세계가 주목하는 차세대 전력반도체…코스텍시스로 밀려드는 주문

확실한 수요처 바탕으로 국산화 성공
차량용 전력반도체용 고방열 스페이서 수주 개시
소재부터 패키지 제품까지 수직 계열화 성공한 유일 업체

최근 국내 증시에서 신기술과 차세대 소재에 대한 관심이 커졌다. 이차전지 시장이 커지면서 소재 업체로 수급이 쏠렸다가 초전도체로 관심이 이동했다. 시장 주도 테마가 바뀌면서 소재 업체가 가치 평가를 다시 받는 현상이 이어지고 있다. 금융투자업계는 차세대 반도체와 관련한 업체들도 기업가치를 재평가 받을 것으로 기대했다.

세계 주요 시스템반도체 업체들이 차세대 전력반도체 시장 선점을 위한 경쟁에 나섰다. 삼성·SK·LX 등 국내 기업들도 차세대 전력반도체 사업을 고도화하고 있다. 차세대 전력반도체는 다양한 화학원소를 결합해서 만든 웨이퍼로 소자를 만든다. 실리콘카바이드(SiC)·질화갈륨(GaN) 등을 사용하면 실리콘 기반 칩보다 열에 강하고 부피를 축소할 수 있다.

시장조사 업체 트렌드포스는 SiC 칩 시장 규모가 올해 22억7500만달러에서 2026년에는 53억2800만달러로 커질 것으로 관측했다. 2026년 시장 규모 중 74%를 자동차용 칩이 차지한다. 완성차 업체들은 차세대 전력반도체 제조 공정이 까다로운 점을 고려해 물량을 미리 확보하려 하고 있다. 차세대 전력반도체 가격이 오르는 이유다.

삼성전자는 파운드리사업부에서 전력반도체 사업을 준비하고 있다. 최근 열린 ‘삼성 파운드리 포럼 2023’에선 "2025년부터 화합물 반도체의 일종인 GaN 전력반도체의 컨슈머·데이터센터·오토모티브용 8인치 제품 파운드리 서비스를 시작한다"고 밝혔다. 삼성전자는 DS부문 내 전력반도체 태스크포스(TF) 팀을 꾸려서 사업성과 기술 고도화를 검토하는 것으로 알려졌다.

SK그룹은 인수합병(M&A)으로 전력반도체 시장에 뛰어들었다. SK실트론은 2019년 미국 듀폰의 SiC 웨이퍼 사업을 통째로 인수한 뒤 2025년까지 약 8200억원을 투자해 설비 확장에 나선다.

SiC 전력반도체용 스페이서 국산화 성공

SiC·GaN 전력반도체 적용처가 늘어나면 반도체 칩 실장기판 필수재료인 '저열팽창 고방열 소재' 수요가 증가한다. 시스템 반도체의 고출력·고집적화로 발열량이 증가한다. 코스텍시스는 수요 증가에 대비해 RF 패키지 500억원, 방열 스페이서 600억원 등 총 1100억원 규모의 생산 능력을 확보한다는 계획이다.

코스텍시스는 3년의 준비 기간을 거쳐 전 세계 주요 업체들과 스페이서 공급을 논의하고 있다. 현대차 연구소의 신뢰성 테스트를 거쳐 현대모비스에 양산을 위한 품질 심사 단계에 있다. 이외 LG마그나, 비테스코, 산켄 등과도 테스트하고 있다. 한국 투자의 일환으로 SiC전력반도체 증설을 언급한 온세미컨덕터에도 샘플 공급을 하고 있다. 추가로 NXP의 자동차향 전력반도체 확장 가능성이 있으며 울프스피드향 기판도 승인 완료했다. NXP는 삼성전자가 한때 인수를 검토하다가 막판 가격 협상이 결렬돼 인수를 접은 곳으로도 잘 알려져 있다.

