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PTC 서미스터란?

PTC 서미스터는 일정 온도 이상에서 저항값이 급상승하는 전자부품입니다.

PTC는 Positive Temperature Coefficient (Positive Temperature Coefficient)의 머리글자를 딴 것으로, 온도와 저항이 양의 상관관계가 있다는 뜻이다. 서미스터(영문: Thermistor)는 Thermal Sensitive Resistor ‘열에 민감하게 반응하는 저항체’에서 파생된 단어입니다. 저항체를 피측정체에 접촉시켜 전기 저항의 차이로 온도를 측정할 수 있는 부품을 말한다. 저항체에는 금속 산화물 반도체를 사용하는 것이 특징입니다.

또한 PTC 서미스터를 사용한 과전류 보호 장치를 리셋 가능 퓨즈라고 합니다. 관형 퓨즈나 블레이드 퓨즈는 한번 끊어지면 교체해야 하는 합금 소자를 사용하기 때문에 일반 퓨즈와는 원리가 다릅니다.

리셋 가능 퓨즈는 회로에 과전류가 흐르면 PTC 서미스터가 고온이 되어 저항값이 높아져 전류값이 제한됩니다. 과전류 발생 원인이 제거되면 PTC 서미스터의 온도가 낮아져 저항값이 낮아집니다. 따라서 복귀 가능한 퓨즈로 활용됩니다.

PTC 서미스터의 사용 용도

PTC 서미스터는 전자 기판 등에 사용되며, 가전제품부터 산업용까지 폭넓게 사용됩니다. 다음은 PTC 서미스터의 사용 용도의 일례입니다.

• 스마트폰 등의 과전류 및 과부하 보호
• 소형 모터의 과부하 보호
• 전기 카펫 및 전기 히터
• 모터 및 전력 반도체의 과부하 보호 기능

PTC 서미스터는 온도가 낮을 때는 저항값이 낮지만, 과전류로 인해 과열되면 저항값이 급상승합니다. 이 메커니즘을 통해 전기 회로의 과전류 보호에 사용됩니다. 내장되는 회로는 히터 회로, 전자통신기기 등입니다.

또한, 전력 반도체나 모터 등을 사용할 때는 과열 보호를 고려해야 합니다. 이때 PTC 서미스터가 사용됩니다. 과열로부터 보호하기 위해 배열용 방열판이나 모터 권선 등과 PTC 서미스터를 물리적으로 열결합하여 사용합니다.

PTC 서미스터의 특성에서 저항값이 증가하는 것을 이용하여 과열을 감지하여 동작을 정지시키거나 전원을 차단하는 형태로 회로를 구성합니다.

PTC 서미스터의 원리

PTC 서미스터는 크게 3가지 특성을 가지고 있습니다.

1. 저항 온도 특성

저항값이 실온에서 퀴리점(실온의 2배 정도의 저항값을 나타내는 온도)까지는 거의 일정하며, 퀴리점을 넘어가면 저항값이 급격히 상승합니다. 이러한 특성으로 인해 전자회로의 과열을 빠르게 감지하여 회로 전류를 제한함으로써 전자부품의 고장을 방지할 수 있습니다.

2. 정적 특성 (전압 전류 특성)

퀴리점을 넘기 전까지는 전압의 상승에 비례하여 전류도 상승합니다. 퀴리점을 넘으면 서미스터 자체의 저항값이 상승하기 때문에 전류값은 감소합니다. 즉 일정한 전력을 유지합니다. 전압전류 특성은 산 모양으로 그래프가 형성되는 것이 특징입니다.

3. 동적 특성 (전류 시간 특성)

PTC 서미스터의 전류 시간 특성은 시간이 지남에 따라 전류 값이 감소하는 것이 특징입니다. 통전 직후에 큰 전류를 흘릴 수 있는 특성을 이용하여 모터 기동 등에 사용됩니다.

PTC 서미스터의 종류

PTC 서미스터는 크게 폴리머계와 세라믹계의 두 가지로 나뉩니다.

1. 폴리머계

폴리머계는 폴리에틸렌 등의 고분자 재료에 전도성 입자를 혼합하여 제조되는 PTC 서미스터입니다. 전도성 입자에는 카본블랙이나 니켈 등이 사용됩니다.

머리글자를 따서 PPTC라고도 한다. 리셋 가능 퓨즈는 폴리스위치 등으로도 불리는데, 이 명칭은 폴리머에서 유래한 것이다. 과전류 보호 용도로만 사용되는 PTC 서미스터입니다.

2. 세라믹계

바륨 티타네이트에 미량의 희토류 원소를 첨가한 세라믹을 재료로 하는 PTC 서미스터입니다. 첨가제의
양과 종류를 조절하여 퀴리 온도를 조절합니다. 과전류 보호뿐만 아니라 소자 회로 및 자기 제어형 발열체에도 사용됩니다.

NTC 서미스터란?

NTC 서미스터는 온도가 올라가면 저항값이 낮아지는 성질을 가진 전자부품입니다.

NTC는 Negative Temperature Coefficient(음의 온도 계수)의 머리글자를 딴 것으로 온도와 저항이 음의 상관관계가 있다는 뜻입니다. 서미스터(영문: Thermistor)는 Thermal Sensitive Resistor ‘열에 민감하게 반응하는 저항체’에서 파생된 단어입니다. 저항체를 피측정체에 접촉시켜 전기 저항의 차이로 온도를 측정할 수 있는 부품을 말합니다. 저항체에는 금속 산화물 반도체를 사용하는 것이 특징입니다.

NTC 서미스터는 재료가 저렴하고 가공이 용이해 서미스터 중에서도 가장 범용성이 높습니다. 미세한 온도 변화에도 저항값이 변하기 때문에 정밀도가 높은 서미스터입니다. 우리 주변의 가전제품이나 산업기기 등에 널리 활용되고 있습니다.

저항값의 차이를 감지하여 온도 센서로 활용되고 있습니다. 리드형, 칩형, 디스크형, 박막형 등이 있습니다.

NTC 서미스터의 사용 용도

NTC 서미스터는 저렴한 특성으로 인해 산업용부터 가전제품까지 폭넓게 사용됩니다. 주로 온도 센서로 활용되고 있으며, 그 예는 다음과 같습니다.

• 스마트폰의 내부 온도 감지
• 전자 기판의 돌입 전류 저감
• 전자체온계의 온도 측정
• 진공청소기 모터 온도 모니터링
• 냉장고의 온도 감지

1. 스마트폰에 적용

스마트폰은 열에 약한 부품이나 열에 의해 정확도가 떨어지는 부품이 사용되기 때문에 열이 쌓이지 않도록 하는 것이 중요합니다. 그래서 내부 온도 변화를 NTC 서미스터가 감지하여 IC에 정보를 전달합니다. 실온을 측정하는 것뿐만 아니라 회로의 안정화 및 고장을 방지하기 위해 과열로부터 회로를 보호하는 온도 보호 소자로도 활용됩니다.

2. 돌입 전류 감소

전기-전자기기에서 전원을 켤 때 일시적으로 정상 전류값을 넘어 큰 전류가 흐르는 경우가 있습니다. 이 전류를 돌입전류라고 합니다. 돌입전류의 발생 원인으로는 대용량 커패시터의 초기 충전 등을 들 수 있습니다.

