차세대 파워반도체(전력반도체)에 대한 관심이 높아지고 있다.
파워반도체는 정보 처리를 담당하는 일반적인 반도체와 달리 고전압·대전류를 다루며 전력을 변환·제어하는 기능을 담당하고 있다.
파워반도체를 절연기판 위에 실장·봉지한 파워 모듈은 높은 내열성, 절연성, 열 관리 기능이 필요해 반도체 소재 생산기업들이 기술 개발을 확대하고 있다.
일본이 반도체 소재 시장을 선도하는 가운데 AI(인공지능) 반도체용 첨단 패키지 영역 뿐만 아니라 파워 모듈 분야에서도 경쟁이 치열해지고 있다.
한국, 화합물 파워반도체 생태계 구축 준비
국내에서는 정부가 화합물 파워반도체 생태계 구축 작업에 주력하고 있다.
정부는 화합물 파워반도체를 전기자동차(EV)는 물론 신재생에너지, 데이터센터 등 미래 산업의 기반이 되는 국가 전략기술로 평가하고 민간·연구기관과 함께 전주기 밸류체인 강화를 목표로 생태계 구축에 주력하고 있다.
산업통상자원부와 한국산업기술기획평가원(KEIT)은 2025년 8월 화합물 전력반도체 고도화 기술개발사업 협의체 포럼 및 킥오프 행사를 개최하고 산·학·연 전문가들이 2025년 신규 지원 과제의 본격 착수와 동시에 전기자동차 시장 둔화 등 급변하는 글로벌 시장 대응 방안을 논의함은 물론 기술 성과를 공유했다. 정부는 정책 방향에 대한 연구현장의 의견 청취를 포함 파워반도체 밸류체인 전반의 협력을 강화하고 있다.
2024년 체결한 국내 화합물 전력반도체 생태계 구축 업무협약(MOU)을 기반으로 화합물 파워반도체 소재·소자·파워IC 분야 대표기업이 실질적인 협력을 본격화하기 위한 논의도 함께 진행했다.
정책간담회에서는 SK실트론, DB하이텍, 어보브반도체 등 기존 대표 수행기관과 2025년 신규 참여기업이 함께 파워반도체 산업구조 고도화 방안과 수요 다변화 전략을 논의했다.
포럼에서는 시장조사기업 옴디아(Omdia)가 발표한 글로벌 화합물 파워반도체 시장 전망을 토대로 개발 방향을 논의했으며, 인피니언(Infineon)이 전기자동차 구동 시스템용 고효율 파워반도체 솔루션을 소개했다. 2025년 신규 선정된 모듈 분야 과제 5개 추진계획과 기존 대표 수행기관의 기술개발 현황도 공유했다.
KEIT는 국내 화합물 파워반도체 혁신 기술 확보 및 밸류체인 역량 강화를 추진하고 있으며 관련기업들의 수요와 현장 애로사항을 경청해 생태계 고도화와 초격차 달성을 위해 노력할 계획이다.
절연기판, 세라믹에서 금속으로 전환 가속화
일본은 절연기판 생산능력을 확대하고 있다.
절연기판은 산화알루미늄(알루미나), 질화규소(Silicon Nitride), 질화알루미늄(Aluminium Nitride) 등 세라믹 기판을 이용한다. 산화알루미늄이 가장 범용적이며 질화규소는 신뢰성이 높아 자동차용 인버터 용도로 쓰이고 질화알루미늄은 높은 방열성이 특징이다.
우베(UBE)는 독자적인 이미드(Imide) 열분해법으로 질화규소 분말을 생산하고 있다. 하이엔드 영역에서 수요가 강한 고품질 질화규소 생산능력을 50% 확대해 2025년 가동할 예정이다.
도쿠야마(Tokuyama)는 글로벌 1위인 질화알루미늄 분말, 질화규소, 질화붕소(Boron Nitride) 등 질화계 화합물 3종을 공급하고 있으며 반도체 제조장비용 질화알루미늄 사업이 양호한 것으로 알려졌다.
질화알루미늄 기판 사업은 Dowa Metaltech와의 합작법인 TD Power Materials가 담당하고 있다.
