경영 설명회(IR) 자료경영경영 설명회설명회((IR) IR) 자료자료

’’회사현황회사현황 및및 0606년년 실적실적0707년년 사업계획사업계획 설명11 설명

’’하이브리드하이브리드 자동차용자동차용DCDC--Link Link 커패시터커패시터 개발개발22

’’0707년년 11분기분기 경영실적경영실적 및및22분기분기 경영계획33 경영계획

2007. 04. 12

삼화콘덴서공업㈜

삼화콘덴서공업㈜

목 차

▣ 회사현황 및 06년 실적 및07년 사업계획 설명

Ⅰ.회사 현황

Ⅱ.제품 현황

Ⅲ.06년 실적 및 07년 계획

Ⅳ.2010 Vision

Ⅴ.참고자료

Ⅰ.회사 현황

Ⅱ.제품 현황

Ⅲ.06년 실적 및 07년 계획

Ⅳ.2010 Vision

Ⅴ.참고자료

삼화콘덴서공업㈜

Ⅰ.회사의 현황

1) ’회사의 현황

5656년년 88월월6363년년 99월월6868년년 88월월6969년년 44월월7676년년 66월월8585년년 22월월9090년년 11월월9494년년 88월월9797년년 22월월9797년년 1111월월9898년년 88월월9999년년 99월월9999년년 1010월월0000년년 11월월0101년년 55월월0404년년 1010월월0505년년 22월월0505년년 1010월월0505년년 1010월월

오한 실업 주식회사 설립고압/저압 진상 콘덴서 양산회사명 변경 (삼화콘덴서공업)한국 최초 자기 콘덴서 양산증권거래소 상장한국 최초 MLCC 양산EMI Filter 양산ISO 9001 인증 획득PT. SAMCON 설립삼화 THAI 설립삼화 USA 설립Chip Varistor 양산관통형 콘덴서 양산Chip Inductor 양산삼화 유럽 법인 설립ISO14001 취득삼성 Eco-Partner 취득LG Eco-친환경 취득하이브리드 부품개발 협약

삼화콘덴서공업㈜

2) ’Global Network 현황

삼화 홍콩(홍콩 (HQ), 동관, 상해)

삼화삼화 홍콩홍콩((홍콩홍콩 ((HQ), HQ), 동관동관, , 상해상해))

천진 삼화 무역(중국, 천진)

천진천진 삼화삼화 무역무역((중국중국, , 천진천진))PT. SAMCON

(인니, JAWA-BARAT)

PT. SAMCONPT. SAMCON((인니인니, , JAWAJAWA--BARAT)BARAT)

삼화 USA(샌디에고(HQ), 시카고)

삼화삼화 USAUSA((샌디에고샌디에고((HQ), HQ), 시카고시카고))

삼화 유럽(독일, 프랑크푸르트)

삼화삼화 유럽유럽((독일독일, , 프랑크푸르트프랑크푸르트))

삼화 태국(태국, Chachoengsao)

삼화삼화 태국태국((태국태국, , ChachoengsaoChachoengsao))

삼화 콘덴서(HQ) (한국, 용인)

삼화삼화 콘덴서콘덴서((HQ) HQ) ((한국한국, , 용인용인))

MLCC / CHIP VARISTOR / CHIP NTC / EMI FILTER / AC FILM CAPACITOR

AC FILM CAPACITOR / HVC

DCC

W/H

W/H

W/H

W/H

제조제조//판매판매 판매판매

삼화콘덴서공업㈜

3) ’친환경 정책 현황

RoHS

2003 2004 2005 2006

도금부

Lead Free

6대 유해물질 전폐

(Cd, Pb, Hg, Cr+6, PBB, PBDEs)

친환경 제품 공급

(2004년 12월)

삼화콘덴서공업㈜

KOREA

HYUNDAI

LG

SAMSUNGCHINA

SAMSUNG

LG

EUROPE

RUTRONIC

Thomson

BEKOTAIWAN

PERNAS

LIPERS

AMERICA

SAMSUNG

IBM

ZENITH

Whirlpool

South-Eastern ASIA

LG

SAMSUNG

JAPAN

SEMITEC

HITACHI

4) ’Global Partner

삼화콘덴서공업㈜

MLCC

CHIP VARISTOR

CHIP BEAD,INDUCTOR

C H I P

DISC CERAMIC CAPACITOR(DCC)

EMI FILTER LEADED

전력용 (산업용)

기기용 (백색가전용)F C

국내

인도네시아

국내

국내

태국

Ⅱ.제품의 현황

1) ’생산 제품의 현황

주요 제품사업군

그룹 계열사 상품판매 등기 타 국내 및 해외

생산지 매출 점유율

56%

20%

16%

8%

삼화콘덴서공업㈜

◑ 개요

콘덴서는 전압을 인가하여 유전체 물질의 두께와 전극 면적에 따라

전하를 축적하는 기능을 하는 수동부품으로, MLCC는 정전 용량 및

정격전압의 용도에 따라 유전체층과 전극면적을 소형박막으로 다층

화한 CHIP TYPE의 콘덴서이다.

◑ 특징

국내 최초로 1980년대 초반에 생산을 시작 하여 축적된 기술로써

▶ 고품질, 고신뢰성

▶ 단납기 대응력 우수

▶ 경쟁력 있는 단가

◑ 적용 SET

▶ Cellular phone, Pager, Codeless phone과 같은 통신 제품

▶ DVD, CD-ROM, FDD, HDD, Game machine, Computer, Note book, Digital camera, LCD와 같은 멀티미디어 제품