김학준 키움증권 연구원은 "최근 주목을 받는 전기차 반도체는 현재까지 Si반도체를 중심으로 사용되고 있다"면서 "앞으로 SiC전력반도체로 시장이 빠르게 전환될 것"이라고 내다봤다. 이어 "기존 Si에서 SiC로 전환 시 10% 이상의 전력 효율 향상과 부품 사이즈 축소라는 2가지 효과가 기대된다"며 "코스텍시스가 개발한 전력반도체용 스페이서는 SiC반도체 칩 실장 기판의 필수 재료로 저열팽창, 고방열 소재"라고 설명했다.

SiC 전력반도체 모듈에는 열을 빼주기 위해 DBC기판(절연기판)이 양면으로 두 장 쓰인다. 스페이서 위에 SiC나 GaN 같은 전력반도체를 실장한다. 코스텍시스는 반도체와 열팽창 계수가 유사한 소재를 직접 개발했다. 소재부터 제품까지 내재화하는 데 성공했다. 소재부터 패키지 제품까지 수직 계열화에 성공해 소재부터 제품까지 생산하는 기업은 세계에서 코스텍시스가 유일하다.

세계적인 전기차 업체들로부터 기술력을 인정받아 다수의 협력 개발에 참여하고 있다. 열팽창 계수 6.8PPM/℃이하, 열전도도 180W/m·K 이상의 고방열 CMC40 소재를 개발했다. 차세대 파워모듈 개발에도 참여하고 있다. 전력반도체용 방열 스페이서는 일본 A사와 일본 F사 등이 세계시장을 주도하고 있다. 국내에서도 일본에서 전량 수입해 사용하고 있다. 코스텍시스가 개발한 고방열 소재인 CMC, CPC 소재는 경쟁사 대비 열전도율과 가격 경쟁력이 우수하다. 자동차 제조업체에 시제품을 공급하고 있다. 전기자동차용 SiC 전력반도체 대량생산을 계획하고 있는 글로벌 자동차 업체와 전력반도체용 스페이서 방열 부품에 대해 개발 단계부터 긴밀하게 협력하고 있다. 향후 양산에 나서면 대규모 수주가 가능할 것으로 예상했다.

코스텍시스는 지난달 글로벌 전력반도체 전문기업과 차량용 전력반도체용 고방열 스페이서 초도 수주 계약을 체결했다. 코스텍시스의 차량용 고방열 스페이서는 SiC 및 GaN 반도체 등 최근 시장의 관심을 끄는 차세대 화합물 전력반도체의 핵심 소재부품이다. 글로벌 반도체 여러 기업으로부터 테스트받아 온 것으로 알려졌다.

코스텍시스 한규진 대표는 "국내외 유수의 차량용 전력반도체 관련 기업과 많은 논의를 진행하고 있었다"며 "예상보다 빠르게 양산 수주가 진행되고 있다"고 말했다. 이어 "전반적인 차량용 전력반도체 시장 속도가 가속화되고 있다는 것을 실감할 수 있었다"며 "기존 테스트 단계를 넘어 양산 단계에서의 수주라는 점에 의의를 두고 있다"고 말했다.

무선주파수(RF) 패키지에 자체 개발한 핵심 방열 소재를 적용한 경쟁력을 바탕으로 글로벌 반도체 기업 NXP를 주력 고객사로 보유하고 있다. 5G 통신용 무선 주파수(RF) 패키지 매출 본격화와 전기차용 차세대 전력 반도체용 저열팽창 고방열 스페이서의 대량생산 시설 투자로 해외 시장을 선도한다는 계획이다.

기술력을 인정받아 산업통상자원부 소재부품기술개발사업 과제에 공동연구개발 기관으로 선정됐다. 정부 과제명은 ‘초고주파 GaN MMIC(마이크로파 직접회로) 전용 패키지 개발 및 패키징 후공정 개발’이다. 코스텍시스가 담당하는 부분은 초고주파 저손실, 고방열, 점검기능 경로제공 GaN MMIC 전용 패키지 개발과 전력 소자에서 발생한 열을 외부로 방출이 용이하게 하는 열설계 구현이다.