SiC 기반 MOSFET은 실리콘 기반 MOSFET에 비해 결정 구조가 매우 안정적이며 동작 온도가 600°C에 달할 수 있습니다. 2) SiC의 항복 전계 강도는 실리콘보다 10배 이상 높아 SiC 기반 MOSFET의 차단 전압이 더 높습니다. 3) SiC의 전도 손실은 실리콘 소자보다 훨씬 작고 온도 변화에 따른 변화도 매우 적습니다. 4) SiC의 열전도율은 Si 소재의 약 2.5배입니다. 포화 전자 드리프트 속도는 Si의 2배이므로 SiC 소자는 더 높은 주파수에서 작동할 수 있습니다.

SiC는 주로 가전제품, 신에너지(전기 자동차, 풍력 발전, 태양광 발전), 산업 응용 분야 등에 사용됩니다.

4.2 탄화규소는 전기 자동차 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

자동차 분야에서는 SiC MOSFET이 성능 면에서 확실히 우수하며, 손실을 줄이고 모듈의 부피와 무게를 감소시킬 수 있습니다. IGBT는 신뢰성과 내구성 면에서 우수합니다. 실리콘 카바이드 소자는 차량 충전 시스템 및 전력 변환 시스템에 사용되어 스위칭 손실을 효과적으로 줄이고, 최대 작동 온도를 높이며, 시스템 효율을 향상시킬 수 있습니다.

모델 3는 SiC MOSFET을 최초로 사용하여 전기 자동차에 SiC를 적용하는 데 선구적인 역할을 했습니다.

테슬라의 인버터 모듈은 ST마이크로일렉트로닉스에서 공급한 24개의 실리콘 카바이드(SiC) MOSFET을 최초로 사용했습니다. 이후 인피니언도 테슬라의 SiC 전력 반도체 공급업체가 되었습니다. 전체 전력 모듈은 표준 6스위치 인버터 토폴로지를 사용하는 단일 튜브 모듈로 구성됩니다. 각 스위치는 4개의 단일 튜브 모듈로 이루어져 총 24개의 단일 튜브 모듈이 사용됩니다. 이 장치의 내전압은 650V입니다. 모델 3의 SiC 단일 튜브 모듈 설계는 모델 S/X에 사용된 인피니언 IGBT 단일 튜브 설계와 일맥상통합니다. 이러한 설계의 장점은 다양한 전력 레벨에서 확장성을 확보하는 동시에 모듈 패키징 수율을 향상시키고 반도체 소자 비용을 절감할 수 있다는 것입니다.

BYD Han은 SiC MOSFET을 사용하여 가속 성능, 출력 및 내구성을 향상시켰습니다.

2020년 BYD의 Han EV 모터 컨트롤러는 BYD가 자체 개발 및 제조한 SiC MOSFET 제어 모듈을 최초로 사용하여 모터 성능을 크게 향상시켰습니다.

실리콘 카바이드는 우수한 가속 성능을 제공합니다. 넓은 밴드갭의 가장 직접적인 이점은 높은 항복 전계 강도로, 이는 고전압을 견딜 수 있다는 것을 의미하며, 결과적으로 더 높은 시스템 전압을 제어할 수 있다는 것을 뜻합니다. BYD Han이 650V 전압 플랫폼을 사용할 수 있는 것도 실리콘 카바이드 덕분입니다. 고전압은 저전류를 의미하며, 이는 장비 저항에서의 손실을 줄여줍니다. 모터 설계 측면에서도 작은 크기에 더 높은 출력을 구현하기가 더 쉽습니다. 따라서 BYD Han은 3.9초 만에 0-100km/h 가속 성능을 쉽게 달성할 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 높은 확률과 긴 배터리 수명을 제공할 수 있습니다. 넓은 밴드갭으로 인한 이점 외에도, 실리콘 카바이드는 포화 전자 속도가 빠르고 열전도율과 내열성이 뛰어나다는 두 가지 주요 장점을 가지고 있습니다. 포화 전자의 속도가 빠르다는 것은 더 큰 전류를 흐를 수 있다는 것을 의미합니다. 실리콘 카바이드 소재의 포화 전자 속도는 실리콘 소재의 두 배입니다. 따라서 장치 설계 시 포화 전류에서 벗어난 전류 강도를 유지하기 쉬워 온 상태에서 저항을 낮출 수 있습니다. 이는 전력 손실을 줄이고 장치의 발열을 감소시키며 방열 설계를 간소화하는 데 도움이 됩니다. 특히 순간적인 고전류 조건에서 장비의 온도 축적이 줄어들고, 소재 자체의 내열성과 열전도율이 높아 장비의 열 방출이 용이해집니다. 또한 차량이 더 큰 출력을 낼 수 있도록 해줍니다. 이것이 바로 BYD Han이 363kW의 출력을 낼 수 있는 이유입니다. 리튬인산철을 사용하면 항속 거리가 605km에 달할 수 있는데, 이는 실리콘 카바이드 덕분이기도 합니다.