▶ TV, Camcorder, Minidisk, MP3 player와 같은 Audio visual 제품

▶ Electronic tuner, Duplexer, VCXO, TCXO, Modem과 같은 통신 제품

▶ Printer, Copy machine, Fax machine과 같은 사무 자동화 장비 제품

삼화콘덴서공업㈜

◑ 특징

▶ 온도보상용: High Q-높은 주파수 대역에서 사용가능

▶ 유전율의 온도 의존성 적음 정전용량허용차 적음

▶ 온도에 따른 용량변화가 직선적임

▶ 고유전율계 : 고유전율 값을 지님

◑ 개요

Ceramic capacitor는 BaTiO3, TiO2 및 SrTiO3 등의 소결체를 유전체로 하여

은전극을 소부시켜 제조한 무극성, 무기질의 콘덴서로 특성에 따라

온도보상용과 고유전율계, 반도체계로 구분된다

◑ 적용 SET

▶ TV, MONITOR, VIDEO , AUDIO등 민생용

▶ 정보통신 기기

▶ 사무기기, 계측제어기기등 산업용

삼화콘덴서공업㈜

◑ 특징

▶ 낮은 손실 특성

▶ 고신뢰성으로 긴 수명 및 안정성

▶ 완벽한 안전 설계를 통해 운전비용 절감

◑ 개요

Film을 유전체로 사용하고, Aluminium, Zinc의 증착막 또는 Foil을 전극재로

사용하여 소자를 형성하고 절연 체를 함침하여 제조된 콘덴서로 낮은 손실

특성을 지니 고 있으며 신뢰성이 높고 매우 안전한 제품이며 설치 가 쉬운

장점을 지닌다

◑ 적용 SET

▶ 고압전력용

▶ Motor run용

▶ 에어컨용

▶ 전자레인지용

삼화콘덴서공업㈜

Ⅲ.’06년 실적 및 07년 경영계획

單位 : (백만원)

금 액 (%) 금 액 금 액 금 액 (%)

매 제 품 29,819 37.3 37,661 39.1 7,842 26.3 MLC 40억(반도체향),MLV 20억(LG정보통신外), FC 10억(수출)

출 상 품 50,072 62.7 58,629 60.9 8,557 17.1 Chip Inductor 40억, 고압SMD Type 10억

합 계 79,891 100.0 96,290 100.0 16,399 20.5

제 조 재 료 비 9,346 31.3 11,120 30.2 1,774 19.0

원 가 노 무 비 6,419 21.5 10,524 27.9 4,105 64.0

제 조 경 비 10,122 33.9 8,832 23.5 -1,290 -12.7

245 -694 -939 -383.1

매 출 제 품 25,642 86.0 31,170 82.8 5,528 21.6

원 가 상 품 41,609 83.1 49,211 83.9 7,602 18.3

계 67,251 84.2 80,381 83.5 13,130 19.5

12,640 15.8 15,909 16.5 3,269 25.9

판매.일반 인 건 비 3,749 4.7 4,881 5.1 1,132 30.2

관 리 비 연구개발 1,114 1.4 980 1.0 -134 -12.0

기타경비 4,313 5.4 3,955 4.1 -358 -8.3

계 9,176 11.5 9,816 10.2 640 7.0

영 업 이 익 3,464 4.3 6,093 6.3 2,629 75.9

영 업 외 수 익 2,882 3.6 1,174 1.2 -1,708 -59.3

영 업 외 비 용 4,672 5.8 2,585 2.7 -2,087 -44.7

1,674 2.1 4,682 4.9 3,008 179.7

363 0.5 739 0.8 376 103.6 태국 289백만, 인니 469백만

2,037 2.5 5,422 5.6 3,385 166.2

증 감(B-A)구 분

결 산 순 이 익

주요 이익개선 내역

매 출 총 이 익

경 상 이 익

해 외 법 인 이 익

(재 고 증 감)

실적(A) 경영계획(B)'06년 '07년

1) ’06년 실적 및 07년 경영계획

삼화콘덴서공업㈜

▣ 주제품군(MLP)

□ 초고용량 (10㎌이상)

□ 전장 (자동차용)

□ 고압 시장 (100V 이상)

초고용량 제품의 고용량 (1㎌이상) 제품 대체

X5R의 경우 일본 3~4개 업체에서 독점적 공급

Key Point ; 신제품 조기 출시 (박막화 기술/투자 부담)

자동차 전장화 가속에 따른 지속적인 성장

높은 영업 이익율 (25%) 및 판가 안정성

Key Point ; 고신뢰성 제품 및 TS & 제품 인증

높은 영업 이익율 (45%)

신규시장 진출가능 (Film 및 KV급 DCC시장 대체)

자동차 정격전압 승압에 따른 전장시장 추가 진출 가능

Display 대형화 → 고압 수요 증가

□ 고용량 (1~10㎌미만)

대만계 진출에 따른 가격 경쟁 심화

수요 증가 → 가격 하락에 따른 시장규모 및 이익감소

판가 하락에 따른 적자전환 예상

대만계 지속적 침투로 추가 가격하락 가능출처:WCTS, Paumanok 外

0.1

0.5

0.2

1.0

1.2

0.3

2.1

0.1

0.6

0.3

1.1

1.0

0.4

1.9

0.1

0.8

0.4

1.2

0.9

0.6

1.7

0.1

0.9

0.4

1.3

0.9

0.7

1.6

'05 '06 '07 '08

[7,657억개] [8,521억개][9,376억개] [10,111억개]

5.39조 5.41조 5.68조 5.89조(AAGR 3%)

일반

고압

고용량

초고용량

초소형

전장

LoLow-Profile

□ 일반 (중저용량)

■ 제품별 동향2)-1 ’주제품군 시장 Trend 분석

삼화콘덴서공업㈜

▣ 주제품군(MLP)

2)-2 ’주제품군 사업방향

고수익성/성장 시장/선진사 선점

15%10

☞ 대만업체 진출로 가격하락 지속 (시장 1조원)

☞ 당사 설비로 고용량,초고용량 수익SPEC 생산(5㎛, ~300층)

=> 3216X7R225K , 3216Y5V226Z

☞ 고수익/성장시장/선진사 선점

☞ 당사의 설비투자 부담 및 원료기술 확보애로

☞ Outsourcing 확보로 시장확대

☞ 시장규모 약 2조원 -> 경쟁치열, 적자품목

☞ 당사 설비의 65% 일반용 -> 고용량, 고압용, MLV 생산으로 전환

☞ 수익업체, 수익SPEC 중심 최소화 생산

☞ Outsourcing 강화로 시장 확보

0603 size0.15조

초고용량1.04조

-10

일반용1.95 조

0

소규모고수익시장고용량

1.04조

20%

10

고압용0.4 조

전장용0.5 조

Chip 응용부품

0.5 조

당사의 생산 가능한 설비구조와 기술력을 바탕으로 사업방향 결정

고압용,전장용,응용부품

일반품

고용량수익

성

초고용량/초소형(0603)

