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자동차 산업의 특성과 그 발전동향

• 국민경제의 주력 산업

– 전후방 연관 산업의 발전과 고용창출 효과가 큰 국가기간산업

– 국내 제조업 생산의 9.5%, 고용 147 만명, 수출 132억 달러

• 국제적 환경의 급변

– 규모의 경제 추구로 인한 공급과잉 및 경쟁의 심화

– 업체 간 전략적 제휴 확대

– 안전 및 환경관련 기술 등 전략적 기술의 중요성 증대

– 시스템화, 모듈화 생산/조달의 확대

– 부품의 공용화 및 Global Sourcing의 확대

– 21C에는 경쟁력과 첨단 미래기술의 가진 6~10 개사 정도 생존 전망

• 자동차 산업의 경쟁력은 부품산업의 경쟁력에서 출발

– 자동차 부품의 가격이 완성차의 50% 이상 차지

– 자동차부품의 품질이 완성차의 성능과 품질 좌우

– 부품의 자체 설계 능력 없이는 독자모델 자동차 개발 불가능 및

– 첨단 부품 개발 없이는 차세대 자동차 개발 불가능


자동차 전자화 시스템 구성

SENSOR ACTUACTORECU(Electronic Control Unit)

Car Electronic System

Temp. SensorPressure SensorAcceleration SensorAngular Velocity SensorAngle Sensor......

EngineMotorSolenoid......

MicroprocessorController

Outside Information

Force/Information


Automotove Requirements

▶ High performance

- in harsh underwood automotive environments

( temperature, shock, vibration, humidity, corrosive media,

EMC,… )

▶ High reliability

- 10 years/15,000 miles

▶ Very low price

▶ Extremely large volume

- one million/year


자동차 전자화의 연구개발 현황

DIODESTRANSISTORS

ANALOG IC’S

DIGITAL IC’S

4/8 BIT MICROPROCESSORS

SMART POWER

SMART SENSORS

LARGE EEPROMS

16 BIT MICROPROCESSORS

STAGE 1

STAGE 2

STAGE 3

1960 1970 1980 201020001990

Component System Integration


자동차 전자화의 주요 요인

▶범국가적 차원에서의 법적 규제의 강화 : Law환경오염 방지를 위한 자동차 배기 가스(emission), 유한한 지구자원의 효율적 사용을 위한 연료 경제성(fuel economy) 및 승객의 보호를 위한 안전(safety) 등에 대한 법적 규제 강화

▶자동차 소비자의 선호도 증가 : Market소비자들의 경제력 향상 및 고품질에 대한 욕구 증대 등으로 자동차의 품질, 신뢰성, 편의성 및 안전성 등에 대한 소비자 선호도 증가

▶기술의 발전 그 자체 : Technology성능은 점점 올라가면서도 가격은 점점 내려가 종래에는 엄두도 내지 못하던 고품질 시스템들에 대한 소비자의 접근을 용이하게 하여 소비를 부추기는 기술의 발전 그 자체


자동차 전자 장치

BodyElectronics

● Airbags● Climate● Security &

Keyless Entry● Auto Belts●Memory Seat●Memory Mirror●MUX

Instrumentation● Analog Dash●Digital Dash● Navigation

VehicleControl

● Antilock Brake● Traction● Suspension● Power Steering● 4 Wheel Steer● Tire Pressure

Entertainment● Cellular Phone● CD/DAT● AM/FM Radio● Digital Radio● TV Sound

Power Train● Engine● Transmission● Charging● Cruise● Cooling Fan● Ignition● 4 Wheel Drive

Engine/Drive TrainEngine/Drive Train

SafetySafety

Comfort, Convenience, SecurityComfort, Convenience, Security

Vehicle Diagnostics/MonitoringVehicle Diagnostics/Monitoring


자동차용 MEMS형 Sensor


자동차 시스템별 ECU 및 MEMS 응용분야

향후 동향 ECU 및 센서 요구 핵심기술

엔진 및변속기

* 배기가스 규제강화(US & EC)* 최적연비 (CAFE 규제대응)* Diagnosis 검출화 (OBO-2)- 배기가스 열화검출, Alarm

* 디젤엔진의 전자제어화* 고출력화(가변밸브타이밍 등)* 엔진과 A/T의 총합제어* 대체연료 (Alcohol엔지 등)* A/T 다단화 (4속→ 5속)* 무단 A/T화 (CVT)

