先進部品の採用により、進化する自動車設計の要求に対応

車載用アプリケーションは、電子サブシステムの高性能、高信頼性、安全性に対する基本的な要件から、多様なコネクティビティオプションに対する需要の高まりに至るまで、複雑な要件に直面しています。これらの要件を満たすことは、過酷な自動車環境、より小型なサブシステムの必要性、高電圧電気自動車（EV）やハイブリッド車への移行により、困難な課題となっています。

開発者はAEC-Q200規格を満たすかそれを超える性能、信頼性、安全性、コネクティビティに関する課題に対応できる、幅広いコンデンサ、回路保護デバイス、無線周波数（RF）アンテナを必要としています。これらの課題を克服するために、自動車システムの設計者は、AEC-Q200（Automotive Electronic Council Qualifications 200）認定のコンデンサ、回路保護デバイス、および準拠のRFアンテナに精通した企業に頼ることができます。そうすることで時間を節約し、設計成功率を高めることができます。

この記事では、新たな車載用アプリケーションにおける主要なトレンドと設計課題について簡単に説明します。そして、Kyocera AVXのソリューションを紹介し、これらの課題に対処する方法について説明します。

自動車のトレンドによる設計要件の再定義

より多くの機能と性能に対する需要の高まりにより、自動車に搭載されるエレクトロニクス機器の量は劇的に増加しています。先進運転支援システム（ADAS）などの消費者向けのサブシステムに加え、組み込み電子サブシステムは、従来型自動車とEVの両方において、安全性、効率性、快適性の向上に貢献しています。特にEVでは、電子サブシステムが、高電圧パワートレインとバッテリ管理システムにおける電力と効率を確保する上で中心的な役割を果たしています。

業界の動向は、従来型自動車およびEV車載用電子サブシステムの開発者に、最高レベルの性能、信頼性、安全性を維持しながら、より小型でコスト効率の高い設計を提供することが求められています。Kyocera AVXのAEC-Q200準拠部品は、これらの新しいトレンドをサポートするために必要な多様な電子システムの要件を満たしています。

コンデンサは自動車の基本設計要件をサポート

Kyocera AVXのコンデンサは、車載用電子サブシステムに求められる性能、信頼性、安全性の基本要件を満たしています。多様な技術で製造されたこれらのコンデンサは、定格特性、機能、パッケージング、および実装タイプ（表面実装技術（SMT）およびラジアルリードタイプを含む）の最適な組み合わせを設計者に提供します。

設計者は、高信頼性、高容量、低等価直列抵抗（ESR）を必要とし、最小限の実装面積を実現するアプリケーションにおいて、Kyocera AVXのAEC-Q200認定車載用SMT MLCCを含む積層セラミックチップコンデンサ（MLCC）を選択することが多くなっています。たとえば、KAS21BR72A222JMは、定格2200ピコファラッド（pF）、100ボルトの定格を持つMLCCで、標準的な0805 SMTパッケージ（2.01×1.25ミリメートル（mm））を採用しています。

以前、車載設計に使用されていた従来のMLCCは、機械的ストレスや、デバイスとプリント回路基板（プリント基板）の熱膨張係数の不一致が原因で故障することが多くなっていました。Kyocera AVXは、革新的なFLEXITERM技術を採用することで、この問題に対処しています。FLEXITERMは、導電性ポリマー層を組み込みこむで、基板のたわみ、振動、熱膨張時でも、コンデンサ電極と端子間の電気的接続を維持します。この層は、コンデンサのESRを増加させることなく、一般的な故障の原因を軽減します。

安全性が重要なアプリケーションでの故障をさらに防止するため、Kyocera AVXのMLCCの一部（KAS21BR72A222JMなど）は、FLEXITERM技術とFLEXISAFE技術を組み合わせています。Kyocera AVXのFLEXISAFE MLCC（図1）は、内部カスケード電極設計を採用し、単一のMLCCパッケージ内に2つのコンデンサを直列接続しています。

図1: Kyocera AVXのFLEXITERM MLCC技術は、電極と端子間に導電性ポリマー層を組み込むことで、機械的ストレスや熱的不整合にもかかわらず、デバイスと基板間の電気的接続を維持します。（画像提供：Kyocera AVX）

