月: 2023年10月

라인 스캔 카메라란?

라인 스캔 카메라 (영어: line scan camera) 는 라인 형태로 물체를 촬영하여 한 장의 이미지로 합성하는 카메라입니다.

흔히 비교되는 영역 센서 카메라는 시야 전체를 한 번에 촬영합니다. 반면, 라인 스캔 카메라는 한 줄의 라인 센서에 대해 대상물을 직각 방향으로 이동시키거나 카메라를 이동시키면서 연속적으로 촬영하여 평면적인 이미지를 얻을 수 있습니다.

가로형 이미지를 획득할 때, 라인 스캔 카메라는 픽셀 단위로 발생하는 미세한 변화도 포착할 수 있습니다.

라인 스캔 카메라의 사용 용도

라인센서 카메라는 도로, 외벽을 비롯한 사회기반시설 검사부터 부직포, 기어, 반도체 부품 등의 산업용 검사, 미술품 분석, 육안으로 검사하던 과일 선별 등 다양한 용도로 활용되고 있습니다.

라인센서 카메라가 적합한 대상물은 크기가 큰 것, 고정밀 해상도가 필요한 것, 연속적으로 긴 것, 입체적인 외관을 가진 것 등입니다.

예를 들어, 크기가 큰 물체를 촬영할 경우, 영역 센서로 분할하여 촬영하는 방법도 있지만 여러 장의 이미지를 이어 붙여야 합니다. 반면, 라인 센서를 사용하면 한 장의 이미지로 촬영할 수 있기 때문에 이미지를 이어 붙이는 작업이 필요하지 않습니다.

라인 스캔 카메라의 원리

라인 스캔 카메라는 일반 카메라와 마찬가지로 렌즈에서 들어온 빛을 CCD, CMOS 등의 촬영 소자에서 결상시켜 전자적 신호로 변환하여 이미지로 출력합니다.

한 줄의 라인 센서로 구성된 촬영 소자에 대해 피사체를 수직 방향으로 이동시켜 연속적으로 촬영합니다. 그리고 여러 장의 이미지를 합성하여 연속적인 이미지를 획득합니다. 라인센서 카메라는 크게 흑백 이미지를 획득할 수 있는 모델과 컬러 또는 비가시광선 이미지를 획득할 수 있는 모델로 나뉩니다.

컬러 이미지를 획득할 수 있는 모델은 라인 센서의 배열이 1~3열 정도이며, 다층 구조로 되어 있습니다. 이는 하나의 센서에서 얻을 수 있는 색상 정보가 하나이기 때문인데, 3열의 컬러 센서에서는 특정 1픽셀을 청색, 녹색, 적색의 색상 정보를 얻을 수 있는 3개의 이미지 센서로 촬영합니다.

반면, 1열 컬러 센서에서는 특정 1픽셀을 1개의 이미지 센서로 촬영하기 때문에 단일 색상 정보만 얻게 됩니다. 그리고 주변의 색 정보를 통해 특정 1픽셀의 색 정보를 추정하기 때문에 색의 정확도가 3열 컬러 센서보다 떨어집니다.

라인 스캔 카메라 선택 방법

라인 스캔 카메라를 선택할 때 중요한 것은 다루는 대상 시스템의 해상도, 노출 제어, 고속 대응, 감도 등을 종합적으로 판단하는 것입니다.

1. 노출 제어

기존 라인 스캔 카메라는 노출 제어가 없어 속도 변동에 따라 수동으로 광원의 밝기를 변화시켜야 했습니다. 전자식 셔터를 사용하면 속도 변화가 있어도 자동으로 노출 시간을 변경하여 동일한 밝기로 촬영할 수 있습니다.

2. 고속 대응

데이터 처리 능력을 나타내는 처리량으로 판단합니다. 현재 최고 속도 수준의 카메라가 판매되고 있습니다.

3. 감도

기존 라인 스캔 카메라는 1라인 스캔 분의 노출 시간밖에 확보할 수 없기 때문에 강한 광원을 필요로 합니다. 따라서 센서 자체는 개구율 100%의 고효율 센서를 사용합니다. 또한, 타임 딜레이 통합 기술을 사용하여 감도를 수십 배 이상 향상시킨 카메라도 있어, 광량을 높일 수 없는 장소나 고속 스캔에 적합하다.

4. 음영 보정

최신 카메라는 픽셀 내 미세한 감도 차이를 카메라가 실시간으로 보정하는 기능이 있습니다. 이 도구를 사용하여 조명 불균형으로 인한 폭 방향의 광량 변화 보정인 쉐이딩 보정이 가능합니다.

라인 스캔 카메라에 대한 추가 정보

라인 스캔 카메라 제조사

라인 스캔 카메라는 긴 길이의 물체 검사나 입체물의 외관 검사 등 특정 분야에서 사용됩니다. 따라서 영역 센서 카메라에 비해 시장이 제한적이라고 할 수 있다. 라인 센서 카메라의 시장 규모는 면적 센서 카메라의 40% 정도이지만 빠르게 성장하고 있습니다.

