전력반도체 공급망 전체 지도: 웨이퍼부터 패키징까지 핵심 정리
목차
서론
탄소중립과 전기차 확산, 데이터센터의 고효율 전력 수요 증가로 인해 전력반도체(Power Semiconductor) 시장이 폭발적으로 성장하고 있습니다.
기존 실리콘(Si) 기반을 넘어 SiC, GaN 등 차세대 전력반도체 소재들이 빠르게 상용화되고 있으며, 그에 따른 공급망도 고도화되고 있습니다.
그러나 이 분야는 시스템 반도체와 달리 제조 난도가 높고, 소재·설계·전공정·후공정·패키징까지 공정 하나하나에 특화된 기업이 분산되어 있어 공급망 구조 파악이 필수입니다.
본 글에서는 전력반도체 공급망의 전체 지도를 웨이퍼 생산부터 패키징까지 8단계로 정리하며, 각 단계별 주요 기업과 기술, 시장 동향을 분석합니다. 투자자, 업계 종사자 모두에게 유익한 로드맵이 될 것입니다.
1. 웨이퍼 제조 – SiC & GaN 소재 경쟁
전력반도체의 시작은 웨이퍼입니다. 기존 실리콘(Si)에서 차세대 소재인 **SiC(실리콘카바이드)**와 **GaN(질화갈륨)**으로 빠르게 전환 중입니다.
- SiC 웨이퍼: 미국 Wolfspeed가 전 세계 시장 점유율 1위, 일본 Showa Denko, 한국 SK실트론도 적극 투자 중. 최근 6→8인치 전환 경쟁 치열.
- GaN 웨이퍼: GaN-on-Si 방식이 주류. 중국의 Innoscience, 대만의 EPISTAR 등이 가격 경쟁력 기반 확산.
웨이퍼는 단가가 높고 진입장벽이 높아, 핵심 전략소재로 분류됩니다.
2. 에피택셜 성장 – 결정성 향상 공정
웨이퍼 위에 고품질 결정층을 형성하는 에피택셜(EPI) 공정은 소자의 성능을 좌우하는 핵심 기술입니다.
- SiC EPI는 고온에서 정밀 증착이 필요하며, II-VI, Dow Corning, 한국의 티엘비 등 소수 기업만 기술 보유.
- GaN EPI는 MOCVD 장비 기반의 복잡한 증착 공정. Veeco, AIXTRON 같은 장비사가 필수.
이 단계에서 수율 확보가 어렵기 때문에, 대부분 내재화 or 장기 계약 전략을 택합니다.
3. 전력반도체 설계 – 파운드리와 IDM의 분기점
회로 설계는 디바이스 구조와 성능을 결정합니다. 최근에는 **IDM(종합 반도체 기업)**와 파운드리 협업 모델이 공존합니다.
- 대표 IDM: STMicroelectronics, Infineon, onsemi, ROHM
- 파운드리 활용: TSMC, X-FAB, DB하이텍 등이 전력용 공정 제공
설계 전문 IP와 시뮬레이션 기술을 가진 Ansys, Synopsys 등도 이 구간에서 중요한 역할을 합니다.
4. 전공정 (소자 형성) – 공정 최적화의 핵심
트렌치, JFET 구조, 쇼트키 다이오드 형성 등 다양한 소자 구조에 따라 MOSFET, IGBT, SBD 등의 소자가 제조됩니다.
- SiC 기반 MOSFET은 높은 전압과 고온에 강함
- GaN 기반 HEMT는 고속 스위칭에 최적
루센스, DB하이텍, onsemi, GlobalFoundries 등 다양한 업체가 참여 중이며, 제조 공정이 복잡하여 장비 투자도 필수입니다.
5. 테스트 및 절연 공정 – 수율 확보 구간
전력반도체는 전압·온도 조건에서 극한 테스트가 필요합니다. 고전압 절연(Insulation) 공정은 수율을 결정짓는 구간입니다.
- 테스트 장비: Chroma ATE, Advantest
- 절연 기술: Passivation, Field Plate, Trench 구조
이 단계에서 양품 판별이 정교하게 이루어져야 하기 때문에, 수율이 낮은 기업은 경쟁력 상실로 이어질 수 있습니다.
6. 다이 커팅 및 본딩 – 고정밀 후공정 시작
웨이퍼에서 칩(다이)을 분리한 후 리드프레임 또는 서브스트레이트에 붙이는 공정입니다.
- 다이 커팅: DISCO, ADT 등 일본/이스라엘 장비사가 시장 장악
- 본딩: ASMPT, Kulicke & Soffa 장비로 와이어 본딩, 플립칩 등 적용
이후 패키징을 위한 전 단계로, 고속 대응과 미세 피치 작업이 중요합니다.
7. 패키징 – 열 방출과 고신뢰성이 핵심
전력반도체는 일반 로직칩보다 발열량이 크고 전력량이 높아, 패키징 기술이 매우 중요합니다.
- 주요 기술: DBC(Direct Bonded Copper), IMS(Insulated Metal Substrate), 모듈화
- 주요 기업: 미쓰비시전기, 스미토모, 아비고 테크, 국내 삼화콘덴서, 네패스, 심텍
국산화율이 낮은 영역이며, 전력손실 및 발열 해결이 투자 포인트입니다.
8. 모듈화 및 시스템 통합 – 최종 제품화
완성된 전력반도체는 시스템 단위로 통합되어 전기차, 가전, 산업용 장비 등에 탑재됩니다.
- EV 인버터 모듈: 현대모비스, 보쉬, 덴소 등
- 서버 전원 모듈: DELTA, Lite-On
- 산업용 컨버터: ABB, Siemens 등
패키지 모듈은 고객사별 커스터마이징이 필수이며, 향후 모듈화 경쟁력이 시장 점유율에 직결됩니다.
결론: 공급망 이해는 곧 경쟁력이다
전력반도체는 웨이퍼 생산에서 시스템 통합까지 복잡한 공급망을 가지고 있으며, 단계별 전문 기업이 존재합니다. 소재 내재화, 수직계열화, 수율 개선, 패키징 혁신은 모두 기술 장벽이자 투자 기회입니다.
- SiC/GaN 기반의 전환은 이미 시작되었고, 전기차, ESS, 고속충전, 5G 등 수요가 확실한 만큼, 관련 기업들의 경쟁력은 매출로 직결될 것입니다.
- 국내 기업들은 소재·장비·패키징에서 각각 역할을 확대하고 있으며, 특정 구간에 집중된 수직화 전략이 더욱 중요해지고 있습니다.
이제는 단순한 설계 중심 반도체 이해를 넘어서, 전체 공급망을 꿰뚫는 전략적 인사이트가 필요한 시대입니다.
✅ 전체 요약표: 전력반도체 공급망 전체 지도
| 1단계 | 웨이퍼 제조 – SiC, GaN 소재, Wolfspeed·SK실트론 |
| 2단계 | 에피택셜 성장 – 고품질 결정층, AIXTRON·Veeco 등 |
| 3단계 | 설계 – IDM vs 파운드리 모델, ST·DB하이텍 등 |
| 4단계 | 전공정 – 소자 형성, 트렌치·JFET·HEMT 구조 |
| 5단계 | 테스트/절연 – 수율 확보, 고온·고전압 테스트 |
| 6단계 | 다이 커팅·본딩 – 정밀 후공정, DISCO·K&S 등 |
| 7단계 | 패키징 – 발열 관리 핵심, DBC·IMS 기술 적용 |
| 8단계 | 시스템 통합 – EV·서버·산업용 모듈화 공급 |
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