SCP 스토리: 덱세리얼즈의 2차 보호 요소가 전자 기기와 함께 진화한 방법

2차보호소자(SCP) 개발

SCP(Self-Control Protector)는 리튬 이온 배터리의 충방전 회로에 과충전 또는 과전류가 발생할 때 회로를 차단하는 2차 보호 퓨즈입니다. 덱세리얼즈가 독자적으로 개발한 이 제품은 20억 개 이상의 전자 기기에 설치되었습니다.

SCP가 태어난 배경과 향후 전망에 대해 처음부터 개발에 종사해 온 커넥팅 머티리얼 사업부의 개발 책임자에게 이야기를 들었다.

――SCP 개발에 관여하게 된 것은 언제입니까?

SCP 개발은 1991년에 시작되었습니다. 당시 리튬 이온 배터리의 양산이 막 시작되었고, 충전 및 방전 회로의 보호 퓨즈로 PTC 서미스터(Positive Temperature Coefficient)가 사용되었습니다. PTC 서미스터는 다른 회사에서 특허를 취득한 고가의 부품이었습니다. 그래서 고객들은 덱세리얼즈에 이를 대체할 제품 개발을 요청했습니다.

다른 회사의 퓨즈는 고온에 도달하면 저항을 높이고 전류 흐름을 차단하는 시스템을 가지고 있었습니다. 그러나 온도가 떨어지면 전류가 다시 흐르게 됩니다. 리튬 이온 배터리에는 가연성 물질이 사용되기 때문에 문제가 발생한 제품은 사용하지 않는 것이 더 안전합니다. 따라서 저희는 과충전이나 과전류 발생 시 회로를 완전히 차단하는 퓨즈를 개발하여 리튬 이온 배터리의 안전성을 강화하기로 했습니다.

――덱세리얼즈의 높은 기술력이 결실되어, SCP로서 완성되는 것이군요.

물론 그 후에도 시행착오가 있었습니다. 최초로 개발한 것은 지금과 같은 표면 실장 부품이 아니고, 플렉시블 프린트 기판(FPC) 위에 히터재를 인쇄해, 퓨즈를 프레스 접속한 구조였습니다. FPC는 부드럽게 구부릴 수 있는 기판이기 때문에 표면 실장이 아니라 손 납땜으로 연결하고 있었던 것입니다. 그래서 고객으로부터 「자동기로 실장할 수 있도록 해 주었으면 한다」라는 요망이 있어, 1년 후에 지금과 같은 자동 실장기로 탑재할 수 있는 제품을 개발, 상시했습니다.

노트북에서 스마트폰 및 무연 2차 보호 요소(SCP)에 이르기까지

――그 후의 개량에는 어떤 것이 있었을까요?

SCP의 판매 개시는 1994년이지만, 탑재된 기기의 대부분이 노트북이었다. 각사가 점점 노트북을 고성능화해 가는 점에서 CPU의 소비 전력이 올라가고, 「SCP를 보다 저저항화해, 대전류에 견딜 수 있도록 해 주었으면 한다」라고 하는 소리가 전해지게 되었습니다.

당초 SCP는 세라믹 기판의 단면에 회로를 형성하여 앞뒤의 도통을 취하고 있었지만, 그렇다면 단면부의 배선이 가늘어지기 때문에 아무래도 저항이 높아집니다. 거기서 기판에 구멍을 뚫고, 거기를 금속으로 메우는 것으로 종래보다도 도통 단면적을 크게 하는 것과 동시에 최단 루트로 표리를 접속하는 것으로 저저항화를 도모했습니다.

스마트폰에서 점점 더 많이 사용되는 SCP

특히 최근 "급속 충전" 스마트폰의 부상에 따라 이러한 추세에 부응하기 위해 새로운 SCP 제품을 개발하고 있습니다. 배터리를 빠르게 충전하려면 큰 전류가 필요합니다. SCP는 이제 기존 제품보다 훨씬 더 낮은 저항을 가져야 합니다.