라인 스캔 센서 카메라는 개발 중인 제품이기 때문에 제조업체가 많습니다.. 규모가 큰 회사로는 키엔스 주식회사, 하마마츠 포토닉스 주식회사 등이 있습니다. 그 외에도 (주)코어텍, (주)아발데이터, (주)제이에이아이코퍼레이션 등 많은 업체들이 있습니다.

ASIC이란?

ASIC는 ‘Application Specific Integrated Circuit’의 약자로, 통신이나 영상 등의 고속 처리 등 특정 용도에 특화된 집적회로를 말합니다.

높은 성능을 얻을 수 있고, 컴팩트하게 만들 수 있으며, 제조 시 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 FPGA에 비해 소프트웨어나 회로를 재작성할 수 없기 때문에 개발 기간과 개발 비용이 많이 든다는 단점이 있습니다.

ASIC의 사용 용도

ASIC의 사용 용도는 가전제품, 통신기기, 영상처리, 산업기기, 컴퓨터 등 매우 다양합니다.

• 라우터에서 빠른 인터넷 통신을 위한 고속 처리 IC
• 디지털 카메라의 고화질, 고화질의 이미지를 위한 고속처리 IC

ASIC는 특정 기능에 특화되어 있어 성능이 높고 단가가 저렴합니다. 그러나 개발 기간과 설계 시제품 제작에 소요되는 개발비를 회수할 수 있는지를 고려해야 합니다.

ASIC의 원리

ASIC는 일반적으로 세미 커스텀 ASIC이 채택되기 때문에 아래에서는 게이트 어레이형과 셀 기반형 ASIC의 원리를 소개합니다.

1. 게이트 어레이형 ASIC

게이트 어레이형 ASIC은 반도체 제조 공정 중 배선 공정까지는 기존 실리콘 웨이퍼를 이용하여 배선 공정에서 용도에 맞게 배선을 커스터마이징하는 방식입니다. 개발 시에는 배선 회로 레이아웃에 대한 설계만 진행하기 때문에 개발 비용과 기간을 단축할 수 있는 장점이 있습니다.

2. 셀 기반 ASIC

셀 기반 ASIC은 반도체 제조 공정 내 트랜지스터 소자, 저항, 캐패시터 등 모든 마스크 공정에서 IC 내 회로를 커스터마이징하는 방식입니다. 설계 최적화가 가능하기 때문에 매우 자유도가 높고 성능이 좋은 ASIC을 만들 수 있습니다. 하지만 게이트 어레이형에 비해 개발 비용과 기간이 많이 소요된다는 단점이 있습니다.

ASIC의 기타 정보

1. ASIC 마이닝

ASIC 마이닝 개요
ASIC 마이닝은 암호자산(구 명칭: 가상화폐)을 위해 ASIC를 사용하는 것을 말합니다. 암호자산의 세계에서는 하나의 암호자산 거래를 담보하기 위해 채굴(발굴)이라는 작업이 필요합니다.

채굴에는 해시 함수가 사용되며, 다양한 값을 탐색해 특정 값을 만족할 경우 채굴에 성공할 수 있습니다. 일련의 계산은 방대하며, 이 채굴이 성공해야만 암호자산의 거래가 승인됩니다. 이러한 방대한 계산에 사용되는 것이 바로 ASIC 마이닝 입니다.

ASIC 마이너에 대한 요구사항
해시 함수 실행 알고리즘을 회로나 IC 칩에 집약시킨 전용 ASIC를 탑재한 장비를 ASIC 마이너라고 합니다. 방대한 연산 처리가 필요한데, 이 ASIC 마이닝 처리를 해싱 파워라고도 합니다.

이 해시파워를 뒷받침하는 전력에 대한 논의는 최근 환경 문제와 맞물려 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있는 상황 입니다. 따라서 ASIC의 고속 연산 특성 향상과 소형화, 저전력화에 대한 기대가 크다 할 수 있습니다.

2. ASIC의 개발 기간과 개발 비용

ASIC의 개발 기간은 FPGA나 프로세서에 비해 길어지는 것이 일반적입니다. 그 이유는 전용 용도에 따라 집적회로 설계가 개별적으로 필요하고, 마스크를 공급한 후에는 회로 및 레이아웃 수정이 불가능하기 때문입니다. 개발 기간과 공수에 가장 큰 영향을 미치는 것은 시제품 제작 횟수와 특성 최적화를 꼽을 수 있습니다.

그러나 전용 설계이기 때문에 불필요한 기능을 제거하고 작게 만들 수 있는 ASIC 칩의 제조비용은 FPGA에 비해 저렴하고 우수한 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있습니다.

컨택트 프로브는?

컨택트 프로브는 전기적 접합부가 스프링으로 수축하는 구조로 되어 있으며, 전기적 통전을 얻기 위한 통전 프로브를 말합니다.

탐침, 컨택 프로브 등으로 불리기도 합니다. 예를 들어, 측정 등의 경우에 전기적 통전을 시키기 위해 금속부끼리 맞닿게 하는 경우, 그 금속끼리 어느 정도의 힘으로 접촉하지 않으면 전기적 연결이 불안정해져 정확한 연결을 얻을 수 없습니다.

