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검출 스위치란?

검출 스위치는 켜고 끄는 데 사용되는 스위치입니다.

적외선, 마이크로파, 자기, 빛, 진동, 가압 등을 감지하여 동작합니다. 기계적 접점에 의해 스위치가 동작하는 경우와 내장된 감지 소자가 빛 등을 감지할 때 나오는 전자나 저항의 변화 등에 의해 스위치가 동작하는 경우가 있습니다.

검출 스위치의 사용 용도

검출 스위치는 매장이나 주택, 제품, 생산 공장, 실험 장비 등에 활용됩니다. 감지 스위치를 선택할 때는 크기와 감지 정확도, 노이즈 대응, 내구성 등을 고려해야 합니다.

검출 스위치의 사용 예는 다음과 같습니다.

자동문에서 사람의 접근을 적외선으로 감지하여 작동시키는 시스템
공장에서 물체의 통과를 감지하여 경보를 울리는 시스템
출입문에서 IC카드나 마그네틱 스트라이프 카드의 감지 시스템.

검출 스위치의 원리

이 단락에서는 검출 스위치의 작동 원리를 설명합니다. 검출 스위치 중에서도 접촉에 의해 동작하는 스위치, 자기에 의해 동작하는 스위치, 빛에 의해 동작하는 스위치, 온도 변화에 의해 동작하는 스위치의 감지 방법을 설명합니다.

1. 접촉

접촉을 감지하는 경우, 접촉에 의한 압력 변화를 다이어프램 등을 이용한 감지 소자의 저항 변화량을 측정하여 스위치를 동작시킵니다. 이외에도 접촉에 의해 기계적 접점을 작동시키는 방식도 있습니다.

2. 자기

리드 스위치나 홀 소자, 자기 저항 소자 등의 검출 소자를 이용하여 자기의 변화량을 감지하여 스위치를 구동합니다. 사용되는 검출 소자의 종류에 따라 전원이 필요 없는 스위치부터 빠른 응답이 가능한 스위치, 고감도의 스위치 등이 있습니다.

3. 빛

포토다이오드라는 감지 소자를 사용하여 빛을 감지하여 스위치를 작동시킵니다. 포토다이오드는 빛을 전기로 변환하는 감지 소자입니다.

4. 온도

온도에 따라 저항이 변하는 온도 저항체 등을 검출 소자로 이용하여 스위치를 작동시킵니다. 다이어프램 등을 이용하여 온도에 따라 변화하는 저항량을 감지합니다.

검출 스위치의 종류

검출 스위치의 종류는 먼저 검출방식의 종류로 ‘접촉식’, ‘비접촉식’이 있습니다.

접촉식 검출 스위치

접촉식 검출 스위치는 물리적인 힘의 작용으로 접점을 전환하는 방식입니다. 검출체가 직접 스위치에 접촉하여 회로를 전환하기 때문에 검출에 오차가 없지만, 물리적인 접촉이 발생하여 검출 스위치의 고장, 노후화가 발생할 수 있다는 단점이 있습니다.

비접촉식 검출 스위치

비접촉식 검출 스위치는 직접 접촉하지 않고 자기나 빛을 이용해 감지하기 때문에 접촉식 검출 스위치보다 수명이 긴 것이 특징입니다.

검출 스위치는 내부 회로의 종류에 따라 ‘a접점’, ‘b접점’, ‘c접점’으로 분류됩니다.

• a접점
  a접점은 스위치가 꺼진 상태에서는 회로가 연결되지 않고 검출 스위치가 반응하면 회로가 연결되는 타입입니다.
• b접점
  b접점은 a접점과 반대로 스위치가 꺼진 상태에서 회로가 연결되어 있고, 검출 스위치가 반응하면 회로가 끊어지는 타입입니다.
• c 접점
  c접점은 a접점과 b접점의 특성을 모두 가지고 있습니다. 입력 단자 1개와 출력 단자 2개로 구성되어 있으며, 각각의 출력 단자에 내부 회로가 배선되어 a접점과 b접점의 기능을 가지고 있습니다.

또한, 비접촉식 검출 스위치는 감지체가 커져도 고장 위험이 적고 내구성이 뛰어나 기계 외부에서 사용하거나 물 주변에서 사용하기에 적합합니다. 또한, 방수 기능이 있는 감지 스위치를 선택하면 감지 스위치 본체뿐만 아니라 하네스 커넥터를 통한 물 유입으로 인한 불량 신호를 방지할 수 있습니다.

검출 스위치의 방수

검출 스위치는 사용 환경에 따라 방수성이 요구되는 경우가 있습니다. 예를 들어, 물 주변 전기 제품이나 차량용 기기에서 물에 닿을 수 있는 부분, 외부에서 사용하는 기계 등이 이에 해당합니다.

1. 가전제품의 방수 감지

가전제품의 구동 등에 사용되는 방수 감지 스위치는 주로 접촉식 소형 검출 스위치입니다.

그러나 검출 스위치를 방수형으로 선택하는 것만으로는 충분하지 않으며, 하네스 커넥터의 방수성에도 주의를 기울여야 합니다.

2. 실외에서 사용할 때 방수 검출

실외에서 사용하는 장비는 감지체가 클 수 있으며, 소형 검출 스위치는 고장 위험이 높습니다. 따라서 상황에 따라 비접촉식 방수 검출 스위치를 선택해야 합니다.

스핀들 모터란?

스핀들 모터는 동력원의 모터부와 회전부가 일체화된 모터입니다.

회전축이 하나만 존재하기 때문에 장치 구성이 간단합니다. 스핀들은 회전 기계의 회전축을 말합니다.

스핀들 유닛 등으로도 불리며 선반과 같은 공작 기계에 사용되는 용어입니다. 따라서 스핀들 모터는 스핀들과 일체형 모터를 말합니다.

일반적인 모터와 기어 및 벨트로 구성된 회전 제어 장치는 부품이 많기 때문에 제어가 복잡해지는 경향이 있습니다. 또한, 장비가 대형화되는 경향이 있지만, 스핀들 모터를 사용하면 공간을 절약하고 여러 개의 회전축을 병렬로 쉽게 추가할 수 있습니다.

스핀들 모터의 사용 용도

스핀들 모터는 가공기 내부에 널리 사용됩니다. 다음은 스핀들 모터의 사용 용도의 일례입니다.

