자동차 전자 장치 설계에 있어 커넥터 소형화의 중요성 급증

자동차 제조업체는 차량 내 기능을 지속적으로 추가 또는 개선하고 있으며, 그 중 상당 부분은 전자 제어 장치(ECU)에 의존하고 있습니다. 그러나 공간적 제한으로 인해, 전자 장치와 전기 시스템이 제대로 작동할 수 있도록 전력의 흐름과 통신을 처리하는 커넥터의 크기를 줄이고 효율성을 높이기 위한 노력이 계속되고 있습니다.

그러한 대표적인 예가 바로 도어 미러입니다. 이러한 도어 미러에는 모터, 사각지대 모니터링 표시등, 방향 지시등, 발열체, 지면 조명, 키리스 엔트리 시스템 안테나, 심지어 물방울을 날리는 초음파 발생기까지 통합되어 있는 경우가 흔합니다. 이처럼 많은 전자 장치가 비교적 콤팩트한 하우징에 들어 있고, 모두 뛰어난 방수 기능과 내진성이 요구됩니다.

자동차 산업은 내연기관에서 벗어나기 위한 정부와 업계의 대규모 투자와 지속적인 기능의 전산화로 인해 거대한 변화의 소용돌이에 휘말리고 있습니다.

자동차는 모바일 컴퓨터 시스템으로의 변모를 거듭하고 있으며, 업계는 이를 통해 새로운 수익 창출이 가능한 커넥티드 카 서비스로 나아갈 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 자율 주행, 예측 유지보수, 공유 소유 모델도 소프트웨어 중심 차량으로의 전환을 가속화하고 있습니다.

자동차 제조업체가 소비자의 기대와 수요에 맞춰 전략을 미세조정하면서, 그처럼 빠르고 매우 파괴적인 과도기에 적응해야 하는 부품 공급업체에도 영향이 클 것입니다.예를 들어 몇몇 자동차 제조업체는 전기차(EV)로의 전환 계획을 가속화하거나 늦추고 있으며, 공급망 관리는 공급업체 관계를 어렵게 만들 수 있는 문제로 계속 남아 있습니다.

한 가지 확실한 계획은 해마다 변화가 거의 없는 전체 차량 공간에 더 많은 전자 기능을 추가하기 위해 필요한 부품 소형화에 대한 지속적인 수요를 자동차 제조업체가 고려해야 한다는 것입니다.

부품 제조업체는 소형화에 힘써야 하며, 제조업체가 제한된 공간에 더 많은 ECU를 탑재하려는 추세에 따라 해당 제품의 성능 향상에 대한 계획도 세워야 합니다. 설계자가 신제품을 계획할 때 최종적으로 고려하는 것이 보통은 커넥터인데, 제조업체가 더 작은 모듈과 라우팅 케이블을 찾는 상황이라 설계 공정에서 소형화의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

소형화와 신뢰성 향상이 관건

케이블과 커넥터는 기본적으로 중추 신경계를 제공하며 컴퓨터와 센서의 확장된 역할을 지원하기 위해 더욱 혁신적이고 콤팩트해져야 합니다. 오늘날 차량에 사용되고 있는 기존 커넥터가 커넥터에 의존하는 모듈보다도 큰 경우도 있습니다. 커넥터가 더 작고, 더 안정적이며, 좁고 복잡한 공간에서 더 유연한 구성이 가능해야 한다는 난제에 직면하고 있습니다.

커넥터의 크기를 줄이기 위해 성능을 어느 정도 포기하는 경우가 있었으나, 이는 엄격한 테스트 기준 내에서 경쟁 우위를 추구하는 제조업체에게는 용납할 수 없는 일입니다.

앞서 언급한 도어 미러는 커넥터에 대한 기술적 요구 사항이 높아짐에 따라 더욱 정교한 기능이 필요함을 보여주는 예입니다. 자동차 고객과 부품 제조업체는 공간을 절약하고, 높은 전류를 전달하며, 작업성을 개선하고, 물과 높은 진동에 견딜 수 있는 커넥터를 요구하고 있습니다.

세계 10대 상호 연결 솔루션 공급업체인 JAE Electronics의 엔지니어들은 자동차 기술 발전에 대한 고객의 요구를 충족하는 데 필요한 성능, 설계, 유연성을 제공하는 방수 차량용 커넥터 설계라는 도전을 시작했습니다.

그 결과 자동차용 인라인 핀 및 소켓 커넥터(0.13 ~ 1.0 mm²의 전선 크기에 해당하고 -40°C ~ +125°C의 작동 온도 범위 가짐) MX80 계열을 개발했습니다. 커넥터 내부의 단자부터 시작하여 스프링 형상, 전류 처리, 기계적 잠금, 전선 크기 범위, 크림프 최적화, 손상 방지, 테스트 프로브 접근, 설치 및 제거, 넓은 작동 온도, 밀봉 및 진동 성능 등 여러 측면에 대한 평가가 이루어졌습니다.

이러한 요구 사항을 정의한 후 JAE 팀은 몰딩, 재료 선택 및 조립을 포함한 실제 커넥터 설계에 접근했습니다. 고품질 소형 커넥터 제조 부문에서의 오랜 경험을 바탕으로 방수, 고전류 및 높은 신뢰성에 대한 엄격한 요구 사항을 충족할 수 있는 고성능의 소형 커넥터 개발에 착수했습니다.

