저탄소 녹색 성장의 기반 기술, 파워 반도체
다양한 기기에서 전력 손실을 억제하여 최적의 제어를 실현하도록 하는 파워 반도체는 에너지 절약, 환경 부하 저감을 위한 핵심 디바이스로서 주목받고 있다. 또한 SIC(탄화규소) 계열, GaN(질화갈륨) 계열을 비롯한 차세대 파워 반도체는 기존 파워 반도체의 한계 성능을 넘어설 것으로 기대되고 있다.
파워 반도체란
파워 반도체는 예전부터 있던 실리콘계와 차세대 파워 반도체인 SIC계, GaN계, 다이아몬드계, 산화갈륨계로 분류할 수 있다. 현재는 대부분의 시장을 실리콘계가 차지하고 있다. 실리콘계에서 향후 높은 성장률을 보일 것으로 예측되는 품목은 산업용 및 신에너지용 IGBT 모듈, 가전용 지능형 파워 모듈이다. 또한 SIC계의 경우 차세대 파워 반도체에서 새로운 시장으로 주목받고 있다.
일본 종합마케팅 비즈니스 회사인 후지경제에 따르면 파워 반도체 시장과 관련된 구성 부재 시장도 확대될 것이라고 한다. 실리콘계 전용의 경우, 예전부터 사용되어 온 부재로 대응할 수 있어 앞으로도 큰 변화는 없을 것으로 예측되고 있다. 파워 반도체 제조 전공정에서는 대부분 예전부터 사용됐던 반도체 제조장치 전용이나 중고가 사용되고 있으며, 후속 공정에서도 다이본더나 와이어본더, 전기 테스터 장치를 제외하고는 파워 반도체 전용 장치를 찾아볼 수 없다. 한편, 차세대 파워 반도체 전용으로는 SIC계용 장치가 나오고 있으며, GaN계용 장치의 경우 MOCVD(Metal Organic Vapor Deposition)만 나오고 있어 일반적으로 기존 장치를 사용하지만, GaN계 파워 반도체가 보급됨에 따라 전용 장치가 개발될 것으로 예상되고 있다.
향후 주목해야 할 시장
차세대 파워 반도체
후지경제는 SIC계(SIC-SBD, SIC-FET) 차세대 파워 반도체 시장의 경우 대구경화 기판 사용이 본격화됨에 따라 비용이 절감되어 웨이퍼 메이커나 디바이스 메이커의 설비 투자가 활발해질 것으로 전망했다. 또한 GaN계 차세대 파워 반도체는 실리콘 등 이종 기판을 이용한 디바이스 개발이 주류를 이루고 있어 실리콘 기판의 대구경화와 저가격화가 진행될 것이며, 기존의 생산 설비를 이용할 수 있다는 점에서 양산에 의한 비용 절감도 기대할 수 있을 것으로 내다보았다.
소자 접합재
소자 접합재는 반도체 팁 등과 세라믹 기판, 리드 프레임 접착에 사용된다. 소결(소결 접합) 타입, 은이나 구리를 원료로 하는 페이스트 타입, 땜납의 3종류 소재가 주로 사용되며 그 중 소결 타입은 아직 연구 개발 단계이지만, SIC계를 중심으로 하는 차세대 파워 반도체에 사용될 것으로 기대되고 있다. 페이스트 타입의 경우, 원료의 가격 변동에 쉽게 영향을 받는데, 최근 은의 가격이 상승하고 디바이스가 소형화되어 재료 사용량이 감소하고 있다는 점에서 수량 베이스보다 금액 베이스 시장이 크게 성장하고 있다. 마지막으로 땜납은 지금도 널리 사용되고 있어 어느 정도 수요가 일정하다. 최근 환경을 위해 무연 땜납이 실시되고 있으며 땜납 대체 소재가 모색되고 있다.
GaN용 MOCVD
MOCVD는 화합물 반도체에 질화물 단결정 다층막을 형성하기 위한 장치이다. 파워 반도체 전용은 LED 전용에 이어 유망한 애플리케이션으로서 기대되고 있다.
김희성 기자(eled@hellot.net)
