전기차 반도체 비중 5년후 약 1500달러…SiC·GaN 전환 가속화 [소부장반차장]

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전기차 반도체 비중 5년후 약 1500달러…SiC·GaN 전환 가속화 [소부장반차장]

디지털데일리 발행일 2023-05-09 16:47:38

김문기

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패키징 혁신 필요, 라이다 시기상조

최재홍 인피니언 코리아 기술총괄 부사장이 9일 서울 잠실롯데호텔에서 열린 인피니언 행사에서 최신 전기차 반도체 산업 동향을 설명하고 있다

[디지털데일리 김문기 기자] “전기차(BEV) 한대당 반도체 비중이 5년 후 약 1500달러 수준으로 늘어난다.”

최재홍 인피니언 코리아 기술총괄 부사장 9일 서울 잠실롯데호텔에서 열린 인피니언 행사에서 최신 전기차 반도체 산업 동향과 관련해 이같이 말했다.

인피니언에 따르면 2027년 또는 2030년 전체 자동차 시장에서 전기차의 비중은 50%를 넘어설 것으로 예상된다. 연간 1억대 가량의 자동차가 생산된다면 그 중 5000만대는 전기차가 되는 셈이다. 이 과정에서 반도체 활용량 또한 증가한다. 또한 전기차에서 요구하는 출력 강도가 더 높아지기를 바라기에 그에 따른 차세대 소자 전환도 예상되고 있다.

최 부사장은 “내연기관차 역시도 전기화가 이뤄지고 있고 평균적으로 500달러 수준의 반도체가 탑재된다”라며, “전기차로 전환되는 경우에는 대부분은 파워 소자가 반도체의 주요 비용을 차지하게 될텐데 그와 함께 약 2배 증가한 1000달러 수준으로 반도체 비중이 높아졌다”고 분석했다.

전력반도체의 경우 기존 실리콘 소재에서 실리콘 카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN)으로 대체된다. 오는 2027년 실리콘 카바이드는 전기차 전력반도체 시장에서 약 45% 가량을 차지할 것으로 예상되며, 2030년에는 실리콘을 추월할 전망이다. 질화갈륨 역시도 실제 시장에 도입될 것으로 여겨진다.

SiC는 실리콘과 카바이드를 결합한 화합물 반도체를 말한다. GaN은 갈륨과 나이트라이드를 결합시켰다. 두 소재는 가격 경쟁력이 약해 시장 도입에 어려움을 겪었으나 웨이퍼 가격 하락 등 전반적인 시장 상황이 완화되면서 SiC기반 전력반도체가 전기차에 적용되고 있다. 질화갈륨 또한 기술 성숙도에 따라 향후 전력반도체의 중요 소재로 부상할 전망이다.

최 부사장은 “SiC와 GaN은 기존 실리콘 대비 전력밀도가 더 나아 출력을 더 높일 수 있다”라며, “SiC의 경우 전세계적으로 겪고 있는 난관이 바로 공급망 안정화인데, 인피니언의 경우 말레이시아 쿨림 공장을 다시 설립해 운영하고 있으며 오는 2027년 현재 대비 10배 이상 공급능력을 키울 수 있는 경쟁력을 갖추고 있다”고 설명했다.

현재 전세계 완성차 업체들이 실리콘카바이트 기반의 전력반도체를 탑재하고 있다. 국내의 경우 현대자동차 아이오닉5나 기아 EV6, 제네시스 전기차 등에 SiC 기반 전력반도체를 적용했다. 이밖에도 전세계 유수의 업체들이 전기차 플랫폼에 이를 확대하고 있다.

반도체 비중이 늘어나면서 그에 따른 패키징 혁신이 필수로 부상하고 있다. 이를테면 전기차에서 가장 중요하고 가격 비중이 높은 배터리의 경우 여전히 약 1천만원 정도 수준이다. 여러개의 셀을 충전하기 위해서는 각 셀의 충전 균형도 중요하다. MCU가 이를 관장하는데 효율성을 높이기 위해 각 반도체들의 전체적인 통합이 요구된다.

화재 사고도 마찬가지다. 배터리 화재를 미연에 방지하는게 중요하다. 최 부사장은 “기존에는 커런트 센서나 모니터링을 통해 화재 낌새를 감지했지만 시간이 꽤 걸리는 방식이다”라며, “압력, 가스 등 다양한 센서를 종합적으로 판단하고, 배터리 매니지먼트 시스템을 통해서 단절 위험성이 있는 유선보다 무선 소통 시스템을 선행 연구하고 있는 상태”라고 말했다.

자율주행의 경우 사회적 합의가 어려워 레벨3 단계로 지칭하기 보다는 현재 ‘L2+’로 대체하고 있는 상황이다. L2+의 경우 20207년 65%에 근접할 것으로 내다봤다.

또한 자율주행에 핵심인 카메라, 레이더, 라이다와 관련해 그는 “라이다는 춘추전국시대로 기술이 완성되기까지는 개인적으로 약 5년 이상은 더 걸릴 것으로 예상된다”라며, “카메라와 레이더가 현재 주류를 이루고 있는데 라이다 전까지 고해상도 레이더 출시를 통해 간극을 메우려 한다”고 설명했다.

소프트웨어 정의 차량은 아키텍처의 변화가 예상된다. 우리나라 현대차 등 각 완성차 업체들은 전통적인 도메인 아키텍처에서 믹스 아키텍처/존 아키텍처를 넘어 ‘풀 카 컴퓨터’까지 바라보고 있다.

최 부사장은 “현재 도메인 아키텍처는 기능을 4개로 구분했으나 보통 도메인 컨트롤이 콕핏 하단에 위치하기 때문에 전선연결이라는 제한을 가지고 있다”라며, “와이어링을 줄이기 위해 바디 도메인만 존 아키텍처를 만드는 방식으로 전환되고 있다”고 말했다.

이어, “고성능 컴퓨터를 차량에 내장한다는 풀 카 컴퓨팅은 중앙 프로세서와 함께 지역총판 구실을 하는 6개의 센서 등으로 구성하는 구조를 갖추고 있다”고 설명했다.