자동차 신기술 정보 기술 - 필름 콘덴서 약진 (자동차에서 에너지로)

하이브리드 자동차

누계 500 만대분을 출하해 지금까지 불량 ZERO

최근 몇 년Hybrid차(HEV)와 전기자동차(EV)용으로 급속도로 출하 수를 늘리고 있는 전자 부품이 있다. 그것은 콘덴서의 일종인 Film Condenser이다. HEV/EV 전용에서 약 85%의 Share를 쥐는 PANASONIC 은, 2003 년 9 월에 발매된 2 대째 「PRIUS」부터 HEV 용의 Film Condenser 공급을 개시해, 불과 10 년도 안돼서 누계 500만 개 이상을 생산하기까지 사업을 확대하고 있다. Film・Condenser・Maker 로서는 2 대째 PRIUS에 의해 「돌연 거대한 Marcket 이 나타난」 꼴이다. 이것으로 Cost를 크게 낮추는 효과를 낳는다. 2 대째 PRIUS 용 Film・Condenser의 입찰 시에는 「4 사가 경쟁했지만, 종래에 비해 가격이 너무 저렴해, 우리들은 따라갈 수가 없었다」라고 말할 정도로, 가격이 낮아졌다. 덧붙여, 유망한 자동차 분야를 향해 PANASONIC과 SHIZUKI 전기 제작소 등의 Condenser・Maker 각사가 절차탁마함으로써, 대용량화(소형화)가 진행되어, 내전압의 우수성과 수명 연장을 살려 다른 HEV 나 EV 로의 채용이 확대되고 있다. 게다가, 지금까지 Customize 품이 대부분이었으므로, 사용할 수 있는 것은 구입 수가 많은 일부의 자동차 관현 메이커에 한정되어 있었지만, 표준품의 전개도 시작되고 있다.

자동차 신기술

예를 들면, PANASONIC 은 HEV/EV 의 생산수가 아직 적은 중국의 자동차 관련 메이커 등을 대상으로 표준화된 Film・condenser의 생산을 2012 년 하반기부터 시작한다. Film・Condenser를 바로 탑재 가능하도록, 해석 Simulation 등의 Solution 도 제공할 계획이다. HEV/EV 에 Film•Condenser 채용이 확대되고 있는 것은, Inverter에 사용하는 평활용 Condenser 부이다. 평활용 condenser는 다른 Condenser 부분에 비해 큰 용량이 필요하게 된다. 그렇기 때문에 종래에는 내전압이 요구되는 특수 용도를 제외하고, 용량당 가격이 싼 Al 전해 Condenser 가 사용되는 경우가 많았다. 하지만 자동차로의 채용을 계기로, Film・Condenser의 과제였던 용량과 가격이 개선됨으로써, 이 영역이 변화되기 시작했다(그림 1). 실제 자동차 분야뿐만 아니라 다른 분야에서도 Film・Condenser에 대한 주목도가 높아지고 있다. 제일 먼저 달려든 것은, 재생 가능 Energy 분야다. 태양광 발전과 풍력 발전용 Power・Conditioner로 평활용 Condenser 로써 채용이 진행되기 시작했다(그림 2). 이 중 태양광 발전용에서는, 미국 Power-One 사가 Film・Condenser 만을 사용한 Power・Conditioner 「AURORATRIO」를 발매한 것에 이어, 국내 메이커도 「신제품으로의 전환 Timing에서, Film・Condenser를 채용해 나갈」 방침이다. 부품 메이커는 「HEV/EV 와 태양광 발전용의 수요가 연율 20%로 성장함으로써, Film・Condenser 시장의 확대를 견인한다」며 수요 확대에 기대를 걸고 있다.

