[산업보고서]전력반도체, 전기차 타고 전력질주

 

전력반도체 관련 산업보고서를 읽었다.

읽어본 후 내용을 더 잘 이해하기 위해서 다시한번 글로 옮겨보았다.

 

○ 목차
  1. 전력반도체란?
    - 하는일
    - 구성
    - Value-Chain
    - 종류 및 특성
  2. 미래의 성장은?
    - 개화
    - 만개
  3. 투자포인트
    - 사용처
    - SK Value-Chain을 보자
    - 독자적인 기업을 보자
  4. 내 생각

 

전력반도체란?

 

하는일?

참 생소한 단어다.

하지만 전력반도체는 전자기기 내에서 아주 중요한 역할을 하고 있다.

전자기기는 전력을 변환, 분배, 제어하는 과정에서 열 또는 소음 등으로 필연적인 전력손실이 발생한다.

이러한 손실을 줄여주고 전력 효율을 높여주는 것이 바로 전력반도체다.

즉, 전자기기에서 아주 중요한 핵심부품이란 얘기!

 

전력반도체는 전력 효율을 높여주기 때문에 모터가 들어가는 제품에는 다 쓰인다고 보면 됨

---

구성

○ Discrete(스위치 소자)

  - On-Off와 같은 단순 기능을 담당하는 범용적 부품으로 트랜지스터 + 다이오드로 구분

  - 트랜지스터는 다시 MOSFET와 IGBT로 구분된다.

   . MOSFET : 고속 동작에 적합하며 저/중전력 가전에 주로 사용된다.

   . IGBT : 중/대전력인 산업용 모터에 주로 사용되지만 속도가 느리다.

○ IC(집적회로)

  - 여러 Discrete 소자를 한 개의 칩 속에 집적한 부품이다.

  - Discrete와 달리 특정 목적(통신, 제어, 신호변환 등)을 위해 쓰이는 비범용적 특성을 가진다.

  - 전력반도체 모듈(Discrete + IC) 내에서는 IC가 Discrete를 컨트롤 한다.

 

---

Value-Chain

 웨이퍼 공급사와 완제품 제조사로 구분 됨

 전력반도체는 기술적 난이도가 높아 글로벌 전력반도체 시장에서는 웨이퍼 공급사와 완제품 제조사 모두

 소수의 해외 업체들이 선도하고 있다. 즉, 후발 주자들의 시장 진입이 매우 어렵다.

 - 웨이퍼 공급사 : Cree, 투식스, SiCrtstal, SK실트론(Cree와 투식스가 전체 시장의 70% 차지)

 - 완제품 제조사 : 현재 글로벌 상위 5개사가 전체 시장의 40% 점유

                        주요 매출처는 전장용, 산업용으로 쓰이며 향후 전기차향 공급 확대에 따른 매출 비증 증가 전망

---

 

종류 및 특성

○ 종류 : SiC와 GaN 반도체로 나뉨

○ 특성

  특성을 설명하기 전에 먼저 밴드갭이란걸 알아야하는데, 쉽게 말하면 전자가 왔다갔다하는 구역이라고 보면 될듯하다.

  밴드갭이 얇으면 적은 에너지로도 쉽게 전기가 통하고, 넓으면 큰 에너지가 필요하다.

  하지만 온도가 높아질수록 전자가 밴드갭을 넘나드는데 에너지가 적게 소요된다.

  - Si반도체 : 가격은 싸지만 밴드갭이 얇다. 그 말은!? 고온에서는 너무 쉽게 전자가 이동해서 쓸데없이 전력이 소모!

                 (도체처럼 된다라는 말)

  - 화합물반도체(SiC, GaN) : 당연히 Si 반도체보다 밴드갭이 넓겠지?

                                     그렇다면 고온 조건에서도 반도체 성질이 유지될 수 있다는 얘기가 된다.

 

아래 유튜브 영상을 보면 굉장히 쉽게 이해가 될 듯하다.

