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최근 디지털 시대에 접어들어 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 5G, 빅데이터, 웨어러블 기기(Wearable device) 등 첨단 ICT 기술의 급격한 발전에 따라 스마트 기계장비와 첨단 부품에 대한 수요가 확대되고, 전세계적으로 완제품 생산능력이 평준화되면서 소재ㆍ부품의 중요성이 더욱 커지고 있는 상황에서 전세계는 다양한 부품이나 소자 등에 적용돼 성능을 획기적으로 높일 수 있는 소재ㆍ부품ㆍ장비에 대한 집중 투자가 이루어지고 있다.

소재ㆍ부품산업은 경제의 근간을 이루는 전방산업의 생산성과 제품 품질을 좌우하는 기초산업으로 미래 생활의 거대한 혁신은 물질을 어떻게 다루냐에 따라 양상이 달라질 것이기 때문에 한계에 봉착한 기존 소재의 물성을 획기적으로 뛰어넘는 새로운 인공소재나 구조에 대한 관심이 높아지고 있다.

특히 소재ㆍ부품ㆍ장비의 발전은 부가가치 향상 및 신제품 개발을 촉진하고, 산업전반에 파급돼 제조업을 혁신의 원동력으로 작용하기 때문에 글로벌 경쟁력을 높여 미래의 지속가능한 성장기반을 확충하기 위해 전세계가 연구개발에 뛰어들고 있다.

이러한 가운데 우리나라는 그동안 대기업 중심으로 조립완성품 위주의 제조역량을 바탕으로 급격한 경제발전을 이루며 현재 제조업 세계 6위라는 위상을 떨치고 있지만, 이러한 경쟁력의 원천이 중기술 개발 및 범용 소재부품장비에 국한돼 있어 핵심 소재ㆍ부품ㆍ장비는 수입에 의존함으로써 지속가능한 경쟁력을 갖추지 못하고 있는 실정이다.

즉 소재ㆍ부품ㆍ장비 분야에서 우리나라는 일본과 서로 윈윈한다는 전략 아래 오랜 기간 분업구조를 형성해 오면서 핵심 소재ㆍ부품ㆍ장비 경쟁력을 갖추지 못해, 여전히 선진기술강국에 비해 상대적으로 뒤처져 있는 와중에 이번 일본의 수출 규제 공격에 위기감을 고조시키며, 이러한 산업구조의 취약점을 여실히 드러내고 있다.

이처럼 소재ㆍ부품ㆍ장비 산업이 직면한 과제의 심각성과 시급성을 일깨워 주고 있는 가운데, 소재ㆍ부품ㆍ장비 분야는 최종 완제품의 성능과 품질, 가격경쟁력을 결정하는 핵심 산업으로 소재에서부터 부품, 완제품까지 전산업에 걸친 가치사슬을 형성해야 한다는 자각성을 높이고 있다.

이러한 상황에서 우리나라는 현재 세계 가전시장을 석권하고 있지만, 반도체ㆍ친환경 자동차ㆍ에너지 저장장치 등 미래 먹거리 산업의 핵심소재ㆍ부품ㆍ장비 분야에서 독자적 공급망을 구축해 명실상부한 기술독립국으로서 혁신성장을 가속화하기 위해서는 보다 지속적인 관심과 지원이 이루어져야 한다고 강조하고 있다.

이에 일본의 한국 수출 규제를 계기로 핵심 소재ㆍ부품ㆍ장비의 국산화를 집중 지원해야 한다는 인식 아래 이를 계기로 제조업 혁신의 전면에 소재ㆍ부품ㆍ장비를 내세우고 있지만, 이는 장기간 지속적인 투자와 협업이 중요하기 때문에 보다 세밀하고 장기적인 전략이 구축되어야 한다.

