[특집] 자동차용 전자 부품 기술
자동차용 저저항 시리즈 최신 라인업

2014년 4월 23일

배경

전류 검출용 저항기는 주로 모터 구동 회로 · 전원의 과전류 보호 · 배터리 잔량 검지에 사용됩니다. 기존에는 자동차 시장 · 산업기기 시장 · PC 시장 등에서 폭넓게 사용되어 왔으나, 최근 자동차 시장에서의 전기 자동차 · 하이브리드 카 개발에 따라 시장 전체의 어플리케이션의 고기능화 및 전자화가 가속화되고 있습니다.
이에 따라, 자동차 시장에서는 「한층 더 고전력에 대응하는 소형 사이즈 저저항」「회로의 소비전력을 억제하기 위한 초저 저항」「까다로운 온도 환경에서도 우수한 저항 온도 계수를 확보하는 고정밀도 저저항」 등의 요구가 높아지고 있습니다. 로옴은 자동차 시장에서의 저저항 요구의 다향화에 대응하여 다채로운 저저항 시리즈 라인업을 전개하고 있습니다. (그림 1)

로옴의 저저항 시리즈 라인업
(그림 1) 로옴의 저저항 시리즈 라인업

<자동차 시장에서 저저항의 주요 용도> (그림 2)

・각종 모터의 구동회로
・DC/DC 컨버터의 출력부
・배터리의 충방전 감시 회로 · 잔량 검지・・・・・등

저저항 어플리케이션 및 사용 회로 예
(그림 2) 저저항 어플리케이션 및 사용 회로 예

전류 검출 저저항 트렌드

전류 검출용 저저항은 부하에 대응하기 위해 직렬로 실장하고, IC를 사용하여 양단자의 전위차를 측정함으로써 전류 검출을 실현합니다. 저저항의 저항치를 높게 설정함으로써 IC의 전류 검출 정밀도를 향상시킬 수 있지만, 이러한 경우 전류가 흐를 때 제품 발열 (손실)이 커진다는 문제점이 발생합니다. 이와 같이 측정 정밀도와 발열은 트레이드 오프 관계이므로, 검출 정밀도와 발열의 밸런스를 고려하여 저저항 제품을 선정해야 합니다. 그러나 최근에는 LSI의 성능 향상으로 인해 기존보다 작은 전위차에서 전류 검출 정밀도를 향상시킬 수 있습니다. 즉, 보다 낮은 저항치의 저저항을 사용함으로써 큰 전류를 기존 보다 작은 소비전력으로 검출할 수 있기 때문에, 저저항에 대한 요구가 확대되고 있는 것입니다. 이러한 배경을 바탕으로 로옴은 2014년 3월에 최대 150A 이상의 대전류에도 대응하는 제품인 PSR 시리즈를 개발, 발표하였습니다.

저저항 기술의 개요

・면실장 타입 저저항은 재료 및 구조에 따라 크게 두가지 타입으로 분류됩니다. 그중 하나는 후막 저저항이라고 불리우는 범용 후막 칩 저항기의 기술을 베이스로 한 타입과, 다른 하나는 금속 재료를 사용한 금속 저저항입니다. 이들은 요구되는 성능에 따라 구분하여 사용되지만, 대략적으로 수십 mΩ~는 후막 저저항, 수 mΩ은 금속 저저항으로 만들어지는 경우가 많아 금속 저저항은 높은 정격전력 보증을 특징으로 지닙니다. (그림 3)

로옴 라인업에서의 금속 저저항과 후막 저저항의 분포
(그림 3) 로옴 라인업에서의 금속 저저항과 후막 저저항의 분포

・칩의 형상으로는 실장 기판과 접속하는 전극 구조에 따라 두가지 타입으로 분류됩니다. 칩 단변측에 전극을 형성한 일반적인 형상과, 칩 장변측에 전극을 형성한 장변 전극 타입입니다. 일반적으로 장변 전극 타입 제품은 기판 실장 후의 접합 신뢰성 및 온도 사이클 특성이 우수합니다. 또한, 실장 기판으로의 방열성도 높아 단변 전극 타입 제품보다 높은 정격전력을 보증하는 제품이 많다는 점도 특징중 하나입니다. (그림 4)

장변 전극과 단변 전극 (범용품) 특성 비교
(그림 4) 장변 전극과 단변 전극 (범용품) 특성 비교

・전극 도금에 대해서는 니켈 도금 · 주석 도금이 대표적이지만, 저저항의 경우에는 저저항화 · 온도 특성 개선 · 저항치 측정의 안정성 등을 고려하여 구리 도금을 하는 경우도 있습니다.

후막 기술에 의한 저저항

・후막 칩 저항기의 소자 형성의 주요 공정은 스크린 인쇄에 의한 패턴 형성입니다. 스크린을 사용한 인쇄 공법을 통해 알루미나 기판 상에 저항 소자 및 전극 등을 형성합니다. 저저항의 경우에는 저항치가 낮은 재료를 사용하지만, 통상 저항치의 재료에 비해 전극 재료의 조성 및 저항체 · 전극의 두께에 따라 온도 계수 및 온도 사이클 특성 등이 영향을 받기 쉬우므로, 각각 최적의 조건을 고려하여 설계할 필요가 있습니다.
로옴은 후막 칩 저항기를 세계 최초로 개발한 후막 칩 저항기의 선구자로서 장기간에 걸쳐 쌓아온 기술을 활용하여 풍부한 라인업의 후막 저저항을 전개하고 있습니다.