-5 0 성 장 성

☞ 시장은 작고 승인어려우나 수익성 높음

☞ 당사의 설비구조 전환없이 생산 가능

☞ 기술 영업팀 구성으로 전력할 품목

☞ Array, 3단자 필터, L/C필터, AC 250V 개발

제품화군 상품화군

집중 공략 대상 선정▶전략 제품군 : 고압용 / 전장용 / 고용량

삼화콘덴서공업㈜

▣ 주제품군(MLP)

2)-3 ’주제품군 매출방향

[단위:억원]

( * : 자동차용 / ** : 중계기, 파워기기, 의료기기, 사무기기 )

261211

168126

120

118

124

130

72 166199

229

2272

120

36

18

38

59

1049

-50

50

150

250

350

450

550

650

750

2005 2006 2007 2008

FPD 시장 확대 전장*/산업용** 시장 진입 응용부품 시장 진입(LC, FTC)

-4.5%

5.0% 7.0% 8.0%

473억

554억

622억

700억MLV

전장용/특화

고압

초고용량

고용량

일반용

MLV

초고용량

고용량

일반용

3.8%

15.2%

25.4%

55.2%

8.4%

5.1%

17.1%

18.0%

32.7%

18.6%

AV/DS 중심 매출(가격인하 심화)

고압용 개발(3kV) 및 승인 MLV Filter (R/L-Varistor)

Chip LC / FTC 개발TS 16949 인증 취득

Pr계 MLV개발 및 양산

삼화콘덴서공업㈜

3) 사업별 세부추진 전략

(1) MLP Chip사업 다각화

-5 (-1.0%)

17 (2.8%)

1. MLP Sales Mix 혁신(’06년 ASP@2.4→ 3.0원)- 적자 일반품 축소 및 고수익시장(반도체,

Display 시장) 매출 확대

2. 고압 신규시장 진입(’07년 4억원)- 조명, Network 등 고압 신규시장 진입

3. Chip응용제품 개발 및 사업화- 3단자 EMI(9억), Power Inductor(40억)

경상이익(억원)

12

65 (5.4배↑)

해외 매출액(억원)1. 해외매출 혁신적 확대(’06년 대비 53억↑)

- 해외판매망 확대(’06년 Agent 8 → 12개)- 해외 관공서 중심의 적극적 입찰 참여- 해외 기술영업 인력 육성(중국, 동남아)

2. 혁신적 제품 TCM 추진- 고압 2차 VE품 개발, 재료비 혁신적 절감

(2) FC Global 경쟁력 확보

삼화콘덴서공업㈜

(3) 매출성장 및 수익성 제고

(DCC, EMI)

11

15 (136.4%↑)

경상이익(억원) 1. 영업인력 강화(조직/인력 보강)- 영업 + Sourcing 조직 신설- 해외 기술영업 인력 보강

2. 고부가가치 신규시장 창출

3. 고압 SMD 개발/양산(’07년 매출 10억)

1. Hybrid 자동차용 콘덴서, LED PKG

2. 3단자 EMI, 고압 SMD, 압전 Speaker

3. CRI활동으로 원가절감 및 사무간접

TQC활동 추진

4. 인적역량 강화를 위한 인사System혁신

(4) 미래 新성장엔진 사업기반 구축/

Process 혁신 및 인적역량 강화

삼화콘덴서공업㈜

Ⅳ. 2010 VISION 실행계획

ㆍ초고압 개발/양산

(6KV 급)

신상품

FC

MLCC

20102009200820072006B/U

MLCC 64%

LEADED 20%

FC진상 16%

매출 814억

1,690억

MLCC 48%

LEADED 10%

FC진상 11%

923억1,109억

1,375억

이익율 2.5%

이익율

8.6%

신상품 31%※신상품

Chip LC/FTC

HEV/CSC/리액터

LED PKG/SOFC

ㆍMLCC 고압용

신규시장 진입

(조명기기 등)

ㆍFC 저압 해외생산

기지 이전(삼화타이)

ㆍ고압VE 100% 적용

- 한전 VE품 승인

ㆍHEV FC Hard Type개발

ㆍLED Module 출시

ㆍChip 응용제품출시(3단자 EMI Filter, 고압 SMD Type)

ㆍFTC 1005개발

ㆍMLCC 3KV급

고압용 제품 개발

ㆍHEV FC 시장진입

ㆍ전장용 LED PKG

시장출시

ㆍ저압 유럽형

Dry Type 출시

ㆍCSC, 리액터

시장진입

ㆍHEV FC W/S 제작, 공급

ㆍCSC 개발

(한전 Co-Work)

ㆍ초고압/고용량

개발

(AC250V / 107K급)

1) ’향후 매출 및 이익 구조

삼화콘덴서공업㈜

▣ 별 첨’ FC 진상용 해외시장2) 개척

삼화콘덴서공업㈜

3) ’ 그룹 비전 2010 선포

Company

LOGO

경영 설명회(IR) 자료경영경영 설명회설명회(IR) (IR) 자료자료

’07년 전략과제(개발)

▣ 하이브리드자동차용DC-Link 커패시터 개발

삼화콘덴서공업㈜

도전! 혁신! 실천!

22

HybridHybrid 자동차용자동차용 콘덴서콘덴서 개발개발 조인식조인식

도전! 혁신! 실천!

33

1. 미래형 친환경 자동차1.1 미래형 친환경 자동차

전기자동차

[EV]하이브리드자동차

[HEV]연료전지자동차

[FCEV]

Inverter Fuel cell

M/G M/GM/G TM

InverterInverter Engine

Battery

Battery Battery연료주유 수소충전전기충전

도전! 혁신! 실천!

44

1.2 전력변환시스템 사진( Toyota Lexus Rx400h )

필름커패시터 모듈전력변환시스템

도전! 혁신! 실천!

55

2. 기술 개발 목표2.1 제품개요

하이브리드, 연료전지 자동차에 적용되는 고전압·대전력 부스트용 DC/DC 컨버터에 대응할 수 있는 장수명, 고신뢰성, 고안전성, 고효율을 갖는 필름

커패시터 및 관련 핵심소재 개발

도전! 혁신! 실천!

66

2.2 제품 구조 및 외형

필름커패시터 모듈

IGBT Inductor

CFCMCSRD

Bus Bar

Motor Battery

도전! 혁신! 실천!

