자료 제공: 로옴세미컨덕터코리아 / www.rohm.co.kr
자동차의 전장화, 카 일렉트로닉스화라는 움직임은 앞으로도 지속될 것으로 예상된다. 실제로 자동차의 판매대수는 2020년경까지 년 3~4% 증가할 것으로 예상됨에 비해, 자동차의 전자부품은 년 7~8% 증가할 것으로 예상되어 자동차 대수를 상회하는 신장세가 예상된다. 이에 로옴은 높은 범용성과 풍부한 라인업으로 편리성과 자동차 산업용으로서의 품질과 신뢰성을 겸비한 BD4xxMx 시리즈와 BDxxC0A 시리즈를 소개한다. 이 제품은 장기간 안정 공급이 가능한 차량용 LDO이다.
카 일렉트로닉스화 시대
오늘날, 자동차의 전장화가 한층 가속화되고 있다. 자동차를 둘러싼 “하이테크” 전자기기의 탑재가 진행됨에 따라 기존의 기계 제어가 주류를 이루던 시대와 비교하면 전자 제어·전동화된 기기가 차지하는 비율은 매우 높아지고 있다. 이러한 자동차의 전장화, 카 일렉트로닉스화라는 움직임은 앞으로도 지속될 것으로 예상된다. 실제로 자동차의 판매대수는 2020년경까지 년 3~4% 증가할 것으로 예상됨에 비해, 자동차의 전자부품은 년 7~8% 증가할 것으로 예상되어 자동차 대수를 상회하는 신장세가 예상된다(그림 1, 2)
카 일렉트로닉스화의 요인으로서는 크게 3가지 키워드가 있다.
키워드 1은 ‘환경’이다. 일반 차량에 대한 HV(하이브리드 자동차), EV(전기 자동차)의 보급은 매우 가속화되고 있으며, 자동차 메이커간 저연비화 경쟁도 격화되고 있다. 이러한 상황은 많은 기술적 요인이 뒷받침하고 있으며, 그중 하나는 “하이테크” 전자부품에 의한 제어이다. 저연비화에 대한 예를 들면, 휘발류 분출량을 효과적으로 억제하기 위한 센서 및 각 밸브 조정, alternator의 고효율화 등이 있으며, 이러한 것들이 뒷받침되어 ECO화에 기여하는 것이다. 이는 전자화된 복잡하고 치밀한 제어를 통해 실현되고 있으며 HV, EV의 보급 및 연비의 성능 향상에 따라 탑재되는 전자기기는 증가하고 있다.
키워드 2는 ‘정보, 쾌적’이다. 스마트폰에 대한 보급 등으로 대표되는 모바일 기기의 발전은 매우 놀랍다. 자동차에도 그 흐름이 적용되고 있다. 자동차 본래의 목적인 이동 수단으로서 뿐만 아니라 음악을 다운로드하여 청취하거나, 이동 중에 도착 장소의 정보를 취득하는 등 일용품에 한층 가까운 존재로서 자동차의 스마트화도 진행되고 있으며, 이를 실현하기 위한 통신 관련 전자부품도 많이 증가하고 있다. 또한, 쾌적성 향상을 위해 키리스 도어 개폐 및 엔진 스타트가 가능한 스마트 키가 대부분의 일반차에 보급되는 등 자동차의 실내를 보다 쾌적한 공간으로 만들기 위한 전자화도 진행되고 있다.
마지막 키워드 3은 자동차에 꼭 필요한 ‘안전’이다. 오랫동안 자동차의 안정성은 기존의 차량 프레임의 강성 강화 및 충돌 시의 충격 흡수, 탑승자를 위한 에어백 동작 등의 위기 발생 “사후”의 대책에 대한 것이 대부분이었다. 그러나 최근에는 전자기기 성능의 향상으로 위기 발생 “전”의 대책으로 포커스가 맞춰지고 있다. 예를 들어 충돌 방지 장치, 차량 주행 위치 유지를 위한 차선 인식 등이다. 차량용 카메라 및 차량용 센서의 정밀도, 동작 신뢰성 향상을 통해 자동차의 주행 안전을 실현하는 전자기기는 하나의 중요 분야로서 확립되고 있으며, 앞으로도 다양한 기능의 안전기기가 개발되고 시장에 투입될 것이다.
이와 같이 ‘환경’ ‘정보, 쾌적’ ‘안전’이라는 자동차에 있어서 중요한 성장 분야는 전자 제어· 전동화를 통해 실현된 것이 많고, 앞으로 이들 발전에 의해 카 일렉트로닉스화의 흐름이 보다 강력히 진행될 것임은 확실하다(그림 3).