도요타의 수소 연료전지차 미라이 모델은 탄화규소 모듈을 사용합니다.

덴소는 도요타 수소 연료전지차 미라이 모델에 탑재될 차세대 SiC(탄화규소) 전력 반도체를 장착한 부스트 파워 모듈의 양산에 돌입했습니다. 덴소와 도요타의 SiC 파워 모듈은 하이브리드 전기차(HEV), 수소 연료전지 버스, 수소 연료전지 승용차 등에 사용되어 왔습니다. 신형 미라이에 탑재되는 차세대 고체 연료전지 핵심 부품인 도요타 FC 스택은 여러 개의 SiC 전력 반도체를 사용하는 FC 부스트 컨버터와 결합됩니다. 부스트 컨버터는 입력 전압보다 높은 전압을 출력하는 역할을 합니다.

전력 모듈의 크기는 30% 감소하고 손실은 70% 감소합니다. 덴소의 계산에 따르면, 실리콘 기반 전력 반도체를 사용하는 제품과 비교했을 때, SiC 전력 반도체(다이오드 및 트랜지스터 포함)를 탑재한 새로운 부스트 전력 모듈은 크기가 약 30% 작아지고 손실은 약 70% 감소합니다. 이를 통해 전력 모듈의 소형화를 달성하는 동시에 차량의 연비도 향상시킵니다.

SiC 모듈을 탑재한 신형 미라이는 주행 가능 거리가 30% 증가했습니다. 토요타는 연료전지 승압 변압기에 SiC 반도체를 사용하고 리튬 이온 저전압 배터리를 적용함으로써 시스템 에너지 소비 손실을 줄일 수 있다고 밝혔습니다. 동시에 연료전지 스택의 성능 향상을 기반으로 촉매 능동 재생 제어 기술을 적용하여 발전 효율을 높였습니다. 그 결과, 신형 미라이 WLTC 주행 조건에서 최대 약 850km의 주행 가능 거리를 달성했는데, 이는 이전 세대 모델보다 약 30% 향상된 수치입니다.

4.3 탄화규소 전력 소자 시장은 2027년에 10억 달러를 넘어설 것으로 예측된다.

실리콘 카바이드(SiC) 전력 소자 시장 규모는 2027년에 100억 달러를 넘어설 것으로 예측됩니다. 2018년 SiC 전력 소자 시장 규모는 약 3억 9천만 달러였습니다. 신에너지 자동차, 전력 장비 등 여러 분야의 막대한 수요에 힘입어 IHS는 SiC 전력 소자 시장 규모가 2027년까지 100억 달러를 돌파할 것으로 전망하고 있습니다. 특히 2021년부터 전기 자동차의 성장에 힘입어 SiC MOSFET은 빠른 성장세를 유지하며 가장 많이 판매되는 SiC 개별 전력 소자가 될 것으로 예상됩니다.

5. 전력 반도체의 80% 이상이 수입에 의존하고 있으며, 국내 기업들은 따라잡기 위해 노력하고 있습니다.

5.1 유럽, 미국, 일본 기업들은 전력 반도체 분야에서 분명한 우위를 점하고 있다.

인피니언 통계에 따르면 2019년 전 세계 전력 반도체 소자 및 모듈 시장 규모는 210억 달러였습니다. 유럽, 미국, 일본이 시장을 주도하는 삼자 구도를 보였으며, 인피니언이 19%로 1위를 차지했고, 온 세미컨덕터(ON Semiconductor)가 8.4%로 그 뒤를 이었습니다. 상위 10개 기업의 시장 점유율은 합산 58.3%에 달했습니다.