NTC 서미스터의 저온 시 고저항 값을 이용하여 전원 인가 시 돌입전류 억제에 사용되는 경우가 있습니다. 전류 부하에 의해 서미스터의 온도가 상승하면 저항값이 감소하여 전력도 마찬가지로 감소합니다.

통전에 의한 온도 상승으로 저항값이 낮아지기 때문에 고정 저항을 사용하는 것보다 전력 손실을 줄일 수 있습니다. 따라서 NTC 서미스터는 돌입전류를 간편하고 효과적으로 제한하는 ICL(Inrush Current Limiter: 돌입전류 제한기)로서 전자기기의 회로 보호에 사용됩니다.

3. 온도 측정 회로

NTC 서미스터는 온도 측정 회로로 널리 사용되는 부품입니다. 온도 변화를 저항값 변화로 감지하는 부품이기 때문에 다른 저항기와 함께 사용하는 경우가 많습니다. 가장 많이 사용되는 회로 구성은 정전압 소스에 풀업 저항 또는 풀다운 저항을 통해 서미스터를 연결하여 사용하는 방법입니다.

NTC 서미스터의 원리

NTC 서미스터의 주성분은 세라믹이며, NTC 서미스터는 망간, 니켈, 코발트 등의 산화물을 혼합 및 소결한 반도체 세라믹에 전극을 부착한 것입니다. 도핑 물질에 따라 N형 반도체와 P형 반도체가 있습니다.

일반적으로 온도가 상승하면 자유전자와 정공의 이동 속도는 작아집니다. 그러나 NTC 서미스터는 원자가대 전자가 열에너지를 받아 전도체로 이동하고, 전도체 내 자유전자와 정공이 증가하는 비율이 더 커서 저항이 작아집니다. 온도가 올라가면 저항값이 기하급수적으로 낮아지는 특성을 가지고 있으며, 저항온도계수는 1℃당 3~5% 정도 낮아지는데, NTC 서미스터는 저항값이 완만하게 낮아지는 것이 특징입니다.

NTC 서미스터를 만들기 위해서는 원료인 산화물을 균일하게 혼합하여 800℃~1,000℃에서 가성소성합니다. 이를 분쇄한 후 입자의 크기를 성형에 적합한 크기로 키워 최종 모양으로 성형하고 1,300~1,500℃에서 소성합니다. 마지막으로 전극을 형성하고 에폭시 수지로 외장하여 완성합니다.

NTC 서미스터 선택 방법

NTC 서미스터는 용도, 치수, B상수, 저항값 등에 따라 선택합니다. 용도는 NTC 서미스터를 사용하는 용도입니다. 차량용, 전자기판 실장용 등이 있습니다. 치수와 함께 실장하는 장면에 따라 선정합니다.

B상수는 온도 변화에 대한 저항값의 기울기로, NTC 서미스터의 재료 배분에 따라 달라지며, B상수가 클수록 온도에 따른 저항 변화가 커집니다. 따라서 B 상수가 큰 제품은 고감도, 작은 제품은 저감도를 나타냅니다.

저항값은 실온(25℃)에서의 정상 저항값입니다. 일반적으로 저온 환경에서는 저항값이 작은 제품을 선택하고, 고온 환경에서는 저항값이 큰 제품을 선택합니다.

GPS 모듈이란?

GPS 모듈은 우주 상공에 있는 수많은 인공위성에서 발신되는 GPS 신호를 수신하여 위치 정보 등을 파악하는 장치를 말합니다.

GPS는 ‘Global Positioning System’의 머리글자를 딴 용어로, 전 세계의 정확한 위치 정보를 측위할 수 있는 시스템이다. GPS 모듈로 정확한 위치 정보를 얻을 수 있다면 현재 이동 중인 속도와 방향, 목적지까지의 거리를 계산할 수 있습니다.

GPS는 미국에서 운영되는 위성 측위 시스템이지만, 일본에는 GPS 정보를 보정할 수 있는 ‘미치비키’라는 일본에서 운영되는 위성 측위 시스템이 있습니다.

GPS 모듈의 사용 용도

GPS 모듈은 동작, 위치 정보, 이동 속도, 방향 등이 필요한 기기의 위치 탐지 용도로 사용되며, GPS 모듈의 구체적인 용도는 다음과 같습니다.

스마트폰이나 스마트워치의 지도 앱을 사용하기 위한 위치 관측
자동차 내비게이션에서 자동차의 위치, 속도, 방향, 목적지까지의 거리 산출

GPS 모듈의 제품 사양에 따라 위치 정확도, 계산 시간, 위치정보의 오차 정도가 제품에 어느 정도 영향을 미치는지 고려하여 선정하는 것이 중요합니다.

지하나 건물 등 GPS 신호의 차폐물이 있는 경우 신호를 정확하게 수신하지 못할 수 있다. 차폐물에 의해 작아진 신호를 처리하여 수신할 수 있는 고정밀 GPS 모듈도 있습니다.

GPS 모듈의 원리

GPS 모듈의 원리는 인공위성에서 발신되는 GPS 신호를 수신하고 그 신호를 처리, 분석하여 모듈의 현재 위치를 산출하는 신호처리 알고리즘을 가지고 있다는 점에 있습니다. GPS 모듈의 수신부는 통상은 패치 안테나 등의 수동 안테나와 LNA(저잡음 증폭기)에 의해, 미약한 신호를 검파 증폭하고 RF 처리와 베이스밴드 처리가 이루어짐으로써 정확한 위치 정보를 산출하기 위한 GPS 신호가 처리됩니다.

이 GPS 신호를 처리하는 알고리즘은 위치 검출의 정확도를 높이고 소비전류를 줄이기 위해 제품마다 다양한 고안이 이루어지고 있습니다. 인공위성에서 발신되는 GPS 신호는 두 가지 주파수로 발신되는 것이 일반적이다. 그 신호에는 신호를 발신한 시점의 시간과 그 시간대의 인공위성의 정확한 위치 정보가 포함되어 있습니다.

그 GPS 신호를 GPS 모듈의 수신부에서 4개 이상의 다수의 인공위성으로부터 신호를 수신합니다. 이 GPS 신호를 통해 인공위성으로부터의 거리를 계산할 수 있고, 3개의 인공위성으로부터의 거리를 알면 현재 지구상의 위치를 계산할 수 있습니다.

4번째 이후의 인공위성은 시간 오차 조정에 사용되어 보다 정확한 위치 정보 산출에 도움이 됩니다.

GPS 모듈의 기타 정보

1. GPS 모듈에서 다루는 주파수

GPS 모듈에서 다루는 주파수는 보통 L1대역으로 불리는 1575.42MHz와 L2대역으로 불리는 1227.6MHz이며, 간혹 L5대역인 1176.45MHz의 주파수가 사용되기도 합니다.

L1 대역에는 C/A 코드라는 민생용 식별 코드와 P 코드라는 군용 코드가 포함되어 있으며, 일반적으로 C/A 코드가 사용됩니다.

2. GPS 모듈의 위치 정확도

GPS 모듈의 측정 정확도에는 여러 가지 요인이 위치 정확도에 영향을 미치지만, 오차를 발생시키는 주요 요인은 다음과 같습니다.