또 소재ㆍ부품산업은 최종 제품의 완성도와 부가가치 수준을 좌우하는 핵심 중간재로서 업종간의 융합이 강조되는 미래 산업 트렌드를 선도할 것으로 예상하고 있는 가운데, 제조강국으로 도약하기 위해서는 소재부품과 뿌리산업에 관심을 가지며 더욱 성장시켜야 한다는 인식이 강조되고 있다.

이에 IRS글로벌에서는 소재ㆍ부품ㆍ장비 분야의 글로벌 트렌드와 기술개발 동향을 정리, 분석함으로써 국내 관계자들에게 유용한 정보로 활용되어 소재ㆍ부품ㆍ장비 분야의 국산화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해 본다.

Ⅰ. 4차 산업혁명 시대의 소재ㆍ부품ㆍ장비 기술 개요

1. 미래 세계의 선택, 4차 산업혁명

  1-1. 디지털 시대와 4차 산업혁명

    1-1-1. 디지털 시대

      (1) 디지털 기술

      (2) 디지털 혁신

    1-1-2. 플랫폼 기반 4차 산업혁명

  1-2. 디지털 시대와 제조업

  1-3. 디지털 시대 4차 산업혁명 진행 방향

2. 4차 산업혁명 시대 첨단 소재 기술

  2-1. 우리나라의 제조업

    2-1-1. 제조업 기반 경제 성장

      (1) 소재ㆍ부품ㆍ장비 개요

      (2) 포스트 코로나 시대 소재ㆍ부품ㆍ장비 산업

    2-1-2. 소재ㆍ부품ㆍ장비의 중요성

  2-2. 국내외 소재ㆍ부품ㆍ장비 산업 개요 및 현황

    2-2-1. 제조업과 소재ㆍ부품ㆍ장비 산업 개요

      (1) 글로벌 가치사슬(Global Value Chain) 개념

      (2) 코로나 팬데믹으로 인한 글로벌 가치사슬 변화

      (3) 글로벌 가치사슬의 경제적 의의

      (4) 제조업 가치사슬(Value Chain)

      (5) 글로벌 가치사슬(Global Value Chain)의 생태계와 보호무역주의

        ① 글로벌 가치사슬 생태계 변화

        ② 글로벌 가치사슬과 보호무역주의

    2-2-2. 제조업(manufacturing) 위기와 패러다임 전환

      (1) 제조업(manufacturing)의 위기

      (2) 국내 제조업의 산업 구조

      (3) 제조업의 서비스화(servicification of manufacturing)

      (4) 글로벌 가치사슬 재편

    2-2-3. 소재ㆍ부품ㆍ장비 산업의 현황

3. 소부장 산업 경쟁력 강화를 위한 정책 추진 동향

  3-1. 그간의 추진 경과

    3-1-1. 추진 경과

    3-1-2. 정책 추진내용과 진행 상황

      (1) 소부장 경쟁력 강화 대책

        ① (소부장1.0) 공급망 안정화를 핵심으로 소부장 정책기반 마련

        ② (소부장 2.0) 글로벌 차원으로 정책을 확장하고, 첨단기지화 강력 추진

        ③ 범부처 협력과 업무분담으로 정책 실행력과 내실화 추진

      (2) 2020년까지의 진행 상황

        ① 100대 품목 공급안정성에 뚜렷한 진전

        ② 소부장 산업을 글로벌 차원으로 확장하는 정책 활성화

        ③ 산업 생태계 내 ‘연대와 협력’ 확산

        ④ 범부처 협업 지원체계 본격 가동

        ⑤ 다양한 ‘기업 현장의 목소리’에 대한 맞춤형 지원 강화

  3-2. 소재ㆍ부품ㆍ장비산업 경쟁력강화 시행계획(안)