컨택트 프로브는 접합부를 스프링으로 슬라이딩하는 구조로 하여 전기적 접속을 스프링의 가압력으로 접촉시켜 전기적 접속을 안정적으로 할 수 있도록 한 프로브입니다.

컨택트 프로브의 사용 용도

컨택트 프로브는 전자부품이나 인쇄 회로 기판 등의 도통 검사, 통전 검사 등에 사용됩니다. 전자 부품이나 인쇄 회로 기판 등을 생산할 때, 품질 향상을 위해 생산 공정에 통전 검사나 통전 검사가 포함되는 경우가 있습니다.

이러한 경우, 검사 대상인 전자부품이나 인쇄기판의 임의의 위치에 전압을 걸거나 전류를 흘려보내야 합니다. 또한, 납땜이나 커넥터에 의한 연결이 불필요하고 쉽게 탈착하고 싶을 때 컨택트 프로브가 사용됩니다.

컨택트 프로브는 접촉부의 형상이나 두께, 스프링의 압력이나 슬라이딩 스트로크 등을 선택할 수 있는 경우가 많으며, 접촉시키는 대상의 재질이나 형상, 흐르는 전류의 크기 등에 따라 적절한 것을 선택하는 것이 중요합니다.

컨택트 프로브의 원리

컨택트 프로브는 가위기라고 불리는 검사기나 ICT (In-circuit Tester) 라고 불리는 검사기에 사용되며, 이들 검사기에는 핀보드라고 불리는 것이 사용됩니다. 핀보드는 컨택트 프로브 전용 소켓이 준비되어 있기 때문에 이를 10mm 정도의 두께의 수지 판에 검사 대상의 연결 위치에 맞는 위치에 구멍을 뚫어 장착하고 전기 배선을 한 후, 소켓에 컨택트 프로브를 꽂는 구조로 되어 있습니다.

가위기라고 불리는 검사기나 ICT (In-circuit Tester) 라고 불리는 검사기는 핀보드를 수직으로 상하로 움직이는 기구를 갖추고 있기 때문에 검사 대상을 핀보드로 끼워 넣어 검사 대상 부위에 컨택트 프로브를 대고 전기적인 통전 검사를 할 수 있습니다.

컨택트 프로브의 구조

컨택트 프로브는 끝부분에 있는 전기적 접합부인 플런저, 고정하는 본체인 파이프 (또는 배럴) , 파이프 안에 있는 스프링으로 구성됩니다. 또한, 컨택트 프로브에는 전용 소켓이 제공되기 때문에 소켓을 고정하여 배선하면 컨택트 프로브가 마모되었을 때 프로브만 교체할 수 있습니다.

컨택트 프로브 선택 방법

컨택트 프로브는 주로 크기, 스트로크, 바늘 압력, 팁의 형태 등 4가지 요소로 선정됩니다.

1. 크기

크기는 프로브가 닿는 곳의 밀도, 흐르는 전류의 크기 등의 조건으로 선정됩니다.

2. 스트로크

스트로크는 기기의 핀보드 등을 상하로 움직이는 기구의 이동량이나 검사 대상의 위치나 높이 등의 조건으로 선정하는데, 대체로 슬라이딩량이 전체 스트로크의 2/3 정도가 되는 것을 선택하는 것이 바람직합니다.

3. 바늘 압력

니들 압력은 스프링의 힘으로, 컨택트 프로브의 개수나 기기의 핀보드 등을 상하로 움직이는 기구에 가해지는 힘 등을 고려하여 선정됩니다. 예를 들어, 기구가 낼 수 있는 힘이 5kgf라고 가정했을 때 100개의 프로브가 장착된 핀보드를 다루기 위해서는 1개당 바늘 압력 (용수철 힘) 이 50g 이하인 것을 선택해야 기기가 정상적으로 작동할 수 있습니다.

4. 팁 형상

팁 형상은 컨택트 프로브를 접촉하는 대상의 재질과 크기, 형태, 흐르는 전류 등에 적합한 것을 선정합니다.

컨택트 프로브의 기타 정보

테스트 패드 준비

검사 대상 기기에서 사전에 생산 공정상 통전 검사를 할 가능성이 있는 것을 설계할 경우, 회로 설계 시 측정 포인트를 예상하여 설계하는 것을 권장합니다. 인쇄 회로 기판을 설계할 때 컨택트 프로브를 대는 테스터 패드를 짜 넣음으로써 컨택트 프로브를 쉽게 대거나 피치가 작은 부품의 신호도 쉽게 추출할 수 있기 때문입니다.

오실로스코프란?

오실로스코프는 전기 신호를 파형으로 화면에 출력하는 장비로, 시간 경과에 따른 신호의 변화를 2차원적으로 관찰할 수 있는 것이 특징입니다.

오실로스코프는 크게 아날로그 오실로스코프와 디지털 오실로스코프로 나뉩니다.

1. 아날로그 오실로스코프

입력 신호를 브라운관의 화면에 전자빔을 주사하여 파형을 그려서 관찰하는 오실로스코프를 말합니다. 오실로스코프에 입력된 신호는 약간의 지연 시간으로 즉시 파형이 표시됩니다.