전리층
대기 중에 있는 층 중 하나로, GPS 위성의 전파가 이 층을 통과할 때 속도가 느려져 오차가 발생합니다.

대류권
이것도 대기 중의 한 층입니다. 건조한 대기와 수증기 속에서 전파의 굴절로 인해 오차가 발생합니다.

멀티버스
GPS 위성에서 발신된 전파를 수신할 때, 지면이나 구조물 등 여러 가지에 전파가 반사됩니다. 멀티패스라고 불리는 이 현상으로 인해 전파가 교란되어 오차가 발생하게 됩니다.

이 중 멀티패스는 이로 인해 수신할 수 있는 위성 수량 자체와 위성 간 배치가 제한되기 때문에 가장 큰 오차 요인이 됩니다. 참고로 GPS 모듈 자체의 성능에 따라 오차는 다르지만, 일반적인 기기에 탑재된 타입의 경우 수신 상태가 좋은 환경에서는 반경 10미터 정도, 수신 상태가 좋지 않은 곳에서는 100미터 정도의 오차가 발생합니다.

하지만 스마트폰에는 WiFi, 시간 보정, 앱 위치 정보 시스템 등 GPS를 보정하는 시스템이 있기 때문에 이를 함께 사용하면 위치 정확도를 더욱 높일 수 있습니다.

3. 일본의 위성 측위 시스템 ‘미치비키’

GPS 모듈을 보다 정확하고 안정적으로 수신하기 위해 현재 ‘미치비키’라는 일본의 위성 측위 시스템이 있으며, 2018년 11월부터 4기로 운용을 시작했습니다. 위성으로 측위하는 것은 4기 이상의 위성이 있으면 가능하지만, 안정성을 위해서는 더 많은 위성을 볼 수 있는 것이 바람직합니다.

일본판 GPS로 불리는 ‘미치비키’는 기존 GPS 위성의 전파가 차단되어 위치정보가 불안정해지는 지점을 보완하여 안정적인 고정밀 측위를 실현하고 있습니다.

GPS 칩이란?

GPS 칩은 GPS 위성으로부터 신호를 수신하는 GPS 안테나를 연결하거나 내장하여 현재 위치를 산출하기 위한 회로가 내장된 칩입니다.

GPS는 전지구측위시스템(영어: Global Positioning System)의 약자로, 미국 국방부가 운용하는 측위위성과 통신하여 지구상의 위치를 파악하는 것으로, GPS를 이용한 위치정보 측정은 일상생활에서도 없어서는 안 될 기술이 되었으며, GPS 칩은 고정밀화, 소형화 등 고성능을 위한 개발이 활발히 진행되고 있습니다.

현재는 GPS 위성뿐만 아니라 러시아의 GLONASS, EU의 Galileo, EU의 Galileo, 중국의 북두(北斗)의 4개 위성 시스템을 지칭하는 GNSS(영어: Global Navigation Satellite System) 외에도 인도의 GAGAN, 일본의 ‘미치비키’ 등의 신호에도 대응하는 것이 일반화되어 있습니다.

GPS 칩의 사용 용도

GPS는 유도미사일 등 군사용으로 개발되었으나, 민간용으로 개방되면서 선박이나 항공기의 항법지원에 사용되기 시작했습니다.

GPS 칩이 개발되고 소형화되면서 현재는 내비게이션, 스마트폰, 태블릿 등 휴대용 단말기에 사용되고 있습니다. 이를 통해 지도 앱에서 현재 위치나 목적지까지의 내비게이션이 가능해졌습니다.

또한 스마트워치 등 웨어러블 기기에도 GPS 로거로 탑재되어 이동거리, 걸음 수, 이동 이력 등을 확인할 수 있습니다. 이 외에도 우주 비즈니스에 적용하기 위한 개발 등도 진행되고 있습니다.

GPS 칩의 원리

GPS 위성에는 원자나 분자의 스펙트럼선이 가진 주파수를 기반으로 한 매우 정밀한 시계(원자시계)가 내장되어 있으며, GPS 위성에서 발신되는 신호는 이 정확한 시간과 위성의 위치 정보가 주를 이룹니다.

GPS에서 GPS 칩까지의 신호 도달 시간에 광속을 곱하면 GPS 위성으로부터의 거리를 계산할 수 있습니다. 즉, 그 때의 거리를 반경으로 한 구면상의 어디에 GPS 칩이 있는지를 알 수 있습니다.

이를 여러 개의 위성으로 수행하여 모든 위성의 구면이 교차하는 지점을 현재 위치로 파악할 수 있습니다. 최소 3개의 위성으로부터 정보를 수신할 수 있으면 위치를 파악할 수 있지만, 수신하는 위성의 수가 많을수록 그 정확도는 높아집니다.

위성에는 원자시계가 탑재되어 있어 매우 정확한 시간을 발신할 수 있지만, 수신 측의 GPS 칩에는 원자시계가 탑재되어 있지 않습니다. 수신측에는 일반적인 쿼츠 시계가 탑재되어 있지만 원자시계만큼의 정확도를 낼 수 없기 때문에 최소 4개 이상의 위성에서 수신하여 x, y, z, t의 네 가지를 변수로 하여 시간을 보정해야 합니다.

GPS 칩의 기타 정보

1. GPS 칩의 고정밀도화

빛은 1초에 약 30만km(3억m)를 진행하기 때문에 1,000만분의 1초의 오차도 30m의 오차가 발생한다. 이러한 시간 정보에 의한 오차 외에도 위성 위치 정보에 의한 오차, 전리층이나 대기 중 수분의 영향에 의한 오차, 건물이나 산의 반사에 의한 오차, 수신 가능한 위성 수가 적어서 생기는 오차 등이 있지만, 다양한 방식으로 수정하여 수m 이내의 오차범위 내에서 보정하고 있습니다.

최근에는 GNSS를 이용하여 오차 10cm를 실현하였고, 일본판 GPS인 ‘미치비키’는 천정 부근에 있어 수신 가능한 위성 수가 늘어나기 때문에 이를 지원하는 칩이라면 수cm의 오차가 가능해져 트랙터나 이앙기 등의 자동운전에 사용할 수 있게 되었습니다.

2. GPS 칩의 소형화로 탑재가 가능해진 것들

GPS 칩의 소형화로 인해 다음과 같은 제품에 탑재가 가능해졌습니다.

GPS 트래커
동전만한 크기로 다양한 물건에 부착하여 위치 정보를 발신할 수 있는 범용형 GPS 칩 탑재 장치로, 아이나 노인, 장애인의 옷에 부착하여 감시용으로 사용하거나, 강아지 목걸이, 짐 등에 부착하여 대상의 위치를 확인하는 데 사용합니다. 라는 소형-경량으로 3,000원 정도에 구입이 가능합니다.

드론
GPS 모듈이 작고 저렴해지면서 GPS 탑재 드론도 보급되고 있습니다. 특히 시중 가격이 크게 낮아져 사용자가 구매하기 쉬워졌는데, 4K 고화질의 HD 카메라를 장착한 모델도 대형 쇼핑몰에서 1만원대 초반에 구입할 수 있게 되었습니다.

