차세대 자동차 개발을 위한 도전 과제와 해결책

자동차 환경은 전자 부품에 고유한 도전을 제공합니다. 많은 컴퓨팅 애플리케이션과 달리 자동차는 매우 낮고 높은 온도, 극한 습도, 오염, 진동 및 충격과 같은 극한 조건을 경험합니다. 이러한 가혹한 조건 외에도 자동차 내의 전자 부품은 매우 길고 안정적이며 신뢰할 수 있는 서비스 수명을 기대하며, 고장 시 안전하게 실패해야 합니다.   차량 내의 다양한 전자 서브시스템은 사용되는 부품에 대해 독특한 도전과 요구 사항을 제시합니다. 제어 및 안전 시스템(예: 앤티락 브레이크, 후방 카메라 및 적응형 헤드라이트)은 매우 긴 서비스 수명과 높은 신뢰성을 가진 부품을 요구합니다. 동력 전달 장치(도로 표면에 동력을 생성하고 전달하는 부품 포함)는 고온과 심한 조건을 견딜 수 있는 부품을 요구합니다. 차량 내 전자 시스템(내비게이션, 고급 진단 및 엔터테인먼트를 포함)은 작은 고속 부품을 요구합니다.   ADAS 및 자율 주행 애플리케이션에서는 ADAS 도메인 컨트롤러와 도메인 게이트웨이도 중요한 애플리케이션 영역입니다. 도메인 컨트롤러 내의 이더넷 변압기와 도메인 컨트롤러 내의 CAN 공통 모드 초크와 같은 부품은 AEC-Q200 요구 사항을 충족해야 하며 신호를 감쇄하지 않으면서 공통 모드 노이즈를 억제해야 하며 소형화 및 신뢰성 요구를 충족하는 솔루션을 제공해야 합니다. 새로운 자동차급 폴리머 커패시터는 보드 공간 절약, 높은 부피 효율/소형화 및 신뢰성 요구를 충족하는 자동차 설계자에게 잠재적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.   탄탈륨 폴리머 커패시터는 탄탈륨(Ta) 애노드, 탄탈륨 산화물(Ta₂O₅) 유전체 및 솔리드 폴리머 전해질을 사용하여 제작됩니다. 이 구성 방식은 고온 등급과 온도, 전압 및 시간에 대한 안정성을 포함한 여러 장점을 제공합니다. 이러한 특성은 탄탈륨 폴리머 커패시터가 AEC-Q200 자동차 표준의 요구 사항을 충족하고 초과할 수 있게 합니다.   자동차 DC/DC 컨버터 애플리케이션을 예로 들면, 자동차 전자 장치는 일반적으로 배터리로 구동되기 때문에 DC/DC 컨버터는 자동차 애플리케이션에 매우 중요합니다. 이들은 배터리 전압(보통 +12V DC)을 전자 장치에 더 적합한 전압 레일(+5V, +3.3V, +1.8V 또는 그 이하)로 낮춥니다. 변환은 종종 단계별로 이루어지며 예를 들어, 12V를 5V로 변환한 후 5V를 3.3V로 변환합니다. DC/DC 컨버터는 이러한 전력 레일을 위한 전압을 제공하며 커패시터는 이러한 컨버터가 올바르게 작동하고 안정적이고 깨끗한 전력을 제공하도록 돕습니다.   DC/DC 컨버터 회로에서 커패시터는 입력과 출력 모두에 필요합니다. 입력 커패시터는 변환기 스위칭 중 순간적인 전류를 사용할 수 있도록 보장합니다. 출력 커패시터는 변환기 스위칭 중에 부하(DSP, 마이크로프로세서, I/O, USB 등)에 순간적인 전류가 제공되도록 보장합니다. 자동차 애플리케이션에서는 이러한 커패시터가 회로의 용량 요구를 충족하도록 설계되는 것뿐 아니라, AEC-Q200 표준을 준수하고 고온과 가혹한 조건의 더 높은 기준을 견딜 수 있도록 선택되어야 합니다.