자동차용 전자부품 공급의 흐름
이번에는 전자부품의 각 애플리케이션(기능)을 동작·제어하기 위해 필요한 전원을 공급하는 “전원 IC”라는 반도체 부품을 예로 자동차 업계에서의 전자부품의 흐름을 소개하고자 한다.
자동차에 사용되는 전원 IC란, 배터리 등에서의 전압을 각 기능에 따라 적절한 전압으로 변환하여 어플리케이션을 동작시키는 마이크로 컨트롤러 등에 그 전압을 안정적으로 공급하는 것이다(그림 4). 전원 IC는 크게 리니어 전원(※1)과 스위칭 전원(※2)의 2종류로 구분되며, 로옴의 전원 개발은 각 어플리케이션에 따라 최적의 전원 IC를 실현하기 위해 새로운 기술, 새로운 제품 개발을 위해 노력하고 있다. 제어를 담당하는 마이크로 컨트롤러는 어플리케이션에 따라 각각에 존재하기 때문에 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하기 위한 전원 IC도 각각 개별적으로 필요하다. 따라서 카 일렉트로닉스화에 따른 전자 제어 부품이 증가하면 전원 IC의 수요도 다양화되고 증가하게 된다.
(※1) 3단자 레귤레이터 및 입출력간 전위차가 적은 LDO (Low Drop Out) 등으로 대표되는 출력전압을 연속적으로 안정화하는 전원
(※2) DC/DC 컨버터 등으로 대표되는 전압의 스위칭 동작을 사용하여 출력전압을 비연속적으로 안정화하는 전원
리니어 전원 IC는 오늘날 증가하는 전자부품과 반비례하는 저소비화를 실현하기 위해, 로옴은 저소비전력화라는 부가가치를 부여함으로써 이러한 요구에 대응하는 기술을 개발해왔다. 그러나 최근에는 자동차 요소 부품에 대한 각 자동차 메이커의 요구가 변화하고 있다.
우선 첫 번째로, 시장 요구가 다양화하고 있다는 점이다. 앞서 기술한 ‘환경’ ‘정보, 쾌적’ ‘안전’의 키워드에 대한 애플리케이션은 다양하며, 각각에 요구되는 각 요소 전자부품의 사양도 이에 따라 다양화되고 있다. 전원 IC의 예를 들면, 어플리케이션의 복잡화에 의해 기존보다 큰 소비전력을 발생시키는 마이크로컨트롤러가 사용되는 경우가 있다. 전원 IC는 마이크로컨트롤러에 전압을 공급하므로, 마이크로컨트롤러의 소비전력을 만족시키기 위해 큰 전류 능력을 지니고 큰 소비전력에 의한 발열에 강해야 한다.
한편, 전자부품의 증가에 따른 자동차내의 탑재 공간 축소화가 요구되고 있으며, 이를 만족시키기 위해 소형 패키지가 요구되는 경우도 있다. 이외에도 마이크로 컨트롤러의 종류 및 용도에 따라 전원 IC에 요구되는 패키지 및 공급 전압치, 전류량 등은 점점 세분화되어 전원 IC에 있어서는 다양한 요구에 대응 가능한 세밀한 사양이 요구되고 있다.
다른 하나는 전자부품 요구의 다양화와는 상반된 흐름이라고 할 수 있지만, 어디에나 사용 가능한 초범용에 대한 요구가 높아지고 있다는 점이다. 지금까지는 단순히 기계 제어 기기를 전자 제어·전동화하는 것에 주안점을 두고 애플리케이션에 따라 달라지는 메이커 및 다양한 전기적 특성의 전원 IC가 다양하게 사용되어, 결과적으로 자동차의 가격 상승을 초래하게 된 경우도 다수 있었다. 그리고 이러한 점은 반드시 메이커 간(경우에 따라서는 메이커 내에서) 호환이 가능한 것은 아니었다.
그러나, 이제 자동차 개발에 있어서 전자부품의 증가를 피할 수 없는 오늘날에 있어서는 저가(Low cost)화 및 합리화가 급선무이다. 특히 최근의 카 일렉트로닉스화는 새로운 국면에 접어들고 있으며, 기타 전장 시스템과의 협조 및 통합 제어화를 통해 중복되는 전자부품수를 삭감하려는 움직임이나, 표준 플랫폼 전개에 그치지 않고, 전원 IC에 이르기까지의 각 요소 부품의 공통화·표준화를 통해 통합적인 저가격화, 합리화를 위한 움직임이 활발해지고 있다. 이러한 공통화·표준화에 박차를 가한 것은 동일본 대지진으로 대표되는 재해 등이 조업에 미치는 영향이다.