GNSS 모듈이란?

GNSS 모듈은 인공위성의 신호를 이용하여 위치 정보 등의 데이터를 획득하기 위한 모듈입니다.

GNSS는 ‘Global Navigation Satellite System’의 약자로, 전지구 측위 위성 시스템을 의미합니다. 위치 정보를 파악하는 시스템으로 대표적인 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, EU의 Galileo, 중국의 북두위성위치확인시스템 BeiDou, 일본의 QZSS 등을 말합니다.

다양한 인공위성 시스템에서 보내오는 신호를 이용하여 보다 정밀한 위치 정보를 측정할 수 있습니다.

GNSS 모듈의 사용 용도

GNSS 모듈은 자동차의 위치, 속도, 진행 방향의 정보 측정이나 스마트폰의 지도 기능 등을 위한 위치 정보 획득에 사용된다. 또한 태블릿, 스마트워치, 노트북, 의료용, 스마트 농업, 고정밀 위치, 스마트 트레인, 로보틱스, 자율주행차, 산업 자동화, 물류 및 자산 추적, 드론, 농기계, 건설 중장비 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다.

GNSS 모듈을 선택할 때는 모듈의 크기와 비용, 안테나에서 수신한 신호의 처리 규모 등을 고려해야 합니다. 그 외에도 스마트폰이나 태블릿 PC의 경우 낙하 충격 강도, 차량용 GNSS 모듈의 경우 열과 진동 강도를 확보해야 합니다.

GNSS 모듈의 원리

여러 개의 인공위성에서 보내오는 인공위성의 위치와 시간 정보를 신호 수신부에서 수신합니다. 수신한 시간과 신호가 전송된 시간, 신호의 진행속도로부터 인공위성과 GNSS의 거리를 구하고, 이를 여러 개의 신호로부터 수행함으로써 위치 정보를 판별할 수 있습니다.

반면, 위성에서 보내오는 신호는 미약하고, 장애물이 있으면 신호가 닿지 않거나 수신 환경의 영향으로 잡음이 발생해 정확한 위치 정보를 파악할 수 없는 경우가 많습니다. 그래서 정확한 위치 정보를 파악하기 위해 고도의 신호 처리를 구현한 제품도 있습니다.

GNSS 모듈의 구성

GNSS 모듈의 구성 요소는 수신부, 저잡음 증폭기, GNSS 수신기 등으로 이루어져 있습니다. 인공위성에서 발신되는 미약한 신호를 신호 수신부에서 수신하고, 저잡음 증폭기로 증폭시킨다.

그 증폭된 신호를 GNSS 수신기에서 처리하여 위치 정보를 산출합니다. 그 위치 정보는 GNSS 모듈을 연결한 기기로 전송되어 위치 정보를 이용한 애플리케이션에 활용됩니다.

GNSS 모듈의 기타 정보

1. GNSS 모듈의 주요 오차 요인

GNSS 모듈은 인공위성으로부터 신호를 받아 양질의 위치 정보를 측정할 수 있지만, 위성 궤도, 위성 시계, 전리층 지연, 대류권 지연, 수신기(안테나), 멀티패스 등의 요인으로 인해 오차가 발생할 수 있습니다. 각 요인에 의해 발생하는 오차의 원인은 다음과 같습니다.

위성 궤도 요인
측위 계산은 위성으로부터 에페메리스 데이터(위성의 궤도 데이터), 알마낙 데이터(위성의 궤도 이력) 정보를 캐치하는 방식으로 이루어집니다. 에페메리스 데이터는 2시간에 한 번, 아르마낙 데이터는 6일에 한 번씩 업데이트되는 정보입니다. 따라서 두 데이터가 업데이트되지 않은 기간에는 가장 최근 데이터를 기준으로 위치를 추정해야 하므로 오차가 발생합니다.

위성 궤도 계수
측위 계산은 인공위성으로부터 에페메리스 데이터(위성의 궤도 데이터), 알마낙 데이터(위성의 궤도 이력) 정보를 캐치하는 방식으로 이루어집니다. 에페메리스 데이터는 2시간에 한 번, 아르마낙 데이터는 6일에 한 번씩 업데이트되는 정보입니다. 따라서 두 데이터가 업데이트되지 않은 기간에는 가장 최근 데이터를 기준으로 위치를 추정해야 하므로 오차가 발생합니다.

위성 시계 계수
인공위성 데이터에는 위성 시계 정보가 포함되어 있습니다. 위성 시계 정보가 인공위성에서 발신되는 시점과 수신기에서 잡히는 시점 사이에 지연이 발생합니다.

전리층 지연 계수
전리층은 상공 50km에서 1,000km 상공에 존재하며, 태양 활동의 영향으로 기체의 종류와 밀도에 차이가 있는 영역입니다. 인공위성의 전파는 이 전리층을 통과할 때 빛의 굴절로 인해 전달 속도가 지연됩니다.

대류권 지연 계수
대류권은 지상에서 상공 11km 사이에 존재하는 영역입니다. 인공위성의 전파가 대류권을 통과할 때도 전리층과 마찬가지로 빛의 굴절로 인해 전달 속도가 지연됩니다.

수신기 (안테나) 팩터
안테나로 인공위성의 정보를 수신한 후 케이블, 회로, 전파상의 지연, 위치 계산 연산 속도와 메모리 접근 속도 등 다양한 요인이 영향을 미쳐 오차가 발생합니다.

멀티패스 요인
멀티패스는 전파가 반사물에 반사되어 직접 입사하는 전파보다 늦게 입사하는 전파를 말합니다. 인공위성에서 나오는 전파의 경우, 직접 입사하는 전파보다 멀티패스의 전파 출력이 더 크게 나오는 경우가 있습니다. 이 경우, 출력이 큰 멀티패스 데이터를 사용하여 측위 계산이 이루어질 수 있습니다.

2. GNSS 모듈의 측위 방식

GNSS 모듈의 측위 방식은 크게 단독 측위와 상대 측위 두 가지로 나뉩니다.

• 단독 측위
  단독 측위는 4기 이상의 여러 위성의 신호를 하나의 수신기로 수신하여 측위하는 방식입니다. 단독 측위에서는 위성 시계율 오차 등으로 인해 10~20m 정도의 측위 정확도가 한계입니다.
• 상대측위
  상대측위는 정확한 좌표가 필요한 기준점과 측정하고자 하는 지점에서 동시에 단독 측위를 수행합니다. 이 경우 여러 수신기의 정보를 이용하기 때문에 단독 측위보다 높은 품질의 측위가 가능합니다.

LCD 모듈이란?

LCD 모듈은 액정 디스플레이를 구성하는 액정 패널과 영상을 표시하기 위한 드라이버/컨트롤러가 내장된 것을 말합니다.

비교적 저렴하고, 얇고, 저소비전력이기 때문에 다양한 전자기기에 내장되어 있습니다. 임베디드 기기 외에도 전자 공작의 부품으로도 많이 사용됩니다.

크게 문자를 표시하는 데 특화된 문자 LCD 모듈과 도형이나 그림 등을 표시할 수 있는 그래픽 LCD 모듈로 구분할 수 있습니다.