2. 디지털 오실로스코프

입력 신호를 A/D 컨버터로 디지털 데이터로 변환하고, 그 데이터를 메모리에 일단 저장한 후 디스플레이에 파형을 표시하는 오실로스코프를 말합니다. 아날로그 오실로스코프와 달리 이산적인 데이터의 집합체이기 때문에 각 데이터 사이를 보완하여 부드러운 곡선으로 표시합니다.

오실로스코프의 사용 용도

오실로스코프는 전기 신호를 파형으로 관찰하기 때문에 전자회로의 동작을 시각적으로 확인할 수 있습니다. 오실로스코프를 이용하여 전자 회로 내의 신호 파형을 확인하여 설계 의도대로 동작하는지 검증할 수 있습니다.

고속 디지털 회로의 동작 검증에서는 디지털 신호의 변동 (지터) 에 영향을 받지 않는 확실한 타이밍에 신호를 입력해야 하는데, 이 타이밍을 설정하는 데 오실로스코프가 사용됩니다.

또한 기기의 고장 원인이 전자회로에 있는 경우, 그 전자회로의 각 부분의 신호 파형을 추적하여 고장 부위를 찾아낼 수 있기 때문에 전자기기의 수리에도 효과적인 측정기입니다.

오실로스코프의 원리

기존의 아날로그 오실로스코프에서는 프로브에서 입력된 신호가 오실로스코프의 수직 증폭 회로로 전달됩니다. 수직 증폭 회로에서 신호는 감쇠 또는 증폭된 후 브라운관의 수직 편향판에 전달됩니다.

수직 편향판에 인가된 전압에 의해 전자빔이 위아래로 스캔됩니다. 이 일련의 흐름이 오실로스코프의 원리입니다. 입력된 신호는 동시에 트리거 회로에도 전달되는데, 그 신호가 설정된 트리거 조건과 일치하는 순간부터 전자빔은 수평 방향으로 스캐닝을 시작합니다.

디지털 오실로스코프는 입력된 신호를 A/D 컨버터로 디지털 데이터로 변환하고, 그 데이터를 메모리에 순차적으로 저장합니다. 그리고 입력 신호가 트리거 조건을 충족한 시점부터 일정 시간이 지나면 새로운 데이터 저장을 중지합니다.

그 결과 위 메모리에는 트리거 조건에 일치하는 타이밍 전후의 신호가 기록되어 있기 때문에 그 신호를 디스플레이에 파형으로 표시합니다. 즉, 트리거 이전의 신호 파형도 관찰할 수 있습니다.

또한, 메모리 내의 데이터를 사용하여 파형 분석, 예를 들어 FFT 연산을 통한 신호의 주파수 분석도 가능합니다. 또한, 그 데이터를 메모리 카드 등에 출력하여 PC에 의한 분석이나 데이터 저장도 가능합니다.

오실로스코프 선택 방법

기종 선정 시에는 측정 내용에 대해 충분한 사양을 갖춘 오실로스코프인 것이 중요한 포인트입니다. 구체적으로 주파수 특성, 샘플링 속도, 채널 수, 메모리 길이, 사용 가능한 프로브의 종류 등을 고려해야 합니다.

현재 오실로스코프는 파형을 관찰하는 기본적인 용도 외에도 타이밍 검증, 파형 분석, 컴플라이언스 테스트 등으로 용도가 확대되고 있으며, 이에 따라 측정 범위의 확대와 기능의 고도화가 진행되고 있습니다. 따라서 사용 목적에 맞는 기능을 가진 기종의 선택이 요구되고 있습니다.

오실로스코프 사용법

오실로스코프는 전압의 시간적 변화를 관찰하는 것 외에도 반복되는 신호의 주파수 측정, 리서지 곡선 그리기 등이 가능합니다. 전자 회로의 평가 시험, 비디오 및 음성 신호의 파형 관찰, 파워 디바이스의 응답 특성 시험, 고속 디지털 회로의 타이밍 여유 측정, 메카트로닉스 제품의 평가 등 폭넓게 활용되고 있습니다.

측정하기 위한 사전 준비로는 프로브의 위상 조정과 프로브 간 스큐 조정이 있다. 특히 전류 프로브와 전압 프로브를 병용하는 경우, 전류 프로브의 지연 시간이 크기 때문에 스큐 조정은 필수입니다. 또한, 충분한 측정 정밀도를 확보하기 위해 전원을 켠 후 30분 정도 기다렸다가 측정하는 것도 필수적입니다.

실제로 원하는 파형을 관찰하는 요령은 트리거 조정이 필요합니다. 아날로그 오실로스코프에서는 슬로프 선택과 트리거 레벨, 트리거 딜레이만 조정할 수 있지만, 디지털 오실로스코프에서는 이 외에도 펄스 폭, 간격 등 다양한 트리거 조건을 설정할 수 있게 되었습니다.

또한, 여러 개의 트리거 조건이 성립했을 때 신호를 포착하는 시퀀셜 트리거도 사용할 수 있습니다. 이를 활용하여 관찰하고자 하는 신호를 포착하는 테크닉이 요구됩니다.

오실로스코프의 기타 정보

1. 아날로그 오실로스코프와 디지털 오실로스코프의 특징과 차이점

양자의 특징을 정리하면 다음과 같습니다.