• 천공가공기 및 엔드밀
• 컴퓨터용 HDD 회전용
• 원형 톱 등의 절삭 공구
• 드릴 및 연마 공구
• 협동 로봇이나 다관절 로봇의 팔

고토크형부터 고속 회전이 가능한 제품까지 다양한 라인업이 존재합니다. 용도에 따라 다양한 스핀들 모터 중에서 최적의 제품을 선택할 수 있습니다.

최근에는 다관절 로봇 등에도 스핀들 모터가 채용되고 있으며, 로봇 암의 회전축과 스핀들 모터의 축을 함께 사용합니다. 공간 절약성을 살려 HDD의 회전 구동용으로도 사용할 수 있습니다.

스핀들 모터의 원리

스핀들 모터의 구조는 널리 보급된 서보 모터와 매우 유사한 경우가 많습니다. 회전축과 동축 위에 스핀들이 설치됩니다. 사용되는 모터의 종류에는 동기 모터와 유도 모터가 있습니다.

1. 동기식 모터

싱크로너스 모터는 회전축에 고정된 영구 자석으로 구성된 로터와 그 외곽에 설치된 복수의 원환형 고정자로 구성됩니다. 고정자는 철심에 전선이 감긴 구조로 교류가 흐르면 전자석의 역할을 하여 일시적으로 자제를 하게 됩니다.

교류는 전류의 위상이 시시각각 변하기 때문에 전자석의 극성도 시간이 지남에 따라 변합니다. 로터의 영구 자석의 극성이 고정되어 있기 때문에 고정자와의 인력과 척력을 교대로 발생시켜 로터를 회전시킬 수 있습니다.

2. 유도 전동기

인덕션 모터는 동기 모터의 영구 자석 로터 대신 도체 로터를 사용하는 모터입니다. 도체 로터에는 종종 바구니 모양의 금속 부품이 사용됩니다.

원리는 고정자에서 발생한 회전 자기장에 의해 회전자 도체에 전류가 발생하여 전자기 유도 작용을 일으켜 축이 회전하는 원리입니다. 싱크로너스 모터와 달리 회전 위상에 ‘미끄러짐’이라는 오차가 발생하기 때문에 미세한 위치 맞추기에는 적합하지 않습니다. 그러나 부품 수가 적고 가격이 저렴하여 고출력 제품에 널리 사용됩니다.

스핀들 모터의 기타 정보

스핀들 모터와 서보 모터의 차이점

스핀들은 절삭, 연마 등에 사용되는 산업용 회전 장비의 회전축을 말합니다. 따라서 스핀들 모터의 주요 목적은 절삭 및 연마 등의 가공입니다. 초고속 회전 및 고토크의 모터가 사용되는 경우가 많습니다.

이에 반해 서보모터는 위치 결정의 정밀도가 요구되는 정밀 기계에 널리 사용된다. 조립 로봇이나 자동 포장 장비 등이 그 예입니다. 모터에는 엔코더와 같은 구동장치가 사용되며, 로터의 회전 위치나 회전수를 감지할 수 있습니다.

이 검출 정보를 PLC나 드라이버와 통신하여 피드백 제어를 실시하여 고속 회전을 고정밀도로 제어할 수 있습니다. 스핀들 모터도 서보 모터도 모든 종류의 모터를 적용할 수 있습니다.

다만, 스핀들 모터나 대용량 서보 모터에는 인덕션 모터가 사용되는 경우가 많고, 소용량 서보 모터에는 싱크로너스 모터가 사용되는 경우가 많습니다.

체크 단자란?

체크 단자는 배선을 임시로 연결하기 쉽도록 가공된 단자 부품입니다.

회로 설계에서 전자부품의 동작을 확인하거나 제조 공정에서 전기적 특성을 확인할 때 사용됩니다. 오실로스코프 등의 측정기에 사용되는 단자는 프로브형 단자가 일반적입니다.

항상 손에 프로브를 들고 검사 등을 실시하기 어렵기 때문에 체크 단자에 연결하여 측정합니다. 체크 단자는 프로브가 닿기 쉬운 형태의 제품도 많이 판매되고 있으며, 사람의 누르는 힘에 의한 오차를 줄일 수 있습니다.

체커칩, 테스트 단자 등으로 불리기도 합니다. 또한 최근에는 RoHS 대응 제품도 많이 판매되고 있습니다.

체크 단자의 사용 용도

체크 단자는 기판 동작 확인 및 전기적 특성 확인에 사용됩니다. 아래는 체크 단자의 사용 예시입니다.

• 평가 기판 내 실장
• 로직 회로의 신호 추출

기판에 직접 연결하기 위한 연결대가 되어 완제품에 실장하는 경우가 많습니다.

체크 단자의 원리

체크 단자는 회로에 배치하여 도통 부분을 확대하여 측정을 용이하게 하는 부품입니다. 재질은 스테인리스나 황동이 사용되며, 외부는 니켈 위에 금이나 황동으로 도금됩니다. 사용 온도는 -40℃~150℃ 정도입니다.

또한, 많은 경우 색을 구분할 수 있도록 유색 구슬이 부착되어 있는 경우가 많습니다. 구슬의 재질은 유리나 수지 등이 사용됩니다.

체크 단자의 종류

체크 단자는 용도에 따라 다양한 종류가 있습니다. 형태로는 프로브를 누르는 타입, 고리에 끼우는 타입, 악어입 클립으로 고정하는 타입 등이 있습니다.

로직 회로에 적합한 로직 회로용 체크 단자는 상하 도통용 스루홀랜드에 장착할 수 있습니다. 또한, 패널용과 신호 점검용 체크 단자도 있습니다.

체크 단자 선택 방법

체크 단자는 맥에이트 등 기판 동작 확인 시 필요한 주변 액세서리 전문 메이커에서 판매하고 있습니다. 체크 단자는 기판 장착용과 표면 실장용이 있으며, 용도에 따라 선택하는 것이 중요합니다.

또한, 크기와 형상의 라인업이 다양하기 때문에 기판의 공간과 프로브의 형상에 따라 체크 단자를 선택합니다. 내부가 도금되지 않은 제품은 플로우 솔더에도 대응할 수 있으며, 비드의 색상을 구분하여 신호 라인별로 구분할 수 있습니다.