질화규소 기판은 전기자동차 시장이 숨 고르기에 들어간 현재 상황을 테스트 기회로 판단하고 시장 진출을 목표로 분말과 기판 샘플 테스트를 진행하고 있다.
덴카(Denka)는 질화규소·질화알루미늄 기판 뿐만 아니라 금속 기판도 공급한다.
질화규소 분말은 2025년 말까지 생산능력을 50% 확대해 시장 요구에 대응할 계획이고, 금속 기판은 구리를 비롯한 금속 소재 위에 플래스틱 방열 절연 시트를 접합해 절연성을 확보했다. 금속 기판의 방열성이 범용 알루미나 기판에 근접하면서 저가 금속 기판으로 대체되고 있으며 소형화에서도 세라믹 기판보다 일체형 구조인 금속 기판이 유리한 편이다.
덴카는 미터켈빈당 15W급 방열 절연 시트를 상용화하고 18-19W급 신제품 개발에 주력하고 있다. 충진제 메이저로서 강점인 충진제 표면 개질 기술을 살려 충진제와 절연 시트의 계면 열저항을 낮추어 높은 방열성을 구현할 계획이다.
절연시트도 고방열 성능 확보 “박차”
스미토모베이클라이트(Sumitomo Bakelite)는 표준제품인 12W급에 이어 18W급 고방열 시트를 개발했다. 12W 방열 시트를 장착한 금속 기판은 알루미나 기판과 경쟁하며, 18W 개발제품은 질화규소 기판을 대체할 방침이다. 이미 세라믹 기판이 주류인 자동차용 인버터 분야에서 채용을 확보했으며 게임 체인저가 될 것으로 기대하고 있다.
스미토모베이클라이트는 방열 성능은 질화규소 기판이 우수하나 금속 기판용 방열 절연 시트가 얇기 때문에 종합적인 방열 성능으로 우위를 확보할 수 있을 것으로 판단하고 있다. 생산능력을 4배로 확대하고 수요 확보에 나설 계획이다.
아데카(ADEKA)는 방열 절연 시트를 에어컨 등 전자기기를 중심으로 공급했으나 최근 13W급 고방열성과 함께 내열성, 절연성, 밀착성 등 종합적으로 균형 잡힌 우수한 방열 절연 시트를 개발했다. 이미 샘플 공급을 시작했으며 다수의 수요기업으로부터 호평을 받고 있다.
아데카는 자동차 및 산업기기용 신제품을 개발해 시장을 개척하고 점유율을 확대할 방침이다.
미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)은 에폭시수지(Epoxy Resin)와 질화붕소 필러의 노하우를 결합한 방열 절연 시트를 공급하고 있다. 전기자동차 캐즘(Chasm: 일시적 수요 정체)에도 불구하고 전기자동차 전환을 장기적 트렌드로 기대하고 있다.
JGC그룹의 JFC(Japan Fine Ceramicls)는 2025년 7월 질화규소 기판 생산량 확대를 위해 도미야(Tomiya) 사업장 내부에 신규 라인을 준공했다. 금속 실리콘(Si)을 원료로 하는 독자적인 반응 소결법으로 생산하며 차별화를 무기로 전기자동차 전환 수요를 공략할 계획이다.
질화규소 기판 메이저 Toshiba Materials를 인수한 Niterra는 주력인 내연기관 사업에 이어 인수한 Toshiba Materials를 기반으로 비내연기관 사업을 확대할 방침이다.
Tanaka Kikinzoku는 구리와 세라믹을 접합하는 활성 금속 브레이징으로 새로운 솔루션을 제공할 예정이다. 주류인 페이스트형 활성 금속 브레이징 대신 판형 타입을 개발했으며 판형 타입과 구리 소재를 접합한 클래드(Clad) 소재를 공급한다.
패터닝된 클래드 소재를 세라믹 기판에 얹어 가열 접합하는 짧은 공정을 구현했다. 기존 페이스트형은 구리 소재를 실장해 가열 접합한 다음 구리 소재에 패터닝을 위한 레지스트, 식각, 세척 공정이 요구된다. (윤우성 선임기자: yys@chemlocus.com)