77

2.3 기술수준

기술내용개발 목표 선진국

최고수준

(2009년)

선진국대비

목표달성도

[%]현재수준 2009년

Capacitance [uF] 500 3000 3000 100

Voltage rating [Vdc] 600 750 750 100

Leakage current at rated voltage [mA] 1 1 1 100

Dissipation factor [%] < 1 < 1 < 1 100

ESR [mΩ] < 3 < 3 < 3 100

ESL [mH] ≒ 30 ≒ 30 ≒ 30 100

Ripple current [Arms] 100 250 250 100

Switching freq. [kHz] 3 10 10 100

Temperature range of ambient air [℃] -40 ∼ +85 -40∼+105 -40∼+105 100

도전! 혁신! 실천!

88

2.4 필름커패시터 세부사양

Main capacitor(Boost)Harmonics/transients(ripple) 제거고전압 및 고주파수, 고리플전류 특성 요구

Main capacitor(Boost)Harmonics/transients(ripple) 제거고전압 및 고주파수, 고리플전류 특성 요구

Filter capacitor(Buck)Harmonics/transients(ripple) 제거

Filter capacitor(Buck)Harmonics/transients(ripple) 제거

Surge absorption capacitorInveter switching surge를 흡수

Surge absorption capacitorInveter switching surge를 흡수

Capacitor bank Requiements

Capacitance,㎌ 3000±10%

Votage rating, VDC 750

Peak transient voltage for 50 ms 900

Leakage current at rated voltage, mA 1

Dissipation factor,% < 1

ESR, mΩ < 3

ESL, nH ≒ 30

Ripple current, Arms 250

Temperature range of ambient air, ℃ -40 to +105

Failure mode Self-healing

Life@80% rated voltage

> 7,500 hr, 20Arms,85℃

도전! 혁신! 실천!

99

2.5 핵심기술 상호 연계도

전력변환시스템용필름커패시터모듈

초박막 Base Film

Film Capacitor

Pattern Film

내산화성, 보안성Pattern 설계 및

증착 기술

고내열성초박막화

필름커패시터 소자설계 및 제작기술

Hard Epoxy

②②

Soft Epoxy

①①

에폭시 몰딩기술 및커패시터 모듈화기술

고내열성 에폭시수지

신뢰성평가기술

도전! 혁신! 실천!

1111

도전/우리가! 혁신/우리가! 실천/우리가!

하이브리드카(HEV)는 일반 엔진 자동차

나전기자동차에없는전기부품이제공되며

구동 모터, 발전기, 배터리가 추가되면서

12~42 V 전원시스템에서144~400 V의고

전압 시스템이 요구된다. 특히 전기적 에너

지가 크게 요구돼 기존에 고려하지 않았던

고전압/고전류 설계와 전력변환 시스템,

DC-DC 인버터회로에적용되는고압/대전

류용 커패시터의 개발이 요구된다. 또한 하

이브리드카는 구동 및 시동 시 전기 모터에

서 에너지를 공급하고 제동 시 에너지를 회

수하는 보조 에너지 저장장치로서 배터리,

초고용량 커패시터(Ultra capacitor), 플라

이휠(Flywheel)이 필요하다. 그림 1은 울트

라커패시터를이용한하이브리드카의구성

을보여주고있다.

커패시터의종류와특성

의도적으로 전하를 축적할 수 있도록 만

든장치를“커패시터”또는“콘덴서”라고부

르며, 전기를 저장하거나 방출하는 축전지

기능과 주파수에 따른 임피던스 특성을 가

지고 있다. 이상적인 커패시터는 용량성 리

액턴스만을 가지며 불필요한 기생 특성을

가지지 않는 소자지만 실제 커패시터는 전

극에의한저항성분, 유전체재료에의한유

전손실이 합해진 등가직렬저항(Equivalent

Series Resistance, ESR)과 전극 및 단자

길이에 의한 등가직렬인덕턴스(Equivalent

Series Inductance, ESL)의 기생성분을 가

지고있으며커패시터자체의절연저항(Rp)

으로 구성된다. 그림 2는 실제 커패시터의

등가회로를 나타낸 것이다. 임피던스 특성

은식 1로나타나며ESR, ESL, 커패시턴스

의합으로이루어진다.

주파수에 따른 임피던스 성질을 이용한

70 AUTOMOTIVE Electronics Magazine

하이브리드카에는구동과시동시전기모터에서에너지를공급하고, 제동시에너지를회수하는보조에너

지저장장치로써배터리, 초고용량커패시터, 플라이휠이필요하다. 하이브리드카에서에너지보조장치로사

용되는울트라커패시터와전력변환시스템의인버터회로에적용되는커패시터에대해살펴본다.

글 | 윤중락박사 (yoonjungrag@samwha.com)연구소장삼화콘덴서공업(주)

Cover Story

Part. 4 기술 강좌

하이브리드카커패시터

세대교체론

= Rs2 + Xs2 [식1]

1ωCZs=Rs+j(ωLs- )=Rs +jXs｜Zs｜

커패시터로는유전율은작지만손실이매우

적은온도보상계세라믹커패시터및필름커

패시터, 유전율의 온도변화는 크지만 고유

전율특성을이용한고유전율계세라믹커패

시터, 유전손실및누설전류는어느정도크

지만 매우 얇은 유전체를 형성하여 대용량

을실현할수있는전해커패시터등이있다.

표1에전해커패시터, 필름커패시터, 세라믹

커패시터의특징을나타냈다. 그림3은유전

체의 유전율에 의한 축적 현상을 이용한 커

패시턴스와 계면 현상 및 유사용량을 이용

하는커패시터를나타낸다.

그림 4는 에너지 축적 소자로 사용되는

커패시터의특성을나타내기위하여에너지

밀도 측면에서 초고용량 커패시터의 적용

영역을나타낸그림이다. 그림을보면저에

너지밀도의커패시터군이저출력밀도의배

터리 단점을 보완하면 순간적인 고출력 충

방전이 가능한 이상적인 에너지 특성을 나

타낼수있음을보여주고있다. 초고용량커

패시터는 중량 당 에너지가 배터리의 1/10

이하이나 중량 당 출력 특성은 10배 이상으

로 급속 충방전 특성이 우수하고 내구성이

우수하므로고출력을위주로하는연료전지

하이브리드차량또는상용(버스또는트럭)

차량의 에너지원으로 많이 적용되고 있다.