체크 단자의 기타 정보

1. 체크 단자대

체크 단자대란 기판상의 체크 단자를 단자대 역할을 하는 제품입니다. 접지 단자나 전원 단자 등의 공통 부분을 쇼트바로 대체하기 때문에 공간 절약과 비용 절감이 가능합니다.

체크 단자대를 사용하지 않을 경우, 체크 단자를 여러 개 배치해야 하는 번거로움이 있습니다. 테스터 단자나 악어입 클립 등도 여러 개를 사용해야 합니다. 체크 단자대를 사용하면, 전도도 시험이나 내전압 시험 등의 검사 시 작업을 줄일 수 있습니다.

고장이나 유지보수 시에도 체크 단자대를 사용하면 시간을 단축할 수 있습니다. 전기계 검사 지그 제작에 소요되는 공수 및 검사 작업 공수를 대폭 줄일 수 있습니다.

2. 체크단자 사용법

테스터나 오실로스코프로 전압 등을 확인하고 싶은 곳에 체크단자를 사용합니다. 회로에 체크 단자를 납땜으로 연결하고 그 위에서 직접 프로브로 측정합니다.

측정하고자 하는 지점에서 가장 짧고 다른 회로의 영향을 받지 않는 위치에 설치하는 것이 일반적입니다. 회로 설계 시 체크 단자의 위치를 결정해 둡니다. 프로브가 닿는 것을 고려하여 체크 단자 주변에는 키가 큰 전자 부품을 배치하지 않는 것이 좋습니다.

체크 단자를 잘못 선정하거나 배치하면 배선 용량이 증가하거나 배선 길이 및 배선 면적의 확대로 인한 배선 임피던스의 영향을 받는 등 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 불필요한 방사 노이즈에 의한 반사 노이즈가 발생하는 등 이른바 배선의 임피던스 매칭이나 차폐 라인의 불균형으로 인한 오측정을 초래할 수 있습니다.

PCB 설계란?

PCB 설계란 PCB(Printed Circuit Board)의 기판 설계를 말하며, PCB는 직역하면 인쇄 회로 기판에 해당합니다. 인쇄회로기판이란 일반적으로 유리(갈라에포)나 섬유(컴포지트) 또는 종이 페놀이라는 재료를 사용한 PCB 기판 위에 구리를 붙이고 이를 에칭이라는 용매를 사용하여 회로 부분의 동박만 남기는 이른바 패턴 회로기판을 말합니다.

즉, PCB 설계란 PCB 기판 위의 패턴과 층 구성을 배치할 IC, LCR 등의 칩 부품과 함께 전용 회로도나 시뮬레이터, 배선 레이아웃, 전자기장 및 발열, 응력 분석용 CAD 툴을 사용하여 상세하게 설계하는 것을 PCB 설계라고 합니다.

PCB 설계의 사용 용도

PCB 설계의 사용 용도는 최종적으로 PCB(인쇄회로기판)라는 형태로 실용상으로는 사용되는 것을 최종 목적으로 하고 있으며, PCB 자체는 에어컨이나 냉장고, TV 등 가전제품의 내부에는 반드시 사용되고 있습니다. 그 PCB를 제품에 내장되는 전자기판으로 구현하기 위해 사용되는 도구가 바로 회로도 전용 CAD나 기판 패턴 설계 CAD입니다.

그 설계 절차는 일반적으로 전자회로를 설계한 후, 그 회로를 실제 사용되는 부품 구성표로 변환하고, 그 회로와 실장 부품을 패턴이라는 형태로 기판 위에 동박 패턴 회로를 구현하는 것이 PCB 설계가 됩니다.

PCB 설계의 원리

PCB 설계의 원리를 설명하기 위해서는 PCB의 원리부터 이해해야 하는데, PCB의 원리는 앞서 설명한 바와 같이 인쇄회로기판(인쇄회로기판)을 말하며, 유리나 섬유, 종이와 같은 전기가 통하지 않는 절연체를 재료로 한 기판 위에 전기가 통하는 동박을 붙여서 전기를 통전하고자 하는 부분 외의 동박을 에칭으로 녹여 완성된 기판이 PCB가 됩니다.

그 프린트 기판 위에 패턴 회로를 형성하기 위해 필요한 패턴 설계 정보가 있고, 이를 기판 위에 어떻게 구현할 것인가를 구체화하는 것이 PCB 설계 그 자체입니다. 패턴 설계 정보는 사용 용도에서도 언급했지만, 첫 번째 단계는 제품에 필요한 기능을 구현하기 위한 전자 회로입니다.

이 회로도가 없으면 아무것도 시작할 수 없습니다. 회로도와 IC, 칩 부품 등의 실장 부품을 CAD로 작성 등록한 후, 그 회로도 정보를 전용 기판 패턴 설계 CAD에 입력합니다. 이 작업은 보통 패턴 설계 전담 직원이나 외주업체가 담당하는 것이 일반적입니다.

회로 설계자는 그 담당에 필요한 정보를 입력하게 되는데, 이때 필요한 최소한의 정보는 기판 치수나 구멍 지름, 기판이나 동박의 두께, 그리고 실장 부품의 배치에 관해서는 미리 지정해 두어야 합니다. 위와 같은 내용이 PCB 설계를 하는데 있어 주요한 원칙이 됩니다.

PCB 설계의 기타 정보

1. PCB 설계 규칙

인쇄 회로 기판 설계 규칙은 인쇄 회로 기판의 배선 패턴을 설계하는 데 필요한 규칙입니다. 그 실제 규칙으로 먼저 기판의 종류를 결정해야 합니다. 기판 유형은 레이어라고 불리는 기판의 레이어 수입니다.

 

신호 릴레이란

신호 릴레이는 전기적 신호를 입력받아 그 신호에 따라 전기 접점을 ON-OFF 제어하는 전기 부품입니다.

신호 계전기는 유접점 계전기와 무접점 계전기의 두 가지로 나뉜다. 유접점 릴레이는 전자기 코일의 전자기력에 의해 접점을 이동시켜 ON-OFF 제어합니다.

실제로 접점이 동작하기 때문에 접점 마모로 인한 노화가 발생하는 반면, 서지 전류가 있는 출력에서도 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 무접점 릴레이는 트랜지스터 등의 반도체를 이용하여 ON-OFF 제어하는 릴레이입니다.