LCD 모듈의 사용 용도

LCD 모듈이 어떻게 활용되고 있는지 구체적인 사용 사례를 몇 가지 소개하면, LCD 모듈의 활용 범위는 나날이 넓어지고 있으며, 그 용도는 무궁무진하다고 할 수 있습니다.

1. 휴대용 기기

스마트폰, 태블릿, 노트북 등 휴대용 기기에서 LCD 모듈은 사용자 인터페이스의 핵심 부품이다. 사용자의 터치 입력을 받아 정보를 선명하게 표시하여 이러한 기기의 사용 편의성을 크게 향상시킵니다.

2. 가전 제품

TV, 냉장고, 에어컨, 세탁기 등 가전제품에서 LCD 모듈은 정보 표시와 조작 안내를 위해 사용됩니다. 예를 들어, TV에서는 영상을 표시하고, 냉장고와 에어컨에서는 온도와 설정 모드를 표시하는 데 사용됩니다.

3. 산업 설비

LCD 모듈은 공장 생산 라인, 농기계, 건설 기계 등 산업 장비의 조작 패널에도 사용됩니다. 작업자에게 필요한 정보를 제공하여 보다 안전하고 효율적인 장비 작동을 가능하게 합니다.

4. 의료 기기

의료 분야에서도 LCD 모듈은 중요한 역할을 합니다. 환자의 생체 신호를 모니터링하는 장치, 초음파 검사 장비, MRI 스캐너 등에 탑재되어 의료진에게 필요한 정보를 시각적으로 제공합니다.

5. 자동차

최신 자동차에서는 기존의 아날로그 계기판이 디지털화되어 LCD 모듈을 통해 차의 속도, 엔진 상태, 내비게이션 정보 등을 표시하고 있습니다.

LCD 모듈의 원리

액정표시장치(LCD) 모듈의 원리를 이해하기 위해서는 먼저 액정의 특성을 이해하는 것부터 시작해야 합니다. 액정은 고체와 액체 사이의 상태를 가진 물질로, 온도나 전기장에 따라 배향(방향)을 바꿀 수 있다. 이 특성이 LCD의 핵심 원리가 됩니다.

1. 액정

액정 중에는 빛의 편광 상태를 바꿀 수 있는 능력을 가진 것이 있는데, 이를 이용하여 LCD는 영상을 만들어 냅니다. 구체적으로는 액정 셀(액정층과 양측의 전극으로 구성된 구조)에 전압을 가하여 액정의 배향을 바꾸고, 그 결과 빛의 투과율이 변화합니다.

2. LCD 모듈

LCD 모듈은 이 액정 셀을 기반으로 한 디스플레이 부분과 이를 제어하는 전자회로로 구성됩니다. 전자회로는 입력 신호에 따라 각 액정 셀에 전압을 인가하여 각 셀의 광 투과율을 제어합니다. 이를 통해 전체 디스플레이에서 볼 때 복잡한 이미지를 형성합니다.

3. 색상 표시

색상 표시는 일반적으로 적색, 녹색, 청색의 삼원색 백라이트와 컬러 필터를 결합하여 구현됩니다. 각 픽셀은 3개의 액정 셀(적색, 녹색, 청색 각각에 해당)로 구성되며, 각 셀의 투과율을 제어하여 원하는 색상을 만들 수 있습니다.

LCD 모듈의 종류

LCD 모듈은 구조와 조립 방식에 따라 크게 세 가지 유형으로 나뉩니다. 각각 COB형, COG형, COF형으로 불리며, 특성과 적용 분야가 다릅니다.

세 가지 유형은 각각 제품의 특성, 응용분야, 제조비용 등의 요소에 따라 선택됩니다.

1. COB형 (영문: Chip-On-Board)

COB형은 액정 디스플레이 패널과 IC 칩이 동일한 인쇄기판 위에 탑재된 타입을 말합니다. 일체형으로 모든 기능을 탑재할 수 있지만 크기가 커지기 쉽다는 단점이 있습니다다.

2. COG형 (영문: Chip-On-Glass)

COG형은 IC 칩이 유리 기판(액정 패널)에 직접 탑재되는 타입을 말합니다. 이를 통해 모듈 전체의 박형화 및 소형화를 실현할 수 있습니다. 단, 수동 부품은 외장형입니다.

3. COF형 (영문: Chip-On-Film)

COF형은 IC 칩이 유연한 필름 기판에 실장된 타입을 말하며, COF형은 COG형과 마찬가지로 박형화, 소형화가 가능하며, 곡면에도 적용이 가능합니다.

LCD 모듈의 기타 정보

1. LCD의 구조 상세

액정표시장치(LCD)의 주요 구성요소로는 편광필터, 유리기판, 투명전극, 배향막, 컬러필터 등이 있습니다.

• 편광 필터
  편광 필터는 LCD의 가장 바깥층에 배치되어 있습니다. 이 필터는 특정 방향의 빛만 통과시키는 역할을
  합니다. 액정 셀에는 두 장의 편광 필터가 사용되며, 그 사이에 액정층이 끼어 있습니다.
• 유리 기판
  액정 셀을 구성하기 위한 두 장의 투명한 유리 기판이 있습니다. 이 기판 사이에 액정이 봉입되어 있습니다.
• 투명 전극
  유리 기판의 한 면에는 투명 전극이 증착되어 있습니다. 이는 액정층에 전압을 인가하는 역할을 합니다.
• 배향막
  투명 전극 위에는 배향막이 도포되어 있습니다. 이 막은 액정의 배향(방향)을 일정한 방향으로 정렬하는 역할을 합니다.
• 컬러 필터
  컬러 LCD에서는 유리 기판의 한 면에 컬러 필터가 배치되어 있습니다. 이 필터는 빨강, 초록, 파랑의 3원색에 대응하는 필터로 각 픽셀의 색상을 결정합니다.

2. LCD 모듈의 표시 방식

LCD 모듈의 표시 방식에는 아래 세 가지 방식이 있습니다.

• 세그먼트 방식
  길쭉한 표시 단위를 숫자 ‘8’자로 배열하여 숫자를 표시하는 방식.
• 도트 매트릭스 방식 (문자 표시)
  표시 단위를 가로 세로로 매트릭스 형태로 배치하여 문자를 구성하는 방식.
• 도트 매트릭스 방식 원리 (그래픽 표시)
  표시 단위를 가로, 세로 행렬 상태로 배치하여 도형 등을 그리는 방식.

컬러 표시는 하나하나의 표시 단위 위에 RGB 컬러 필터를 씌워 그 조합에 따라 다양한 컬러를 표현합니다.

패널 PC란?

패널 PC는 산업용 컴퓨터에 해당하는 형태로, 터치패널로 조작할 수 있는 얇은 형태의 컴퓨터입니다.

주요 조작이 터치패널로 이루어지기 때문에 평소에 컴퓨터를 사용하지 않는 사람도 직관적으로 사용할 수 있습니다. 최근에는 병원, 접수처, 편의점, 노래방, 음식점 등 많은 곳에서 도입되고 있습니다.

방수, 방진 기능이 높은 모델도 많아 일반 PC로는 도입이 어려웠던 곳에서도 사용할 수 있습니다. 특히 주방이나 공장 등 먼지와 물방울이 많은 곳에서 많이 활용되고 있습니다.