토요타자동차의 경우 Prius, Estima

Hybrid, Camry HEV 등의모델에적용하고

있다. 사용되는 초고용량 커패시터는 공칭

용량68 F, 정격전압2.1 V, 무게당에너지

밀도 2.3 Wh/Kg, 출력 밀도 3.8 kW/kg으

로서직경18 mm, 길이50 mm의원통형이

며무게는18 g, 1 셀은7직렬×3병렬회로로

설계된것이적용되고있다. 최근개발판매

되는“Camry”모델의경우, 전에는21개셀

을이용하여초고용량커패시터유닛을구성

했지만최근에는12개셀을적용하고있다.

하이브리드카에 적용되는 초고용량 커패

시터의 요구조건으로는 소형, 경량이면서

온도 발열이 적고 장수명이 요구된다. 또한

2008 AUG·SEP 71

【그림 1】하이브리드카전기계통도

M

Engine

Battery

Ultra Capacitor

DC/ACConverter

MotoringRegenerative Braking

Inverter

【그림 2】실제커패시터의등가회로

ESL(Ls) ESR(Rs)

Effective Capacitance(C)

Parallel Resistance(Rp)

【표 1】커패시터종류별특징

세라믹커패시터 필름커패시터 전해커패시터커패시턴스

10 pF~1 μF 10 pF~47 μF 10 pF~1000 μF(정격 전압: 250 V 기준)정격 전압 0~50 kV 0~30 kV 0~630 V

극성 No No Yes손실(%), 1 KHz 기준 0.15~2.5 2~10 0.05~1.5

절연 저항 High High Medium등가직렬 인덕턴스 (ESL) Low High Very High

등가직렬저항 (ESR) Very Low Average High크기, 체적 Small Large Medium

정전용량 vs. 직류 전압Changes Stable Stable(전압 의존성)

정전용량 vs. 주파수Stable Stable Not stable(주파수 특성)

【그림 3】유전체축적현상과계면현상을이용한커패시터구분

커패시터

계면현상/유사용량

전해커패시터

전기이중층커패시터

유전체의 축적현상

필름커패시터

마이카 커패시터

세라믹커패시터

하이브리드카에 초고용량 커패시터를 적용

하는경우에300 V 정도의고전압이요구되

므로직렬연결시셀간의불균일에따라충

방전 시 발생하는 전압 차이로 인해 충방전

이 누적되거나 고장 셀이 발생하여 심각한

위험이발생하기도한다.

이를해결하고자전압을높이기위한팩설

계시필수적으로전압평형알고리즘에대한

연구와더불어BMS(Battery Management

System), 운전 전략, SOC 검출 기술 등이

개발되고있다. 그림5(a)는초고용량커패시터

의구조로서다공성전극, 격리막, 전해질, 전

극으로이루어져있다. 두개의평판전극으로

이루어진전기이중층커패시터의원리는전극

/전해질 계면 부근의 전기이중층에서의 정전

기적인력에의한전하분리에의해발현되는

전기이중층 커패시턴스(electrochemical

double layer capacitance) 및전극/전해질

계면에서의 가역적인 패러데이(Faradaic)

산화/환원 반응에 의한 의사 커패시턴스

(pseudo capacitance)를 이용하여 전하를

저장하는 것이다. 그림 5(b)는 개개의 초고

용량 커패시터를 모듈화하는 과정과 최종

제품사진을보여주고있다.

초고용량 커패시터는 전기이중층 커패시

턴스에의해구현되는전기이중층커패시터

EDLC(electrochemical double layer

capacitor), 의사 커패시턴스에 의한 의사

커패시터(pseudo capacitor), 비대칭 전극

을 적용한 하이브리드 커패시터(hybrid

capacitor) 등으로 분류할 수 있다. 일반적

으로EDLC는수용액전해질내에서10~40

F/cm2의값을나타내며비표면적이매우큰

전극활물질을 사용하여 높은 축전 용량을

구현하게된다. 그러나EDLC의전극활물질

로 널리 쓰이는 활성 카본은 미세기공들의

전해질과의 불완전한 접촉으로 인해 가용

표면적중약90 %에이르는부분이실제커

패시턴스에 기여할 수 없게 되어 이론치의

약10 % 정도의축전용량을나타낸다.

한편, 의사 커패시터는 전기이중층 커패

시턴스뿐만아니라전극/전해질계면에서의

금속산화물에 의한 산화/환원 반응에 따른

커패시턴스 특성도 함께 이용하므로 EDLC

보다약10~100배정도우수한축전용량을

나타내게된다.

72 AUTOMOTIVE Electronics Magazine

【그림4】커패시터의단위중량당에너지및출력밀도

Specific Power [W

/kg]

Specific Energy [WH/kg]

Capacitor

·전해·필름·세라믹

Ultra Capacitor

·EDLC·Pseudo capacitor·Hybrid Capacitor

Battery· Ni-MH· Li-ion· Li-PB

0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 50 100 500 1000

107

106

105

104

103

102

101

【그림 5】EDLC 구조및모듈

Charger

CollectorPolarizing electrodes Collector

Electrolyte

Electric double layers

(a)

(b)

Separator

Cover Story

2008 AUG·SEP 73

하이브리드커패시터는양극과음극에서

로 다른 비대칭 전극을 사용함으로써 한쪽

극은 고용량 특성의 전극 재료를 사용하고,

반대 극은 고출력 특성 전극 재료를 사용하

여용량특성을개선한것이다.

일반적으로초고용량커패시터의작동전

압은전해질에따라결정되지만하이브리드

커패시터에서는양극의내전압이작동전압

이 되기 때문에 고전압화가 가능한 장점이

있다. 표 2에 초고용량 커패시터의 분류와

특성을나타냈으며초고용량커패시터가가

져야 할 주요 항목으로는 1)소형, 경량화 2)

간단한 장착 및 유지보수 불필요 3)급속 충

방전 특성 4)높은 에너지 효율 5)넓은 작동

온도및반영구적수명6)환경친화적인전극

재료사용등을들수있다.

하이브리드카DC-DC 인버터에적용

그림 6은 하이브리드 전기자동차용 전력

변환 시스템의 회로도를 나타낸 것이다. 배

터리와 모터, 발전기 사이에서 전력을 제어

하기위해스위칭소자, 발전기용인버터, 모

터용인버터, 인덕터및커패시터등의부품

으로구성돼있는것을확인할수있다. 하이

브리드카용인버터의용량은50~150 kW이

고커패시터는DC 링크용, LC 필터용, 서지

흡수용으로구분할수있다.