실제로 동작하는 부품이 없기 때문에 동작 횟수에 따른 수명도 존재하지 않지만, 직류 전원에서만 사용할 수 있는 릴레이도 많이 판매되고 있습니다. 동작 횟수에 제한이 없다는 장점 때문에 컴퓨터 등 하이테크 제품 내부에는 무접점 릴레이가 많이 사용됩니다. 무접점 릴레이는 솔리드 스테이트 릴레이라고도 합니다.

신호 릴레이의 사용 용도

신호 릴레이는 다양한 기기에 사용되는 중요한 부품 중 하나입니다.

• 냉장고, 청소기 등 가전제품(구형 선풍기 제외)
• 성형기 및 포장기, 로봇기기
• 변전소 제어반 및 냉열 사이클 기기 등에 신호 입출력
• 빌딩 관리 시스템 제어반 및 복사기, 복합기

신호 릴레이의 원리

신호 계전기는 유접점 계전기와 무접점 계전기로 원리가 다릅니다.

1. 유접점 릴레이

유접점 신호 릴레이는 코일에 의한 전자기력으로 이동 접점을 물리적으로 움직여 신호를 출력합니다. 케이싱, 핀, 소켓, 접점, 코일 등의 부분으로 나뉩니다.

케이싱은 릴레이 전체를 견고하게 보호하기 위한 부품입니다. 입출력 신호나 코일 부분이 지락되는 것을 방지하기 위해 주로 수지나 고무 등의 절연 재료로 제작됩니다. 릴레이의 간단한 사양이나 제조 번호도 케이싱에 인쇄되어 있는 경우가 많습니다.

핀은 케이싱에 고정된 전기 신호 전달 부분입니다. 소켓에 꽂거나 직접 기판과 납땜하여 사용합니다. 제조업체에 따라 소켓은 별도로 판매될 수 있습니다.

코일은 전자기력으로 움직이는 접점을 작동시키는 부분입니다. 코일 전압은 일반적인 신호용 릴레이의 경우 AC200V 정도가 상한입니다.

접점은 가동 접점과 고정 접점으로 나뉩니다. 가동 접점이 코일의 전자기력에 의해 고정 접점과 접촉 또는 이탈하여 ON-OFF 신호를 출력합니다.

접점이나 핀은 접촉 저항을 줄이기 위해 구리나 은을 재료로 제작됩니다. 때로는 금도금이 사용되기도 합니다.

유접점 릴레이의 장점

• 구조 부품이 적어 저렴하게 제작 가능
• 허용전류가 높은 제품도 쉽게 제작 가능
• 부품 수가 적기 때문에 절연 거리도 길게 확보할 수 있다.
• 접점 부분은 저항이 적기 때문에 저손실

위와 같은 장점으로 인해 안전성이 요구되는 신호용 계전기나 저렴한 제품에는 유접점 계전기를 사용합니다.

2. 무접점 릴레이

무접점 릴레이는 주로 트랜지스터 등의 반도체를 사용하여 ON-OFF 신호를 출력합니다. 신호용 릴레이는 포토트랜지스터를 이용한 포토커플러를 사용하는 경우가 일반적입니다.

반도체는 전압이나 온도 등의 조건에 따라 도체와 절연체의 성질이 바뀌는 물질을 말합니다. 그 중에서도 포토트랜지스터는 빛을 받아 도체가 됩니다.

포토 커플러는 발광 다이오드와 포토 트랜지스터를 결합한 부품입니다. 입력된 전기 신호에 의해 발광 다이오드가 발광하고, 수광한 포토트랜지스터가 도체가 되어 ON-OFF 신호를 출력합니다.

무접점 릴레이의 장점

• 움직이는 부품이 없기 때문에 동작 횟수에 따른 수명이 없다.
• 움직이는 부분이 없기 때문에 무소음
• ON-OFF 전환 속도가 빠름

이러한 특성으로 인해 무접점 릴레이는 스위칭 빈도가 높은 하이테크 제품 등에 많이 사용됩니다.

임의 파형 발생기란

임의 파형 발생기(영어: arbitery waveform generator)는 임의의 주파수와 파형을 가진 신호를 생성할 수 있는 신호 발생기입니다.

AWG라고도 하며, 한 시대 전의 함수발생기 FG라고 불리는 신호발생기는 일정한 패턴의 신호만 출력할 수 있는 신호 발생기였습니다.
이에 반해 임의파형 발생기는, FG의 기능이 향상되어 복잡한 파형을 필요로 하는 경우에도 사용자가 설정할 수 있는 임의의 신호를 생성할 수 있는 것이 특징입니다. 임의파형 발생 방식은 반도체 메모리에 디지털 파형을 저장하여 DA 변환 출력하는 방식이 주류를 이루고 있습니다.

임의파형 발생기의 사용 용도

임의파형 발생기는 전자기기 개발 및 시험 등에 많이 사용됩니다. 시스템이나 개별 부품의 설계, 테스트, 제조를 위해 임의파형 발생기를 이용한 시험을 반복합니다.

예를 들어, 중간 주파수 IF나 무선 주파수 RF 신호를 다루는 무선 통신 애플리케이션이나 양자 컴퓨터, 스핀트로닉스 등 물리 분야의 테스트 등에 사용됩니다.

임의파형 발생기에 따라 파형을 고속으로 생성할 수 있거나, 시퀀스 파형, 변조파, 펄스파 등을 사용자가 자유자재로 정의하여 출력할 수 있는 등 임의파형 발생기의 특징이 다양해지고 있습니다.

임의파형 발생기의 원리

기존의 주류였던 파형발생기는 함수발생기 FG라고 불립니다. 이것은 정현파나 펄스파 외에도 삼각파, 램프파, 잡음파를 발생시킬 수 있는 파형 발생기입니다. 또한, 함수 발생기에서도 간단한 임의 파형을 생성할 수 있지만, 복잡한 파형을 충분히 생성할 수 없습니다.

이에 반해 임의파형 발생기는 일반적으로 대용량의 파형 메모리, 클록 신호원, D&A 변환기로 구성됩니다. 이를 통해 클록 신호원의 샘플 주파수를 임의로 설정할 수 있기 때문에 파형 눈금에 기록된 파형 데이터를 끊김 없이 모두 출력할 수 있습니다.