このカスケード構造により、FLEXISAFE MLCCの内部直列コンデンサの1つが短絡した場合でも、これらのデバイスは定格容量を維持します。

自動車設計における安定した性能の確保

高い信頼性に加え、多くの車載用サブシステムは、温度、電圧、経年変化による静電容量の変化を最小限に抑えた、高い安定性と低損失を実現することが求められます。このような設計には、Kyocera AVXのAEC-Q200認定C0G（NP0） 誘電体コンデンサ、たとえば08051A102J4T2A1000pF SMT MLCCやAR215A102J4R 1000pFラジアルリード型MLCCが適しています。

最も安定した誘電体の1つを採用したKyocera AVX C0G（NP0）誘電体コンデンサは、厳しい許容差と優れた安定特性を備えており、以下の特徴を有しています。

• 容量変動またはヒステリシスは極めて小さい：フィルムコンデンサの最大±2%に対し、±0.05%未満
• 経年変化の影響が最小限：C0G（NP0）の一般的な静電容量変化は±0.1% 未満で、他のほとんどの誘電体の5分の1（図2、左）
• 温度による静電容量変化が最小：1°Cあたり0 ±30ppm、これらのデバイスの定格温度範囲（-55°C～+125°C）において±0.3%°C未満（図2、右）

図2：AEC-Q200認定のC0G（NP0）誘電体コンデンサは、経年変化（左）および動作温度範囲（右）において安定した動作を維持します。（画像提供：Kyocera AVX）

厳しい自動車要件への対応

EVおよびハイブリッド車の登場により、これらの車両の高電圧環境に耐えるコンデンサの需要が高まっています。Kyocera AVXは、定格電圧3,000Vの1,000pFラジアルリード型コンデンサ AR30HC102K4Rなどの、AEC-Q200認定のセラミックコンデンサSkyCap ARシリーズでこのニーズに対応しています。

車載用サブシステムにおけるセンサの普及に伴い、エンジンルーム内、駆動系、ブレーキシステムなどの高温環境下で信頼性高く動作するコンデンサが求められています。X8R誘電体を採用したSkyCap ARファミリは、-55°C～+150°Cの動作温度範囲に対応し、AR205F334K4Rでは最大0.33マイクロファラッド（µF）の広範な静電容量範囲を提供します。

さらに高い温度での動作に対応するため、Kyocera AVXのTHJシリーズタンタルコンデンサは、動作温度範囲-55°C～+175°Cのデバイスで、静電容量はTHJA104K035RJNの0.1µFからTHJE227K010RJNの220µFまで対応しています。前者は標準的な1206（3.2mm × 1.6mm）SMTパッケージで製造されており、後者は標準的な2917（7.3mm × 4.3mm）SMTパッケージで製造されています。

自動車では、より小型なソリューションの重要性が増しています。Kyocera AVXの集積受動部品（IPC）AEC-Q200認定W2Aシリーズ コンデンサアレイは、0508（1.3mm×2.1mm）の単一パッケージに2個または4個のコンデンサを搭載しています。W3A43C104K4Z2Aは、IPC AEC-Q200認定のW3Aシリーズコンデンサアレイの1製品であり、0612（1.6mm×3.2mm）単一パッケージに4個の0.1μFコンデンサを集積したFLEXITERMセラミックIPCコンデンサアレイです。これらの機能の組み合わせにより、機械的および熱的ストレスに耐える小型なソリューションを提供し、ディスクリートコンデンサを使用した設計と比較して基板スペースを大幅に節約できます（図3）。

図3：0612パッケージで製造されたW3A 4素子コンデンサアレイ（W3A43C104K4Z2Aなど）は、機械的および熱的ストレスに耐えながら、基板スペースを大幅に節約できます。（画像提供：Kyocera AVX）

Kyocera AVXのAEC-Q200認定コンデンサの幅広いラインアップは、ますます多様化する要件に対応していますが、より高度な高電圧の電気自動車アーキテクチャでは、堅牢な回路保護の要件が追加されています。

