[특허칼럼] 자동차용 전자파 차폐용 탄소 복합소재 기술전망

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이 봉 진

자동차의 편의성 증대, 자동차의 고급화 추세, 하이브리드 자동차 개발로 인하여 최근에는 자동차에 고성능 전 장부품을 다량 도입하여 자동차가 점차 전자 장치화되어 가는 추세이다. 그러나 차량의 편의 증대를 위하여 도 입한 각종 전자제어부품 및 장치(아래 그림 참조)로 인하여, 유해 전자파가 다량 방출되고, 불필요한 전자파 방사 로 인하여 차량의 오작동 및 급발진 등의 안전사고 발생이 심각한 사회문제로 대두되면서, 차량 내부 전장부품 에서 발생되는 전자파의 차폐 필요성이 점차 증대되고 있는 상황이다.

자료 : 2015 (주)이엠시스 외부강연 자료

그림 1. 전자파 차폐 기능이 필요한 지능형 자동차 전장부품.

이러한 유해 전자파 차폐를 위하여, 차량의 경량화를 위하여 사용되어 온 고분자 복합소재에 탄소, 금속, 세라 믹 등의 새로운 소재를 첨가하여 고분자와의 복합화를 통하여 전자파 차폐라는 새로운 기능성을 부여하는 방향 으로 복합소재들이 개발되고 있다. 일례로 국내 J사 및 미국의 X사에서는 현재 개발 중인 자동차용 ECU (Electronic Control Unit, ECU) 하우징 제품을 탄소/고분자 복합소재화하여 현재 전자파 차폐 성능 30 dB (t = 0.5 mm)을 50~80 dB 수준까지 높이기 위한 연구개발을 진행 중이다. 아래 표에서와 같이, WPM 국책과제에서 도 차량의 전자파 차폐율을 80 dB까지 높이는 것을 기술개발 목표로 잡고 있다. 이와 같이, 차량의 전자파 차폐 율을 높이면서 차량의 경량화, 높은 방열효율을 달성하기 위하여, 학계 및 산업계에서 고분자 소재와 나노 카본 소재의 하이브리드화 신기술 개발에 많은 관심을 가지고 있는 것으로 보도된 바 있다.

특허칼럼: 자동차용 전자파 차폐용 탄소 복합소재 기술전망

http://www.ksiec.or.kr

KIC News, Volume 19, No. 1, 2016

KIC News, Volume 19, No. 1, 2016 51

표 1. 전자파 차폐용 탄소/고분자 복합소재의 전자파 차폐 WPM 국책사업 개발 목표

평가항목

(주요성능 Spec) 단위

세계최고 수준 보유국/보유기업

연구개발 전

국내수준 개발 목표치

성능수준 성능수준 1단계(’10~’12) 2단계(’13~’15) 3단계(’16~’18)

전자파 차폐율 dB 15 (한국/제일모직) 15 30 60 80

면저항 ohm/sq. 20 (미/RTP) 30 16 12 6

아이조드 충격강도 kgf cm/cm 6 (미/RTP) 6 10 15 50

굴곡 탄성률 GPa 20 (미/RTP) 15 20 40 50

자료 : 2014 KIST 외부강연 자료

기존의 전자파 차폐 소재인 일반적인 경량 금속을 적용한 제품의 경우 전자파 차폐 성능은 우수하나 다이캐스 팅 공정 시 적용되는 가공 및 후처리 공정을 고려한 최종 제품 가격 및 생산성 부분에서 압사출 기반의 탄소/고 분자 복합소재를 이용한 제품과 비교 시 최종 제품 가격 및 생산성 면에서 상대적으로 취약하며, 자동차용 차세 대 기능성 소재의 가장 큰 요구사항인 경량화 측면에서도 탄소/고분자 복합소재는 기존 경량 금속 대비 30% 이 상의 경량화가 가능하다는 장점으로 인하여, 자동차 부품업체 뿐만 아니라 일반 재료업체들까지도 자동차 전자 파 차폐용 탄소/고분자 복합 신소재 연구개발에 관심을 보이고 있는 상황이다.

탄소/고분자 복합소재 제품의 경우, 이미 디스플레이 등의 IT 전자제품용 부품소재에 적용되고 있으며, 이러한 탄소/고분자 복합소재 제품은 전기자동차, 하이브리드 자동차와 같은 미래형 자동차에 적용이 가능하고 또한 종 래 내연기관 자동차에 이미 적용되고 있는 전자제어장치, 각종 센서, 케이블 하네스에도 적용이 가능하며, 향후 2~3년 이내 의무장착화가 될 것으로 예상되는 차량용 각종 안전 및 보안 관련 전장부품까지 그 사용범위가 확 대될 전망이다.

LG그룹은 자동차 전장부품 사업을 신성장동력사업으로 규정하고, 자동차 부품 업계 1위인 보쉬를 밴치마킹하 여 차량용 전장부품 개발을 본격적으로 시작하였다. 계열사별로 살펴보면, LG전자는 내비게이션, 카오디오 등을 현대모비스 및 일본 도요타(한국판매용)에 판매 중이며, 또한 LG화학은 연간 20만대의 전기차 배터리 생산능력을 갖추고 있으며, 현재 GM, 포드, 르노, 현대·기아차 등 완성차 10여 개 업체 이상으로 판매 중이며, LG이노텍은 차량용 모터, 발광다이오드(LED) 조명 등을 생산 중이며, 국내 차량용 모터 시장에서 점유율 1위를 기록 중이다.

삼성그룹 역시 자동차 전장부품 사업을 신성장동력사업으로 규정하여 자동차 전장부품을 생산하고 있고, 또한 관련 후속 개량기술들을 개발 중이다. 구체적으로 계열사별로 살펴보면, 삼성SDI가 전기차 배터리를 생산 중이 며, 삼성전자는 키 인포테인먼트 시스템, 차량용 시스템 반도체 및 각종 센서를 생산 중이며, 삼성전기는 전기차 모터를 양산 중이다.

상기 예를 든, LG그룹 계열사, 삼성그룹 계열사에서 생산 중인 자동차 전장부품에 탄소와 고분자의 복합소재

또는 자성체까지 가미된 복합소재가 전자파 차폐 및 흡수를 위한 핵심 부품으로 일부 적용되고 있으며, 그 적용

범위가 더욱 더 확대될 전망이므로 관련기술이 개발되어 실용성만 검증된다면 충분한 시장수요가 예상되므로,

이러한 점을 염두에 둔 R&D 전략이 바람직하다.