패널 PC의 사용 용도

패널 PC는 시인성이 뛰어난 디스플레이와 쉬운 조작성이 요구되는 용도에 사용됩니다. 산업용 장비의 조작 패널로 내장되거나 주문, 예약, 생산관리, 접수 등의 장소의 단말기로 활용되고 있습니다.

편의점의 복사기나 티켓 예매 등의 키오스크 단말기도 패널 PC입니다. 주점이나 패밀리레스토랑과 같은 음식점에서도 주문에 패널PC가 채택되어 친숙한 기기로 자리 잡았습니다.

패널PC를 도입하면 고객의 주문이 즉시 주방의 패널PC에 표시되기 때문에 주문 내용을 바로 파악할 수 있습니다.

패널 PC의 원리

패널PC는 터치패널 모니터와 CPU를 일체화하여 슬림한 형태를 구현한 컴퓨터입니다. 사용 용도에 따라 탑재하는 CPU의 사양 등을 선택합니다. 또한 모니터는 LCD-TFT 액정이 많습니다.

1. 터치 패널

터치패널의 방식은 주로 저항막 아날로그 방식과 투영형 정전 용량 방식이 채택되고 있습니다.

저항막 아날로그 방식
저항막 아날로그 방식은 두 장의 투명 전극이 서로 마주보고 간격을 두고 배치됩니다. 패널을 터치하면 두 개의 투명 전극이 접촉하여 전류가 흐른다. 접촉한 위치에 따라 흐르는 전류가 달라지는 것을 이용해 터치한 위치를 파악합니다.

비전도성 물질에서도 터치를 감지할 수 있습니다. 또한, 터치면에 먼지나 물방울이 묻어있는 환경에도 강하다. 단, 멀티터치는 지원하지 않습니다.

투영형 정전 용량 방식
투영형 정전 용량 방식은 정전용량 결합으로 전계가 발생하는 전극막을 패널에 부착하는 방식입니다. 전극막에 전도성 있는 검지손가락 등이 접근하면 전극 간 정전용량 결합이 변화합니다.

이 정전용량 결합의 변화로 터치한 위치를 파악합니다. 스마트폰 등에서 널리 사용되는 방식이며, 멀티터치가 가능합니다.

2. 방수 및 방진

각종 조인트를 작게 만들고 고무나 개스킷으로 밀폐하여 방수, 방진을 실현하고 있으며, IP65/66/69 규격에 부합하는 제품도 있습니다.

패널 PC의 종류

패널 PC는 설치 방식에 따라 다음과 같은 종류가 있습니다.

1. 패널 마운트

기기의 패널이나 벽 등에 장착하는 것을 전제로 한 케이스입니다.

2. VESA 마운트

VESA 규격의 나사 구멍이 준비되어 있어 VESA 규격에 맞는 스탠드나 암 등을 이용하여 장착할 수 있습니다.

3. 오픈 프레임

외부에 내부 부품을 보호하는 프레임이 없어 기판이나 모니터 등이 노출된 상태로 제공되는 형태입니다. 부품으로 기기 등의 임베딩에 사용됩니다.

4. 데스크탑

독립형 케이스가 있는 모델입니다.

이외에도 패널 마운트나 데스크탑에도 VESA 규격의 나사 구멍이 있는 모델과 의료용 전자파 방해에 관한 국제 표준인 60601-1-2를 준수하고 알코올 등의 소독에 견딜 수 있는 사양으로 만들어진 모델도 있습니다.

또한, 열을 배출하기 쉬운 알루미늄 방열판을 사용해 팬이 없는 무소음 타입의 모델도 있습니다.

패널 PC를 선택하는 방법

패널 PC를 선택할 때 고려해야 할 사항을 설명합니다.

1. 터치패널의 조작

장갑을 끼고 조작하는 환경에서는 저항막 아날로그 방식의 터치패널을 채택한 모델을 선택합니다.

2. 사용 환경

먼지나 물방울이 묻을 수 있는 환경에서 사용할 경우 방수, 방진 기능이 있는 모델을 선택합니다.

3. 사용 용도

기기 내장형으로 사용할 경우 패널마운트 또는 오픈 프레임, 독립형 단말기로 사용할 경우 VESA 마운트 또는 데스크탑을 선택합니다.

4. 정숙성 여부

패널 PC를 사용하는 환경에 따라 정숙성이 필요한 경우가 있습니다. 예를 들어, 병원이나 도서관 등에서는 정숙성이 요구됩니다. 이런 경우, 팬이 없는 패널 PC를 선택하는 것이 좋습니다.

5. 사용하는 소프트웨어

패널 PC에서 구동할 소프트웨어에 맞는 OS를 선택할 수 있는 모델을 선택합니다.

회전계란?

회전계(영어: revolution indicator, tachometer)는 회전운동을 하는 물체의 회전수나 회전속도를 측정하는 계측기이다. 회전 속도는 본래 각속도로 표현되는 양이지만, 산업적으로는 일정 시간 내 회전수, 예를 들어 분당 회전수(rpm) 등으로 표현하는 경우가 많기 때문에 회전 속도를 측정하는 계기를 일반적으로 회전계라고 부릅니다.

회전계에는 회전체에 접촉하여 측정하는 방식과 비접촉식으로 측정하는 방식이 있습니다. 접촉식은 회전체에 접촉자를 직접 눌러서 측정하기 때문에 빠르게 측정할 수 있습니다. 비접촉식은 회전체에 반사마크를 부착하거나 센서류를 부착하여 측정합니다. 고속 회전체나 고온의 물체도 측정할 수 있습니다.

회전계는 주로 회전기기의 유지보수, 엔진, 전동기, 발전기, 터빈 등의 회전속도를 측정하는 데 사용됩니다.

회전계 사용 용도

회전계는 회전물의 회전수나 회전속도를 접촉식 혹은 비접촉식으로 측정하는 경우에 사용됩니다. 구체적으로는 엔진 등 내연기관, 모터, 터빈 발전기, 냉동기 등 광범위한 산업용 제품입니다. 가까운 예로는 자동차 계기판에 엔진 회전수가 표시되는 것을 들 수 있습니다.

회전계의 원리

회전계는 크게 기계식과 전자식으로 나뉜다. 기계식은 오래전부터 사용되어 왔으며, 회전수를 세는 십진기어기구와 이를 일정 시간 동안 작동시키기 위한 계측기구를 결합한 것으로, 허슬러식 회전계가 대표적입니다. 일정 시간 동안 회전한 횟수를 측정합니다.

접촉식 회전계는 주로 영구 자석, 감지 코일, 자기 회로로 구성됩니다. 회전으로 인한 자속 변화에 비례하는 유도 전압을 코일로 감지합니다. 이 전압을 변환하여 회전의 출력 신호로 사용합니다. 회전 속도의 순간 값, 즉 각속도를 연속적으로 측정하고 지시하는 계측기에는 각속도를 이에 비례하는 다른 다루기 쉬운 물리량, 예를 들어 원심력, 유체의 점성력, 전자기 유도에 의한 기전력 등으로 변환하여 측정합니다.

