次世代自動車開発の課題と解決策

自動車環境は電子部品にとって独自の課題を呈しています。多くのコンピューティング用途とは異なり、自動車は非常に低温や高温、極端な湿度、汚染、振動、および衝撃などの過酷な条件にさらされます。これらの過酷な条件に加えて、自動車内の電子部品は非常に長く、安定して、信頼性の高い耐用年数が求められ、故障時には安全に動作を停止する必要があります。   車両内の異なる電子サブシステムは、それぞれ使用される部品に対して独自の課題と要求を持っています。制御と安全システム（例えば、アンチロックブレーキ、リアビューカメラ、アダプティブヘッドライト）は非常に長い耐用年数と高い信頼性を持つ部品が必要です。パワートレイン（動力を生成し、それを路面に伝えるコンポーネント）は高温や厳しい条件に耐えうる部品が要求されます。車載電子システム（ナビゲーション、高度な診断、エンターテインメントを含む）は小型で高速の部品が必要です。   ADASや自動運転のアプリケーションでは、ADASドメインコントローラーとドメインゲートウェイも重要なアプリケーション領域です。ドメインコントローラー内のEthernetトランスフォーマーやドメインコントローラー内のCANコモンモードチョークなどの部品は、AEC-Q200の要件を満たし、信号を減衰させることなくコモンモードノイズを抑える必要があります。新しい自動車規格のポリマコンデンサは、ボードスペースの節約、高い体積効率/小型化、信頼性の要求を満たし、自動車設計者に潜在的なソリューションを提供することができます。   タンタルポリマコンデンサは、タンタル（Ta）アノード、タンタルペンタオキシド（Ta₂O₅）誘電体、および固体ポリマ電解質で構成されています。この構造方法は、高温定格の安定性、および温度や電圧、時間に対する安定性など、いくつかの利点を提供します。これらの特徴により、タンタルポリマコンデンサはAEC-Q200自動車標準の要件を満たし、さらにそれを超えることができます。   自動車用DC/DCコンバータアプリケーションを例に取ると、自動車の電子機器は通常バッテリーで駆動されているため、DC/DCコンバータは自動車アプリケーションにおいて非常に重要です。これらはバッテリー電圧（通常は+12V DC）を+5V、+3.3V、+1.8V、またはさらに低電圧のより適切な電圧レールに落とします。変換は通常段階的に行われ、例えば、12Vを5Vに、次に5Vを3.3Vに変換します。DC/DCコンバータはこれらの電源レールに電圧を供給し、コンデンサはこれらのコンバータが正しく動作し、安定したクリーンな電力を提供することを支援します。   DC/DCコンバータ回路では、入力と出力の両方にコンデンサが必要です。入力コンデンサは、コンバータのスイッチング中に瞬時電流を提供します。出力コンデンサは、コンバータのスイッチング中に負荷（DSP、マイクロプロセッサ、I/O、USBなど）に瞬時電流を提供します。自動車アプリケーションでは、これらのコンデンサは回路の容量ニーズを満たすように設計されているだけでなく、AEC-Q200標準に準拠し、さらに高温や過酷な条件のより高い基準にも耐えるように選定される必要があります。

タンタルポリマースーパキャパシタにおける研究、開発、革新

自動車ソリューションにおいて、YAGEO/KEMETはタンタルポリマー超キャパシタの研究、開発、革新に取り組んでおり、誘電体研究、含浸研究、ポリマー製剤、ポリマー合成、ポリマーコーティング研究で多数の成果と特許を達成しています。YAGEO/KEMETのキャパシタ製造プロセスはタンタル粉末/ワイヤー処理に準拠しており、完全統合されたタンタルサプライチェーンを誇ります。これは、唯一の垂直統合された多様で紛争のないタンタル供給業者であり、増加する製品需要をサポートする安定した運営が構築されています。YAGEO/KEMETは、 多くの自動車グレードの高信頼性製品を提供しており、自動車用途のニーズを満たし、世界の生産量の44％を保持しており、自動車、航空宇宙、防衛ソリューションでリーダー的存在です。   KEMETが導入したタンタルポリマーキャパシタ（KO-CAP®シリーズ）は、導電性ポリマー陰極を備えた固体電解質キャパシタであり、低い等価直列抵抗（ESR）と高周波数での容量保持の改善により、電力損失や不要なノイズを最小限に抑えます。KO-CAPシリーズは多層セラミックの低ESR、アルミニウム電解の高容量、タンタルの体積効率を１つの表面実装パッケージに結びつけています。液体電解質をベースにしたコンデンサとは異なり、KO-CAPは極めて長いサービス寿命を提供し、 高リプル電流能力を有し、自動車用途で遭遇する高温にも耐えることができます。例えば、T599タンタルポリマーキャパシタは、150°Cまでの温度で優れた特性を維持し、超長寿命の期待サービス寿命を提供します。   AEC-Q200標準は自動車回路に使用される受動電子部品のためのグローバルな認定標準です。これは厳格なストレステストのセットを含み、これらのテストに合格すると「認定」ステータスが与えられます。KEMETのT59xシリーズのタンタルポリマーキャパシタは、これらの要件を容易に満たし、さらに上回ります。   AEC-Q200標準は、受動部品が 1000 時間の動作寿命で定格ストレスレベルでテストされることを要求します。KEMETのT599シリーズキャパシタは、150°Cで2000時間の動作寿命が設定されています。適切に電圧と温度のディレーティングを行うと、T599シリーズは最大 8000 時間の高温ミッションプロファイルをサポートし、条件が適切であれば 130,000 時間（15 年）の超長延命ミッションプロファイルにも対応できます。 ポリマーキャパシタのサービスライフと故障率の方程式を用いて、これらのミッションプロファイルでの性能を検証することができます。