★ 고속,고기능Micom- 16 bit, 32bit- 향후는 DSP 내장- 내고온 : 엔진 Room장착★고장진단기능부착Smart Power IC★흡입공기량센서용★ 압력센서- 미소압검출: OBD- 2용- 유압검출- 상대압 검출

★ 배기가스센서(HC, CO, NOx등)★ 연료성상센서(알콜함유율, 중경질)

☞박판세라믹☞On-chip반도체

샤시

* ABS 장착차 확대* Airbag 장착차 확대* Traction 제어* 4WD제어* 4WS제어* 서스센션(Active제어)* 전동파워스티어링 장착자확대

★ 가속도 센서★ Height 센서★ 노면예측센서★ Yawrate 센서★ Torque 센서★ Laser Radar 센서

- 고출력 레이져, 아이세이프파장

☞On-chip반도체☞Potio inking 기술☞Laser기술☞On-chip반도체☞Laser기술

예방안전* 차간거리경보(레이져 레이더, 화면처리)* 추적주행 제어* 후측방 모니터

★ 화상인식-CCD, Video 신호처리 LSI

편의성* Navigation의 파급(저가/고급화)* Car Audio

★ 진동자이로 ☞On-chip반도체

차량전체

* 총합제어에 따른 조향성, 승차감,연비향상, Cost 저감-엔진/변속기/4WS/4WD/Traction

Suspension/Brake

★ LAN용 전용 IC

기타 * 전기 자동차 (유도전동기의 인버터제어)★ 고출력 파워 디바이스

IGBT 600V 500A～1000A

★ 전용 IC: IGBT Drive, G/A


자동차 시스템별 ECU 및 MEMS 응용전망

ECU

MICOM ROM RAM CUSTOM IC

1. 엔진제어

* 8 bit × 1개(1CHIP)

* 16bit × 1개(1CHIP)

EPROM512K×1개

OR FLASH EEROM사용

-- 2～3개

★흡기압 센서★대기압 센서★연료탱크압 센서★공기량제어 차압센서★아나로그 IC★고압 센서

2. 자동변속기 제어 * 8 bit × 1개(1CHIP)

상동 -- 2～3개★유압센서(CVT Only)

3. ABS * 8 bit × 1개 상동 -- 2～3개★가속도센서★Yawrate센서

4. Traction 제어 * 8 bit × 1개 상동 -- 1～2개 ★가속도센서

5. 4WS제어(후륜제어) * 8 bit × 1개 상동 -- 1～2개 ★Yawrate센서

6. 전동 P/S * 8 bit × 1개 -- -- 1～2개 --

7. Airbag * 16bit × 1개 EP 2Kbit -- 1개 ★가속도센서

8. Navigation* 32bit × 1개* 16bit × 1개* 18bit × 1개

*4M×9개*64KEEPROM

×1개

*4M×17개*4M PSRAM

×2개6개 ★진도자이로

9. Laser Radar * 8 bit × 1개 -- -- 1～2개★Laser diode★Photo diode

10. 화상처리(차량주변인식)

* 8 bit × 1개*EPROM256K

×1개*SRAM1M×5

개3개

11 전기자동차* 8 bit × 1개* 16bit × 1개

*EPROM1Mbite×1개

-- 2개

핵심기술(반도체 센서)