    3-2-1. 2021년 소부장 정책 추진방향

      (1) 소부장 핵심품목의 공급안정성 강화

        ① 핵심기술 내재화

        ② 공급망 고도화ㆍ다각화 

      (2) 소부장 기업의 글로벌 공급망 참여 확대

        ① 기업의 글로벌 성장역량 제고

        ② 글로벌 진출 기반 강화

        ③ 제조 소프트파워 강화

      (3) 연대와 협력 기반의 소부장 선순환 생태계 확산

        ① 수요-공급기업 협업 지평 확대

        ② 연대와 협력 생태계 인프라 강화

      (4) 첨단산업의 세계적 클러스터화

        ① 밸류체인 완결형 클러스터 조성

        ② 첨단 기술ㆍ인력 유치 강화

        ③ 투자유치ㆍ유턴 인센티브 확대

      (5) 범정부 추진체계 고도화 및 성과점검 체계 구축

    3-2-2. 향후 추진 일정

Ⅱ. 업종별 소재ㆍ부품ㆍ장비 산업 분석

1. 반도체 소재ㆍ부품ㆍ장비 현황

  1-1. 반도체 산업 개요

  1-2. 반도체 공정

    1-2-1. 웨이퍼 공정(Wafer)

    1-2-2. 산화 공정(Oxidation)

    1-2-3. 포토공정(Photo Lithography)

    1-2-4. 식각 공정(Etching)

      (1) Dry Etching(건식 식각)

      (2) Wet Etching(습식 식각)

    1-2-5. 박막 증착 공정(Diffusion & Thin Film)

      (1) 물리 기상 증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)

        ① 열 증발법(Thermal evaporation)

        ② 전자빔 증발법(E-beam evaporation)

        ③ 스퍼터링(Sputtering)

      (2) 화학 기상 증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)

        ① 플라즈마 화학증착(PECVD) 방식

        ② 고밀도 플라즈마 증착(HDPCVD)

        ③ 플라즈마 원자층 증착(PEALD) 방식

    1-2-6. 금속배선 공정(Metalllization)

      (1) 알루미늄 배선공정

      (2) Damascene(다마신) 공정

    1-2-7. EDS 공정(Electrical Die Sorting)

    1-2-8. 패키징 공정(Packaging)

2. 반도체 장비, 소재 개발

  2-1. 반도체 장비

    2-1-1. 반도체 장비 산업 개요

    2-1-2. 전공정 중심 반도체 장비개발 현황

      (1) 노광공정(Photolithography)

      (2) 식각(etching)

      (3) 증착(Deposition)

  2-2. 반도체, 디스플레이 소재 현황

    2-2-1. 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)

      (1) 실리센 웨이퍼(Silicene Wafer)

      (2) 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼

    2-2-2. 에폭시수지(epoxy resin)

    2-2-3. OLED 유기물 증착 장비

    2-2-4. 파인메탈마스크(FMM)

    2-2-5. 포토레지스트(Photoresist)

    2-2-6. 불화 폴리이미드

    2-2-7. 불화수소(Hydrogen Fluoride)

3. 자율주행 자동차용 반도체

  3-1. 4차 산업혁명 시대를 준비하는 자동차 업계

    3-1-1. 차량용 반도체 기술 개요

    3-1-2. 자율주행 자동차의 진화 방향

  3-2. 차량용 반도체 기술

    3-2-1. 초음파 센서 반도체

    3-2-2. ABS(Anti-lock Brake System)

    3-2-3. TPMS(Tire Pressure Monitoring System)

    3-2-4. MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)