DC 링크(평활용)용커패시터는저압의배

터리 전압을 전압 부스터를 이용하여 고압

의시스템전압으로상승시킨후, 이전압을

유지시켜 인버터에 공급하기 위한 용도로

사용되며 커패시터 용량은 0.3~1 mF이 요

구된다. LC 필터용 커패시터는 IGBT와 같

은 반도체로 전력을 변환 시 펄스형의 리플

전류가발생하게되는데, 이리플전류가배

터리로 침입할 수 없도록 배터리와 병렬로

접속하여사용하며 1~10 uF의용량이필요

하다. 서지 흡수용 커패시터는 스너버 회로

에서 IGBT의스위칭동작이나배선의인덕

턴스에의한서지전압이발생할경우, 서지

전압을 흡수하고 스위칭 소자를 보호할 목

적으로 사용된다. 특히 일차 측의 스너버용

커패시터에는 고주파의 큰 스위칭 전류가

흐르기때문에자기발열이적은커패시터가

요구되며 발열량이 많은 부품 근처에 사용

【표2】초고용량커패시터의분류및특성

특성 분류 EDLC Pseudo capacitor Hybrid capacitor

활성 탄소분말 탄소전극 재료 활성 탄소섬유 금속산화물 전도성고분자 금속산화물

카본 에어로젤 전도성 고분자

전해질 수용성 비수용성 수용성 수용성/비수용성 수용성 비수용성

작동전압 (V) 1 3(4) 1~2 1~3 2 4

비에너지 (Wh/kg) 1~3 2~10(75) 0.8~2 3~10 2~7 8~20

비출력 (kW/kg) 0.8~5 0.5~3 0.5~4 4 0.8~5 0.5~5

비표면적 (m2/g) 1500~3000(600 이하) 90~150 NA NA

비정전용량 (F/g) 100~300 40~120 300~720 400~500 100~200 40~80

전기이중층메커니즘 전기이중층(전하 흡착) Redox 반응 Redox 반응

Intercalation

상대 비용 medium~highmedium low medium~high

~very high

【그림 6】하이브리드전기자동차용전력변환시스템의개략적인회로도

Power Control Unit

30kW

GeneratorInverter

for generator

Discharge path

Charge path 20kW

Inductor

Battery

Inverterfor

motor

50kW ① DC link 커패시터: 충전 후 유지② LC Filter용 커패시터: 노이즈 제거③ Surge 흡수 커패시터: 반도체 보호

Motor

20kWBoost Converter

(a) 회로도

(b) 전력변환기 및 커패시터 적용 예

될 경우가 많기 때문에 고온 영역에서도 사

용할 수 있는 커패시터가 적용된다. 커패시

터용량은0.1~1 uF이필요하다.

일반적으로가전제품및산업용인버터회

로에 사용되는 DC 링크용 커패시터는 소형

이면서 대용량이 가능한 알루미늄 전해커패

시터가사용되고있는반면, 하이브리드카의

경우고조파전류내량, 자기발열, 저손실, 고

온환경적합성등의요구에따라현재는고압

용필름커패시터의사용이주류를이루고있

다. 최근에는하이브리드카에요구되는커패

시터특성을만족하면서도DC-DC 인버터를

소형화, 경량화를할수있는고압, 대전류용

적층 칩 커패시터(Multi Layer Ceramic

Capacitor, MLCC)를개발중에있다.

표3은하이브리드카에서DC 링크용커패

시터로적용하기위해개발중인적층칩세라

믹(Mutilayer Ceramic), 전해(Electrolytic),

필름(Polymer film) 커패시터의 특징을 신

뢰성, 크기, 경제성측면에서검토한내용이

다. 표 4는 현재 DC 링크 커패시터의 개발

수준과 향후 요구되는 전기적 특성을 정리

한것이다.

그림 7에 DC-DC 인버터용 뿐만 아니라

일반적으로하이브리드카전장용회로에적

용되는 커패시터의 응용 예를 들었으며,

DC-DC 인버터회로와사용환경, 전력의크

기만 다를 뿐 용도는 동일함을 보여주고 있

다. (a)는 리플 전류를 최소화하기 위한 입/

출력단smoothing용커패시터, (b)는LC 필

터로서 노이즈 제거용, (c)는 by-pass 또는

backup용으로사용된다.

그림 8은 하이브리드카의 전자회로에 많

이적용되는알루미늄전해커패시터의대표

적인 구조이다. 전해커패시터는 양극 알루

미늄 화성박/세퍼레이터/음극 알루미늄을

권취한 후, 전해액을 함침한 소자로써 양극

박/음극박으로부터 단자를 인출한 후 봉입

한제품이다. 커패시터개발시주요기술은

(1)알루미늄박 에칭 기술개발, (2)유전체 피

막 개발, (3)세퍼레이터 개발, (4)전해액 개

발등으로구분할수있다. 하이브리드전기

자동차초기모델에서는DC-링크커패시터

로서 400 V급의 전해커패시터를 프리어스

에 적용했으나 최근에는 내열성 및 고전류

리플 전류에 의한 발열문제로 사용하지 않

고 있다. 그러나 전장 회로에서는 그림 7과

같은용도로많이적용되고있다. 자동차전

74 AUTOMOTIVE Electronics Magazine

【표3】DC 링크용커패시터의종류별특징

● Reliability- Multilayer Ceramic (temperature);- Polymer film multilayer (soft breakdown behavior)- Electrolytics

● Size - Ceramic capacitors- Polymer film- Electrolytic

● Cost - Polymer film (3X less than ceramic)- Multilayer ceramic

【표 4】DC 링크커패시터의현재수준및향후요구

특성 현재(2008) 2010년 예상

정전용량 500 μF +/-10% 2000 μF +/-10%정격전압 600 VDC 600 VDC과도전압 600 V Peak 50 ms 700 V Peak for 50 ms누설전류 1 mA at 정격전압손실계수