 

 

---

 

미래의 성장은?

 

개화

○ 전력 효율화에 대한 니즈 증가 그리고 제품의 편의기능 확대

  - 백색가전 : 냉장고에는 디스플레이가 설치되어 추가 기능 필요 → 전력 효율 증대 필요!

  - 자동차 : 차량 내 전장부품 탑재 비중 증가 → 전력 효율 증대 필요!

  - 모바일 기기 : 휴대성이 중요하기 때문에 배터리 사용시간 확대 필요 → 전력 효율 증대 필요!

---

 

만개

○ 친환경 트렌드!

  - 전기차로 인해 전력반도체는 꽃을 피우게 된다! : 전기차의 차량내 전력 변환장치(EPUC)

   . 전기차는 배터리를 통해 전력을 공급받아 모터를 구동시키고 속도를 제어한다. 

    이 과정에서 배터리는 직류전기, 모터는 교류전기이므로 변화해주는 인버터가 필요하고

    모터 구동 외에 전장 시스템을 위해서도 전력 변환이 필요하다.

    ☞ 전력 변환을 위해서는 전력 효율을 증대시켜야하기 때문에 전력반도체가 반드시 필요

 

   . 전기차 완속 충전시 외부의 직류전기가 차량 내에 내장돼 있는 OBC(On Board Charger)를 통해

    교류 전기로 변환된다. 따라서 전력 변환을 위해서는 전력 반도체 탑재가 필요하다.

    ☞ 전력 변환을 위해서는 전력 효율을 증대시켜야하기 때문에 전력반도체가 반드시 필요

    

  - 신재생 에너지(태양광, 풍력)

   . 신재생 에너지는 공통적으로 생산된 전기(직류)를 저장하기 위해서는 교류로 전환이 필요하다.

     이때 전력 손실을 최소화 하기 위해 전력반도체가 필요하다.

 

○ 4차 산업혁명 가속화!

  - 4차 산업혁명은 로봇과 데이터의 시대이다. 로봇은 수많은 모터가 사용되기에 모터마다 전력반도체가 사용되고

    수많은 데이터를 저장하기 위한 서버가 필요한데, 전력반도체의 주사용처중 하나가 바로 서버 전원이다.

 

 

---

 

투자 포인트

 

사용처

○ SiC : 고전압 조건에서 사용

  - 전기차, 철도, 에어컨, 태양광 인버터 등에서 사용

  - 향후 전기차가 핵심 적용처로 될 것으로 전망

    . 실제로 테슬라는 이미 모델3에 적용했으며 이로인해 전력 효율 10배 증가, 부피 43% 및 무게 6㎏ 감소

    . 테슬라의 SiC 채택 이후 현대차, BYD, 도요타, BMW 등 여러 완성차 업체들도 SiC 채택이 이어지고 있음

    . 전기차에 SiC 사용은 점점 늘어날 것이며 '21년 2조원 → '25조년 17조원으로 연간 72% 성장 예상

  - 전기차 급속 충전소에도 적용될 전망

    . 급속 충전을 위해서는 W를 올려줘야는데, W를 올리기 위해서는 전압과 전류를 올려야함

      즉, 고전압/고전류 환경이기 때문에 급속 충전소는 SiC 또는 GaN이 필수임

    . Ingeteam은 Infineon과 함께 SiC 반도체를 사용해서 급속 충전기를 개발했고, 충전시간을 7hr → 10분으로 단축 

 

○ GaN : 고주파 조건에서 사용

  - 아직 기술개발이 완료 되지 않아 고주파용으로만 사용

  - 5G RF, 무선 충전기 등에서 주로 사용

 

○ 과거에는 전력반도체(SiC, GaN)의 가격이 비싸 Si반도체에 비해 원가 경쟁력에서 밀렸으나,

    SiC 웨이퍼 가격이 1,500 → 50만원 수준으로 하락하였으며,

    전력반도체 사용시 부피 및 무게 감소, 쿨링 시스템 간소화 등으로 완제품 기준으로는 가격차이가 크지 않음

 

 

---

Sk Value-Chain을 보자!