2019년 전 세계 MOSFET 시장 규모는 8.1억 달러에 달했습니다. 인피니언이 24.6%의 시장 점유율로 압도적인 1위를 차지했으며, 상위 5개 기업의 시장 점유율은 59.8%에 이르렀습니다. 윙텍에 인수된 넥스페리아 반도체와 중국에서 성장한 차이나리소스마이크로일렉트로닉스가 각각 4.1%와 3.0%의 점유율로 10위권에 진입했습니다.

2019년 IGBT 모듈 시장 규모는 33억 1천만 달러였습니다. 인피니언이 35.6%의 시장 점유율로 1위를 차지했으며, 상위 5개 기업이 전체 시장의 68.8%를 차지했습니다. 중국의 대표적인 IGBT 기업인 스타 반도체는 최근 몇 년간 빠르게 성장하여 상위 10위권에 진입했습니다. 2019년에는 2.5%의 시장 점유율로 8위를 기록했습니다.

2019년 개별 IGBT 시장 규모는 14억 4천만 달러였습니다. 인피니언이 32.5%의 시장 점유율로 1위를 차지했습니다. 상위 5개 기업이 전체 시장의 63.9%를 차지했으며, 중국 제조업체 실란마이크로가 2.2%의 시장 점유율로 10위권에 진입했습니다.

2019년 IPM 시장 규모는 15억 9천만 달러였습니다. 일본의 미쓰비시가 32.7%의 시장 점유율로 1위를 차지했습니다. 상위 5개 기업이 전체 시장의 76.9%를 차지했습니다. 중국 제조업체인 실란 마이크로일렉트로닉스와 차이나 마이크로일렉트로닉스는 각각 1.1%와 0.8%의 시장 점유율로 상위 10위권에 진입했습니다.

5.2 중국 전력 반도체 기업들이 빠르게 성장하며 급속한 발전 시대를 열고 있습니다.

중국은 세계 최대의 전력 반도체 시장입니다. 주요 국제 기업들의 매출 상당 부분이 중국에서 발생합니다. 예를 들어, 달 테크놀로지와 NXP는 매출의 50%와 40% 이상을 중국 본토에서 올리고 있습니다. 중국은 전기차 시장이 매우 발달한 국가이며, 인피니언의 IGBT는 중국 전기차 시장의 60% 이상을 점유하고 있습니다. 이처럼 중국 전력 반도체 시장은 엄청난 수요를 가지고 있으며, 국내 제조업체들은 수입 대체 시장에서 큰 성장 잠재력을 지니고 있습니다.

중국의 IGBT 자급률이 지속적으로 증가하고 있습니다. 지옌 컨설팅(Zhiyan Consulting) 자료에 따르면, 2015년 이후 중국의 IGBT 자급률은 10%를 넘어섰고 꾸준히 상승해 왔습니다. 2015년 10.1%였던 자급률은 2020년 18.4%로 증가할 것으로 예측됩니다. 2024년에는 중국의 IGBT 생산량이 7,800만 대에 달하고 수요는 약 1억 9,600만 대에 이를 것으로 예상되며, 자급률은 40%에 이를 것으로 전망됩니다. 그러나 전반적으로 중국 IGBT 산업은 여전히 ​​공급과 수요 간의 큰 격차가 존재하며, 향후 '국내 대체'가 중요한 발전 방향이 될 것입니다.

