안녕하세요, LX세미콘입니다!
지난 반도체 리포트 #1을 통해 2022년 반도체 생태계를 변화시킬 유망한 분야에 대해 알아보았는데요. 이번 편에서는 최근 공급난으로 이슈화 되고 있는 차량용 반도체에 대해 다뤄보겠습니다.
이번 편에서는 반도체 회로 설계 기술 권리화, IP 포트폴리오 구축, 국내 및 해외 특허 출원 절차 및 특허 분쟁 대응 등을 담당하시는 특허법인 BLT의 김동현 변리사님을 통해 반도체 산업에 대한 이야기와 차량용 반도체에서 각광받는 ‘SiC(실리콘 카바이드)’에 대해 들어보겠습니다.
[반도체 보릿고개]
반도체 품귀 현상이 두 해를 넘긴 임인(壬寅)년에도 지속되고 있습니다. 특히 차량용 반도체는 극심한 공급 적체로 인해 차량 구매부터 인도까지 1년 이상 소요된다고 하니, 흔히 ‘산업의 쌀’로 비유되곤 하는 반도체의 보릿고개 현상은 산업계 전체는 물론 최종 소비자에게도 직접적인 영향을 미치고 있습니다. 이러한 반도체 공급 부족의 원인에는 미중 무역 분쟁, 자연재해, COVID-19등 여러 가지 이유가 거론되나, 가장 큰 원인으로 분석되는 것은 ‘생산 감소’입니다.
글로벌 기업들이 앞다투어 3나노미터(반도체 회로 패턴의 배선 폭) 등 초미세 공정 경쟁을 각축하는 사이, 이들의 치킨 게임에 밀려난 차량용 반도체(40nm대 반도체) 공급 업체들은 COVID-19로 인한 비대면 트렌드 및 차량 구매력 감소에 선제적으로 대응하여 생산 역량을 차량용 반도체에서 모바일 제품군으로 전환하였는데, COVID-19 백신 개발과 경기 회복에 따라 차량 수요가 증가세로 다시 전환된 것이 반도체 수요-공급 미스매치의 원인으로 파악되고 있습니다.
[전기차 시대로의 TRANSFORMATION]
차량에 적용되는 반도체는 주행보조시스템(Advanced Driver Assistance Systems; ADAS) 등 안전장치, 제동/조향/서스펜션 등 섀시 장치, 인포테인먼트 장치 용 반도체뿐만 아니라, 파워 트레인 장치(인버터/모터 등)에 사용되는 핵심 반도체인 전력반도체가 있습니다.
전기차로의 대전환 시대에서 차량은 더 이상 기계 장치가 아닌, 하나의 거대한 전자 장치로 볼 수 있습니다. 전기차는 이제 SDV(Software Defined Vehicle), 즉 소프트웨어로 정의되는 자동차로 이해되고 있는데, 이런 기조는 전기차 시장의 패권을 쥐고 있는 테슬라의 FSD의 OTA(Over The Air) 업데이트뿐만 아니라, 폭스바겐의 자체 제작 OS인 vw.OS, 그리고 메르세데스-벤츠의 OS인 MB.OS 등 기계∙전자 통합 제어를 꾀하는 유수의 자동차 생산 기업의 행보에서도 확인할 수 있습니다.
자율 주행 역시 차량의 전자 장치화를 가속하는 큰 요인 중 하나입니다. 자율 주행이 제대로 구현되기 위해서는 카메라/라이다 센싱, MCU/ECU의 복합 연산, 및 주변 장치들과의 통신 등이 수행되어야 하는데, 여기에는 많은 전력이 소모됩니다. 이는 전기차의 치명적인 한계인 주행거리 문제와 직결되며, 전기차 업계는 전력 소모 감축 및 배터리의 에너지 저장 능력 향상에 골몰하고 있습니다.
[전기차 전환의 Key – SiC(실리콘 카바이드) 반도체]
전고체 배터리 등 배터리 혁신, 공기역학의 개선 외에, 전기차의 최대 약점인 주행거리를 개선하기 위한 방편으로서, 새로운 반도체 소자의 사용을 통한 전반적인 전력 효율 개선 방안이 제안되고 있습니다. 전기차는 더 이상 실린더 내에서의 흡입-압축-폭발-배기의 4행정 기반의 기계 장치가 아닌, 모터-제어-자율주행-인포테인먼트를 아우르는 통합 전자 장치인 만큼 각 기능을 지원하고 관장하는 반도체 자체의 전력 소모를 줄이는 것이 차량 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 방법일 것입니다.
SiC(실리콘 카바이드) 반도체는 실리콘(Si)과 탄소(C)가 결합된 화합물 반도체로, 기존의 실리콘 기반 반도체 대비 전력 효율이 높고, 내전압 및 내열성이 우수해 고전압 환경에서 모터 회전에 의한 고열이 발생하는 전기차에 특히 유리한 것이 특징입니다. 특히, 전기차는 주에너지원이 전기에너지이므로, 배터리로부터의 전력 변환 및 전압 변압∙분배∙제어에서 발생하는 전력 손실을 SiC 반도체를 이용한 차량용 전력반도체가 절감한다면 주행 거리는 10% 이상 증가될 수 있습니다.
[차량용 반도체를 이용한 신시장 선점 기회]
국내 기업이 세계 메모리반도체 시장의 수위를 겨루는 것에 비해, 시스템반도체 특히, 차량용 반도체에서 우리나라는 글로벌 키 플레이어는 아니었습니다. 차량용 반도체 중에서도 차량용 전력반도체는 차량의 특성상 운전자의 안전에 직결되므로 장기적으로 축적된 신뢰도가 중요하고, 고객사에 최적화된 다양한 사양이 마련되어야 할 필요도 있는데, 상대적 후발주자인 우리나라는 이러한 기회에서 다소 떨어져 있던 것이 현실입니다.
그러나, 전기차로의 대전환 시대의 대두는 차량용 반도체 업계의 기회가 될 수 있습니다. 메르세데스-벤츠, 폭스바겐 그룹 등 전통적인 차량 제조사가 장기간 축적해왔던 기계공학적 노하우는 통합 전자 장치화된 차량에 적용되기 어렵기 때문입니다.
다행히도, 우리나라의 기업들은 전력반도체 등 시스템반도체에 대한 연구개발을 지속하고 있습니다. 전기차 대전환기를 예비한 국내 팹리스 업체들의 설계 기술 발전이 구글(웨이모), 인텔, 퀄컴, 애플 등 글로벌 테크 기업과 시너지를 발휘하기를 기대합니다.