아날로그 오실로스코프

• 실시간성이 뛰어나고, 새로운 신호를 받아 표시하기까지의 데드타임이 짧다.
• 신호의 밝기로 동일 파형의 발생 빈도를 판단할 수 있다.
• 단발성 현상이나 반복 빈도가 적은 현상 관측에는 적합하지 않다.
• 관측 결과의 저장을 위해 사진 촬영 장비 등을 준비해야 한다.
• 파형을 이용한 분석은 불가능하다.

디지털 오실로스코프

• 단발적인 현상을 보완하여 표시할 수 있다.
• 관측 결과는 전자 데이터로 처리할 수 있어 저장하기 쉽다.
• 파형을 디지털 데이터로 취급하여 프로세서에 의한 분석이 가능하다
• 신호 처리에 소요되는 데드타임이 길어 실제 관측할 수 있는 시간이 상대적으로 짧아진다.
• 반복되는 파형에서 파형의 주파수 정보가 손실된다.

현재 산업용 계측 용도로만 한정하면 아날로그 오실로스코프는 거의 100% 디지털 오실로스코프가 선택되고 있습니다.

<p. 이는 고속 A/D 컨버터와 파형처리용 프로세서가 널리 공급되고, 디지털 오실로스코프의 단점을 보완하는 기술 발전으로 비교적 저렴한 가격대에서도 고기능을 갖춘 제품이 판매되고 있기 때문입니다.

2. 오실로스코프 주의 사항

오실로스코프로 올바른 파형을 관찰하기 위해서는 몇 가지 주의해야 할 사항이 있는데, 특히 측정하고자 하는 주파수 대역을 충분히 커버할 수 있는 주파수 특성을 가진 기종을 선정하는 것이 중요합니다.

오실로스코프의 주파수 특성은 진폭이 -3dB가 되는 주파수로 정의되므로, 정확한 진폭 측정을 위해서는 측정하고자 하는 신호 주파수의 5배 정도의 주파수 특성을 가진 기종을 선택해야 합니다.

또한 디지털 오실로스코프에서는 데이터 샘플링 주파수에 대해서도 주의해야 합니다. 샘플링 주파수가 피측정 신호의 2배 이하가 되면 에일리어싱이 발생하여 가짜 파형이 표시되기 때문입니다.

로직 애널라이저란?

로직 애널라이저 (영어: Logic analyzer) 는 디지털 신호 전용 애널라이저 (분석 장치)  로, 디지털 회로의 동작 검증을 주 목적으로 하는 측정기입니다.

신호를 분석하는 장치로서 주로 아날로그 신호 분석에 사용되는 오실로스코프와 비교되기도 합니다.

로직 애널라이저의 사용 용도

로직 애널라이저는 디지털 회로의 검증과 트러블슈팅에 필수적인 도구로, 제품 개발 및 제조 현장에서 사용되고 있습니다.

여러 신호의 입력에 대해 아날로그 특성은 측정하지 않고, 임계값을 이용하여 0과 1로 변환하여 처리합니다. 신호를 디지털 데이터로 취급하기 때문에 디지털 회로에서 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

• 시스템 동작의 디버깅 및 검증
• 여러 디지털 신호의 동시 추적 및 상관관계 분석
• 버스의 타이밍 위반 및 과도 현상 감지
• 임베디드 소프트웨어의 실행 추적

로직 애널라이저의 원리

테스트 대상 시스템 (SUT: System under test) 의 측정 지점에 프로브를 설치하여 신호를 로직 애널라이저에 입력합니다. 입력된 신호는 먼저 비교기에 입력됩니다.

비교기에서는 사용자가 임의로 설정한 임계전압 (임계값) 과 비교하여 이보다 높으면 “1”, 낮으면 “0”으로 후단으로 전달됩니다. 즉, 비교기를 통과한 후에는 디지털 신호로 취급됩니다.

비교기의 출력은 클럭과 트리거 조건에 따라 디지털 신호로 출력됩니다. 클럭은 로직 애널라이저의 내부 샘플링 클럭을 사용하는 경우와 SUT의 외부 클럭을 준용하는 경우가 있으며, 용도에 따라 구분하여 사용합니다.

전자는 각 신호 간의 타이밍 정보를 얻기 위해, 후자는 상태를 얻기 위한 것입니다. 트리거 조건은 특정 로직 패턴, 임의의 이벤트 수 카운트, 이벤트 지속시간 등 다양한 항목을 설정할 수 있습니다.

테스트 대상 회로의 신호 레벨에서 적절한 임계값을 설정하고, 얻고자 하는 정보에 대해 적절한 클럭, 트리거 조건을 설정하는 것이 중요합니다.

로직 애널라이저 사용법

프로브를 SUT에 연결하고 개별 입력 신호에 이름을 설정합니다. 이때 버스 등 여러 신호를 측정할 경우, 그룹화하여 등록하면 측정 결과를 쉽게 관찰할 수 있습니다.

다음으로 신호를 샘플링할 시간을 결정합니다. 샘플링 클럭의 주파수가 높을수록 더 세밀한 신호 측정이 가능합니다. 반면, 수집할 수 있는 데이터 양은 일정하기 때문에 관찰할 수 있는 시간 폭은 좁아집니다. 신호의 샘플링 간격은 다음 식을 통해 구할 수 있습니다.