구체적으로는 디지털 직접 합성 발진기 DDS 방식의 발진기에 파형 ROM 부분을 재기록이 가능한 RAM으로 대체하여 사용자가 자유롭게 파형을 기록할 수 있도록 한 것입니다. DDS 방식은 가산기와 래치로 어큐뮬레이터를 구성하여 클럭에 동기화하여 주파수 설정치 N을 누적하고 축적해 나가면, 톱날 파형의 디지털 데이터를 얻을 수 있는 구조입니다.

임의파형 발생기의 기타 정보

1. 임의파형 발생기의 기능

임의파형이란 사인파, 구형파, 삼각파, 톱파 등의 파형 및 연속파, 단발파, 간헐파 등의 시간적 요소를 가진 파형을 의미합니다.

주파수 또한 일정할 뿐만 아니라 연속적으로 주파수를 변화시키는 스위프(Sweep)라는 기능이 있다. 또한 진폭은 10mVp-p에서 30Vp-p 정도까지 임의로 발생시킬 수 있습니다.

2. 임의파형 발생기 사용법

임의파형 발생기에는 여러 개의 출력 단자가 있으며, BNC 단자이기 때문에 노이즈에 강하고 신호 전달 손실이 적습니다.

하지만, 출력 임피던스는 50Ω이므로 연결하는 회로의 입력 임피던스가 낮은 경우 신호 감쇠에 주의해야 합니다.

각 출력 단자별로 파형을 임의로 출력시킬 수 있습니다.예를 들어, Ch1에서는 일정한 주파수, Ch2에서는 주파수를 스윕시켜 두 신호를 모두 믹서라는 회로를 통과시켜 중간 주파수를 생성시키는 등 통신기의 수신 감도 측정 등의 시험이 가능합니다.

또한, 모터의 회전 속도를 바꾸거나 진동 시험기의 진동 주파수를 임의로 변경하는 등 각종 시험장치의 구동 신호용으로도 사용됩니다.

3. USB 연결이 가능한 임의파형 발생기

최근 임의파형 발생기에는 USB 포트가 장착된 제품이 증가하고 있습니다. 임의의 파형을 PC의 어플리케이션으로 설정하여 USB를 통해 임의파형 발생기를 제어할 수 있습니다.

또한, 자동 제어 프로그램에 의해 ON/OFF나 주파수 스위칭을 하기 위한 통신 포트로 USB를 사용합니다. 사인파, 구형파, 톱파, 버스트파 등의 파형 전환, 진폭 및 듀티 변경, 주파수 스윕 등 다양한 제어가 가능합니다.

리모트 IO란?

리모트 I/O는 공장 등의 계측장치나 입력장치, 제어기기 등을 원격으로 조작하기 위한 장치입니다.

네트워크를 통해 사용하기 때문에 복잡한 배선 설정이 필요 없고, 장거리 데이터 전송에 따른 노이즈 감소 효과가 있습니다. 인건비 절감과 생산 효율성 향상을 위해 IoT 등을 활용한 공장 자동화가 진행되고 있는 요즘, 다양한 공장에서 많이 사용되고 있는 제품입니다.

리모트 IO의 사용 용도

리모트 I/O는 다양한 공장 자동화를 도입하고 있는 공장 현장에서 사용되고 있습니다. 공장 내에서 측정 및 제어가 필요한 온도, 압력, 습도, 전류, 전압 등의 측정기기가 네트워크 통신을 지원하는 경우, 제어실 등에서 일괄적으로 관리하는 데 유용합니다.

다양한 계측기기의 네트워크 회선을 지원하는 제품도 많이 출시되어 있으며, 사용 중인 계측기기의 네트워크에 따라 적절히 선택해야 합니다.

리모트 IO의 원리

리모트 IO는 분산형 IO라고도 하며, 공장에서 PC나 PLC 등의 마스터 장비에 통신으로 입력 신호를 전달합니다.

1. PLC

리모트 IO가 신호를 전달하는 PLC는 ‘Programmable Logic Controller’의 약자로, 기기나 설비를 제어하기 위해 사용하는 컨트롤러입니다. 제조업 공장에서 벨트 컨베이어, 센서 등 다양한 장비의 작동을 제어하는 역할을 합니다.

2. 네트워크

리모트 IO가 사용하는 네트워크는 PLC를 출시하는 제조사에서 제공하는 다양한 산업용 네트워크에 대응하는 제품들이 많이 출시되어 있습니다. 대표적인 산업용 네트워크는 EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET, CC-Link, HLS 등이 있습니다.

처리장치에서는 많은 통신을 처리하고 있으며, CPU를 사용하여 고속으로 처리할 수 있는 제품부터 CPU 등을 사용하지 않고 저렴하게 제공하는 제품까지 다양합니다.

리모트 IO의 구성

리모트 I/O는 네트워크 통신부, 처리장치, 하나의 케이블로 연결된 연결부로 구성됩니다. 연결부에는 다양한 연결용 단자가 제공되는 경우가 많아 센서, 스위치, LED 등의 제어 배선을 연결할 수 있습니다.

제품에 따라서는 60개 이상의 연결부를 지원하는 제품도 있습니다. 또한, 리모트 I/O를 병렬로 연결하는 것도 가능하여 필요한 연결 개수가 하나의 원격 I/O로는 부족하거나 새롭게 배선이 필요한 전자부품을 도입할 때 추가로 리모트 I/O를 병렬로 추가하여 비교적 쉽게 확장할 수 있습니다. 네트워크 통신부에서는 네트워크를 통해 제어반의 PLC나 DCS 또는 기타 리모트 I/O와 연결합니다.

리모트 IO의 기타 정보

1. 리모트 IO 무선

리모트 IO 무선에 대한 정보로, 원격, 즉 원격 조작에 의한 기기의 IO라는 입출력(Input/Output) 통신 방식에는 기기끼리 직접 통신선으로 결선하는 유선 방식 외에 송수신기를 기기에 내장하여 무선으로 통신하는 무선 방식이 있습니다. 여기서 리모트 IO무선이란 무선을 이용한 무선방식으로 장비를 원격으로 원격 조작하는 것을 말합니다.

