“한 번 충전으로 더 멀리!” 토요타가 점찍은 ‘마법의 반도체’ 정체는?

인피니언 CoolSiC™ MOSFET, 토요타 신규 전기차 ‘bZ4X’의 핵심 전력 부품으로 채택

글로벌 전력 반도체 시장의 강자인 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies)가 자사의 차세대 반도체인 CoolSiC™ MOSFET(실리콘 카바이드 전력 반도체)을 토요타의 첫 순수 전기 SUV인 ‘bZ4X’ 모델에 공급한다. 이번 협력은 전기차의 고질적인 문제인 짧은 주행거리와 긴 충전 시간을 해결하기 위한 전략적 선택으로 풀이된다.

전기차의 한계를 넘는 ‘실리콘 카바이드(SiC)’의 힘

전기차에는 배터리의 높은 전압을 자동차 부품들이 사용할 수 있는 전압으로 바꿔주는 장치들이 들어있다. 대표적인 것이 집에서 충전할 때 전기를 변환해 주는 온보드 차저(OBC, On-Board Charger)와 고전압을 저전압으로 낮춰주는 DC/DC 컨버터(DC/DC Converter)다.

기존에는 이 장치들에 일반적인 실리콘(Si) 소재 반도체를 썼다. 하지만 실리콘은 열에 약하고 전기가 흐를 때 저항이 커서 에너지 손실이 많다는 단점이 있었다. 반면, 이번에 채택된 실리콘 카바이드(SiC, Silicon Carbide)는 다이아몬드처럼 단단하고 열에 강하며 전기를 훨씬 더 효율적으로 전달한다.

인피니언의 CoolSiC™ 기술은 이 소재의 장점을 극대화했다. 전기가 흐를 때 발생하는 에너지 손실을 획기적으로 줄여주기 때문에, 똑같은 배터리를 장착해도 더 멀리 주행할 수 있게 해준다. 또한, 열이 적게 발생하므로 냉각 장치를 줄일 수 있어 차체를 가볍게 만드는 데도 유리하다.

에너지 손실은 줄이고 주행거리는 늘리는 기술 혁신

인피니언이 제공하는 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)은 독창적인 트렌치 게이트(Trench Gate) 구조를 가지고 있다. 이는 반도체 내부에 미세한 도랑(Trench)을 파서 전자가 흐르는 길을 더 짧고 넓게 만든 기술이다. 이를 통해 전기가 흐를 때 생기는 저항(온 저항, On-resistance)을 줄여 에너지 낭비를 막는다.

또한, 이 반도체는 전기를 껐다 켰다 하는 스위칭 과정에서 발생하는 스위칭 손실(Switching Loss)도 매우 적다. 인피니언의 피터 셰퍼(Peter Schaefer) 수석 부사장은 “실리콘 카바이드는 미래 모빌리티의 성능과 효율을 높이는 핵심적인 역할을 한다”며, “토요타와의 협력을 통해 전동화 시장에서의 리더십을 더욱 공고히 하겠다”고 밝혔다.

전기차 시장이 급성장함에 따라, 단순히 배터리 용량을 늘리는 것보다 이처럼 반도체 효율을 높여 에너지를 아껴 쓰는 기술이 갈수록 중요해지고 있다. 토요타 bZ4X에 탑재된 인피니언의 기술은 바로 그 ‘에너지 절약의 파수꾼’ 역할을 하고 있는 셈이다.