고급 부품 사용을 통해 자동차 설계의 진화하는 수요 충족

자동차 응용 분야는 전자 서브시스템의 높은 성능, 신뢰성, 안전에 대한 기본적인 요구 사항부터 다양한 연결 옵션에 대한 증가하는 수요까지 복합적인 요구 사항에 직면하고 있습니다. 열악한 자동차 환경, 더욱 콤팩트한 서브시스템에 대한 요구, 고전압 전기 차량(EV) 및 하이브리드로의 전환으로 인해 이러한 요구 사항을 충족하는 것은 어려운 과제입니다.

개발자들은 AEC-Q200 표준을 충족하거나 능가하면서 자동차 설계의 성능, 신뢰성, 안전, 연결과 관련된 문제를 해결할 수 있는 다양한 커패시터, 회로 보호 장치, 무선 주파수(RF) 안테나를 요구합니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 자동차 시스템 설계자들은 AEC-Q200(Automotive Electronic Council Qualifications 200) 인증을 획득한 커패시터, 회로 보호 장치 및 이러한 표준에 부합하는 RF 안테나에 대한 전문 지식을 갖춘 회사에 의존할 수 있습니다. 이렇게 하면 시간을 절약할 수 있으며 설계 성공의 가능성이 높아집니다.

이 기사에서는 신흥 자동차 응용 분야의 주요 트렌드 및 설계 과제에 대해 간략하게 설명합니다. 그런 다음 Kyocera AVX의 솔루션을 소개하고 이러한 솔루션을 통해 위의 과제를 해결하는 방법을 소개합니다.

설계 요구 사항을 변화시키고 있는 자동차 트렌드

더 많은 기능과 역량에 대한 수요로 인해 자동차 차량 내 전자 구성품 수량이 크게 증가했습니다. ADAS(첨단 운전자 지원 시스템)와 같이 소비자 지향적 서브시스템과 함께, 임베디드 전자 서브시스템은 일반적인 내연기관 동력 차량 및 EV 모두에서 안전, 효율성, 편의성을 개선하는 데 도움을 줍니다. 특히 EV에서 전자 서브시스템은 고전압 전동 장치 및 배터리 관리 시스템의 전력 및 효율을 보장하는 데 중요한 역할을 수행합니다.

업계 트렌드는 일반 및 EV 자동차 전자 서스시스템 개발자들에게 더욱 콤팩트하고 비용 효율적이면서 최고 수준의 성능, 신뢰성, 안전을 유지하는 설계를 제공할 것을 요구하고 있습니다. Kyocera AVX의 AEC-Q200 인증 부품은 이러한 새로운 트렌드를 지원하는 데 필요한 여러 전자 시스템의 다양한 요구 사항을 충족합니다.

기본적인 자동차 설계 요구 사항을 지원하는 커패시터

Kyocera AVX의 커패시터는 자동차 전자 서브시스템의 성능, 신뢰성, 안전을 위한 기본 요구 사항을 지원합니다. 다양한 기술로 제작된 이 커패시터는 설계자에게 정격 특성, 기능, 패키징, 실장 유형(예: SMT(표면 실장 기술) 및 방사형 리드 버전)을 적절하게 조합하여 제공합니다.

설계자는 최소한의 실장 면적에서 높은 신뢰성, 높은 정전 용량, 낮은 ESR(등가 직렬 저항)을 요구하는 응용 분야에 대해 Kyocera AVX의 AEC-Q200 인증 자동차용 SMT MLCC와 같은 MLCC(다층 세라믹 칩 커패시터)를 선택하는 경우가 많습니다. 예를 들어, KAS21BR72A222JM은 2200pF(피코패럿) 및 100볼트를 기준으로 정격화된 MLCC로 2.01mm × 1.25mm 크기의 표준 0805 SMT 패키지로 제공됩니다.