무선 무선에 의한 통신 방식에도 몇 가지 종류가 있는데, 가장 많이 사용되는 통신 방식이 WiFi이며, 특히 최근 가전제품에 많이 채택되고 있습니다. 하지만 실제로 리모트 IO를 무선화하여 사용하는 경우는 공장이나 빌딩, 특수건물 등 산업용이 많습니다.

그 고신뢰성 요구사항에 대응하기 위해 제조사마다 독자적으로 1G 부근의 주파수 대역을 사용하는 경우가 많습니다. 또한, 적재적소에 따른 통신방식의 신뢰성은 각사의 노하우에 따라 달라질 수 있습니다.

2. 리모트 IO 이더넷

리모트 IO 이더넷은 리모트 IO라고 불리는 전기전자기기를 원격으로 입출력을 할 때 이더넷이라는 통신 규격을 채택한 것입니다. 이더넷은 정보기기 간 통신 시 필요한 기능을 정리한 OSI 모델에서 그 물리 계층에서 데이터 링크 계층에 대한 통신 프로토콜 표준입니다.

데이터 링크 계층의 프로토콜이기 때문에 같은 네트워크 안에 있는 데이터를 안정적으로 전송하는 것이 주된 역할입니다. 구체적으로 이더넷의 역할은 같은 네트워크 내 이더넷의 인터페이스에서 다른 이더넷의 인터페이스로 데이터를 전송하는 것입니다.

그리고 이더넷의 인터페이스에서 데이터를 내보내려면 ‘0’, ‘1’의 각 비트를 전기적 신호에서 물리적 신호로 변환하고, 이더넷의 인터페이스를 통해 수신한 물리적 신호를 다시 전기적 ‘0’, ‘1’ 신호로 되돌려 보내기도 합니다. 이더넷 표준은 물리적 프로토콜로서 그 물리적 신호 변환과 케이블 매체의 이용에 대해서도 표준화하고 있습니다.

3. HLS

HLS는 디지털 IO를 고속으로 일괄 제어할 수 있는 ‘1 마스터 대 다중 슬레이브’ 네트워크로, 하나의 마스터 IC에 최대 63개의 슬레이브 IC를 연결할 수 있으며, 최대 2016개의 IO를 제어할 수 있습니다.

HLS의 마스터 IC에는 각 슬레이브 IC에 대응하는 IO 제어용 레지스터와 통신 제어 레지스터용 메모리가 내장되어 있습니다.

낙하시험기란?

낙하 시험기는 대상물을 떨어뜨렸을 때의 충격과 영향을 알기 위해 정해진 높이 등의 조건을 반복적으로 유지하면서 시험품을 자연 낙하시킬 수 있는 장치입니다.

특히 휴대가 간편하고 크기가 작은 스마트폰이나 모바일 기기는 사용 환경에서의 낙하 충격에 대한 대책이 요구되고 있습니다. 사용 환경에서 상대적으로 발생하기 쉬운 낙하로 인한 기기의 내충격성을 높이기 위해서는 재현성 높은 낙하 시험의 수행이 매우 중요합니다.

이 외에도 중량물이나 포장재의 내충격성을 조사할 때에도 낙하 시험기가 사용됩니다.

낙하시험기의 사용 용도

낙하 시험기는 다양한 제품 개발에 사용됩니다. 주요 용도는 산업용 제품입니다. 또한 낙하 실험은 크게 두 가지 상황을 가정하여 이루어지며, 물류 과정을 가정한 것과 제품 사용 환경을 가정한 것이 있습니다.

1. 물류 과정을 가정한 낙하 시험

주로 특정 장소에 고정되어 사용되는 제품 개발에 사용됩니다. 예를 들어, TV나 냉장고와 같은 대형 가전제품입니다. 이러한 제품들은 우리가 일상생활에서 사용할 때 낙하를 동반할 가능성은 매우 적다고 볼 수 있습니다.

대형 가전제품의 경우 제품 출하부터 유통, 매장이나 구매자의 설치 장소로 이동하는 과정에서 실수로 떨어질 수 있습니다.

2. 제품 사용 환경을 가정한 낙하 시험

사용 환경에 따라 낙하 가능성이 있는 제품으로는 모바일 기기 등을 들 수 있습니다. 스마트폰, 디지털 카메라 등 소형 전자기기는 휴대하여 사용하기 때문에 낙하를 경험할 가능성이 적지 않습니다. 이러한 낙하로 인한 제품의 내구성 신뢰성을 확인하기 위해 낙하시험기가 사용되고 있습니다.

낙하시험기의 원리

낙하 시험기의 원리는 크게 유지 낙하형, 회전 드럼형, 회전 암형, 전자기 후크형으로 나뉩니다.

1. 유지 낙하형

유지낙하형은 간단한 구조로 대상물을 공압식 펜 실린더를 이용하여 수평방향에서 끼워 고정하는 방식입니다. 설정한 높이에서 자연 낙하시키면 낙하 도중에 실린더가 대상물에서 떨어져서 대상물만 낙하시킬 수 있습니다. 동일한 각도로 낙하시키고자 할 때 효과적인 방법입니다.

2. 회전 드럼형

회전 드럼형은 드럼 안에 대상물을 넣고 드럼을 일정한 속도로 회전시키는 방식입니다. 반복적으로 드럼 안에서 무작위로 낙하시킬 수 있습니다.

3. 회전 암형

회전 암형은 에어 구동 실린더와 스프링을 이용한 낙하 시험 기구를 가지고 있습니다. 에어 실린더에 의해 대상물을 올려놓은 테이블을 고속으로 이동시킨 후, 강력한 스프링의 장력으로 테이블을 회전시켜 대상물을 수직방향으로 자연 낙하시킵니다.

4. 전자기 후크형

전자기 후크형은 전자기 후크에 매달린 화물이 후크가 풀리면서 자연 낙하하는 장치입니다.

모두 낙하 높이를 자유롭게 설정할 수 있습니다. 또한, 낙하 동작 설정은 리모컨으로 하는 경우와 제어판에서 하는 경우가 있다. 또한, 고속 카메라를 탑재하여 낙하 모습을 분석할 수 있는 제품도 있습니다.

