휴머노이드 로봇의 관절은 좁은 공간에서 높은 출력과 정밀한 움직임을 동시에 구현해야 한다. 모터를 구동하는 전력반도체에서 발생하는 열과 전력 손실은 관절의 크기와 효율, 연속 작동 시간에 직접적인 영향을 미친다. 아이언디바이스는 질화갈륨(GaN) 전력소자와 게이트드라이버를 하나의 패키지에 통합해 로봇 관절 내부의 공간과 발열 문제를 줄였다. 고부하 상태에서도 안정적인 구동 성능을 확인할 수 있는 액추에이터 데모를 중국 선전에서 공개했다.
혼성신호 반도체 팹리스 기업 아이언디바이스는 26일부터 28일까지 중국 선전에서 열리는 글로벌 전력전자 전시회 ‘PCIM Asia 2026’에서 휴머노이드 로봇 관절용 초소형 GaN 파워 스테이지 솔루션을 선보였다. 전시 부스에는 GaN 파워 스테이지를 적용한 신뢰성 검증 세트인 ‘통합형 BLDC 서보 액추에이터(Integrated BLDC Servo Actuator)’도 함께 마련했다. 실제 로봇 관절과 유사한 고부하·연속 구동 환경에서 발열과 출력, 구동 안정성을 확인할 수 있는 데모다.
PCIM Asia 2026 아이언디바이스 전시 부스에서 휴머노이드 로봇용 솔루션을 선보이고 있다. (사진 제공: 아이언디바이스)
이번에 공개한 제품은 100V 하프브릿지 GaN 전력소자와 이를 제어하는 게이트드라이버를 단일 패키지로 통합한 전력구동 반도체다. 두 부품 사이의 연결 경로를 줄여 전력 손실과 신호 간섭을 낮추고 액추에이터 제어 회로를 작게 설계할 수 있도록 했다.
패키징에는 열 방출에 유리한 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지(FoWLP) 공정을 적용했다. 반도체 칩과 외부 회로의 연결 구조를 간소화해 패키지 두께와 면적을 줄이고 구동 과정에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하는 방식이다.
아이언디바이스는 이 기술을 통해 회사 기준 세계 최소형 크기의 GaN 파워 스테이지를 구현했다고 소개했다. 전류가 흐를 때 발생하는 저항인 온저항(RDS(on))은 5.5mΩ으로 낮춰 발열과 전력 손실, 노이즈를 줄였다.
낮은 온저항은 로봇 관절처럼 순간적으로 높은 전류가 흐르고 반복적으로 움직이는 환경에서 중요하다. 전력 손실이 줄어들면 같은 배터리로 더 오래 작동할 수 있고 냉각 부품과 회로가 차지하는 공간도 줄일 수 있다.
제품은 휴머노이드 관절의 핵심 구동 모듈인 준직접구동(QDD) 액추에이터를 주요 적용 대상으로 한다. 모터와 감속기, 제어 회로가 좁은 공간에 들어가는 QDD 액추에이터에서 크기와 발열을 줄이면서 필요한 출력과 구동 신뢰성을 확보하는 데 초점을 맞췄다.
관절에서 로봇핸드·피지컬 AI 디바이스까지
PCIM Asia 전시에서는 고부하 상태로 액추에이터를 연속 구동하며 온도 변화와 작동 안정성을 확인하는 데모를 진행했다. 아이언디바이스는 초소형 패키지와 낮은 온저항이 실제 구동 환경에서 발열 제어와 효율 개선으로 이어지는지를 검증했다.
전시장을 찾은 글로벌 고객사 관계자는 “액추에이터 모터 드라이버 IC의 열 관리 문제를 해결하기 위해 GaN 기반 전력소자 도입을 검토하고 있다”며 “휴머노이드 로봇을 비롯해 고출력·고효율 제어가 필요한 산업에서 활용 가능성이 크다”고 평가했다.
글로벌 GaN 구동 반도체 시장은 텍사스인스트루먼트와 인피니언테크놀로지 등 대형 반도체 기업이 주도하고 있다. 아이언디바이스는 자체 원천기술을 기반으로 GaN 파워 스테이지 상용화 라인업을 구축하고 소형화와 고집적화, 저손실 성능을 경쟁력으로 제시했다.
회사는 휴머노이드 관절 액추에이터를 시작으로 여러 개의 구동부가 밀집된 고자유도 로봇핸드와 피지컬 AI 기기, AI 데이터센터용 전력 시스템 등으로 적용 분야를 확장한다. 로봇과 AI 인프라의 출력이 높아질수록 커지는 열 관리와 전력 효율 문제를 GaN 기반 파워 IC로 해결한다는 전략이다.
선정현 아이언디바이스 부사장은 “피지컬 AI 시대에는 차세대 기기의 소형화와 고효율을 동시에 충족하는 화합물 전력소자용 파워 IC의 중요성이 커진다”며 “초소형화와 고집적화, 저손실 경쟁력을 바탕으로 휴머노이드 로봇과 AI 데이터센터 등 고부가가치 시장을 공략하겠다”고 말했다.
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