샘플링 간격(초)=1/주파수(Hz)

마지막으로 트리거 조건 설정입니다. 트리거 조건 설정에서는 측정 시작 이외에도 트리거 발생 시 화면 표시 방법을 지정할 수 있습니다. 화면 표시 방법에서는 트리거가 3회 발생하면 중지할 것인지, 트리거가 발생할 때마다 측정 결과를 갱신할 것인지 지정할 수 있습니다.

로직 애널라이저의 기타 정보

1. 로직 애널라이저와 오실로스코프의 차이점

오실로스코프가 신호의 파형 등 아날로그 특성을 관찰할 수 있는 반면, 로직 애널라이저는 신호에서 디지털 데이터 (정보) 를 처리합니다.

하나의 신호에서 얻을 수 있는 정보량은 오실로스코프가 더 많지만, 동시에 관찰할 수 있는 신호는 4개 (4채널) 정도로 제한되는 반면, 로직 애널라이저는 동시에 다수의 입력 신호를 처리할 수 있는 것이 특징입니다.

2. 로직 애널라이저 사용 시 주의 사항

로직 애널라이저에는 몇 가지 주의 사항이 있는데, SUT와 로직 애널라이저의 고장을 방지하고 올바른 측정 결과를 얻기 위해 알아두면 도움이 될 것입니다.

SUT의 전원이 꺼져 있는지 확인합니다.
SUT에 프로브를 연결할 때 측정 부위와 그 주변부가 프로브를 통해 접촉할 수 있는데, SUT에 전원이 공급되면 그 순간 큰 전류가 흐르게 되어 고장이 발생할 수 있습니다. 따라서 항상 프로브 연결이 끝난 후 SUT에 전원을 공급하도록 주의해야합니다.

용도에 맞는 프로브 선택하기
프로브에는 측정하는 신호마다 리드를 개별적으로 연결하는 플라잉 리드 프로브, 로직 애널라이저 전용 커넥터와 연결하는 커넥터 프로브, 기판 풋프린트에 직접 연결하는 커넥터리스 프로브 등이 있습니다. 용도에 따라 프로브를 선택해야 합니다.

용도에 따라 측정 조건 설정하기
측정하고자 하는 신호의 변화 빈도나 측정 범위에 따라 샘플링 클럭과 기록 시간을 설정합니다. 로직 애널라이저의 성능에 따라 다르지만, 분해능과 메모리 용량을 고려하여 올바른 측정 결과를 얻을 수 있도록 설정과 기종을 선택해야 합니다.

스크류 체결기란?

스크류 체결기는 공장의 조립 공정 등에서 나사 조임 작업의 일부 또는 전부를 자동화하는 장치입니다.

위치 및 토크의 제어를 자동화하여 수동으로 하는 것보다 빠르고 정확하게 나사를 조일 수 있다. 스크류 체결기의 종류는 크게 다음 세 가지가 있습니다.

• 핸디형
  손에 들고 나사를 조입니다.
• 자동 나사 조임 타입
  나사 조임기가 축의 이동으로 위치를 조정하여 나사 조임 작업을 수행합니다.
• 로봇 타입
  로봇 팔을 이용하여 이동하면서 나사를 조이는 작업을 합니다.

스크류 체결기의 사용 용도

스크류 체결기는 공장의 조립 공정에서 자동화와 품질 보증, 작업 효율화를 목적으로 활용됩니다. 가전제품의 자동 조립 공정에서의 나사 조임 작업이나 공장의 설비기기 설치 작업 등이 대표적인 사용 용도입니다.

공정을 어느 정도 자동화할 것인지, 나사 조임 작업의 복잡성 등을 고려하여 적합한 스크류 체결기를 선택해야 합니다. 아래에서는 사용 용도별로 적합한 나사 조임기를 설명합니다.

• 간단한 수동 나사 조임 작업의 경우
  손에 들고 사용하는 핸디 타입을 사용합니다.
• 조작을 자동화하여 간단한 나사 조임을 할 경우
  조정 기능이 있는 자동 나사 조임 타입을 사용합니다.
• 로봇의 동작을 도입하여 복잡한 나사를 조이는 경우
  자동화로 효율이 높아지는 로봇 타입을 사용합니다.

스크류 체결기의 원리

스크류 체결기는 제어장치와 토크를 발생시키는 모터를 사용하고 나사 구멍에 끼워 넣는 공구인 비트를 사용하여 구성됩니다.

자동 나사 조임 타입은 비트 등이 축을 이동하기 위한 설비가 추가되며, 로봇 타입은 로봇 암이 추가로 필요합니다. 대부분의 나사 조임기는 토크 측정기가 일체형 장치로 되어 있으며, 자동 나사 조임 타입이나 로봇 타입은 나사 공급기가 일체형으로 되어 있는 경우가 많습니다.

1. 핸디형

나사 구멍에 비트를 대고 작동 버튼을 누르면 모터의 회전에 의해 나사를 조이는 방식입니다. 토크 측정기가 부착된 타입은 나사 조임이 완료되면 나사 조임 동작이 자동으로 정지하여 나사와 나사 조임 대상에 불필요한 부하를 줄일 수 있습니다.