과거에는 자동차 설계에 사용되었던 일반적인 MLCC가 기계적 응력으로 인해 그리고 장치의 열팽창 계수와 인쇄 회로 기판(PC 기판)의 열팽창 계수 간 불일치로 인해 고장이 발생하는 경우가 많았습니다. Kyocera AVX는 자사의 혁신적인 FLEXITERM 기술을 통해 이 문제를 해결합니다. FLEXITERM 기술은 전도성 고분자 층을 통합하여 기판 굽힘, 진동, 열팽창이 발생하는 동안에도 커패시터 전극과 종단 간에 전기적 연결을 유지합니다. 이 층은 커패시터의 ESR을 증가시키지 않으면서 일반적인 고장 원인을 줄이는 데 도움을 줍니다.

안전이 중요한 응용 분야에서 고장에 대한 보호를 강화하기 위해 KAS21BR72A222JM을 비롯한 일부 Kyocera AVX MLCC는 FLEXITERM과 FLEXISAFE 기술을 결합합니다. Kyocera AVX의 FLEXISAFE MLCC(그림 1)는 단일 MLCC 패키지 내에서 직렬로 연결된 2개의 커패시터를 제공하기 위해 내부 캐스케이드 전극 설계를 사용합니다.

그림 1: Kyocera AVX의 FLEXITERM MLCC 기술은 전극과 종단 사이에 전도성 고분자 층을 포함하여 기계적 응력과 열 계수 불일치가 발생하는 경우에도 장치과 기판 간 전기적 연결을 유지하는 데 도움을 줍니다(이미지 출처: Kyocera AVX).

이 캐스케이드 구조 덕분에, FLEXISAFE MLCC의 내부 직렬 커페시터 중 하나가 단락되더라도 장치는 정격 정전 용량을 유지할 수 있습니다.

자동차 설계에서 안정적인 성능 보장

높은 신뢰성과 함께, 대부분의 자동차용 서브시스템은 온도, 전압 또는 노화로 인한 정전 용량 변화가 최소화된 고도로 안정적인 저손실 성능에 의존합니다. 이러한 설계를 위해 개발자는 Kyocera AVX AEC-Q200 인증 C0G(NP0) 유전체 커패시터(예: 08051A102J4T2A 1000pF SMT MLCC 또는 AR215A102J4R 1000pF 방사형 리드 MLCC)를 사용할 수 있습니다.

가장 안정적인 유전체 중 하나로 제작된 Kyocera AVX C0G(NP0) 유전체 커패시터는 엄격한 허용 오차를 제공하며 다음을 비롯하여 뛰어난 안정성 특성을 나타냅니다.

• 미미한 정전 용량 드리프트 또는 히스테리시스: ±0.05% 미만(필름 커패시터의 경우 ±2%)
• 노화 효과가 매우 적음: C0G(NP0)의 경우 일반적인 정전 용량 변화가 ±0.1%로, 이는 대부분의 다른 유전체와 비교할 때 1/5에 해당하는 수치임(그림 2, 왼쪽)
• 온도 변화에 따른 정전 용량 변동이 매우 적음: 섭씨 온도(°C) 기준 0 ±30백만분율로, 이 장치의 정격 온도 범위인 -55°C ~ +125°C에 걸쳐 ±0.3%°C 미만임(그림 2, 오른쪽)

그림 2: AEC-Q200 인증 C0G(NP0) 유전체 커패시터는 노화(왼쪽)가 진행되는 경우에도 그리고 작동 온도 범위(오른쪽)에 걸쳐 안정적인 작동을 유지합니다(이미지 출처: Kyocera AVX).

자동차 응용 분야의 까다로운 요구 사항 처리

EV 및 하이브리드 차량의 등장으로 이러한 차량의 고전압 환경을 견딜 수 있는 커패시터에 대한 수요가 증가하고 있습니다. Kyocera AVX는 3,000V 정격의 AEC-Q200 인증 세라믹 커패시터 SkyCap AR 계열(예: AR30HC102K4R 1,000pF 방사형 리드 커패시터)을 통해 이러한 요구 사항을 충족합니다.