접점 고정력과 소형화를 균형 있게 달성한 커넥터 계열

JAE는 두 가지 프로토타입 설계 버전을 개발했는데, 그 중 하나는 궁극적인 소형화에 초점을 맞췄고, 다른 하나는 소형화로 인한 접점 고정력 감소 문제를 해결하는 데 중점을 두었습니다. 이러한 노력 끝에 JAE는 고정력을 향상시키기 위해 고무 시일 앞에 리테이너를 설치한 고유한 설계를 이끌어냈습니다.

이러한 새로운 설계로 인해 하니스 조립과 단자 고정이 제대로 이루어지고 수심 1m에서 30분 동안 견딜 수 있는 IPX7 방수 보호 등급을 충족할 수 있게 되었습니다. 고온, 고압의 물 분사에도 견딜 수 있는 4-위치 IPX9K 버전도 제공됩니다.

JAE는 2, 3, 4-위치 인라인 핀 및 소켓 버전으로 MX80 커넥터를 제공하며, 6-위치 버전은 소켓형 커넥터로만 제공됩니다. 신뢰성을 높이고 불완전한 조립을 방지하기 위해 커넥터의 하우징에는 불완전한 단자 삽입을 감지하는 단자 위치 보증(TPA) 기능이 통합되었습니다. 또한 결합이 확실히 이루어졌는지 확인할 수 있도록 딸깍 소리도 분명히 들리도록 설계되었습니다.

MX80 계열은 다음과 같은 다양한 자동차 및 운송 차량 응용 분야에 적합합니다.

• 거울 및 글레이징: 도어 미러, 루프 시스템, 전기변색 유리 및 글레이징 모듈
• 조명: 전후면 범퍼, 안개등, 후진등, 정지등, 번호판 조명, 지시기, 퍼들 램프 및 주변 조명
• 센서: 주차, 브레이크 페달, 카메라, 키리스 엔트리 모듈, 타이어 압력 및 수액 저장소
• 오디오: 스피커(흔들림 방지 및 대형 전선) 및 마이크
• 기타: 서스펜션, 테일 게이트, 도어 및 보닛 스위치

JAE의 부품 포트폴리오에는 2-핀 MX80B02PZ1A(그림 1) 인라인 커넥터와 MX80A02SZ1B(그림 2) 소켓 커넥터가 포함되어 있습니다. 또한, 3-핀 MX80B03PZ1A 인라인 및 MX80A03SZ1B 소켓 커넥터, 4-핀 MX80B04PZ1A 인라인 및 MX80B04PZ1B 소켓 커넥터 그리고 6-핀 MX80A06SZ1A 소켓 커넥터도 있습니다. IPX9K-정격 커넥터는 4-핀 MX80D04PZ1A 인라인 및 MX80E04SZ1A 소켓 형식으로 제공됩니다.

그림 1: MX80B02PZ1A 2-핀 인라인 커넥터 하우징(출처: JAE Electronics)

그림 2: MX80A02SZ1B 2-접점 소켓 커넥터 (출처: JAE Electronics)

JAE MX80 계열은 콤팩트한 방수형 인라인 커넥터로, 선택된 전선 크기에 따라(0.75 ~ 1.0mm², 0.3 ~ 0.5mm², and 0.13 ~ 0.22mm²) 광범위한 전력 전송 용량을 제공합니다. 0.13mm² 전선 크기의 경우, 2-핀 커넥터는 4.2A, 3-핀은 3.7A, 4-핀은 3.6A로 정격됩니다. 0.35mm² 전선 크기의 경우 7.1A, 6.4A, 5.4A로, 1.0mm² 전선의 경우 10.3A, 10.0A, 9.5A로 정격됩니다.

이러한 커넥터는 자동차 전기 커넥터 시스템에 대한 USCAR-2 V2 성능 표준 및 LV214(심각도 3) 커넥터 테스트 표준에 따라 환경 테스트를 거쳤습니다. 또한 ISO/JASO/EWCAP/VDA 표준 0.64mm 탭 크기를 제공하며, 2.54mm 피치 핀 접점과 호환되고, 핀 하우징에 통합 브래킷이 통합되어 있어 섀시 고정 차량 클립을 지원합니다.

후면 커버, 하우징 및 전면 리테이너(그림 3)는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 유리 섬유(PBT-GF10) 재질로 성형되며, 시일은 실리콘 고무입니다. JAE는 MX80S08K3F1을 비롯하여 구리 합금 재질과 주석 도금 마감으로 제작된 접점(배송 시 포함되지 않으며 별도 판매)을 제공합니다. 사용하지 않는 구멍을 막기 위한 더미 플러그가 IPX7(MX80A000XD1) 및 IPX9K(MX60A000XD2) 등급 버전 모두 제공됩니다.

그림 3: MX80 인라인 핀 및 소켓 커넥터의 확장된 모습 (출처: JAE Electronics)

JAE는 또한 ECU 및 센서와 같은 차량 내 전자 장치를 연결하는 데 적합한 비방수형 콤팩트 커넥터 MX81 계열도 제공합니다. MX81A002SF1을 비롯한 MX81 커넥터는 MX80 계열 방수형 커넥터와 동일한 소켓 단자를 사용합니다. 따라서 차량 내 광범위한 방수 및 비방수 영역에 동일한 단자와 크림프 도구를 사용할 수 있습니다.

결론

자동차 제조업체는 한정된 기존 공간에 더 많은 전자 장치 기능을 추가해야 합니다. 더 작고 효율적인 새로운 유형의 커넥터를 활용할 수 있는 제품 설계자는 더 많은 성능을 더 작은 부품으로 제공할 수 있어 제조업체가 시장의 수요에 더 유연하게 대처하여 충족할 수 있습니다.