필름이 특성 향상의 열쇠

Film・Condenser 의 채용이 자동차에서 재생 가능 Energy와 산업 기기 분야로 확대하려고 하고 있는 최대의 이유는, 기기 보수•점검에 걸리는 시간과 Cost를 줄이기 위함이다. Al 전해 Condenser의 수명이 5〜7 년인 것에 대해, Film・Condenser는 약 20 년으로 길고, 신뢰성이 높다. 그렇기 때문에 Film・ Condenser를 사용하면 Condenser의 교환 빈도를 줄일 수 있고, 궁극적으로는 “Maintenance・Free”를 실현할 수가 있다. 특히 재생 가능 Energy 분야에서는, 보수・점검 작업의 생력화가 중요시되고 있다. 각 국의 「고정 가격 매수 제도」등의 보급 촉진책에 의해, 투자를 목적로 한 발전 설비의 건설이 활발해진 것이 배경에 있다. 투자가가 신중히 채산성을 체크하기 때문에, 초기 투자액보다 가동 기간을 통과시킨 Life Cycle・Cost를 중시하는 경향이 강해지고 있다. 이미 태양 전지용 Power・Conditioner에서는, 교환 빈도가 높은 부품의 하나인 Fan을 없앤 기종이 늘어나고 있다. 이러한 흐름 속에서 「지금까지 교환 부품이라 결론짓고 있던 Al 전해 Condenser에 대해서도 검토가 필요하게 되었다」고 한다. 태양 전지용 Power・Conditioner에 재빨리 Film・Condenser를 채용한 Power-One 사는, 제품 소개 시에 긴 수명과 신뢰성이 높은 점을 적극적으로 어필하고 있다. 이 외, 유럽에서는 「洋上풍력 발전소(Offshore wind power)와 같은 원격지에 있는 Inverter를 중심으로, Maitenance・Free 화가 Trend 가 되는 움직임을 보이고 있다」고 한다. 일단 경쟁 메이커가 Film・Condenser 채용으로 Maintenance・Free를 내세우면, 타사도 추종할 수밖에 없는 상황이 되고 있다. 게다가 향후에는 Inverter의 효율을 높이기 위해 동작 전압을 높이고, Switching 주파수를 높이기도 하는 움직임이 나올 것이다. 그렇게 되면, 내전압과 주파수 특성에 뛰어난 Film・Condenser의 채용이 더욱 가속화될 것이다. Film의 두께는 HEV 로의 탑재를 계기로 「최근 10 년정도 급속히 얇아졌다. 종래는 두께 4 μm에서 답보 상태에 있었지만, 3 μm이 되고 HEV 로의 탑재가 가능해졌다」. 현재는 2.5 μm까지 얇아져, 2 μm의 Sample 품 검토도 진행되고 있다. Film을 얇게 만들면 Film 자체의 가격이 상승하지만, Condenser의 체적을 줄일 수 있기 때문에 필요한 부재의 양이 줄어, Cost 삭감에 연결된다. 구체적으로는 자동차용 FilmCondenser의 Cost 구성비는 Film 이 약 30%, Package용 수지가 약 20%, Busbar라 불리는 단자에 사용하는 Cu전극이 약 20%, 기타가 약 30%이다. 즉, 약 70%를 차지하는 Film 이외의 Cost를 크게 내릴 수 있는 것이다. 단, Film을 얇게 하면, 내전압 확보가 어려워지는 벽에 직면하게 된다. Film 이 얇아진 만큼, 두께 당 가해지는 전압이 높아져, Condenser 내전압이 저하되어 버린다. 여기서 Film・Condenser・Maker는 대책으로써 Film에 증착하는 전극의 형상을 연구해 내전압을 높이고 있다. Film・Condenser의 전극은, 작은 영역으로 구분해 형성하는 것이 일반적이다(그림 5). 게다가 구분한 영역 사이는 상당히 좁은 폭의 전극 Pattern으로 이어져 있다. 이것은 Fuse 기구라 불리는 안전 대책의 하나이다. Film 안에 절연 결함 부분이 있을 때, 단락 전류가 흘러가면 폭이 좁은 전극 부분이 발열해 증발되어, 영역 사이가 분리되는 구조로 되어 있다.

향후는 내열성 향상

 Film 을 얇게 만들면서 내전압을 확보하는 기술의 진전으로 Film・Condenser의 체적당 용량 향상은 더욱 계속될 것 같다. 예를 들면 2008 년을 1로 한 Film・Condenser의 체적은, 2014 년에 0.7, 2018 년에 0.6, 2020 년 이후에 0.5로 소형화가 진행도리 전망이다. 소형화와 대용량화, 저 Cost 화가 진행됨으로써, 지금까지 도입을 단념했던 기기로의 Film ・
Condenser 이용이 확대된다. 「Film의 두께가 2 μm이하가 되면, 작고 저렴해져 산업 기기용의 범용 Inverter 등에도 사용할 수 있게 된다」. 중장기적인 과제는, 내열성의 향상이다. Polypropylene의 사용 온도 상한은 약 110°C. 현재의 Si 를사용한 Power 반도체에서는 문제가 안되지만, 장래 주류가 될 것으로 여겨지고 있는 SiC로 바뀌면 「120°C정도에서도 사용할 수 있도록 해야 할 필요가 있다」고 한다. Inverter 부의 Inductance 성분의 삭감을 위해, Power 반도체와 Condenser를 잇는 배선 길이를 짧게 하는 것이 요구되고 있으며, Condenser 가 Power 반도체에 근접함으로써, 내열성에 대한 요구가 더욱 엄격해지고 있다는 배경도 있다. 이 때문에 각 사는, 재료 Maker 와 Film・Maker와 제휴하면서 차세대 재료 개발을 시작하고 있다.