高強度および超長期間ミッションプロファイル向けのタンタルポリマコンデンサ

KEMET T599タンタルポリマコンデンサシリーズは、100 kHzでの定格を提供し、非常に低い最大直列抵抗を特長としており、25 mΩから150 mΩまでの範囲で、-55°Cから150°Cの温度範囲で安定しており、高強度で超長時間のミッションプロファイルに適した超長寿命を備えています。   ポリマーT599コンデンサは、延長寿命の自動車向けソリューションを提供します。KO-CAP®固体タンタルポリマコンデンサは、高温、重要な信頼性要件、自動車環境で求められる長寿命に対する比類のないソリューションを提供します。特に、T599タンタルポリマコンデンサは150°Cで優れた特性を示し、特定の条件下で130,000時間まで延長可能な期待寿命を提供します。このシリーズは、33から150 µFのキャパシタンス範囲と、4から35 VDCまでの電圧定格を提供し、DC/DCコンバータ回路や他の自動車用アプリケーション設計に理想的です。

多様な自動車用途のニーズを満たすタンタルポリマコンデンサ

自動車用途において、タンタルポリマコンデンサはレーダー/ライダーセンサ（例：ハンズオンドテクション、HOD）、車両接続、スマートコクピットアプリケーションなどのセンシングシステムで使用されることがあります。T597/T598 (125°C)シリーズは、これらの用途で使用可能です。T598 (125°C)シリーズは自律走行/認識アプリケーションに適しており、T599 (150°C)シリーズはパワートレインに、T598 (125°C) および T599 (150°C) シリーズはシャーシとセーフティ分野に最適です。   さらに、KEMETのKO-CAP®ポリマーSMDシリーズには、自動車や過酷な環境向けに設計された多くの製品があり、高湿度、高温ポリマ電解コンデンサとしてT591/T597/T598/T599シリーズがあります。これらのコンデンサは、過酷な環境条件下で高い静電容量とESRの安定性を提供します。設計の改良や材料の選択的アップグレードを通じて、これらのコンデンサは85°C/85% RH 定格電圧で500時間（T591）または1,000時間（T598, T599）の寿命を提供し、AEC-Q200の認定試験に完全に準拠しており、それぞれ最高動作温度は125°Cと150°Cです。これらのコンデンサはISO TS 16949認証工場で製造され、製造部品承認プロセス（PPAP）/部品提出認可（PSW）および変更管理の対象となっています。   KEMETのKO-CAP®ポリマーSMDシリーズは、超低ESR、AEC-Q200認定試験計画（T597 FD 125°C、T598 125°C、T599 150°C）への完全準拠、T598/T599 (VR < 16 V) の125°Cで最大2,000時間の耐久試験認定、防衛および航空宇宙分野向けに専用のH/T終端とサージ電流テストオプション（T598）、EIA標準535BAACに準拠またはそれを超える性能、EIA 481に準拠したテープおよびリール標準包装、およびハロゲンフリーエポキシRoHS準拠を特長としています。   KO-CAP®ポリマーSMDシリーズの一般的な用途には、さまざまな市場セグメントでのデカップリングとフィルタリングが含まれており、特に自動車のインフォテインメント、ADAS、シャーシと安全システム、および高湿度や温度などの過酷な条件下での動作が求められるパワートレインアプリケーションに適しています。 T598を例に取ると、小型コンポーネントとコンパクトモジュール設計を採用しています。その堅牢で安定したTa₂O₅誘電体層は、アプリケーションにおける機能的リスクを低減します。これは低損失部品（1桁のESRと高いリップル電流耐性、周波数にわたる静電容量の保有力延長）、より低い熱抵抗での効率的なDC/DC変換を提供し、時間と温度にわたる安定した電気特性を持ち、15年以上のミッションプロファイルを超える安定したパフォーマンスをサポートします。

結論

次世代車両が電動化、知能化、高性能化に向かう中で、車載電子システムは電源の安定性、耐久性、そして小型化に対してますます厳しい要求を課しており、電気アーキテクチャ設計には多くの課題をもたらしています。タンタルポリマーコンデンサは、低ESR、優れたリップル電流能力、長期信頼性、コンパクトなサイズにより、電力変換効率を効果的に向上させ、消費電力と熱損失を削減し、過酷な環境下でのシステムの安定動作を確保できます。将来、スマートドライビングと新エネルギー車両の継続的な進化と共に、YAGEO/KEMET が提供するタンタルポリマーコンデンサは、車両の電源モジュール、制御ユニット、先進運転支援システムにおいてさらに重要な役割を果たし、次世代自動車の革新を支えるキーコンポーネントソリューションとなるでしょう。