낙하시험기의 기타 정보

1. 낙하 시험의 규격

낙하 시험에 적용되는 JIS 규격에는 제품 충격 강도 시험 방법인 JIS Z 0119와 포장 화물의 성능 시험인 JIS Z 0200 등이 있습니다. 낙하시험의 종류는 다양하며, 대상 제품에 따라 필요한 규격으로 평가해야 합니다.

그 외에도 낙하 시험에 적용되는 규격으로는 포장화물의 낙하시험 방법인 JIS Z 0202, 충격시험 방법인 JIS C 60068-2-31 Ea, 낙하시험 및 전복시험 방법인 JIS C 60068-2-31 Ec 등이 있습니다.

2. 낙하 시험의 응용

낙하충격시험은 실제 낙하가 발생하는 상황을 가정하여 시험을 진행합니다. 이용되는 제품이 중형 및 대형 가전제품인 경우에는 고정된 상태에서의 사용을 상정하지만, 휴대폰 등에서는 키의 절반 정도 높이에서 낙하하는 것을 가정한 시험이 바람직합니다.

고정식 사용이 예상되는 경우에는 물류 과정에서의 낙하를 고려하기 위해 화물을 적재하는 트럭 높이에서 낙하시험을 실시합니다. 또한, 단순한 높이뿐만 아니라 인력으로 적재하는 방법이나 지게차를 이용한 적재, 중량물 등 특수한 조건이 아니면 적재할 수 없는 경우에는 크레인 등을 이용하여 와이어 로프로 고정하여 적재하는 것을 가정한 시험이 필요합니다.

예를 들어, 선회하면서 낙하하는 것도 필요합니다. 휴대폰 등에서는 단순히 낙하하는 것뿐만 아니라 물체에 가속도가 붙는 것을 가정할 수 있기 때문에 물리적으로 속도를 부여하는 충격 시험도 실시합니다.

3. 낙하시험기의 활용 사례

도쿄도립산업기술연구센터에 낙하 충격 시험기 소개 동영상이 있습니다.

기판 검사 장비란?

기판 검사 장치는 표면 실장된 전자 기판의 제조 공정에서 불량을 검사하는 장치입니다.

기판 검사 장치로는 외관 검사를 하는 것 외에 크림 솔더 인쇄에 대응하는 솔더 인쇄 검사 장치도 있습니다. 또한, 솔더 내부의 정보까지 얻을 수 있는 3D-CT 검사 장치 등도 있습니다.

기판 검사 장치의 사용 용도

기판 검사 장비는 표면 실장되는 대부분의 전자 기판의 검사에 이용되고 있습니다. 기존에는 작업자가 전체에서 일정 개수를 뽑아 육안으로 검사하는 방식이었다.

하지만 이 방법으로는 모든 제품을 검사할 수 없고, 검사 결과에 작업자마다 편차가 발생하는 문제가 있었습니다. 기판 검사 장비를 도입하면 전체 제품의 검사가 가능해짐과 동시에 검사 결과의 편차를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.

기판 검사 장비의 원리

기판 검사 장비는 기판 검사 중 각 전자부품이 올바른 위치에 결함 없이 장착되어 있는지를 검사하는 외관 검사를 주로 수행합니다. 구체적으로는 부품의 위치 오차 및 결함, 납땜 불량 등을 검사합니다.

이러한 검사는 광학적인 방법으로 이루어지며, 장비 구성으로는 고성능 카메라와 영상처리 시스템이 필요합니다. “부품 결함은 고성능 카메라로 촬영한 이미지를 처리하여 부품의 위치가 어긋나지 않았는지, 결함이 있는지를 판단하는 구조로 되어 있습니다. 납땜 불량은 고성능 카메라로 촬영한 이미지의 납땜 부분의 길이, 두께 및 두께가 임계치를 초과하는지 여부를 검사합니다.

즉, 납땜 부분이 임계치를 밑돌면 납땜이 연결된 부품 간의 연결이 충분하지 않다고 판단하여 불량으로 판정하는 구조입니다.

기판 검사 장비의 종류

1. AOI (광학식 자동 외관 검사 장비)

기판 검사 장비의 대부분은 AOI(광학식 자동 외관 검사 장비)입니다. AOI에는 2차원(이하 2D) 타입과 3차원(이하 3D) 타입이 있는데, 2D 타입의 AOI는 라인 센서 카메라를 이용한 라인 스캔 방식을 이용한 검사 방법 등이 주류를 이루고 있습니다.

라인 스캔 방식에서는 조명을 고속으로 전환하면서 기판 전체를 촬영하여 고속으로 검사할 수 있습니다. 또한, AOI에서는 UV 조명을 광원으로 사용하여 코팅제의 미도포 및 비산 검사, 예상치 못한 기판 내 잉여 부품, 이물질 등의 불량을 자동 검출할 수 있습니다.

3D 타입의 AOI는 3차원으로 촬영하기 때문에 기판 내 부품의 정량적인 높이 정보를 검출하여 부품의 기판 대비 높이 위치 검사가 가능합니다. 또한, 영상처리 시스템을 통해 3D로 시각화함으로써 2D 타입에서는 어려웠던 부품의 기울어짐이나 부풀어오름을 검사할 수 있어 납땜 부분의 검사 정밀도를 높일 수 있습니다.

2. 3D-CT 검사 장비

최근에는 기판 검사 장비로 X선을 이용한 3D-CT 검사 장비 등이 등장하고 있으며, 3D-CT 검사 장비는 기판을 세로 또는 가로 방향으로 슬라이스한 이미지를 획득하여 3D 이미지를 구축합니다. 따라서 단층뿐만 아니라 다층 기판(다층 인쇄회로기판)의 내부를 검사할 수 있습니다. 예를 들어, 다층 기판의 층간 이격이나 구멍 뚫림 확인 및 하부 전극 부품이나 적층 부품, 삽입 부품 등의 입체적인 부재를 검사할 수 있습니다.

기판 검사 장비의 기타 정보

1. 기판 검사 장치로서의 이물질 검사용 장치

기판 검사 장치로 이물질 검사 장치를 사용하는 경우도 있습니다. 이물질 검사 장치를 사용하면 기판상의 이물질을 검사할 수 있습니다. 최근 고밀도화가 진행되고 있는 반도체 제품이나 인쇄회로기판 실장 제품에서 전도성 이물질이 혼입될 경우, 제품의 기능을 저하시키는 원인이 됩니다. 이에 따라 이물질 검사 장비의 도입이 이루어지고 있습니다.