이러한 재해 시, 특히 제조업, 자동차 산업에 있어서는 사업을 계속하기 어려울 정도의 큰 데미지를 입게 되므로 전세계적으로 사업 계속 계획 BCP(Business Continuity Plan)에 대한 의식이 높아지고 있다. 결과적으로 생산 지역의 2거점화 및 표준화된 전자부품의 병렬 구매와 같이, 생산 및 구매의 유연성 및 위기 발생 시의 대응력 강화에 기여하는 부품 체계가 요구되고 있다.
“시장 요구에 대응하는 사양의 다양화”와 “리스크 분산을 고려한 부품의 공통화·표준화”는 언뜻 보면 상반된 내용으로 생각되지만, 실제로는 W/W 표준 부품의 제품군이 요구되고 있다는 점에서는 일맥상통한다. 다양한 요구에 대응하는 제품군을 구비하고 요소 부품의 표준이 되는 범용성을 지닌 제품이 있다면 그것은 바로 자동차 업계가 요구하는 시대의 흐름에 일치되는 제품일 것이다.
초범용 LDO 시리즈 제품군
로옴은 최근 차량용으로 신규 LDO 타입의 리니어 전원 IC(이하, LDO), 2시리즈 총 43기종을 개발했다. 주로 Body계/파워 트레인계 용도의 BD4xxMx 시리즈 16기종과, 카 인포테인먼트 등 차량 정보 기기계 용도의 BDxxC0A 시리즈 27기종의 2가지 시리즈 제품이다. 이와 같이 넓은 용도에 대응 가능한 차량용 LDO 제품군을 한번에 투입한 것은 지금까지 기술해온 카 일렉트로닉스의 발전을 토대로 하여 새로운 ‘요구의 다양화’에 대응하고, ‘생산 및 구매의 안정화’에 기여하기 위해서이다.
세세한 전기적 특성 수치 등의 설명은 생략하지만, 이 2시리즈 제품군은 그 특성에 따라 보다 다양화한 차량 LDO 요구에 충분히 대응 가능한 높은 범용성을 지니고, 라인업에 있어서는 출력전압 및 패키지 등 풍부한 베리에이션과 동시에 통일성을 지닌 제품군을 구축하고 있다. 자동차 업계의 흐름에 맞추어 고객의 편리성을 향상시킨다는 점이 하나의 어필 포인트라 할 수 있다 (그림 5).
로옴의 강점인 저소비전류에서는 2시리즈 모두 저소비라고 할 수 있는 소비 전류치로 분류된다. 특히 BD4xxMx는 소비전류 40μA 정도이며, 이는 저소비 요구에 충분히 대응 가능한 수치이다(그림 6).
또한, 2시리즈 모두 출력전류가 증가해도 무부하 시의 소비전류치가 거의 변하지 않는 특성을 지닌다. 대부분의 LDO는 출력전류의 증가에 따라 LDO 자체의 소비전류도 직선적으로 증가하여, 발열에 대한 영향을 무시할 수 없지만, 이 부분에서 기술적인 우위성을 지닌다. 심플하고 사용이 편리한 LDO이지만, 발열에 의한 제한이 과제이므로 로옴 제품의 소비전류 특성은 이러한 과제에 대해 매우 큰 기여를 한다.
또한, 자동차용 시리즈 제품으로 개발함에 있어서 본 2시리즈는 개발 단계에서 완전한 자동차용으로 설계되어, 최근 차량용 IC의 규격으로서 실질적 업계 표준인 AEC-Q100에 대응하고 있다. 이미 로옴은 자동차 산업용 품질 매니지먼트 시스템 ISO/TS16949도 취득하여, 차량용 제품 개발에 요구되는 높은 품질과 온도 조건을 비롯하여 까다로운 환경에서 사용하기 위한 신뢰성을 충분히 만족하고 있다. 이는 10년 이상에 걸친 자동차 시장에서의 납품 실적이 증명하고 있다.
로옴이 신규 개발한 BD4xxMx 시리즈와 BDxxC0A 시리즈는 높은 범용성과 풍부한 라인업으로 편리성과 자동차 산업용으로서의 품질과 신뢰성을 겸비하여, 장기간 안정 공급이 가능한 차량용 LDO이다. 본 초범용 LDO 시리즈 제품군은 자동차 산업이 요구하는 시대의 흐름에 맞추어 W/W 표준 전원 IC가 될 것으로 기대된다. 이러한 자동차용 부품은 품질 레벨의 절차탁마뿐만 아니라, 고객 만족도라는 점에서, 이 LDO 시리즈 제품과 같이 ‘요구의 다양화’와 ‘생산 및 구매의 안정화’을 동시에 실현하는 것이 하나의 성공 모델이 될 것이다.
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