(dissipation factor; DF) ＜ 2% ＜ 1%

ESR, ESL ＜ 3 milliohms ＜ 3 milliohms, ＜ 20 nH리플 전류 80 Amps RMS 250 Amps RMS

온도 -40 ℃~+85 ℃ -40 ℃~+140 ℃수명 ＞ 5,000 hr, +85 ℃ ＞ 10,000 hr, +85 ℃

【그림 7】커패시터의주요용도

【그림 8】알루미늄전해커패시터의대표적인구조도

Sealing rubber/Conductive polymer Type

Anode terminal

Cathode Aluminum foil

Separator sheet

Anode Aluminum foilAluminum case/

Conductive polymer Type

Cathode terminal

Dielectric oxidizationleather film

Electrolyte impregnating separator sheet

Section diagram of the element

Enlarged section diagramof the element

Anode aluminum foil

Cathode Aluminum foil

Separator sheet

Cover Story

2008 AUG·SEP 75

장회로에사용되는알루미늄전해커패시터

의특성으로는소형, 고기능화, 주변사용온

도에 대한 수명 안정성, 내진동성, 저 ESR

및임피던스화가요구된다. 전해커패시터에

서 ESR은 양극박 산화 피막에 의한 손실,

전해액과 세퍼레이터의 계면저항으로 이루

어진다. 저주파 영역에서는 산화 피막에 의

한 손실이 크고 고주파 영역에서는 전해액

과 세페레이터 계면의 저항에 의한 영향이

크게 나타난다. 최근에는 전해커패시터의

단점을 보완하기 위해, 하이브리드카에 적

용되는DC-링크커패시터를알루미늄유전

체 피막과 전해액에 중점을 두고 개발하고

있다. 기존의 유전체 피막의 내전압 한계는

600 ~700 V(정격전압 환산으로 450~550

V)이었으나, 최근에하이브리드카용도를목

표로800~1,000 V급의고전압유전체피막

을제조하는데성공했다. 제조방법으로는붕

산 암모니아 용액 중에 에칭된 박을 침적하

여 전압을 가하는 양극 산화반응에 의해 유

전체 피막을 형성하고 있다. 또한 하이브리

드카용커패시터에서는고온특성이우수한

내열성 유전체 피막을 적용하고자“비정질

피막”개발에집중하고있다. 일반용도의알

루미늄 전해커패시터에서는 박막이면서도

내전압이 높은“결정성 피막”을 적용했으나

결정화가진행된부분에서는피막중에결함

이발생하기쉽고고온에서는누설전류가큰

단점을가지고있어서고온신뢰성이저하된

다. 반면“비정질피막”은결정성피막에비

해동일한내전압에서유전체피막이두꺼워

정전용량은적지만피막중의결함부가적어

고온에서도가혹한충방전·과도한리플전

류등의전기스트레스를가해도견딘다.

그림 9 (a)는하이브리드카용필름커패시

터의구조를나타낸것이다. 금속증착필름

을 권선하여 소자를 형성한 후 외부에 금속

을증착한소자를Bus bar로연결하여에폭

시로몰딩한커패시터이다. 그림 9 (b)는초

박막내열성베이스필름(폴리프로필렌필름

등의 플라스틱 필름)에 250~1000 Å의 금

속을증착시킨자기회복성(Self healing) 필

름으로 유전체의 한쪽 끝에 T-segment를

준구조와 segment를주지않은구조를보

여주고 있다. 필름의 segment 종류와 마진

에의해전극간절연파괴전압을개선할수

있으며하이브리드카용커패시터와같은대

전류용 커패시터 제작 시 금속 증착 과정에

서 Termination 할 모서리 부분에 금속 증

착의두께를증가시켜ESR을줄일수있다.

또한 보안성 향상을 위해 패턴을 가진 자기

회복성 필름을 사용함으로써 국부 결함에

의한 단일 사고가 커패시터 전체로 확산되

는것을막을수있다. 커패시터설계에있어

서는소형, 경량화, 저인덕턴스화를위해유

전체 고전위 경도를 가지는 유전체 필름을

적용하고 원형 구조의 소자를 사각 구조의

소자로 만들어 체적을 줄이려는 노력이 진

【그림9】하이브리드카용필름커패시터의구조및증착필름전극구조

소자

Bus Bar

조립품 최종품

(a) 필름커패시터 소자 및 완성품

(b) 증착 필름의 전극 구조

T-Segment Patterned Electrode No-Segment

1. Smooth cut 5. Free margin2. Wavy cut 6. Segment spacing3. Free stripe 7. Protection fuse4. Partial capacitor 8. Heavy edge electrode & CSP met. w/w. o. structure

행되고있다. 소자의구조와배열을통해소

자간을연결하는Bus bar의길이를최소화

하여 2500~3000 μF의 대용량 커패시터에

서기존80 nH에서 20 nH 이하의ESL 및

저 ESR을 구현했다. 이와 같은 개발 개념

적용을 통하여 고조파 리플 전류에 의한 자

기발열을최소화하기위한노력이진행되고

있다. 표 4는필름커패시터를하이브리드카

에 적용할 경우에 장점이다. 전기적 특성으

로는 고조파 리플 전류에 대한 안정성이 크

고 기계적으로는 유지보수가 필요 없으며

안전 측면에서는 발화에 대한 위험이 적은

것이특징이다.

그림10은삼화콘덴서가제작한하이브리

드카용 커패시터(정격용량: 500 μF, 정격전

압: 600 V)의주파수에따른전기적특성을

나타낸것으로임피던스, 용량변화율, 유전

체손실및ESR이우수함을보여주고있다.

특히 유전손실(tanδ)은 규격에 비해 현저히

낮으며 주파수에 따른 임피던스 및 리플 전

류에의한발열량을최소화할수있는전기

적특성이나타남을보여주고있다.

그림11은세라믹을이용한MLCC의구조

로BaTiO3계유전체원료, 내부전극및외

부 전극으로 구성돼 있으며 유전체와 여러

장 적층하여 만든 구조이다. MLCC의 용량

[C]은식 2에의해유전율과적층수N에의

해결정된다. 하이브리드카용으로적용되는

커패시터는 유전율이 1,500~2,500이고

X7R, X8R 온도특성을가지면서전압에따

른 용량 변화율이 적은 유전체를 사용하고

적층수를 많이 하여 소형이면서도 고압, 고

용량을얻을수있는장점이있다.