4. 지능형 반도체

  4-1. 4차 산업혁명 시대의 지능형 반도체

    4-1-1. 지능형 반도체의 개념

    4-1-2. 4차 산업혁명 시대의 지능형 반도체

  4-2. 인공지능형 반도체

    4-2-1. 최근 동향

    4-2-2. 주요 분야별 개발 동향

      (1) GPU

        ① 엔비디아

        ② AMD

        ③ 인텔

      (2) FPGA

        ① AMD

        ② 인텔

        ③ 마이크로소프트

      (3) ASIC

        ① 구글

        ② 퀄컴

        ③ 테슬라

        ④ 엔비디아

        ⑤ 화웨이

        ⑥ 애플

        ⑦ IBM

        ⑧ 마이크로소프트

        ⑨ 바이두

    4-2-3. 향후 개발 전망

      (1) 기술 발전

      (2) AI 반도체

Ⅲ. 소재ㆍ부품 개발을 위한 기초ㆍ응용 기반 기술 동향

1. 미세 가공 프로세스

  1-1. 연구개발 개요

    1-1-1. 정의 및 범위

    1-1-2. 의의

  1-2. 연구개발 분야별 주요 동향

    1-2-1. 광 리소그래피 기술

    1-2-2. 나노 임프린트 기술

    1-2-3. 원자층 퇴적(ALD)ㆍ원자층 에칭(ALE) 기술

    1-2-4. 유도 자기 조직화(DSA) 기술

  1-3. 신기술 개발 및 토픽

  1-4. 주목할 만한 주요 프로젝트

  1-5. 핵심 과학기술 과제

  1-6. 주요국별 연구개발 현황 비교

    1-6-1. 미국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    1-6-2. 유럽

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    1-6-3. 일본

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    1-6-4. 중국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    1-6-5. 한국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    1-6-6. 대만

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

2. 적층 조형(3D프린팅)ㆍ레이저 가공

  2-1. 연구개발 개요

    2-1-1. 정의 및 범위

    2-1-2. 의의

  2-2. 연구개발 분야별 주요 동향

  2-3. 신기술 개발 및 토픽

    2-3-1. AM에서의 프로세스 모니터링과 시뮬레이션

    2-3-2. CPS화로 인한 효율적 가공 기술의 급격한 발전

    2-3-3. 4차원 프린팅

    2-3-4. 복합 가공 기술

    2-3-5. 마이크로 나노 표면 계층 구조의 제작

    2-3-6. 빔 정형 가공 기술

    2-3-7. 전자 – 레이저 상호작용에 근거한 레이저 가공 시뮬레이션

  2-4. 주목할 만한 주요 프로젝트

    2-4-1. 미국

    2-4-2. 유럽

    2-4-3. 일본

    2-4-4. 중국

  2-5. 핵심 과학기술 과제

  2-6. 주요국별 연구개발 현황 비교

    2-6-1. 미국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    2-6-2. 유럽

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    2-6-3.  일본

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    2-6-4. 중국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    2-6-5. 한국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

3. 물질ㆍ재료 시뮬레이션

  3-1. 연구개발 개요

    3-1-1. 정의 및 범위

    3-1-2. 의의

  3-2. 연구개발 분야별 주요 동향

    3-2-1. 분자계 전자 상태 계산 분야

    3-2-2. 고체계 양자 상태 계산 분야

    3-2-3. 분자 시뮬레이션 분야

    3-2-4. 몬테카를로 시뮬레이션 분야

    3-2-5. 통계역학 이론에 근거한 시뮬레이션 분야

    3-2-6. 연속체 시뮬레이션 분야

    3-2-7. 양자 컴퓨터에 의한 양자 화학 계산

    3-2-8. 기타

  3-3. 신기술 개발 및 토픽

  3-4. 주목할 만한 주요 프로젝트

    3-4-1. 미국

    3-4-2. 유럽

    3-4-3. 일본

    3-4-4. 아시아 국가들

  3-5. 핵심 과학기술 과제

  3-6. 주요국별 연구개발 현황 비교

    3-6-1. 미국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    3-6-2. 유럽

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    3-6-3. 일본

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    3-6-4. 중국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

    3-6-5. 한국

      (1) 기초 연구

      (2) 응용 연구ㆍ개발

4. 접착 기술

  4-1. 연구개발 개요

    4-1-1. 정의 및 범위

    4-1-2. 의의

  4-2. 연구개발 분야별 주요 동향

  4-3. 신기술 개발 및 토픽

  4-4. 핵심 과학기술적 과제