자동차 애플리케이션을 위한 150°C까지 호환되는 RH 시리즈 리드형 다층 세라믹 커패시터

소개

지구 환경에 대한 관심이 높아지면서 하이브리드 전기차(HEV), 전기자동차(EV) 등 가솔린 엔진 차량의 배기가스를 줄이고 연비를 높이는 신기술이 속속 도입되고 있습니다. 이러한 기술 발전으로 인해 고온에 견디고 신뢰성이 높은 소형 전자 부품에 대한 필요성도 커지고 있습니다.
이러한 추세 속에서 무라타제작소는 최대 작동 온도 150°C에 대응하는 리드형 적층 세라믹 커패시터 RH 시리즈를 상용화했습니다.

상용화 배경

배기가스 대책과 연비 향상을 위해 자동차에 탑재되는 각종 센서에 ECU(엔진 제어 장치)의 사용량이 증가하고 있습니다. 이에 따라 ECU 설치 공간이 비좁아지고 있으며, 각종 센서와 그 센서에 중첩된 노이즈를 줄여주는 커패시터는 엔진과 가까운 위치에 용접으로 연결된 리드형 부품을 사용하고 있습니다. 즉, 엔진이 꺼지는 순간 이러한 커패시터 주변의 온도가 125°C를 초과할 수 있습니다.
또한 HEV와 EV는 배터리 전류를 많이 사용하기 때문에 전류 감지 회로를 기존 회로 기판 대신 금속 막대에 직접 용접하여 구성하는 경우도 있습니다. 이 경우 전류 검출 회로에서 노이즈를 제거하기 위해 사용되는 커패시터는 SMD 제품이 아닌 리드형 부품으로, 직접 용접으로 실장하기 때문에 전류가 증가함에 따라 고온에 대한 호환성이 요구됩니다.
무라타는 이러한 시장의 요구를 충족하기 위해 150°C까지 호환되는 리드형 제품을 개발했습니다.

제품 라인업

그림 1은 온도 특성 그래프를 보여줍니다. 커패시턴스는 150°C 부근에서 약 30% 정도 떨어지지만 시동이 꺼지는 순간에만 온도가 125°C를 초과하며, 이때는 전기 회로가 작동하지 않기 때문에 150°C에서의 커패시턴스 감소는 회로 작동에 전혀 영향을 미치지 않습니다. 또한 각종 센서의 전압인 5VDC나 배터리 전압인 13VDC에서도 정전용량이 거의 떨어지지 않는 우수한 특성을 보입니다.

그림 2는 자세한 라인업을 보여줍니다.

제품 특징

온도 사이클 특성 개선(대형 사이즈용 코팅 수지 개선)

자동차 부품은 최소 작동 온도와 최대 작동 온도 사이에서 1,000회 사이클의 온도 사이클 테스트 요건이 있습니다. 따라서 150°C에 호환되는 제품은 -55°C에서 +150°C 사이의 온도 사이클 테스트 1,000사이클을 충족해야 합니다.

일반적으로 리드형 적층 세라믹 커패시터를 코팅하는 데 사용되는 에폭시 수지는 유리 전이 온도(Tg)를 중심으로 크게 팽창 및 수축하며, 패키지 치수가 커질수록 이러한 팽창 및 수축으로 인해 발생하는 응력도 증가합니다. 그 결과 -55°C에서 +150°C 사이에서 1,000회 사이클을 테스트하는 동안 코팅 수지에 균열이 발생할 수 있으며, 균열이 크면 수지 응력이 내부 세라믹 소자에 가해져 균열이 발생할 수 있습니다.

RH 시리즈는 팽창과 수축이 거의 없는 실리콘 수지를 사용하여 패키지 치수 중 큰 치수인 5.7mm와 6.0mm의 L 치수를 가진 제품을 코팅합니다. 이를 통해 -55°C~+150°C에서 1,000회 사이클을 거쳐도 균열이 발생하지 않는 제품을 구현하여 온도 사이클 특성을 개선했습니다.

고온 신뢰성 실현

자동차 애플리케이션용으로 개발된 고온 신뢰성이 우수한 다층 세라믹 커패시터를 사용하여 "150°C 온도에서 1,000시간 동안 정격 전압의 1.5배를 적용"하는 고온 부하 테스트 요건을 충족할 수 있었습니다.

용접 마운팅과 호환 가능

리드형 커패시터를 사용하는 많은 곳에서 부품은 회로 기판에 납땜 실장 대신 용접 실장 방식으로 실장됩니다. RH 시리즈는 용접하는 금속의 종류와 용접 방식에 따라 두 가지 리드선 재질(스틸 와이어 리드와 구리 와이어 리드)로 상용화되었습니다.

서지 전압 사양 준수

다양한 유형의 코일의 서지 전압이 전원 공급 장치 및 신호 라인에 중첩될 수 있습니다.
RH 시리즈는 차량용 서지 전압 테스트(ISO 7637-2)에서 요구하는 사양을 충족합니다(그림 3).
50V 정격 제품: 12V 시스템 사양을 충족합니다.
100V 정격 제품: 24V 시스템 사양 충족

2a ~ 5e 테스트 파형에 대한 ISO 7637-2 표준을 참조하세요.

그림 3. ISO 7637-2 펄스 1 테스트 파형 및 필수 사양

AEC-Q200 준수

RH 시리즈는 일반적으로 자동차 애플리케이션에 필요한 AEC-Q200 사양을 충족합니다.

AEC-Q200의 ESD 테스트는 충전 커패시터를 150pF로 설정한 상태에서 정전기 방전 테스트를 수행하므로 [Q = CV = 상수] 관계로 인해 테스트 커패시턴스에 따라 적용되는 정전기 전압이 달라집니다. 따라서 커패시턴스에 따라 ESD 용량이 달라집니다.
표 1은 일반적인 커패시턴스 값에 대한 ESD 용량을 보여줍니다.

결론

향후에는 더 높은 온도에 대한 호환성과 더 컴팩트한 크기에 대한 요구가 더욱 강화될 것으로 예상됩니다. 무라타는 정격 전압 확대, 필름 커패시터의 연구 등 커패시턴스 값 범위를 확대하고 자동차 시장 수요에 적극적으로 대응해 나갈 계획입니다.

* ^본 기사는 Dempa Publications, Inc.의 2009년 10월 1일자 하이테크놀러지(High Technology)에 게재된 내용을 재편집한 것입니다.

*RH 시리즈에 대한 자세한 ^내용은 다음 웹 페이지를 참조하세요:

RH 시리즈 웹 페이지
​RH 시리즈 제품 목록

^*이 기사에서는 리드형 제품을 소개했지만, Murata는 150°C에 대응하는 SMD 제품 라인업도 제공합니다.
150°C와 호환되는 SMD 제품에 대한 자세한 내용은 다음 웹 페이지를 참조하세요:
▼ 오토모티브 애플리케이션을 위한 GCM 시리즈 다층 세라믹 커패시터
▼ 차량용 GCG 시리즈용 AgPd 종단 전도성 접착제 실장 칩 다층 세라믹 커패시터

이 문서에 제시된 정보는 발행일 기준으로 최신 정보입니다. 최신 정보와 다를 수 있습니다.

관련 제품

콘덴서

세라믹 커패시터

관련 문서

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