過酷な車載環境における敏感な電子機器の保護

Kyocera AVXのAEC-Q200認定のTransGuard多層バリスタは、敏感な車載電子機器を保護するための双方向の過電圧保護を備え、堅牢な保護を実現するように設計されています。また、信号の歪みを軽減し、規制要件を満たすための電磁妨害（EMI）とRF妨害（RFI）の低減機能も備えています。双方向の過電圧保護を提供する際、これらの部品は連続ツェナーダイオードと同様の機能を果たしますが、応答時間は1ナノ秒（ns）未満であり（図4)、過電圧イベントに迅速に対応できます。

図4：TransGuardバリスタは、連続ツェナーダイオードと同様の機能を持っていますが、ターンオン時間が大幅に短く、過電圧イベントに迅速に対応します。（画像提供：Kyocera AVX）

TransGuardファミリ製品は、高信頼性、大電流処理能力、高エネルギー吸収能力に関する幅広い性能要件を満たしています。センサシステム保護などの多くの低エネルギーアプリケーションには、直流5.6ボルト（VDC）の動作電圧、18ボルトのクランプ電圧、および-55°C～+125°Cの動作温度範囲で20アンペア（A）のサージ電流に対応するVCAS040205X150WPが効果的なソリューションを提供します。エンジンルーム内やその他の場所での高エネルギー、高温アプリケーションでは、VGAH322026Z570DPが、+55°C～+150°Cの動作範囲で1.8キロアンペア（kA）のサージ電流と13ジュール（J）のエネルギー定格を満たすことで要件に対応します。TransGuard FLEXITERMシリーズは、機械的ストレスや熱不整合に対する堅牢な保護機能を備え、同様の広範な保護特性を備えたデバイスを提供します。

Kyocera AVXのAEC-Q200認定の負温度係数（NTC）サーミスタファミリは、温度変化に敏感なアプリケーションや高温の場所で車載回路を保護する開発者を支援するため、以下のような複数のシリーズを通じて幅広い性能と製造要件に対応しています。

• NBシリーズ、鉛フリーはんだ付け対応のSMTサーミスタ
• NCシリーズ、ハイブリッドアセンブリ対応のSMTサーミスタ
• ND03シリーズおよびNJ28シリーズ、リード付きサーミスタ

高精度の温度検出には、NJ28PA0203Fリード付きサーミスタなどの製品が、必要な厳しい許容差と温度に対する急峻な抵抗変化を実現します。温度制御や補償アプリケーションには、NC20R00105JBAなどの部品が、広い温度範囲で必要な安定した検出性能を提供します。

コネクテッドカーの実現

Kyocera AVXのAシリーズRFアンテナは、車両間および車両内でのワイヤレス接続がますます重要になる中、複数の接続技術と帯域幅に対する新たな要件に対応しています（図5）。

図5：AシリーズRFアンテナは、複数の車載サブシステムにまたがる多様な接続オプションに対する需要の高まりに対応する標準的なソリューションを提供します。（画像提供：Kyocera AVX）

容易な実装と迅速な市場投入を目的として設計されたこれらのアンテナは、パーソナル通信、データネットワーキング、安全システム、ナビゲーションなど、以下のデバイスを含む主要な接続技術をサポートしています。

• AP822601ブロードバンドアンテナは、セルラー、Wi-Fi、産業、科学、医療（ISM）用接続に対応
• A9002137グローバルナビゲーション衛星システム（GNSS）アンテナは、個人用および商用ナビゲーションで最も一般的に使用されている周波数に対応
• A9001978アンテナは、デュアルバンドWi-Fi、Bluetooth、または超広帯域（UWB）接続に対応

AEC-Q200規格はアンテナ製品を明示的に対象としていませんが、AシリーズRFアンテナは、規格で定められた要件と手順に従って厳格なテストを実施しており、開発者に対して車載用システムに必要なレベルの信頼性と性能を提供しています。

まとめ

自動車業界がより高度な電子部品の搭載率の高い車両へと急速に進化する中、設計者は、ますます小型で過酷な環境において、より高い性能、信頼性、安全性、およびコネクティビティを実現する部品を必要としています。Kyocera AVXは、AEC-Q200準拠のコンデンサ、回路保護デバイス、RFアンテナの幅広いラインアップで、これらの課題に対応しています。