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GaN·SiC 전력반도체 시장, 2027년 100억 달러 규모로 성장할 것
신동윤 기자 | 승인 2018.04.25 15:30

[EPNC=신동윤 기자] 

· SiC(Silicon Carbide)와 GaN(Galium Nitride) 전력반도체 시장은 하이드브리드와 전기 자동차, 전원공급기, 그리고 PV(Photovoltaic) 인버터 등의 수요 증가로 인해 2020년 약 10억 달러 규모에 이를 것으로 예상되고 있다.

· 하이브리드와 전기 자동차의 메인 파워트레인 인버터로 SiC나 GaN 전력반도체를 채택함으로써, 2017년 이후 연 35%의 높은 성장세를 유지하면서, 2027년에는 100억 달러 규모의 시장을 형성하게 될 것으로 기대하고 있다.

· 2020년까지는 GaN Si 트랜지스터가 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors)과 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistors)와 동일한 가격대에서 높은 성능을 제공하게 될 것으로 기대된다. 또한 GaN 전력반도체는 2024년 6억 달러, 2027년에는 17억 달러 규모로 성장할 것으로 예상하고 있다.

하이브리드와 전기 자동차의 판매가 증가함에 따라 SiC 전력반도체 분야의 지속적인 성장이 예상되고 있다. 이들의 시장 진출은 이미 시작되고 있다. 특히 중국에서는 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky barrier diode)나 MOSFET, JFET(Junction Gate Effect Transistor), 또는 기타 SiC 디스크리트 등은 대량생산되는 오토모티브용 DC-DC 컨버터와 온보드 배터리 차저에 이미 적용되고 있다.

IGBT 대신 SiC MOSFET을 사용하는 파워트레인 메인 인버터는 3~5년 이내에 시장에 선보이게 될 것으로 보인다. DC-DC 컨버터나 온보드 차저보다는 메인 인버터가 더 많은 수요가 있기 때문에 요구 수량 또한 더 빠르게 증가할 것이다. 인터버 제조업체가 결국 SiC 디스크리트를 통해 SiC 파워 모듈을 개발하게 될 것으로 예상된다. 통합 제어와 패키지 최적화는 모두 모듈 조립업체가 가질 수 있는 핵심 역량이다.

각각의 자동차에 대한 SiC 디바이스의 수가 증가하는 것은 물론이고, 2017년에서 2027년 사이 BEV(Battery Electric Vehicle)과 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 또한 전세계적으로 약 10배가 증가할 것으로 예상된다. 전세계 각국 정부는 공기 오염을 줄이고 화석 연료를 사용하는 기존 자동차에 대한 의존도를 낮추기 위해 노력하고 있기 때문이다. 중국, 인도, 프랑스, 영국, 노르웨이 등은 이미 내연기관 자동차의 생산을 향후 10년 이내에 금지하고, 이를 보다 친환경적인 자동차로 대체하려 하고 있다. 이런 흐름에 따라 일반적으로 전기자동차, 그리고 와이드 밴드갭(Wide Band-gap) 반도체에 대한 시장 전망은 매우 밝다.

SiC 부품의 빠른 성장세를 막고 있는 가장 큰 부분은 바로 GaN 부품일 것이다. 최초의 자동차용 AEC-Q101 인증 GaN 트랜지스터는 트랜스폼(Transphorm)에 의해 2017년 출시됐다. GaN-on-Si 에피웨이퍼로 제조하는 새로운 공정의 등장으로 GaN 디바이스의 가격을 크게 낮출 수 있었다. 또한 SiC 웨이퍼에서 생산하는 것보다 제조가 쉽다는 것이 장점이다. 이런 이유 때문에 2020년대 말까지는 SiC MOSFET보다 높은 시장 점유율을 보일 것으로 예상된다.

GaN 전력 디바이스에 대한 가장 흥미로운 이야기는 실리콘 게이트웨이 드라이버 IC나 모놀리식 GaN IC와 함께 패키징된 GaN 트랜지스터인 GaN IC(Integrated Circuit)가 수년 내에 등장할 것이라는 점이다. 휴대폰이나 노트북 PC용 충전기와 같은 보편적인 활용 분야에 맞춰 성능 최적화를 진행할 경우, 광범위한 애플리케이션에 사용이 확산될 수 있다. 반면, 상업용 GaN 파워 다이오드의 개발은 Si 디바이스에 비해 큰 이점을 제공하지 못하며 개발 비용이 많이 소요된다는 점 때문에 실제로 개발이 시작되지도 않았다. SiC 쇼트키 다이오드는 이미 이런 목적을 위해 잘 동작하고 있으며, 훨씬 경쟁력있는 가격 정책에 대한 로드맵을 갖고 있는 것으로 알려졌다.

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신동윤 기자  dyshin@techworld.co.kr

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