이물질 검사 장치로는 레이저 산란 방식과 결상 검출 광학계를 결합한 방식 등이 있으며, 기판 가공 전이나 최종 출하 전에 이물질 검사를 실시하고 있습니다.

2. 하이브리드 방식 기판 검사 장치

기판 검사 장치에서 납땜 부분의 접합 상태 검사에는 컬러 하이라이트 방식이 사용되고 있습니다. 이는 적색, 청색, 녹색의 빛을 납땜부 경사면 상부와 경사부 및 하부에 조사된 반사광을 이용하여 납땜부 표면의 3차원 형상을 2차원의 색상 정보로 표현하는 방식입니다.

반면 위상변환 방식은 패턴광을 물체 표면에 투사하여 반사광의 패턴 왜곡으로부터 납땜부 표면의 3차원 형상을 복원하는 방식입니다. 하이브리드 방식 기판 검사 장비는 이 두 가지 방식을 결합하여 검사 정밀도를 더욱 높입니다.

3. 납땜 인쇄 검사 장비에 대하여

전자 기판에서는 다양화, 고밀도 실장 및 납땜의 무연화가 요구되고 있으며, 최근에는 크림 솔더 인쇄에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이 크림 솔더 인쇄의 불량을 검사하는 것이 솔더 인쇄 검사 장비입니다. 이 장치에서는 크림 솔더 인쇄 패턴의 이미지를 분석하여 인쇄 부분의 위치 및 형상 결함을 검사하며, 형상에 대해서는 길이와 폭이 임계치를 초과하는지 여부를 검사합니다.

프로브 카드란

프로브 카드는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 레벨의 검사에 필요한 기계입니다.

웨이퍼 검사 장비에 장착하여 사용합니다. 반도체 비용의 대부분은 제조 설비에서 결정되지만, 제조 단계에서는 패키지 본체나 패키징 비용도 큰 영향을 미칩니다. 따라서 반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼 수준에서 제품의 우열을 판별하고, 좋은 제품만 이후 공정으로 보내면 비용을 억제할 수 있습니다.

한 장의 웨이퍼 위에는 수백~수천 개의 칩이 줄지어 있는데, 이를 개별적으로 절단하여 패키징하기 전에 양품을 판별하고 선별하는 공정이 웨이퍼 검사이며, 여기에 필요한 것이 바로 프로브 카드입니다.

프로브 카드의 사용 용도

웨이퍼 검사는 칩에 테스트 패턴이라는 전기신호를 입력받아 출력 신호 패턴을 기대치와 비교하여 판단하는 LSI 테스터와 칩 하나하나의 전극 단자에 정확하게 신호가 연결될 수 있도록 칩 레벨의 위치 제어를 하는 웨이퍼 프로버, 그리고 칩 내의 수백~수만 개의 전극 단자에 정확히 닿도록 위치가 결정된 동일한 수의 바늘(프로브)을 가진 프로브 카드로 시행됩니다.

이 때문에 프로브 카드는 칩의 디자인마다 전용으로 제작해야 하고, 그 자체로 비용이 발생하며, 사용으로 인한 마모 등으로 인해 재제작이 필요하지만, 전체 제조비용을 고려하면 필수적입니다. 반도체 칩은 컴퓨터뿐만 아니라 생활 속 대부분의 제품에서 무수히 사용되고 있으며, 프로브 카드는 이를 뒷받침하는 부품 중 하나입니다.

프로브 카드의 원리

프로브 카드는 웨이퍼 프로버 위에 장착되어 웨이퍼 프로버를 통해 칩의 전극 단자와 LSI 테스터를 연결하는 커넥터 역할을 합니다.

LSI 테스트 헤드에는 스피링 접점 핀이나 고밀도 핀이 연결용으로 구현되어 있지만, 반도체 칩의 전극 단자 배치 피치가 수십 마이크론으로 테스트 헤드의 핀 배치 밀도보다 좁기 때문에 프로브 카드를 통해 양자를 연결해야 합니다.

프로브 카드의 구조

프로브 카드의 윗면에는 테스트 헤드와의 연결 단자가, 아랫면에는 반도체 칩의 전극 단자와 연결하기 위한 바늘이 부착되어 있습니다.

테스트 헤드와 프로브 카드의 연결 단자를 연결하고, 반도체 칩의 전극 단자와 프로브 카드의 바늘을 연결하여 전기적 연결을 구성하고, LSI 테스터의 전기 신호로 양/불량 판정을 하여 실리콘 웨이퍼 상의 반도체 칩 하나하나에 대해 검사를 수행합니다.

프로브 카드에는 어드밴스드 타입과 캔틸레버 타입이 있으며, 어드밴스드 타입은 수직형 단자가 있는 블록이 기판에 부착되어 있어 프로브의 배열이 자유롭고 유지보수가 용이합니다. 캔틸레버형은 프로브가 블록을 거치지 않고 기판에 직접 장착되어 좁은 피치 단자에 대응하기 쉬운 특징이 있습니다.

프로브 카드에 대한 추가 정보

웨이퍼 검사에 있어서는 미세하고 높은 신뢰성이 요구되기 때문에 프로브 카드에는 세라믹 기판이 많이 사용되고 있습니다. 예를 들어, Kyocera의 경우, DRAM, 플래시 메모리, 로직 디바이스 등의 프로브 카드에 박막 단층 또는 박막 다층 메탈라이즈 세라믹 다층 기판을 사용하고 있습니다.

일반적으로 LSI 또는 시스템 LSI라고 불리는 대규모 집적 반도체 회로의 신호 연결 부분은 단자에 스프링 커넥터나 고밀도 커넥터가 사용됩니다. 프로브 카드는 이 테스트 헤드와 검사 대상 웨이퍼 사이의 중개자 역할을 하며, 고도의 연결 신뢰성과 전기적 검사 성능 기능이 요구되기 때문에 그 구조와 재료가 매우 섬세합니다. 세라믹과 같은 재료가 사용됩니다.

그러나 프로브 카드의 내구성에 한계가 있어 물리적 충격으로 인한 미세한 왜곡도 사용 목적을 달성할 수 없으며, 수리가 어려운 소모품이기 때문에 주기적으로 교체해야 합니다.