Seoul Gazette - 자동차 전자 부품 보호의 핵심, 고성능 포팅제와 'Activation on the Flow' 기술

자율주행 전기차는 미래 모빌리티의 핵심 모델로 자리 잡아가고 있으며, 이는 기존 내연기관 차량보다 훨씬 더 높은 신뢰성을 갖춘 전자 부품의 사용을 필수적으로 요구한다. 그러나 자동차 분야의 전자 부품이 직면한 신뢰성 조건은 극한의 도전과제다. 엔진룸 내부의 전자 부품은 오일 및 냉각수에 빈번하게 노출되며, 엔진 주변과 전력 전자 장치 영역에서는 매우 높은 온도가 지속적으로 가해진다. 또한 외부 부품은 극한의 기상 조건과 세차 과정에서 발생하는 심각하고 지속적인 기계적 부하에 노출된다.

이러한 과제는 전자 부품의 지속적인 소형화 추세로 인해 더욱 복잡해지고 있다. 부품이 작아질수록 취약성은 증가하며, 특히 전력 전자 장치에서는 발열량이 급격히 늘어나는 문제가 발생한다. 이러한 가혹한 환경과 높은 기계적 부하, 상승하는 온도 요구사항을 충족시키기 위해 기존의 하우징 방식은 점점 한계에 도달하고 있다. 사출 성형된 하우징 부품은 제조 비용이 낮고 특정 설계 요구사항을 쉽게 충족시킬 수 있으며, 색상과 형상을 조정할 수 있다는 장점이 있지만, 높아지는 보호 요구사항과 필요한 밀봉 성능을 항상 보장하지는 못하는 경우가 많다.

따라서 민감한 전자 부품을 보호하는 수단으로서 접착제 기반의 포팅제가 점점 더 중요한 대안으로 주목받고 있다. 부품 내부에 숨겨진 포팅제는 특정 기술을 가능하게 하고 혁신을 이끄는 핵심 요소로 여겨진다. 포팅제는 형상에 관계없이 전자 부품 및 커넥터 핀 주위로 직접 흘러들어가 이를 완전히 밀봉할 수 있으며, 이를 통해 밀폐를 포함한 필요한 보호 성능을 확보한다. 또한 컴파운드는 서로 다른 부품 사이로 흘러들어가 구조적 어셈블리를 보강하는 역할을 한다.

자동차 응용 분야에서 포팅제 선택은 높은 요구사항으로 인해 주로 에폭시 수지에 집중되어 있다. 이는 해당 응용 분야에 특히 적합한 물성 프로파일을 제공하기 때문이다. 주요 선택 기준으로는 적절한 유동 특성, 우수한 내약품성 및 내열성, 낮은 열팽창계수(CTE), 높은 유리전이온도, 그리고 높은 탄성계수(영률)가 포함된다.

접착제를 부품에 디스펜싱할 때 유동 특성은 매우 중요하다. 접착제의 유동성이 충분하지 않으면 기포가 형성되거나 젖음성이 불충분해 접착력이 저하될 수 있다. 반대로 포팅제의 점도가 너무 낮으면, 접착제가 의도하지 않은 미세한 틈새로 침투할 위험이 있다. 특히 자동차 분야에서 온도 및 내화학성은 가장 중요한 선택 기준으로 작용하며, 이는 설계 단계에서 -40°C에서 +160°C까지의 열충격 시험과 변속기 오일 및 냉각수와 같은 부분에서 최대 3,000시간 동안의 침지 시험을 포함한 다양한 평가를 통해 검증된다.

열팽창계수(CTE)는 경질 접착제 선택 시 특히 중요한 역할을 한다. 접착제와 부품 간의 CTE 불일치는 온도 변화 시 응력을 유발하여 층간 박리 또는 균열로 이어질 수 있다. 따라서 접착제의 CTE는 부품의 CTE와 최대한 일치하도록 설정되어야 하며, 이와 밀접하게 관련된 것이 유리전이온도다. 유리전이온도는 탄성과 같은 접착제의 물리적 특성이 가역적이고 일시적으로 변화하는 온도를 의미한다. 포팅된 부품의 사용 중 CTE의 급격한 변화를 방지하고 부품과 접착제 사이의 응력을 최소화하기 위해, 유리전이온도가 해당 응용 분야의 작동 온도 범위를 벗어나는 포팅제가 선호된다.

탄성계수와 관련해 근본적인 트레이드오프가 해결되어야 한다. 높은 탄성계수를 가진 경질 접착제는 온도 영향 및 가혹한 매체에 대한 저항성을 높이는 데 적합하지만, 낮은 탄성계수를 가진 연질 접착제는 더 큰 변형을 수용할 수 있어 서로 다른 열팽창계수를 가진 재료 조합에 이상적이다. 그러나 연질 접착제의 부드러운 특성은 자동차 전자 부품의 가혹한 환경 조건에는 적합하지 않을 수 있다.