탄탈륨 폴리머 슈퍼 커패시터의 연구, 개발 및 혁신

자동차 솔루션에서 YAGEO/KEMET는 탄탈륨 폴리머 슈퍼캐패시터의 연구, 개발 및 혁신에 전념하며, 유전체 연구, 침지 연구, 폴리머 제형, 폴리머 합성 및 폴리머 코팅 연구에서 수많은 결과와 특허를 달성했습니다. YAGEO/KEMET의 캐패시터 제조 프로세스는 탄탈륨 분말/와이어 처리 준수를 따르며, 완전히 통합된 탄탈륨 공급망을 갖추고 있는 유일한 수직 통합, 다양화, 갈등 없는 탄탈륨 공급업체로서 성장하는 제품 수요를 지원하기 위해 안정적인 운영을 구성했습니다. YAGEO/KEMET는 자동차 응용 분야의 요구를 충족하는 많은 자동차 등급, 고신뢰성 제품을 제공하며, 글로벌 생산량의 44%를 차지하고 자동차, 항공 우주 및 방위 솔루션 분야에서 선도하고 있습니다.   KEMET에서 도입한 탄탈륨 폴리머 캐패시터 (KO-CAP® 시리즈)는 고체 전해질 캐패시터로, 전도성 폴리머 캐소드가 특징이며, 낮은 등가 직렬 저항 (ESR)과 고주파에서 개선된 용량 유지력을 제공하여 전력 손실과 원치 않는 소음을 최소화합니다. KO-CAP 시리즈는 다층 세라믹의 낮은 ESR, 알루미늄 전해질의 높은 용량, 그리고 탄탈륨의 체적 효율성을 단일 표면 장착 패키지로 결합합니다. 액체 전해질 기반 캐패시터와 달리, KO-CAP는 매우 긴 서비스 수명, 높은 리플 전류 능력을 제공하며 자동차 응용에서 직면하는 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 예를 들어, T599 탄탈륨 폴리머 캐패시터는 최대 150°C의 온도에서 뛰어난 특성을 유지하며, 초장기간 예상 서비스 수명을 제공합니다.   AEC-Q200 표준은 자동차 회로에서 사용되는 수동 전자 부품에 대한 글로벌 인증 표준입니다. 이는 엄격한 스트레스 테스트 세트를 포함하며, 이러한 테스트를 통과하면 부품에 "인증" 상태를 부여합니다. KEMET의 T59x 시리즈 탄탈륨 폴리머 캐패시터는 이러한 요구 사항을 쉽게 충족하고 초과합니다.   AEC-Q200 표준은 수동 부품이 1000시간의 작동 수명 동안 정격 스트레스 수준에서 테스트되도록 요구합니다. KEMET의 T599 시리즈 캐패시터는 150°C에서 2000시간의 작동 수명을 평가받았습니다. 전압 및 온도에 적절히 감압된 경우, T599 시리즈는 최대 8000시간의 고온 미션 프로파일과 적절한 조건에서 130,000시간(15년)까지의 초확장 미션 프로파일을 지원할 수 있습니다. 폴리머 캐패시터의 서비스 수명 및 고장률 공식은 이러한 미션 프로파일에서의 성능을 검증하는 데 사용할 수 있습니다.

고강도 및 초장기 임무 프로필용 탄탈륨 폴리머 커패시터

KEMET T599 탄탈룸 폴리머 커패시터 시리즈는 100 kHz에서의 정격을 제공하며, 매우 낮은 최대 직렬 저항(25 mΩ에서 150 mΩ 범위)을 특징으로 -55°C에서 150°C의 온도 범위에서도 안정적이며, 고강도 및 초장기 임무 프로파일에 적합한 초장수명의 수명을 제공합니다.   폴리머 T599 커패시터는 장수명 자동차 솔루션을 제공합니다. KO-CAP® 고체 탄탈룸 폴리머 커패시터는 고온, 중요한 신뢰성 요구 사항 및 자동차 환경에서 요구되는 긴 수명을 위한 탁월한 솔루션을 제공합니다. 특히 T599 탄탈룸 폴리머 커패시터는 150°C에서 우수한 특성을 나타내며, 특정 조건 하에서 수명이 130,000시간까지 연장될 수 있습니다. 이 시리즈는 33에서 150 µF의 정전 용량 범위와 4에서 35 VDC의 전압 정격을 제공하여 DC/DC 컨버터 회로 및 기타 자동차 응용 설계에 이상적입니다.

