▲ 실리콘 파워 반도체 채용 PCU(위)와 웨이퍼(아래), SiC 파워 반도체 채용 PCU의 크기(右) 비교.

토요타자동차(사장 요시다 아키히사)는 덴소, 토요타 중앙연구소와 공동으로 새로운 소재인 SiC(실리콘 카바이트)로 파워 반도체를 개발했다고 21일 밝혔다.

이 파워 반도체는 하이브리드차(HV) 등의 모터 구동력을 제어하는 파워 컨트롤 유닛(PCU, Power Control Unit)에 적용할 예정이며, 향후 1년 이내에 일반도로에서의 주행 실험을 시작할 계획이다.

토요타는 현재의 실리콘 파워 반도체에 비해 토요타 하이브리드 모델의 연비가 10% 향상되고 PCU는 1/5로 소형화될 것으로 기대하고 있다.

SiC는 실리콘보다 고효율화가 가능한 반도체 재료이며 1980년대부터 토요타 중앙연구소, 덴소가 기초 연구를 시작해 2007년부터 토요타도 참여해 실용화를 향한 기술개발을 공동으로 진행해 왔다. 토요타는 이번에 3사에서 공동 개발한 SiC 파워 반도체를 채용한 PCU를 HV의 시험제작차에 탑재해 테스트 코스에서 실시한 주행 실험에서 5%가 넘는 연비 향상을 확인했다.

또한 지난해 12월에는 전자 제어장치나 반도체 등의 연구 개발 및 생산의 거점인 히로세 공장 내에 SiC 전용의 반도체 개발을 위한 클린 룸을 정비했다.

PCU는 주행 시에 배터리의 전력을 모터에 공급함으로써 속도를 제어함과 동시에, 감속 시에는 재생한 전력을 배터리에 충전하는 등, 하이브리드 기술의 전력 이용에서 중요한 역할을 담당하고 있다.

PCU는 하이브리드의 차량 전체 전력 손실의 약 20%를 차지하고 있어, 파워 반도체의 고효율화는 연비 향상의 핵심 기술 중의 하나다.

또, SiC 파워 반도체에는 전류 온/오프 시 스위칭의 손실이 작은 특징이 있고, 고주파화 해도 효율적으로 전류를 흘려보낼 수 있다. 이 성능을 충분히 끌어냄으로써, PCU의 체적의 약 40%를 차지하는 코일, 콘덴서의 소형화가 가능해져, PCU의 현행 대비 1/5의 소형화를 목표로 한다.

토요타는 현재 참여하고 있는 일본의 국가 프로젝트1 에서의 성과를 도입하면서, SiC 파워 반도체의 조기 실용화를 위한 개발에 나선다는 계획이다.

한편 도요타가 이번에 개발한 기술은 5월21일부터 3일간 요코하마시의 파시피코 요코하마에서 개최 되는 ‘사람과 자동차의 테크놀로지전 2014’에 출품될 예정이다.