자동차 서브시스템에 센서 사용이 확산됨에 따라 엔진 룸, 구동계, 제동 장치와 같은 고온 환경에서 안정적으로 작동할 수 있는 커패시터가 요구되고 있습니다. X8R 유전체를 기반으로 하는 SkyCap AR 제품군은 -55°C ~ +150°C의 작동 온도 범위와 최대 0.33µF(마이크로 패럿)(AR205F334K4R의 경우)의 넓은 정전 용량 범위를 제공합니다.

더 높은 온도에서의 작동을 위해 Kyocera AVX의 THJ 계열 탄탈륨 커패시터는 THJA104K035RJN의 0.1µF에서 THJE227K010RJN의 220µF까지의 확장된 정전 용량과 함께 -55°C ~ +175°C의 작동 온도 범위를 제공합니다. 전자의 제품은 표준 1206(3.2mm × 1.6mm) SMT 패키지로 제조되고 후자의 제품은 표준 2917(7.3mm × 4.3mm) SMT 패키지로 제조됩니다.

보다 콤팩트한 솔루션은 차량에서 그 중요성이 점점 커지고 있습니다. Kyocera AVX 통합 수동 부품(IPC) AEC-Q200 인증 W2A 계열 커패시터 어레이는 단일 0508(1.3mm × 2.1mm) 패키지에 2개 또는 4개의 커패시터를 제공합니다. 이 회사의 IPC AEC-Q200 인증 W3A 계열 커패시터 어레이에 속하는 W3A43C104K4Z2A는 단일 0612(1.6mm × 3.2mm) 패키지에 4개의 0.1µF 커패시터를 통합하는 FLEXITERM 세라믹 IPC 커패시터 어레이입니다. 이러한 기능 조합은 기계적 및 열적 응력을 견디면서 유전체 커패시터를 사용하는 설계와 비교하여 기판 사용 면적을 크게 절약할 수 있는 콤팩트한 솔루션을 제공합니다(그림 3).

그림 3: 0612 패키지로 제조되는 W3A 4소자 커패시터 어레이(예: W3A43C104K4Z2A)는 기계적 및 열적 응력을 견디면서 기판 실장 면적을 크게 줄일 수 있습니다(이미지 출처: Kyocera AVX).

다양한 Kyocera AVX의 AEC-Q200 인증 커패시터 어레이는 점점 더 다양해지는 요구 사항을 충족합니다. 그러나 최첨단 고전압 전기 차량 아키텍처의 경우 견고한 회로 보호를 위한 요구 사항이 더해집니다.

열악한 자동차 환경에서 민감한 전자 부품 보호

Kyocera AVX AEC-Q200 인증 TransGuard 다층 배리스터는 견고한 보호를 제공하도록 설계되었으며, 양방향 과전압 보호를 통해 민감한 자동차 전자 부품을 보호할 수 있습니다. 또한 신호 왜곡을 완화하고 규정 요구 사항을 충족하는 데 필요한 전자기 간섭(EMI) 및 RF 간섭(RFI) 감쇠를 제공합니다. 이러한 부품은 양방향 과전압 보호를 제공하는 데 백투백 제너 다이오드와 유사하게 작동하지만, 1ns(나노초) 미만의 응답 시간을 통해(그림 4) 과전압 이벤트에 대해 보다 신속하게 대응할 수 있습니다.

그림 4: TransGuard 배리스터는 백투백 제너 다이오드와 유사하게 작동하지만 훨씬 더 빠른 턴온 시간을 제공하므로 과전압 이벤트에 대해 신속한 대응을 보장합니다(이미지 출처: Kyocera AVX).