다양한 자동차 응용 요구를 충족하는 탄탈륨 폴리머 커패시터

자동차 응용 분야에서 탄탈륨 폴리머 커패시터는 레이더/라이더 센싱(예: Hands-On Detection, HOD), 차량 연결성 및 스마트 콕핏 응용 프로그램과 같은 센싱 시스템에 사용될 수 있으며, T597/T598 (125°C) 시리즈가 적용될 수 있습니다. T598 (125°C) 시리즈는 자율주행/인식 응용 프로그램에 적합하고, T599 (150°C) 시리즈는 파워트레인에 적합하며, T598 (125°C) 및 T599 (150°C) 시리즈는 섀시 및 안전 분야에 적합합니다.
 
또한, KEMET의 KO-CAP® 폴리머 SMD 시리즈는 자동차 및 가혹한 환경을 위해 설계된 T591/T597/T598/T599 시리즈 높은 습도, 고온 폴리머 전해 커패시터를 포함하여 다수의 제품을 제공합니다. 이러한 커패시터는 가혹한 환경 조건에서 더 높은 커패시턴스와 ESR 안정성을 제공합니다. 설계 개선과 선택된 소재 업그레이드를 통해 이러한 커패시터는 85°C/85% RH의 정격 전압에서 500시간(T591) 또는 1,000시간(T598, T599)의 서비스 수명을 제공하며 AEC-Q200 자격 테스트를 완전히 준수하며 각각 최대 작동 온도인 125°C 및 150°C를 가집니다. 이들 커패시터는 ISO TS 16949 인증된 공장에서 제조되며 생산 부품 승인 과정(PPAP)/부품 제출 보증서(PSW) 및 변경 관리를 받습니다.
 
KEMET의 KO-CAP® 폴리머 SMD 시리즈는 초저 ESR, AEC-Q200 인증 시험계획(T597 FD 125°C, T598 125°C, T599 150°C)을 완전히 준수하며 T598/T599(VR < 16 V)에 대해 최대 2,000시간 동안 125°C에서 확장된 내구성 시험 인증을 가지며 방위 및 항공우주 분야를 위한 전용 H/T 종단 및 돌입 전류 시험 옵션(T598)을 제공합니다. 이는 EIA 표준 535BAAC를 준수하거나 이를 초과하며 EIA 481에 따른 테이프 및 릴 표준 포장 및 할로겐 프리 에폭시 RoHS 준수를 포함합니다.
 
KO-CAP® 폴리머 SMD 시리즈의 일반적인 응용 분야는 여러 시장 분야에서 디커플링 및 필터링에 포함되며 특히 자동차 인포테인먼트, ADAS, 섀시 및 안전 시스템 및 고습도와 고온과 같은 가혹한 조건에서 작동해야 하는 파워트레인 응용 프로그램에 적합합니다.
T598을 예시로 들어보면, 작은 구성 요소와 컴팩트한 모듈 설계를 사용합니다. 그 강력하고 안정적인 Ta₂O₅ 유전체 층은 응용 프로그램에서 기능적 위험을 줄입니다. 이는 낮은 손실 구성 요소(단자리 ESR, 높은 리플 전류 능력, 주파수에 따른 확장된 커패시턴스 보유력)를 제공하며, 낮은 열저항을 가진 효율적인 DC/DC 변환을 포함하고 시간 및 온도에 걸쳐 안정적인 전기적 특성을 가지며 안정적인 성능을 가진 15년 이상의 미션 프로필을 지원합니다.

결론

차세대 차량이 전기화, 지능화 및 고성능으로 발전함에 따라 차량 내 전자 시스템은 전원 공급 안정성, 내구성 및 소형화에 대해 점점 더 엄격한 요구를 제시하여 전기 아키텍처 설계에 여러 가지 도전을 가져옵니다. 탄탈 폴리머 커패시터는 낮은 ESR, 우수한 리플 전류 능력, 장기 신뢰성 및 컴팩트한 크기로 전력 변환 효율성을 효과적으로 개선하고, 전력 소비와 열 손실을 줄이며, 가혹한 환경에서도 안정적인 시스템 작동을 보장할 수 있습니다. 미래에는 스마트 주행과 신에너지 차량의 지속적인 발전과 함께 YAGEO/KEMET에서 도입한 탄탈 폴리머 커패시터가 차량 전원 공급 모듈, 제어 유닛 및 첨단 운전자 지원 시스템에서 더욱 중요한 역할을 하며 차세대 자동차 혁신을 지원하는 핵심 구성 솔루션이 될 것입니다.