스마트폰도 점점 더 얇아지고 다기능화되고 있어 SCP 자체의 크기는 변할 수 없다. 그래서 우리는 저항력이 낮은 SCP와 소형화된 SCP의 상반된 요구를 충족시켜야 했고, 이는 다소 어려운 작업이었습니다.

――도대체 어떻게 그 어려운 과제를 클리어했을까요?

종래, 땜납계 합금을 소재로 하고 있던 퓨즈 엘리먼트를, 주석계의 합금에 은 도금을 하는 것으로 해결했습니다. 자세한 것은 이쪽의 기사에 기재가 있는 대로, 은은 전기를 통과하기 쉬운 물질이기 때문에, 종래품의 약 3배의 전류를 같은 사이즈로 흘릴 수 있습니다. 또한 내부에 주석계의 합금을 사용함으로써, 땜납계 합금과 같은 온도역에서 퓨즈를 용단하는 것을 가능하게 했습니다.

게다가 이 기술을 채용하는 것으로, 땜납계 합금으로는 어려웠던 퓨즈 엘리먼트의 무연화를 달성할 수 있는 것도 고객에게 있어서 큰 장점이 됩니다. 전자기기에 사용되는 소재의 유해물질을 정한 EU의 「RoHS 지령」에서는 2021년 현시점에서 고융점 솔더를 규제 대상으로 하고 있지 않습니다. 그러나 세계적인 환경 의식에 대한 고조로 인해, 납을 함유하는 땜납이 향후 규제의 대상이 될 가능성이 있어, 그렇게 되면 우리가 개발한 「납 프리·저저항 SCP」의 수요는 단번에 높아질 것이라고 생각하고 있습니다.

팬데믹으로 인한 2차 보호 요소(SCP)에 대한 수요 증가

팬데믹은 사람들의 업무와 일상생활에 엄청난 영향을 미쳤습니다. 증가하는 SCP 수요에 대응하여 덱세리얼스는 다가올 전기 자동차(EV) 시대에 대비한 새로운 기술을 개발하고 있습니다.

――SCP의 향후 시장 전개에 대해 가르쳐 주세요.

현재 신형 코로나 바이러스 감염의 유행의 영향으로 전세계에서 원격 워크와 온라인 학습이 확산되고 노트북과 태블릿 PC의 수요가 급증하고 있습니다. 우선은 그 요구의 증가에 확실히 대응하는 것이 제일입니다. 게다가 「스테이홈」에서 집에 있는 시간이 늘어난 것으로부터, 청소용의 클리너나 DIY를 위한 전동 공구등도 팔리고 있어, 만원 전철을 피해 전동 오토바이나 전동 자전거를 타는 사람도 늘고 있습니다.

이러한 구동계의 일렉트로닉스 기기에는, 대용량·대전류에 대응한 SCP가 탑재되고 있습니다만, 당사에서는 가까운 미래에 확실히 오는 「가솔린 자동차로부터 전기 자동차(EV)로의 시프트」를 추구해, EV에 대응할 수 있는 SCP의 개발도 진행하고 있습니다.

――EV에 탑재하는 SCP에는, 어떠한 요건이 요구될까요?

전기 자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리 팩이 전자 기기와 비교했을 때 가장 큰 차이점은 최대 400V에서 1,000V DC의 높은 전압을 생성한다는 것입니다. 이러한 높은 전압에서는 퓨즈에 의해 회로가 차단된 후에도 공기 중으로 전기가 방전되어 번개처럼 전달되는 "아크 방전"이 발생합니다. 이러한 이유로 기존 SCP와는 다른 접근 방식과 구조가 필요합니다.

전압이 높을수록 회로 차단이 더 어렵습니다. 하지만 안전한 리튬 이온 배터리를 보장하는 확실한 방법이 없다면 사고 발생 시 승객과 구조대원 모두 위험에 처하게 될 것입니다. SCP가 장착된 전기차에 대한 수요는 전 세계적으로 증가할 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다. 저희는 이러한 제품의 개선 및 개발에 모든 노력을 기울이고 있습니다.