SK는 전력반도체 시장을 적극적으로 육성하려고함. 왜냐하면 이미 기본적인 생태계는 구축되어 있기 때문에!

그래서 공격적으로 외부 회사에 투자도 하고, 협업을 하고있음

○ 예스티

  - SK가 지분투자한 예스파워테크닉스의 모회사(SK가 2대 주주임)

  - SK실트론에서 SiC 웨이퍼 수급 → 예스파워테크닉스 SiC 전력반도체 생산 → SK계열사 적용

    . SK실트론은 고정매출처를 확보하고, 예스티는 안정적인 조달처를 확보할 수 있어 Win-Win임

  - 예스파워테크닉스는 글로벌 기준으로 3번째로 SiC MOSFET 양산화 기술 확보 성공했으며,

    이미 국내 대형 가전사의 TV 인버터향으로 SiC 공급중

  - 향후 전기차 및 전기 오토바이향 공급 준비중이며, '22년부터 본격적인 매출 발생 예상

 

○ RFHIC

  - SK실트론가 '22년중 협약 예정

  - GaN 반도체 설계 관련 글로벌 Top-tier

  - 기존 통신장비 외에 가전용, 전기차용 충전기 관련 전력반도체 공급 확대 예상

 

 

※ SK의 큰그림

 

---

 

독자적인 기업을 보자

○ KEC

  - 전력반도체 사업 50년동안 영위

  - 폭넓은 제품 포트폴리오와 검증된 레퍼런스를 바탕으로 안정적인 Si제품 매출이 발생 중

  - 차세대 전력반도체인 SiC 시제품은 '19년 개발 완료(한국산업기술평가관리원으로부터 정합 평가 받음)

  - 테슬라에 SiC 전력반도체 공급 체결 뉴스 뜬 후 주가 엄청 오르고 있음

 

---

 

내 생각

상당히 긴 보고서를 3번을 읽었다.

미래 성장성은 확실해보인다.

여기서 중요한건 SiC냐 GaN이냐인데, 내 생각에는 SiC를 만드는 기업에 집중하는게 맞다 싶다.

전력반도체는 진입장벽이 높기 때문에 쉽게 접근할 수 없는데 GaN 반도체의 경우 별로 하는 곳이 없다.

거기다 이미 Si반도체를 생산한 업체에서 SiC 반도체 생산으로의 전환은 쉬우나 GaN은 정말 쌩으로 다시 해야한다.

또, SiC는 전기차/전기차 충전/가전/친환경 등 사용처가 다양하나, GaN의 경우 사용처가 너무 적다.

 

거기다 이 산업보고서에도 그래프로 명확히 표시가 되어있다.

GaN은 충전기로 많이 들어가게 되는데, 충전기쪽 성장보다는 전기차쪽 성장이 훨씬더 높다.

따라서 SiC를 생산하는 업체에 투자하는게 좋다는 판단이다.

 

 

 

상장된 업체를 추려보면 예스티와 KEC다.

예스티의 경우 자회사인 예스파워테크닉스가 SiC를 생산하고 있다.

SK가 지분투자까지 해가면서 공을 들이고 있으니 그 경쟁력은 엄청나다고 생각이 든다.

하지만 맘에 걸리는건, 상장된 회사가 아니기에 예스티를 통해 투자할수밖에 없어서 예스티의 실적에 영향을

많이 받을듯하다.

 

다음은 KEC다.

전력반도체만 50년을 했다하니 믿음직하다.

최근에 주가도 엄청 뛰고 있다.

이미 너무 많이 오른건 아니가하고 고민은 되지만! 솔직히 예스티보다 더 맘이 쏠린다.

 

두근두근하네!