2. 자동 나사 조임 타입

나사를 조이는 동작은 핸디형과 동일하지만, 비트 부분이 축을 통해 나사 조임 대상까지 이동하여 나사를 조이는 방식입니다. 이동의 자유도는 축의 수에 따라 달라지며, 축이 회전할 수 있다면 비스듬한 방향에서 나사를 조이는 것도 가능합니다.

3. 로봇 타입

나사를 조이는 동작은 핸디형이나 자동조임형과 동일합니다. 나사를 조이는 부분으로 비트를 이동할 때 로봇 팔을 사용합니다. 또한 나사 조임 대상을 들어 올려 나사 조임부를 비트가 있는 방향으로 움직여 자동 나사 조임 타입에서는 불가능한 면의 나사 조임에도 대응하고 있습니다. 이동의 자유도는 로봇 팔을 사용함으로써 복잡한 나사 조임이나 단시간에 많은 나사를 조일 수 있습니다.

스크류 체결기의 기타 정보

스크류 체결기의 장점과 특징

1. 핸디형
핸디형의 장점은 나사를 조일 때 작업 효율과 품질을 향상시킬 수 있으며, 나사를 조일 때 조임 토크를 균일하게 유지할 수 있어 조임으로 인한 풀림이나 파손을 방지할 수 있습니다. 나사가 자동으로 스크류드라이버 끝에 공급되어 한 손만으로 지정된 토크로 조일 수 있으며, 1분에 수십 개의 나사를 조일 수 있습니다.

2. 자동 나사 조임 유형
자동 나사 조임 타입의 장점은 수작업으로 어려운 극소형 나사를 정확하게 조일 수 있어 더 많은 종류의 나사를 효율적으로 조일 수 있으며, 탁상형 타입으로 사용 편의성과 성능이 뛰어나다는 점입니다. 특징으로는 조임 부분이 축을 통해 이동하기 때문에 조정이 용이하여 손쉽게 나사를 조일 수 있는 것이 특징입니다.

3. 로봇 타입
로봇 타입의 장점은 토크량, 회전량, 나사 진행량을 제어할 수 있어 나사 조임의 품질 불량을 줄일 수 있으며, 자동으로 동일한 동작을 반복하기 때문에 나사 조임 누락 방지에도 효과적입니다. 나사의 종류와 크기를 선택할 수 있고, 조립하는 공작물에 맞게 나사 조임 조건을 설정할 수 있으며, 속도에 편차가 없어 생산성이 높아져 하루 조립 가능 수량이 증가합니다.

고압 변압기란?

고압 변압기는 고압을 1차 전압으로 입력받아 강압 또는 승압한 2차 전압을 출력하는 변압기입니다.

변압기는 변압기라고도 하며, 입력된 전류의 전압을 다른 전압으로 변환하여 출력하는 장치를 말합니다. 입력된 전압보다 낮은 전압으로 변환하는 것을 강압, 반대로 높은 전압으로 변환하는 것을 승압이라고 합니다. 전원 전압에는 저압, 고압, 특고압이라는 규격이 있으며, 교류 전압 600V에서 7kV까지가 고압입니다.

고압 변압기 사용 용도

일반적으로 고압변압기는 공장, 병원, 상업시설 등 전력 소비가 많은 대규모 시설에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

발전소에서 생산된 전력은 수만V로 매우 고압입니다. 이를 그대로 사용자에게 송전하면 사용할 수 없습니다. 하지만 송전 효율을 위해 공급원 인근에서는 고압, 저전류로 송전하고 변압기에서 사용 가능한 전압으로 강압합니다.

고압변압기는 큐비클이라는 고압수전시설에 내장되어 옥상 등에 배치되는 것이 일반적입니다.

고압 변압기의 원리

변압기는 두 개의 코일로 구성됩니다. 이 두 코일은 전기적으로는 분리되어 있지만, 철심 코어를 통해 자기적으로 연결되어 있습니다.

입력측 코일이 1차 코일, 출력측이 2차 코일입니다. 1차 코일에 전류를 흘리면 암페어의 법칙에 따라 자속이 발생합니다. 이 자속은 철심을 통해 2차 코일로 전달되어 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 코일의 권선에 따른 전압이 발생하게 됩니다. 이렇게 코일과 철심을 이용하여 입력 전원과 출력 전원의 전압 변환이 가능합니다.

고압 변압기 기타 정보

1. 고압 변압기의 냉각 방식

변압기 내부에서는 전력 손실에 따라 열이 발생하기 때문에 냉각하는 구조가 도입됩니다. 냉각 방식에는 권선을 절연유로 냉각하는 ‘유입식’과 오일을 사용하지 않는 ‘몰드식’이 있습니다.

고압 변압기는 엄격한 방재 대책이 요구되는 시설에서 사용되기 때문에 화재 위험이 낮은 ‘몰드식’을 채택하는 경우가 많습니다. 유입식 변압기의 경우, 절연유에 제3석유류가 사용됩니다. 고압변압기의 용량이 커지면서 기름의 양이 400L를 초과하면 기름만으로는 위험물로서 소방법의 규제를 받게 되므로 주의가 필요합니다.

