SiC 제조 능력 성장 개요

실리콘 카바이드(SiC) 칩 제조업체에게 수요는 문제가 되지 않습니다. 이러한 종류의 칩에 대한 하류 의존도가 높기 때문에 이 부문은 현재 생산량을 늘릴 수 있는 확실한 위치에 있습니다. 그러나 STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, ROHM 등 주요 업체들은 신흥 청정 에너지 시장에 주목하고 있을 가능성이 높습니다. 

최근 몇 년 동안 우리는 지속 가능한 산업이 글로벌 사건의 영향을 크게 받는다는 것을 알게 되었습니다. 이와 함께 실리콘 대신 SiC를 선호하는 다양한 이유가 있는데, 주된 요인은 재료 자체가 복잡한 컴퓨팅 환경에 더욱 강력하다는 것입니다. 

전기차(EV) 부문은 이러한 예 중 하나이며, 중국과의 무역 관계가 생산 및 조달의 현지화 필요성을 더욱 부각시키면서, 더 긴 수명을 가진 제품을 구축하는 데에도 중점을 두고 있습니다. 재생 에너지 측면에서는 국가들이 글로벌 에너지 거래에 대한 의존도를 줄이기 위해 지속적으로 발전하고 있습니다. 

결과적으로, 우리는 이러한 분야에서 기술이 기하급수적으로 발전하는 것을 보고 있으며, 더 많은 전력 밀도를 제공하고 다양한 환경의 시험을 견딜 수 있는 솔루션을 구축하기 위한 노력을 강화하고 있습니다.

SiC 제조가 확장되고 있습니다

SiC 제조업체들은 다양한 산업을 발전시키는 데 중추적인 역할을 할 것이며, 이를 통해 더 진보된 기술을 채택하여 운영 비용을 줄이고 제품의 효율성을 높일 수 있게 될 것입니다. TrendForce와 Future Market Insights(FMI)의 분석을 결합하여 이 분야의 가치 성장 로드맵을 파악하는 데 도움이 됩니다. 

시장 가치: 

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• 2022년: US$28억 (FMI) 
• 2026년: US$53억 (TrendForce 예측)
• 2032년: US$58억 (FMI 예측) 

전반적으로, FMI는 2022년부터 2032년까지 연간 복합 성장률(CAGR)이 7.5%라고 밝혔습니다.

SiC Fab 용량 확장 중인 회사들

STMicroelectronics

주요 SiC 제조업체 중 하나가 추가 개발 용량에 상당한 자금을 투입하고 있습니다. GlobalFoundries와의 €75백만 투자 이후, STMicroelectronics는 이탈리아의 SiC 칩 팹에 추가로 €5백만을 할당했으며, 이는 완전히 새로운 '슈퍼 반도체 웨이퍼' 생산에 사용될 것입니다. 이는 Sanan Optoelectronics와의 합작 투자로 (2024년 6월에 발표됨) 더 지능적인 기술을 지원하는 8인치 SiC 칩 개발로 이어질 것입니다.

Onsemi 

자동차 부문에서 큰 관심을 받으며, Onsemi는 새로운 전기차를 위한 동력을 제공할 것이며, 폭스바겐과 차세대 구동 인버터를 구축하기 위한 계약을 체결했습니다. 이 구성 요소의 개발은 다른 브랜드의 유사한 궤적을 따르는 자동차 제조업체인 VW의 확장 가능한 플랫폼에 동력을 제공할 것입니다. 이는 자동차 회사들이 SiC 혁신으로부터 어떻게 혜택을 받는지 보여주며, 강력하고 컴팩트한 칩을 맞춤형 아키텍처와 결합합니다.

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Wolfspeed

이 회사는 2024년 3월 세계에서 가장 크고 가장 진보된 SiC 제조 시설을 완성함으로써 중요한 이정표에 도달했습니다. 인피니언은 에너지 저장 및 전기 이동성 분야에서 혁신을 더욱 추진하기 위해 사용될 150mm(6인치) SiC 웨이퍼의 핵심 고객으로 언급됩니다. Wolfspeed는 이미 8개월 전에 도쿄에 기반을 둔 반도체 제조업체인 Renesas Electronics Corporation과 10년 공급 계약을 체결했습니다. 

ROHM Group 

재생 에너지 분야를 지원하며, ROHM 그룹은 2023년 7월 태양광 (PV) 패널을 제조하는 Solar Frontier K.K.와 기본 협약을 체결했다고 발표했습니다. 앞서 언급된 STMicroelectronics도 ROHM 자회사인 SiCrystal과 150mm SiC 기판 웨이퍼의 공급을 확대하기 위한 협약을 체결했습니다. 이 협약은 양측이 고급 SiC 칩의 납품을 가속화하려는 의도를 가지고 있습니다.

실리콘의 일반적인 문제점들

더 많은 에너지 처리량이 필요해짐에 따라, 실리콘은 이를 달성하기 위해 필요한 전압이나 그 결과로 발생하는 열을 견딜 수 없습니다. 실리콘 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)가 200V를 통과시킬 때, SiC SBD는 600V를 관리할 수 있습니다.