TransGuard 제품군에 속한 제품은 고신뢰성, 고전류 처리, 고에너지 흡수를 위한 광범위한 성능 요구 사항을 충족합니다. 센서 시스템 보호와 같은 여러 저에너지 응용 분야의 경우 VCAS040205X150WP는 -55°C ~ +125°C의 작동 온도에 걸쳐 5.6VDC(직류 전압)의 작동 전압, 18V의 클램핑 전압, 20A(암페어)의 서지 전류를 지원하는 효과적인 솔루션을 제공합니다. 엔진 룸을 비롯한 고에너지, 고온 응용 분야를 위해 VGAH322026Z570DP는 +55°C ~ +150°C의 작동 온도 범위에 걸쳐 1.8kA(킬로암페어) 서지 전류와 13J(줄)의 에너지 정격으로 해당 요구 사항을 충족합니다. TransGuard FLEXITERM 계열은 장치에 유사한 범위의 보호 특성과 함께 기계적 응력 및 열 불일치에 대한 강력한 보호를 제공합니다.

개발자가 온도에 민감한 응용 제품이나 고온 환경에서 자동차용 회로를 보호할 수 있도록 하기 위해, Kyocera AVX의 AEC-Q200 인증 반비례 온도 계수(NTC) 서미스터 제품군은 다음을 비롯한 여러 계열을 통해 광범위한 성능 및 제조 요구 사항을 지원합니다.

• NB 계열 - 무연 납땜을 위한 SMT 서미스터로 구성됨
• NC 계열 - 하이브리드 조립을 위한 SMT 서미스터로 구성됨
• ND03 계열 및 NJ28 계열 - 리드형 서미스터로 구성됨

고도로 정확한 온도 감지를 위해 NJ28PA0203F-- 리드형 서미스터와 같은 제품은 요구되는 엄격한 허용 오차와 온도에 따른 가파른 저항 변화를 제공합니다. 온도 제어 또는 보정 응용 분야의 경우, NC20R00105JBA와 같은 부품은 넓은 온도 범위에 걸쳐 필수적인 안정적 감지를 제공할 수 있습니다.

커넥티드 차량 활성화

차량 간 및 차량 내 무선 연결이 점점 더 필수적 기능이 되어 감에 따라 Kyocera AVX의 A 계열 RF 안테나는 여러 연결 기술 및 대역폭에 대한 새로운 요구 사항을 충족합니다(그림 5).

그림 5: A 계열 RF 안테나는 다양한 자동차 서브시스템에 걸친 다양한 연결 옵션에 대한 증가하는 수요를 위한 표준 솔루션을 제공합니다(이미지 출처: Kyocera AVX).

손쉬운 구현과 빠른 시장 출시를 위해 설계된 이 안테나는 다음과 같은 장치를 통해 개인 통신, 데이터 네트워킹, 안전 시스템, 내비게이션을 위한 선도적인 연결 기술을 지원합니다.

• AP822601 광대역 안테나 - 셀룰러, Wi-Fi, ISM(산업, 과학, 의료) 연결
• A9002137 GNSS(글로벌 내비게이션 위성 시스템) 안테나 - 개인 및 상업용 내비게이션에 가장 일반적으로 사용되는 주파수 지원
• A9001978 안테나 - 이중 대역 Wi-Fi, Bluetooth 또는 UWB(초광대역) 연결

AEC-Q200 표준이 안테나 제품을 명시적으로 포함하지는 않지만 A 계열 RF 안테나는 개발자에게 자동차 시스템에 필요한 신뢰성 및 성능 수준을 제공하기 위해 표준에 설명된 요구 사항 및 절차에 따라 엄격하게 테스트되었습니다.

결론

차량 내 전자 구성품 증가를 향해 자동차 산업이 급변함에 따라, 설계자들은 점점 더 콤팩트하고 까다로운 환경에서도 뛰어난 성능, 신뢰성, 안전성, 연결을 제공하는 부품을 요구합니다. Kyocera AVX는 광범위한 AEC-Q200 호환 커패시터, 회로 보호 장치, RF 안테나를 통해 이러한 과제를 충족하는 데 도움을 줍니다.