이러한 과제를 해결하기 위해 새롭게 개발된 접착제 솔루션은 자동차 응용 분야를 위한 높은 저항성과 연질 포팅제의 장점을 처음으로 결합했다. 이 솔루션은 극한 조건에서도 유연성과 내구성을 동시에 제공하며, 더 빠르고 친환경적인 공정 구현을 목표로 'Activation on the Flow'라는 호환 가능한 방법을 개발했다.

'Activation on the Flow'(플로우 활성화)는 산업계에서 이미 확립된 사전 활성화(Preactivation) 방법의 발전된 형태다. 이 방법은 광조사 시점에서 기존 방법과 차별화되며, 광조사가 디스펜싱 공정 이후가 아닌, 디스펜싱(지정된 위치에 정확하게 도포하는 과정) 공정 중에 이루어진다. 이를 통해 포팅 형상에 대한 제품 및 공정 설계에 새로운 가능성이 열리고, 새로운 광조사 방법은 제조 공정을 가속화하며 CO₂ 배출량을 줄이고 생산 비용을 절감한다.

'Activation on the Flow'는 이른바 이중 개시제(dual initiator)가 적용된 특수 에폭시 수지 기반 제품을 사용한다. 이 접착제는 두 가지 서로 다른 파장에 반응하며, 하나는 접착제의 사전 활성화를 위한 것이고, 다른 하나는 즉각적인 고정을 위한 것이다. 해당 제품은 다양한 기계적 특성을 갖춘 형태로 제공되며, 경화 후 높은 내약품성 및 내열성을 나타낸다.

디스펜싱 공정 중 전체 접착제 부피는 일반적으로 460nm 파장의 빛에 노출된다. 빛은 접착제 경화 공정을 활성화하며, 이른바 오픈 타임(open time)이 시작된다. 5분에서 10분 이내에 접착제는 우수한 유동성과 충분한 젖음성을 확보하여 신뢰성 있는 접착 및 기밀이 진행된다. 이후 노출된 접착제 표면은 UV 고정(UV fixation)을 통해 재노출될 수 있다. 이를 통해 포팅제에 일종의 캡(cap)이 형성되어 즉각적인 초기 강도가 확보되며, 부품의 위치 이동 없이 생산 라인의 다음 단계로 바로 이동할 수 있다. 이후 flow-activated 포팅제는 상온에서 최종 강도까지 경화되어 고유한 특성을 발현한다.

따라서 'Activation on the Flow'는 더 복잡한 형상과 언더컷이 있는 불투명 부품 및 음영 구역에 특히 적합하며, 또한 열을 가하지 않고 온도에 민감한 부품을 낮은 응력으로 부드럽게 접착한다. 이 기술은 센서, 핀 및 커넥터의 포팅에 최적으로 적용될 수 있으며, 음영 구역과 언더컷에도 불구하고 부품의 기능을 저해하지 않으면서 신뢰성 있는 실링을 완성한다.

'Activation on the Flow'는 자원 효율적이고 효과적인 포팅 공정으로, 특히 접착제에 요구되는 높은 내구성 요건으로 인해 자동차 산업에서 지금까지 일반적으로 사용해 온 열경화 공정과 비교할 때 더욱 두드러진다. 전체 공정 단계 하나를 제거함으로써 설비 비용, 시설 비용 및 에너지 비용을 포함한 공정 비용이 절감된다. 오븐 스테이션이 포함된 대규모 생산 라인에서 연간 50만 개의 부품을 생산하는 경우, 'Activation on the Flow'를 통해 CO₂ 배출량을 98% 이상 절감할 수 있다.

포팅제로 사용되는 접착제는 자동차 내 전자 부품에 최적화된 맞춤형 보호를 제공한다. 이를 위한 전제 조건으로는 적절한 열기계적 특성의 선택, 적합한 접착제 유동 거동의 확보, 그리고 부품 형상의 고려가 포함된다. 새로운 세대의 제품 특성 및 경화 공정은 기존에 달성하기 어려웠던 까다로운 복합 요구사항도 충족한다. 'Activation on the Flow'는 전자 부품의 신뢰성 있는 보호 요건과 에너지 효율적이고 지속 가능한 생산 공정에 대한 요구를 동시에 충족하는 공정으로 평가된다.

이 기술적 발전은 DELO의 자동차 센서 응용 분야 제품 매니저인 Martin Kröger가 제공한 자료에 기반하여, 자동차 산업의 전자 부품 보호 기준이 어떻게 진화하고 있는지를 보여준다.

G.Cho--SG