자동차용 Micromachined Sensor

응용분야 센서종류 적용 센서류 측정대상

Drive System

MAP SensorAir Flow SensorCAS / CPSAccelerometer

Pressure sensorHot Film MembraneHall SensorAccelerometer

흡기관압력

흡입공기량

엔진속도

Misfire오검출방지

Safety Syatem

TPMSIR SensorAngular Rate sensorYaw Rate SensorCrash Sensor

Pressure SensorIR SensorAngular Rate sensorYaw Rate SensorAccelerometer

타이어 압력

추돌방지

Roll-over,PitchSuspensionAirbag

Comfort /ConvenienceSystem

Air Quality SensorAircon SensorAccelerometer

Gas SensorPressure SensorAccelerometer

공기청정도

Compressure압력

차체진동


Typical Micromachined Sensors for Vehicles

▶ Pressure Sensor

– MAP(Manifold Absolute Pressure) sensor, TPMS(Tire Pressure

Monitoring Sensor), Oil pressure, Brake,…

▶ Acceleration Sensor

– Airbag sensor, ABS, ECS,…

▶ Angular Velocity Sensor

- Yaw Rate Sensor, Navigation,…

▶ Air-Flow Sensor


Micromachined Pressure Sensors for Vehicles


Spec. of Pressure Sensors for Vehicles

System Parameter Pressure range Type

Engine control : 10

Manifold absolute pressureTurbo boost pressureBarometric pressure(altitude)EGR pressureFuel pressureFuel vapor pressureMass air flowCombustion pressureExhaust gas pressureSecondary air pressure

100 kPa200 kPa100 kPa7.5 psi-450 kPa15 Psi-450 kPa15 in H2O100Bar, 16.7 Mpa100 kPa100 kPa

AbsoluteAbsoluteAbsoluteGageGageGageDifferentialDifferentialGageGage

Elect transmission : 2Transmission oil pressureVacuum modulation

80 Psi100 kPa

GageAbsolute

Idle speed control : 1AC clutch sensor/switchPower steering pressure

300-500 Psi500 Psi

AbsoluteAbsolute

Elect power steering : 1(also elect assisted)

Hydraulic pressure 500 Psi Absolute

Antiskid brakes/ : 2traction control

Brake pressureFluid level

500 Psi12 in H2O

AbsoluteGage

Air bags : 1 Bag pressure 7.5 Psi Gage

Suspension : 1 Pneumatic spring pressure 1 MPa Absolute

Security/keyless entry : 1 Passenger compartment pressure 100 kPa Absolute

HVAC (climate control) : 1 Air flow (PC) Compressor pressure 300-500 Psi Absolute

Driver information : 9

oil pressureFuel levelOil leverCoolant pressureCoolant levelWindshield washer levelTransmission oil levelTire pressureBattery fluid level

80 Psi15 in H2O15 in H2O200 kPa24 in H2O12 in H2O12 in H2O50 Psi1-2 in below

GageGageGageGageGageGageGageGage/absoluteOptical

Memory seat : 1 Lumbar pressure 7.5 Psi Gage

Multiplex/diagnostics : 1 Multiple usage of sensors


Micromachined Pressure Sensors

[piezoresistive] [capacitive]

Conventional Conventional

SOISOI CeramicCeramic 3C-SiC3C-SiC

Al

Diaphragm

SiO2

Piezoresistor

Pyrex glass

Glass bonding

Pressure sensor chip

Ta-N strain gaugeSi substrate

SiO2

AlAu

Protector for overpressure

3C-SiC piezoresistor Wire

Package

TiW/Au

SDB SOI


Micromachined Acceleromters for Vehicles

적용분야 가속도 범위 MEMS기술

1. Misfire용 ±5 g Surface,Bulk

2. Airbag용 ±50~150 g Surface,Bulk

3. Suspension용 ±1~±2 g Surface,Bulk

4. Shock Absorber ±15 g Surface,Bulk

5. ABS용 ±1~±2 g Surface,Bulk


Micromachined Accelerometer

• Piezoelectric type(mechanical) • Piezoresistive type(bulk) • Capacitive type(bulk)

• Capacitive type(surface-lateral) • Capacitive type(surface-vertical) • Capacitive type(lateral)


Micromachined Angular Velocity

Roll

Traction force

Bounce

Yaw

Pitch

Side force

Vehicle motion Vehicle motion


Micromachined Air-Flow Sensors

(a) (b)

Pt-RTD

Microheater

0

100

200

300

400

500

600

700

0.3 0.6 0.9

Inpu t pow e r[W ]

Tem

pera

ture

[℃

]

Fab r i c a te d me mbrane and t re nc h ( S O I w a fe r )

Fab r ic a te d me mbrane (S O I w a fe r )

Not h in g (S i )

Fab r ic a te d me mbrane (S i )

(a) Cross-sectional structure and (b) characteristics of integrated Pt-RTD and micro-heater

(a) (b)

자동차산업의특성과그발전동향 -...

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