비접촉식 회전계는 여러 가지 방식이 있습니다. 반사 마크 방식은 회전체 반사 테이프의 반사광을 세고, 자력 방식은 회전체 자석의 자기장 변화를 감지하는 방식입니다. 그리고 센서 방식은 회전체에 부착한 센서의 신호를 카운트하는 방식입니다. 센서에는 광학식, 자기식, 전자기 유도식 등의 종류가 있습니다.

회전계의 종류와 측정법

회전계는 접촉식, 비접촉식, 겸용식, 센서식 등으로 분류됩니다.

1. 접촉식 회전계

기계식은 회전축의 중심에 밀착하여 사용합니다. 기어를 사용하여 특정 시간 동안 회전한 횟수를 계산합니다. 버튼을 누르면 보통 3초 동안 회전수가 rpm으로 표시됩니다. 전자식에는 다양한 종류가 있다. 핸디형 회전계를 회전축 중앙에 대고 누르면 rpm을 바로 읽을 수 있습니다.

회전계에 주속 링을 부착하여 회전축의 원주 방향 표면에 밀면 주속을 측정할 수 있습니다. 접촉식 회전계로 고속으로 회전하는 기기를 측정하는 것은 위험합니다. 저속용으로 사용하는 것이 더 안전합니다.

2. 비접촉식 회전계

비접촉식 회전계에는 반사마크 방식, 자기력 방식, 센서 방식 등 다양한 방식이 있습니다. 표시 방식은 아날로그 방식과 디지털 방식이 있습니다. 일반적으로 아날로그 출력과 디지털 출력을 모두 갖추고 있습니다. 두 방식 모두 감지한 회전 신호를 증폭 후 직류 전압으로 변환하여 회전의 출력 신호로 사용합니다.

반사 마크 방식은 회전축 외주면에 반사 테이프를 붙이고 회전계에서 적색 가시광선이나 LED를 방출하여 반사 마크에서 반사되는 빛을 세는 방식입니다. 그리고 회전수로 환산하여 표시합니다. 반사 테이프의 개수에 따라 측정 범위가 달라집니다. 감지 거리는 20~300mm 정도입니다. 자력 방식은 회전축을 자화시켜 자속 변화를 감지하는 회전계입니다.

3. 접촉식 및 비접촉식 회전계

핸디형 비접촉식 회전계 헤드에 접촉 어댑터와 회전 접촉자를 장착하면 접촉식 회전계가 되는 타입입니다.

4. 센서식 회전계

회전축에 센서류를 부착하여 계수하는 방식입니다. 광학식, 자기식, 전자기 유도식 등이 있습니다. 대부분 비접촉식입니다.

• 광학식
  슬릿이 있는 원반을 회전체에 장착하고, 빛을 입사시켜 슬릿을 통과하는 수를 카운트하는 방식입니다. 응답이 빠른 특징이 있습니다.
• 자기식
  모터에 자석을 장착하여 회전으로 인한 자기장의 변화를 감지하는 방식입니다. 자기식은 물이나 기름 등 오염에 강한 특징이 있습니다. 산업용 재봉틀, 공작기계 등 오염되기 쉬운 환경에서도 사용할 수 있습니다.
• 전자기 유도식
  센서의 코일이 회전체에 설치된 돌기 등을 통과할 때 자기장의 변화를 감지하는 방식입니다. 고속 회전 측정에 적합합니다. 자동차의 ABS 시스템 등에 사용됩니다. 회전 센서 등을 특별히 장착하지 않고 진동이나 소음을 감지하여 회전수를 추정 측정하는 FFT 연산식 회전계가 등장하고 있습니다.

 

기판 외관 검사 장치란?

기판 외관 검사 장치란 인쇄 회로 기판 등의 기판에 장착된 부품의 양호 여부와 결함을 검사하는 장치입니다.

이 장치에서는 실장 부품의 위치 오차, 단선, 단락, 크랙, 부품의 부유, 납땜 등에 문제가 없는지 검사합니다. 전자기판 검사에는 올바르게 동작하는지를 검사하는 기능검사 외에 각 전자부품이 올바른 위치에 결함 없이 장착되어 있는지 검사하는 기판 외관검사(기판검사, 실장검사)가 있습니다.

전자기판 검사는 AOI(Automated Optical Inspection)라고 불리며, 기판 외관 검사에서 문제가 없다면 실제로 설계대로 동작하는지를 확인하는 기능 검사입니다. 이 기능 검사에는 기능 테스터가 사용됩니다.

기판 외관 검사 장비의 사용 용도

기판 외관 검사 장비는 다양한 장비에 탑재되는 기판의 검사에 사용되고 있습니다. 기판에 실장된 부품의 위치 오차, 단선, 부품의 부유 및 납땜 불량 등의 검사를 실시하여 다음과 같은 결함을 발견할 수 있습니다.

1. 부품 결함

• 부품 미실장
  부품의 실장 위치가 올바르지 않은 상태
• 부품의 위치 이탈
  부품이 패드에서 분리되어 잘못된 위치에 실장된 상태
• 부품이 떠 있는 상태
  부품의 한쪽만 납땜이 된 상태에서 다른 쪽이 떠 있는 상태

2. 납땜 결함

• 단선
  납땜이 되지 않은 상태
• 단락
  납땜량이 너무 많아 인접한 패드에까지 납땜이 부착되어 있는 상태
• 공극
  납땜 시 기포에 의해 발생하는 결함
• 습윤 불량
  납땜이 깨끗하게 부착되어 있으나 전기적 접촉이 불완전한 상태
• 솔더 볼
  땜납의 공 모양의 덩어리가 생긴 상태
• 브리지
  인접한 IC 핀 사이에 땜납이 연결된 상태
• 크랙
  솔더 표면에 균열이 있는 상태
• 이모 땜납
  납땜이 잘 접합되지 않아 납땜이 울퉁불퉁하게 된 상태

또한, 기판 외관 검사를 통해 문제가 없다면 실제로 설계대로 동작하는지 기능 검사를 하게 되는데, 기능 검사에는 기능 테스터가 사용됩니다.

이러한 기판 외관 검사 장비는 전자 기판의 회로 집적화가 진행되면서 소형화, 집적화된 기판에서는 사람의 육안으로 확인하기가 어려워짐에 따라 도입이 증가하고 있습니다. 또한, 노동력 절감, 인력 절감 등을 통한 비용 절감과 생산성 향상, 인적 오류를 줄여 품질 가치를 높일 수 있다는 장점도 있습니다.

기판 외관 검사 장비의 원리

1. 기판 외관 검사 장비의 구성

기판 외관 검사 장비는 사람과 마찬가지로 외관을 보는 ‘눈’의 기능을 하는 장비와, 양과 질을 판단하는 ‘뇌’의 기능을 하는 장비가 최소한으로 필요한 구성입니다. 이를 통해 사람이 육안으로 확인하던 검사를 대신 수행합니다.

따라서 기판 외관 검사 장비는 눈인 카메라와 두뇌인 영상처리 소프트웨어를 탑재한 컴퓨터로 구성됩니다.

2. 기판 외관 검사기의 판정 방법

기판 외관 검사 장비에서 가장 많이 검출되는 납땜 결함의 판정 방법을 설명합니다. 기판 외관 검사 장비에서 납땜의 좋고 나쁨은 기판 접착면 경계와 전자부품 접착면 경계를 연결하는 직선 거리를 임계값으로 하여 납땜 부분의 길이가 이를 초과하는지 여부로 판단합니다.