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다른 비교에는 다음이 포함됩니다: 

고온 작동

• 실리콘: 기기는 일반적으로 최대 150°C의 온도에서 효율적으로 작동하며, 온도가 더 높아질수록 성능이 크게 저하됩니다. 
• SiC: 고온 상황에서 훨씬 더 높은 안정성을 가지며 성능 저하가 적습니다—600°C에서 작동 가능합니다. 

내전압

• 실리콘: 낮은 내전압으로 고전압 응용 분야에서의 사용이 제한됩니다. 
• SiC: 더 높은 내전압 (실리콘의 약 10배)으로 에너지 처리량을 확장하는 데 유리합니다.

크기와 무게

일반적으로 SiC는 실리콘보다 우수한 에너지 밀도로 알려져 있으며, 이는 전력 변환 효율성을 돕고, 더 높은 열 전도성에 의해 가능해집니다. SiC의 전반적인 성능 이점은 고요구 사항 응용 분야에서 실리콘의 사용을 능가합니다. 

SiC 칩을 요구하는 지속 가능한 산업

SiC의 발자취가 커지면서 두 가지 추세가 나타납니다. 이는 글로벌 차원에서 지속 가능한 솔루션을 확장하려는 노력의 결과일 가능성이 높습니다—효율적이고 견고한 반도체에는 깨끗한 에너지 통합이 달려 있습니다. SiC는 대부분의 인프라 프로젝트의 핵심으로, 제공업체들이 자산을 자체 디지털 생태계로 통합하려고 합니다. 

자동차: 대부분의 자동차 제조업체가 전동화로 관심을 전환함에 따라 효율성은 매우 중요합니다; 더 작은 배터리로 더 긴 주행 거리와 더 빠른 충전 속도를 갖춘 전기차(EV)를 만드는 것입니다. 스위칭을 통한 에너지 손실 및 시스템 전도 손실을 줄이는 것은 주행 거리가 제한된 EV에서 매우 유익합니다. 

이러한 차량들은 점점 더 고급 시스템을 탑재하고 있으며, 이는 차량 내 컴퓨터에 의해 구동되어 배터리에서 전력을 끌어옵니다. 고급 운전자 보조 시스템(ADAS)에 의해 유발되는 불필요한 손실을 제거함으로써, 회사들은 배터리와 플랫폼에서 가능한 한 많은 범위나 전력을 짜내는 데 도움이 됩니다. 

재생 에너지: 더 높은 효율성이라는 요소로 돌아가 보면, 여러 에너지 인프라 자산이 SiC 칩의 사용으로 손실을 줄이고 기계를 온도 변화에 더욱 강하게 만들어 혜택을 볼 수 있습니다. 배터리 에너지 저장(BESS)과 같은 시스템은 SiC의 높은 온도 견딤성과 에너지 전도 제한 능력 덕분에 더 효율적으로 작동할 수 있습니다. 

과거에 보았듯이, 배터리 저장 시설은 고온에 취약하며, 이를 지속 가능한 에너지 솔루션을 지원하기 위해 확장하려면 내부 구성 요소가 가장 극한의 조건—즉 최대 150°C의 온도 범위를 견딜 수 있어야 합니다. 또한 회사들은 그들이 가진 공간으로 전력 저장 또는 출력 용량을 확장할 수 있는 범위가 제한되어 있어 공간의 요소도 있습니다. 전력 밀도를 증가시키는 솔루션은 운영자가 동일한 인프라로 더 많은 에너지를 처리할 수 있도록 필연적으로 도움이 될 것입니다. 

이는 EV 분야에서도 마찬가지로 회사들이 배터리 팩의 크기를 줄이면서 용량을 늘리려고 합니다. 

SiC 기능의 발전

이전에는 순수 실리콘 부품을 선호했던 기업들이 이제 SiC에 의해 대체되고 있습니다. 이 새로운 칩 형식은 내부 구조의 파워를 증가시키고 에너지 및 열 효율성을 더욱 향상시킬 수 있는 더 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 

SiC 칩은 실리콘만으로는 더 높은 임계 붕괴 전압을 가집니다. 현대 응용 프로그램의 경우, 이는 더욱 컴팩트한 칩을 만들면서 결함의 위험을 줄일 수 있는 능력을 제공합니다. 구성 요소 제조업체는 또한 높은 도핑 농도를 활용하여 특정 응용 프로그램을 위한 지원 재료를 도입할 수 있습니다. 

고전압 시스템과 자산의 다운타임이 거의 또는 전혀 없어야 하는 산업에서 SiC는 이전에 사용되었던 실리콘보다 훨씬 우수합니다. 이러한 기술은 전기차(EV) 및 재생 에너지와 같은 청정 에너지 산업, 방위, 항공우주, 통신 등의 산업에서 활용되는 경향이 있으며, 이러한 산업에서는 안전 관점에서 중단이 매우 해로울 수 있습니다. SiC 칩으로의 전환으로 혜택을 받는 다른 많은 산업이 있으며, 그 중 많은 산업이 인공 지능(AI) 및 기계 학습(ML)을 포함한 새로운 기술을 통합합니다.