중고급 전력 반도체 제품은 해외 시장에 크게 의존하고 있습니다. BYD, 화웨이, CRRC, 선로우와 같은 중국 기업들은 세계적인 전력 반도체 고객이지만, 여전히 인피니언, 후지전기, 미쓰비시전기 등 해외 공급업체에 전력 반도체 조달을 크게 의존하고 있습니다. 중국은 전기차와 하이브리드차의 최대 시장이지만, 대부분의 중국 내 시스템에 필요한 전력 반도체 모듈은 여전히 ​​해외 공급망을 통해 조달되고 있습니다. 전 세계 전력 반도체 시장에서 중고급 제품 제조업체는 주로 유럽, 미국, 일본에 집중되어 있습니다. 유럽, 미국, 일본의 전력 반도체 제조업체는 대부분 IDM(통합생산) 업체이며, 인피니언, ON Semiconductor, STMicroelectronics, 미쓰비시, 도시바 등이 업계를 선도하고 있습니다. 대만과 중국 또한 비교적 큰 규모의 전력 반도체 생산국입니다. 대부분의 제조업체는 <binary data, 6 bytes>less(팹리스) 업체이며, 주로 저가형 제품을 생산합니다. 중국의 전력 반도체 시장은 전 세계 수요의 약 36%를 차지합니다. 고급 제품 분야에서는 약 80%가 수입에 의존하고 있습니다.

중국의 전력 반도체 산업은 빠르게 발전하고 있습니다. 우리나라 반도체 제조업체들은 주로 IDM(통합생산) 모델을 기반으로 하며, 생산 체인이 비교적 잘 갖춰져 있습니다. 제품은 주로 다이오드, 저전압 MOS 소자, 사이리스터와 같은 저가형 분야에 집중되어 있으며, IGBT 분야에서도 점차 성과를 내고 있습니다. 생산 기술은 성숙 단계에 접어들었고 비용 경쟁력도 뛰어납니다. 업계 선두 기업들의 수익성은 대만이나 중국 제조업체들보다 훨씬 높습니다. 신에너지, 전력, 철도 운송과 같은 고가형 제품 분야에서는 국내 제조업체 중 생산 능력을 갖춘 곳은 소수에 불과합니다. 고가형 제품 시장은 인피니언, 온 ​​세미컨덕터, 르네사스, 도시바와 같은 유럽, 미국, 일본 제조업체들이 독점하고 있습니다.

현재 국내외 IGBT 시장은 여전히 ​​외국 기업들이 장악하고 있습니다. 스타 반도체를 중심으로 한 국내 IGBT 기업들은 산업 제어, 전기 자동차, 풍력, 태양광, 고속철도 분야에서 점차 돌파구를 마련하며 빠르게 성장하고 있으며, 시장 점유율을 꾸준히 확대하고 있습니다. 2019년 출하량 기준으로 중국 전기 자동차용 IGBT 시장에서 인피니언이 49.3%의 점유율로 1위를 차지했고, BYD가 20%로 그 뒤를 이었습니다(주로 자사 제품 사용). 스타 반도체는 16.6%로 3위에 올랐습니다. 스타 반도체는 전기 자동차용 IGBT 분야에서 90%가 넘는 높은 칩 자급률을 자랑합니다.

우리나라 전력 반도체 시장에서는 국내 제조업체들이 저가형 제품 분야에서 수입품을 대체하기 시작했습니다. 윙텍 테크놀로지가 인수한 넥스페리아, 스타 반도체, 차이나 리소스 마이크로, 신지에 넝, 라이온 마이크로, 차이나 마이크로일렉트로닉스, 양지에 테크놀로지, 실란 마이크로, 사난 광전자, 지에지에 마이크로일렉트로닉스 등은 업계의 고품질 기업이지만, 시장 점유율은 아직 낮습니다.

6. 업계 부문 선두 기업에 대해 낙관적입니다.

현재 국내 전력 반도체 산업 공급망은 점차 완벽해지고 있으며, 기술 또한 획기적인 발전을 이루고 있습니다. 중국은 세계 최대 전력 반도체 소비국으로, 2019년 전 세계 수요의 35.9%를 차지했으며, 그 성장률은 세계 평균을 크게 웃돌고 있습니다. 앞으로 신에너지(전기 자동차, 태양광, 풍력), 산업 제어, 주파수 변환 가전제품, IoT 장비 등에 대한 수요 증가로 중국의 수요 증가율은 세계 평균을 지속적으로 상회할 것이며, 관련 산업은 꾸준히 성장할 것으로 예상됩니다. 국내 대체재로는 스타 반도체, 차이나리소스마이크로, 화홍 반도체, 실란마이크로, 뉴클린에너지, 레온마이크로, 사난광전자, 윙텍테크놀로지, CRRC타임즈일렉트릭 등 각 분야 선두 기업들의 성장을 낙관적으로 전망합니다.

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