즉, 소프트웨어의 판단은 솔더 부분이 임계치 이상이면 솔더가 기판과 전자부품 사이를 전기가 통할 수 있는 상태로 연결한 양호한 상태이고, 임계치 미만이면 불량입니다. 부품의 형상 등 전자기판에 따라 임계값이 달라지기 때문에 영상처리 소프트웨어에 모든 임계값 데이터를 입력해 두어야 합니다.

최근에는 여러 대의 카메라를 이용해 3차원으로 촬영하거나, X선 카메라로 투과 영상을 촬영하거나, 레이저의 반사광 데이터를 얻는 등 2차원의 일반 카메라만으로는 검출할 수 없는 결함을 검출할 수 있도록 하고 있습니다. 예를 들어, 3차원 촬영을 하면 납땜 부분의 높이, 면적 및 부피 등을 측정할 수 있기 때문에 납땜량, 크기 및 필렛 형상 등을 측정할 수 있습니다.

이러한 자동화된 광학적인 수단에 의한 기판 외관 검사를 AOI라고 하는데, AOI는 ‘Automated Optical Inspection’의 약자로, 우리말로 번역하면 자동 광학 검사라고 할 수 있습니다.

기판 외관 검사 장비에 대한 기타 정보

인간에 의한 기판 외관 검사의 문제점

지금까지 기판 외관 검사는 사람의 육안으로 검사해 왔습니다. 하지만 사람에 의한 검사는 검사자의 경험이나 주관에 따라 합격과 불합격의 기준이 달라지는 경우가 있었습니다. 또한, 검사 항목이 늘어나면 그에 따라 인력을 늘려야 하기 때문에 인건비 증가로 이어지기도 했습니다.

또한, 공장에서 라인 생산되는 전자기판의 생산량은 방대해 육안 검사로는 처리 능력의 한계로 생산량을 따라잡을 수 없습니다. 이 때문에 생산 효율을 높이는 데 어려움을 겪고 있습니다. 이에 기판 외관 검사 장비를 도입하여 사람이 직접 하던 검사를 자동화하여 생산 효율 향상과 비용 절감을 달성하고 있습니다.

직류 전원이란?

직류 전원이란 직류 전원을 공급하는 전원 장치입니다.

전원에는 직류 전원과 교류 전원 두 가지가 있습니다. 직류전원은 전류와 전압의 방향이 항상 한 방향으로만 흐르는 전원입니다. 교류전원은 전류와 전압의 방향이 주기적으로 바뀌는 전원을 말한다.

전력회사에서 공급하는 상용전원은 전압 변경과 전원 차단이 용이한 교류전원이 일반적입니다. 반면, 반도체의 동작에는 직류 전원이 필요하기 때문에 전자제품에 공급하는 전원은 반드시 직류여야 합니다.

따라서 직류전원은 주로 전자제품의 작동에 사용됩니다.

직류전원의 사용 용도

직류전원은 생활용품부터 산업분야의 거대한 장치까지 다양한 용도로 사용됩니다. 다음은 사용 예시입니다.

• PC 및 스마트폰 충전용 AC 어댑터
• 트램용 전원 공급 장치
• LED 조명의 전원 공급 장치
• 공조기 및 냉장고의 제어 기반 내부
• 전해 공장, 도금 공장용 전원 공급 장치
• 직류를 이용한 전기로의 전원

가전제품도 대부분 직류전원을 내부에 가지고 있지만, 선풍기나 백열전구 등 일부 가전제품은 교류전원을 직접 사용하기 때문에 직류전원장치를 가지고 있지 않습니다.

직류 전원의 원리

직류 전원장치(AC-DC 전원)는 교류 전원을 정류, 안정화하여 직류 전원으로 만드는 장치입니다.

직류화 방식에 따라 크게 션트 레귤레이션 방식, 직렬 레귤레이션 방식, 스위칭 레귤레이션 방식의 세 가지로 나뉩니다.

1. 션트 레귤레이션 방식

• 션트 레귤레이션 방식은 입출력 사이에 다이오드와 저항을 직렬로 연결합니다.
• 교류전원이 다이오드를 일정한 방향으로만 통과할 수 있기 때문에 출력단에서는 직류전원이 출력됩니다.
• 구조가 간단한 대신 저항에 의한 열 손실이 커서 세 가지 방식 중 효율이 가장 낮습니다.

2. 직렬 레귤레이션 방식

직렬 레귤레이션 방식은 입출력 사이에 트랜지스터 등의 소자를 직렬로 연결합니다.
교류전원은 일정한 방향으로만 트랜지스터를 통과할 수 있기 때문에 출력단에서는 직류전원이 출력됩니다.

3. 스위칭 레귤레이션 방식

스위칭 레귤레이션 방식은 교류 전원을 스위칭 소자로 전류와 전압의 방향을 전환합니다. 그 결과, 일정한 방향과 평균화된 직류 전원이 출력됩니다.

직류 전원의 기타 정보

1. 직류 전원과 교류 전원의 차이점

앞서 언급했듯이 전원에는 직류 전원과 교류 전원이 있습니다. 직류 전원과 교류 전원의 특징은 다음과 같습니다.

직류 전원의 특징

• 건전지나 납축전지 등의 화학반응에서 뽑아낼 수 있다.
• 반도체의 동작에는 직류전원이 필요하다.
• 장거리 송전 시 리액턴스에 의한 손실이 없다.
• 유도 전자파가 발생하지 않는다.
• 변압-차단용 장치가 고가이다.

교류전원의 특징

• 동기발전기 등 회전기기에서 전원을 추출할 수 있다.
• 변압기에 의해 쉽게 변압 가능하다.
• 전류가 0이 되는 타이밍에 쉽게 차단 가능하다.
• 유도에 의한 전자파 대책이 필요하다.
• 역률 및 과도 안정도 고려해야한다.

이상의 특성으로 인해 대형 전원화에 적합하기 때문에 전력회사의 상용전원은 교류전원입니다.
그러나 최근에는 과도 안정성을 고려할 필요가 없고 손실이 적은 직류에 의한 대용량 송전도 검토되고 있습니다.

2. 직류전원 사용법

직류전원은 종류도 규모도 다양하지만, 모두 정전압 또는 정전류 모드로 작동합니다.

정전압 모드
정전압 모드는 일정한 전압으로 작동하도록 만들어진 모드입니다. 정전압으로 사용하는 전자회로의 제품 확인 등에 사용됩니다. 정전압 모드 정전압 제품으로서 파워 서플라이는 산업에서 널리 사용됩니다.

정전류 모드
정전류 모드는 일정한 전류로 작동하도록 만들어진 모드입니다. 아날로그 신호의 전송 및 LED 조명의 조광 장치에 사용됩니다.

제품에 내장된 직류 전원장치에는 두 가지 모드 중 한 가지 모드만으로 동작하는 경우가 많습니다. 시험용 직류 전원장치 등은 각 모드를 수동으로 전환할 수 있는 장치가 많기 때문에 용도에 따라 모드를 변경할 수 있습니다.