・로옴은 자동차 시장에서의 높은 접합 신뢰성 및 정격전력의 요구에 대응하는 제품으로 장변 전극 타입의 저저항 LTR 시리즈를 전개하고 있습니다. 칩의 장변측에 전극을 배치함으로써 높은 접합 신뢰성 및 온도 사이클 특성을 실현하였습니다. 또한, 장변 전극 타입의 높은 방열성을 활용하여 기존의 후막 저저항보다 높은 정격전력 (예 : 3216 사이즈로 1W 보증)에 대응하고 있습니다.

・기본적인 제품으로는 일반적인 범용 후막 칩 저항기의 MCR / 저저항 시리즈 (47mΩ~) 및 MCR / 저저항 시리즈보다 넓은 저항치 범위 (11mΩ~)에 대응하고, 전극 사이즈 확대와 저항체 재료의 변경을 통해 높은 정격전력 및 우수한 온도 특성을 보증한 UCR 시리즈를 라인업하였습니다.  UCR 시리즈는 정격전력 / 온도 특성의 메리트뿐만 아니라 실장 시의 저항치 편차 저감을 고려한 이면 실장 구조를 채용하고 있습니다. (그림 5) 또한, UCR 시리즈는 자동차 시장에서 활발히 검토되고 있는 초소형 0603 사이즈 (UCR006 시리즈)를 -55℃~+155℃의 사용온도 범위에서 보증하고 있습니다.

UCR 시리즈의 이면 실장 구조
(그림 5) UCR 시리즈의 이면 실장 구조

・이러한 후막 저저항 (LTR 시리즈 / UCR 시리즈)은 높은 정격전력을 통해 기존품 (MCR / 저저항 시리즈)에서 한층 더 소형 패키지로 대체가 가능하여, 기판의 소형화에도 기여할 수 있는 제품입니다.

금속 저항 재료에 의한 저저항

・저항체 금속을 사용한 저저항은 후막 저저항 기술과는 전혀 다른 구조이며, 저항체 소자는 수십μm~수mm 정도 두께의 저항체 금속 재료를 사용합니다. 이러한 저항체 재료를 에칭 및 기계 가공 등 다양한 가공 기술을 사용하여 소자를 형성함으로써 원하는 저항치 및 특성을 구현하고 있습니다. 금속 저저항은 동일 사이즈의 후막 저저항에 비해 높은 정격전력 보증 및 고정밀도 저항 온도 계수 보증이 가능하다는 특징을 지니고 있습니다. 또한, 0.2mΩ에서 10mΩ 정도의 매우 낮은 저항치 영역에서 비교적 두꺼운 저항체 금속을 사용함에 따라 저항체 자체를 칩으로서 형성하는 공법이 일반적입니다.

・정격전력 4W 이상의 영역에서 로옴은 0.2mΩ~3.0mΩ의 저항치 범위에 대응하는 PSR 시리즈를 전개하고 있습니다. PSR 시리즈는 저항체 금속과 Cu 전극을 독자적인 용접 기술로 접합하여 높은 방열성과 열용량을 실현하였습니다. (그림 6) 또한, 대형 Cu 전극을 통해 방열성을 확보하고 최고 5W의 높은 정격전력을 실현하였으며, 저항치에 따라 최적의 저항체 금속을 선정함으로써 고정밀도 저항 온도 계수를 달성하였습니다.

PSR 시리즈의 외관과 구조
(그림 6) PSR 시리즈의 외관과 구조

・정격전력 2W 이하의 영역에서는 1mΩ~10mΩ의 저항치 범위에서 PMR 시리즈를 전개하고 있습니다. PMR 시리즈 구조는 저항체 금속을 본체로 한 제품이라는 점에서 PSR 시리즈와 동일합니다. 또한, PMR 시리즈는 트리밍으로 저항치를 조정하지 않는 로옴의 독자적인 설계를 실시하여, 사용 시 문제점인 저항체의 발열을 저감할 수 있는 구조를 채용하였습니다. (그림 7)

동일 사이즈 / 동일 저항치에서의 저항체 열집중 비교
(그림 7) 동일 사이즈 / 동일 저항치에서의 저항체 열집중 비교

PMR 시리즈는 세계 최소 수준의 사이즈를 실현하였으며, 향후 한층 더 소형화를 실현하기 위해 노력할 것입니다. 또한, PMR 시리즈를 장변 전극 구조로 하여 접합 신뢰성 및 방열성을 향상시킨 PML 시리즈 라인업도 전개하고 있습니다.

향후 전개에 대하여

1W 이상의 영역에 있어서 금속 재료를 사용하여 수십 mΩ 이상의 저저항 영역에 대응하기 위해서는 금속 저항체의 두께가 100μm 전후가 되므로 저항체 자체를 본체로한 구조로는 칩 형성이 어렵습니다. 이러한 문제는 본체의 기재에 저항체 재료를 고정함으로써 칩 형성이 가능합니다. 이러한 영역에 대해서는 리드 저항이나 후막 저저항을 사용하여 회로를 구성하는 고객이 많았으나, 최근에는 검출 정밀도의 향상 / 기판의 소형화 / 리드 부품 삭감 등의 다양한 요구가 증가함에 따라 금속 저저항에 대한 요구가 높아지고 있습니다. 로옴은 향후 금속 저저항이 이러한 영역에서 중요시될 것이라는 점에 착안하여, 소형 · 고방열을 컨셉으로 한 신상품 개발에 주력하고 있습니다.
향후 자동차 시장에서는 저저항에 대한 요구가 높아질 것으로 예상됨에 따라 로옴은 높은 정격전력 · 고방열 · 소형화 등을 키워드로 한층 더 저저항을 실현한 제품 라인업 확충을 위해 끊임없이 개발을 추진하고자 합니다.


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■제품 정보
고전력 션트 저항기 / 초저 저항 금속판 (PSR 시리즈)

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