8.854×10-12·εs·(a×b)·N [식2]

εs : 유전체의유전율

N: 유전체의적층수

a×b: 전극의유효면적

t: 유전체의두께

그림12는최근하이브리드카의커패시터

모듈에 적용되는 MLCC(정격용량: 25 μF,

정격전압: 600 V)의 주파수에 따른 임피던

스특성을나타낸것이다. 주파수에따른임

피던스특성이우수함을확인할수있다. 커

패시터에서임피던스특성은주파수에의한

유전체손실, 도체의손실, 인덕턴스성분이

76 AUTOMOTIVE Electronics Magazine

【표4】하이브리드카에서필름커패시터의장점

Electrical

Long service life Low self-inductanceHigh current handlingHigh peak current

High reversal voltage

Mechanical

Reduced volume andweight

No mounting positionVarious fixing stylesMaintenance-free

Safety

Dry technology(oil-and electrolyte-free)

Self-healing (SH)Non-flammableEnvironment

PCB-free productSimple disposal

【그림 10】필름커패시터의주파수에따른전기적특성

DC-Link Capacitor Impedance vs. Frequency

10.000

1.000

0.100

0.010

0.001

Impe

danc

e (Ω

)

Frequency (kHz)0.1 1 10 100

DC-Link Capacitor Capacitance change vs. Frequency

15

10

5

0

-5

Cap

acita

nce

chan

ge (%)

Frequency (kHz)0.1 1 10

DC-Link Capacitor tanδvs. Frequency15

10

5

0

tanδ

(%)

Frequency (kHz)

0.1 1 10

DC-Link Capacitor tanδvs. Frequency1,000

100

10

1

ESR (mΩ)

Frequency (kHz)

0.1 1 10 100

【그림 11】적층칩커패시터(MLCC)의구조

Voltage Rating is determined by the

Dielectric Thickness

Dielectric Thickness Active Area

Ceramic Layer Inner Electrode

Ni 내부 전극

Base Termination Nickel Plating Tin Plating

Cover Story

Ceramic

tC=

2008 AUG·SEP 77

포함된것으로이상적인커패시터에서는주

파수가 증가할수록 낮아진다. 임피던스 특

성곡선을보면, MLCC가ESL이적어높은

주파수대역에서공진주파수가나타나고고

주파 영역에서 ESR이 작아 주파수에 따른

임피던스가 작음을 볼 수 있다. 발열현상은

임피던스와주파수특성곡선으로부터유추

할수있다. 저주파에서임피던스가높아정

격전압이하의교류전압에서는커패시터로

흐르는 전류가 적기 때문에 ESR에 의한 온

도상승은무시할수있으나고주파에서는임

피던스가적어서대전류가흐르게되어커패

시터의손실에의한발열이커지므로고주파

영역에서의임피던스특성이중요하다.

그림 13은 리플 전류에 따른 커패시터의

발열특성을나타낸것이다. DC 링크용커패

시터의경우충·방전되는리플전류에의한

주울 열로 커패시터 자체의 발열이 커지는

문제가발생한다. 특히하이브리드카의경우

커패시터에대전류가흐르며커패시터손실

성분(재료의 손실+ESR)에 기인하는 전력소

비가크게되어자기발열이발생하므로커패

시터의신뢰성에악영향을미친다. 이상적인

커패시터는 커패시턴스 성분만으로 이루어

져있지만, 실제커패시터는전극이저항성

분을가지고있고유전체에도손실이있으며

인덕턴스 성분도 있다는 점을 앞서 설명한

바 있다. 또한 실제적인 커패시터의 등가회

로도앞서언급했으며커패시터에교류전류

I가흐르면, 커패시터의ESR에의해식3에

서 전력소비 Pe가 생겨 커패시터가 발열한

다. MLCC의 경우 금속을 전극으로 사용함

으로 ESR과 세라믹 재료 및 금속의 열전달

특성이우수하여리플전류에대한자기발열

이작음을보여주고있다.

MLCC를 하이브리드카에 적용할 경우에

많은 장점에도 불구하고 경제성 측면에서

단점을 가지고 있으나, MLCC 공정상 대량

양산 시 경제성 측면에서는 기존의 필름커

패시터보다 저가격으로 양산할 수 있어 향

후하이브리드카용인버터에사용이증가할

것으로예상된다.

Pe=I2 ×ESR=Qh [식3]

여기서Pe: 실효전력(소비전력)[W]

I: 커패시터에흐르는전류[Arms]

Qh: 단위시간당발열량[J/s]

결론

하이브리드카에 대한 수요 증가와 함께

신뢰성이요구되는전장부품의중요성도날

로 더해질 것이다. 특히 향후 보조전원으로

서하이브리드초고용량커패시터의수요가

급격히증가할 것으로예상된다. 또한 DC-

DC 인버터용 회로에 적용되는커패시터경

우에도 각각의 커패시터 특성에 따라 전해,

필름, MLCC의 사용이 증가할 것이고 대전

류, 고전압에서 발열 특성이 우수한 커패시

터의개발이가속화될것이다.

하이브리드카에서 공간제약과 경제성을

고려한 전장 회로의 설계가 중요한 이슈로

부각되고 있다. 향후 커패시터의 선정에 있

어서도 신뢰성, 체적 측면뿐 아니라 경제성

에 대한 중요성이 크게 부각될 것으로 예상

된다. 현재 주로 필름커패시터가 사용되고

있지만 향후 신뢰성과 체적 측면에서 개선

된전해커패시터와MLCC의적용이증가하

게될 것이다.

【그림 12】MLCC의주파수에따른임피던스특성

1.0E+02

1.0E+01

1.0E+00

1.0E-01

1.0E-02

1.0E-03

1.0E-04｜Z｜

[Ω]

f [kHz]

Aluminum electrolyticcapacitorRated voltage : DC600VCapacitance : 180μF

MLCC for Power electronicsRated voltage : DC630VCapacitance : 25μF

Film capacitorRated voltage : DC600VCapacitance : 25μF

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0

【그림 13】MLCC의리플전류에따른자기발열

40.0

30.0

20.0

10.0

0.0

Self ge

nerated

temp

(℃)

Ripple current: (A rms)

Aluminum electrolyticcapacitorRated voltage : DC600VCapacitance : 180μF

MLCC forPower electronicsRated voltage : DC630VCapacitance : 25μF

Film capacitorRated voltage : DC600VCapacitance : 25μF

0 10 20 30 40 50

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ir_invest02.pdf▣ 하이브리드자동차용 DC-Link 커패시터 개발1. 미래형 친환경 자동차

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