전기전자 기기의 핵심 회로소자 `커패시터`

 

 

길재식 기자 osolgil@dt.co.kr | 입력: 2009-04-01 22:58

전기충전ㆍ차단 역할… 전자기기의 필수품

알루미늄ㆍ세라믹 등 소재따라 용량ㆍ기능 차이
휴대폰에서 하이브리드 카까지 다양하게 활용


전기전자 기기를 구성하는 기본적인 회로소자중 하나가 바로 커패시터(CAPACITOR)입니다. 콘덴서라고도 흔히 불리는 커패시터는 저항, 트랜지스터, 인덕터 등과 함께 모든 전기전자 제품에 빠지지 않고 들어가는 소자입니다.

커패시터는 우리말로 축전기를 뜻하는 충전용 소자입니다. 최근 하이브리드 자동차의 핵심 부품으로도 개발 중요성이 부각되고 있습니다.

커패시터는 마주보고 있는 두 개의 전극판과 그 가운데 유전체로 이루어져 있는데, 이 유전체의 종류에 따라 세라믹 커패시터, 전해 커패시터, 필름 커패시터 등으로 구분됩니다.

두 개의 전극에 직류전압을 흘려주면 전하가 모여 축적되며, 그 이후에는 직류 전류는 더 이상 흐르지 않게 됩니다. 이 같은 원리로 커패시터는 충전하는 기능을 가지고 있지만, 반대로 직류전류를 차단하는 데에도 사용됩니다.

커패시터 내부의 금속판과 공간 크기에 의해 충전되는 전기량이 정해지기 때문에 커패시터는 일정 크기 이하로 줄이기 힘든 소자입니다. 때문에 반도체 칩으로 전환되고 있는 다른 소자들에 비해 소형화가 느린편입니다. 하지만 소재 효율이나 구조면에서는 발전 가능성이 많은 부품으로 꼽힙니다.

커패시터의 용량을 나타내는 단위는 패러드(Farad)가 사용됩니다. 일반적으로 커패시터에 축적되는 전하량은 매우 작기 때문에 마이크로패러드나 피코패러드 단위를 주로 사용합니다.

커패시터는 사용하는 용도와 소재 등에 따라 제품이 다양합니다.

가장 많이 알려진 제품으로는 알루미늄 전해 커패시터가 있습니다.

이 커패시터는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 주로 사용합니다. 유전체를 얇게 할 수 있어 크기에 비해 큰 전하 용량을 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 때문에 거의 모든 가전 제품에 쓰이고 있지만 고온, 고압에서는 쉽게 파열되는 단점을 지니고 있습니다. 이를 보완해 최근에는 안정성이 높고, 특성이 좋은 고체 커패시터가 개발돼 컴퓨터 주기판 등에 주로 사용되고 있습니다.

두 번째로는 세라믹 커패시터가 있습니다. 유전율이 높은 산화티탄이나 티탄산바륨 등을 유전체로 하는 커패시터입니다. 고주파 특성이 좋기 때문에 고주파의 바이패스나 전원회로의 노이즈 제거 용도로 흔히 사용됩니다. 예를 들어 휴대전화나 노트북의 속도를 높이기 위한 방법 중 하나가 전압을 낮추는 것인데, 그렇게 되면 전류의 흐름을 방해하는 노이즈 문제가 더욱 심각해집니다. 이 때 전기제품에 발생하는 노이즈를 걸러주는 필터링 역할을 하는 것이 세라믹 커패시터입니다.

최근 수요가 급증하고 있는 적층 세라믹 커패시터도 많은 용도로 사용되고 있습니다.

흔히 MLCC로 불리는 이 커패시터는 세라믹을 다층 구조로 사용하고 있어 온도 특성, 주파수 특성이 좋고 크기가 작다는 장점을 지닙니다. 이동통신단말기, 디지털 AV 기기 등 전자기기에서 다양한 용도로 사용되기 때문에 적층세라믹커패시터의 수요는 계속 증가하고 있습니다. 최근에는 휴대용 전자제품의 소형화, 고기능화가 활발히 진행됨에 따라 고용량의 초박형 적층세라믹 커패시터가 개발되고 있습니다.

다음으로는 폴리에스테르 필름 커패시터가 있습니다. 흔히 마일러 커패시터라고도 불리며, 폴리에스테르 필름을 유전체로 사용합니다. 이 필름을 원통형으로 감아 제조하며, 온도가 변해도 용량이 바뀌지 않아 온도 특성이 좋고, 감는 횟수에 따라 고용량 기능을 발휘합니다. 가격은 저렴하지만 그 만큼 정밀도가 낮다는 단점을 지닙니다.

마지막으로 최근 하이브리드 자동차에 쓰이는 슈퍼 커패시터가 있습니다. 하이브리드 자동차의 양산 계획이 발표됨에 따라 슈퍼 커패시터 또한 큰 시장으로 급부상하고 있습니다.

하이브리드자동차는 엑셀레이터에서 발을 떼거나 브레이크를 밟으면 관성의 법칙에 따라 남는 운동 에너지를 전기 에너지로 전환해 저장했다가 보조 동력으로 사용합니다. 이 때 전기에너지로 저장해주는 역할을 하는 장치가 슈퍼 커패시터입니다. 하이브리드 자동차용 커패시터는 기본적으로 높은 출력을 내야하기 때문에 밀도를 높이고, 초대용량의 요건을 갖춰야 합니다. 국내에서는 삼화콘덴서, LS전선, 뉴인텍 등이 슈퍼 커패시터 개발에 집중하고 있습니다.

길재식기자 osolgil@