또한 용량이 커질수록 자냉식 변압기 사용이 어려워지기 때문에 강제 순환식이 채택됩니다.

2. 고압변압기 가격

고압 변압기는 구조가 간단하기 때문에 산업용 기기 중 비교적 저렴한 편입니다. 일반적인 일시 전압이 6,600V/3,300V, 2차 전압이 400V/200V/105V인 변압기라면 중전기기 업체에서 카탈로그 제품이 존재합니다.

카탈로그 제품은 2,000kVA 부근을 상한으로 하며, 그 이상은 주문 생산품입니다. 오일 투입 자냉식 변압기는 수십 kVA의 경우 수십만 엔, 2,000kVA의 경우 수백만 엔~2천만 엔이 평균 가격입니다 (2021년 기준) . 몰드 방식의 경우 이보다 더 가격이 더 높습니다.

일반적인 강압용 변압기라면 위의 금액이지만, 특수 사양의 것은 주문 생산이므로 가격에 관해서는 중전기 회사에 상담이 필요합니다.

3. 고압 변압기의 용량

고압 변압기의 용량은 권선의 허용 전류값과 자기 철심의 용량으로 결정됩니다. 권선에 허용치 이상의 전류가 흐르면 변압기가 소손될 수 있으므로 과전류 계전기로 변압기를 보호합니다.

또한 삼상 전동기 등의 용량은 kW (킬로와트) 를 단위로 하는 반면, 고압 변압기의 용량은 kVA (케이브이에이) 를 단위로 합니다. 단상 삼선식 고압 변압기의 카탈로그 제품은 300kVA 부근이, 삼상 400V/200V 변압기는 2,000kVA가 상한입니다.

큐비클식인 경우, 외함의 크기와 냉각 능력의 관계로 시판품은 750kVA 부근이 상한입니다.

4. 고압 변압기의 역률

부하의 역률에 따라 고압변압기에 걸리는 일량에 차이가 있으므로 주의가 필요합니다. 역률이 1.5배에서 멀어질수록 걸리는 일량은 줄어듭니다. 고압변압기 2차측의 역률을 1로 유지하면 고압변압기를 용량만큼 낭비 없이 사용할 수 있습니다.

산업용 기계는 모터가 많기 때문에 역률이 지연 방향으로 흔들리는 경우가 많습니다. 일반적으로 전력용 커패시터를 부하와 병렬로 연결하여 보상하는 것이 일반적인 대책입니다.

고압 변압기는 60% 부근의 부하가 최고 효율이 되도록 설계됩니다. 따라서 통상 사용 용량이 60% 부근이 되도록 용량에 여유를 두고 선정하는 것이 중요합니다.

플럭서란?

플럭서란 자동 납땜 장비가 납땜하는 과정에서 플럭스를 도포하는 장치입니다.

플럭스는 납땜이 잘 퍼지도록 하는 촉진제를 말합니다. 전자 부품 및 기판 제조에서 납땜은 품질을 좌우하는 중요한 공정입니다.

최근에는 인건비 절감과 효율화를 위해 자동 납땜 장비가 도입되고 있습니다. 플럭서를 사용하면 플럭스를 정확하고 효율적으로 도포할 수 있습니다.

플럭서의 사용 용도

플럭서는 자동 납땜 장비와 함께 사용됩니다. 자동 납땜 장비의 납땜 품질을 향상시키는 것이 목적입니다.

플럭스 함유 솔더도 판매되고 있지만, 플럭스는 솔더의 융점 부근에서 증발합니다. 자동 납땜 장비의 납땜 탱크는 항상 고온으로 유지되기 때문에 플럭스 함유 솔더를 사용할 수 없습니다.

자동 장비에서는 플럭서 (Fluxer) 를 통해 플럭스를 도포합니다.

플럭서의 원리

플럭서로 플럭스를 도포하여 기판 표면의 이물질과 산화막을 제거하여 표면장력을 낮추고 녹은 솔더를 얇게 펴서 녹인 솔더를 확산시킵니다. 땜납은 녹으면 표면장력으로 인해 구형화하려는 특징이 있습니다.

플럭스는 송진(로진)을 주성분으로 하는 액제로 염화아연, 염화암모늄 등이 첨가된다. 송진은 아비에틴산 등 유기산을 많이 함유하고 있으며, 솔더의 융점에 가까운 170℃ 부근에서 활성화되어 구리 산화물을 제거하는 작용을 합니다.

프락서의 종류

플럭서의 도포 방식에는 발포 방식과 스프레이 방식 두 가지가 있습니다.

1. 발포식 플럭서

발포소자를 이용하여 발포된 플럭스에 기판을 담그는 방식으로 도포합니다. 충분한 양의 플럭스를 도포할 수 있는 반면, 다량의 플럭스와 용매를 사용하기 때문에 비용이 많이 든다는 단점이 있습니다.

2. 스프레이식 플럭서

미스트 형태로 분사하여 얇고 균일하게 플럭스를 도포할 수 있습니다. 발포 방식에 비해 필요할 때 필요한 만큼의 플럭스를 사용할 수 있다. 저렴한 비용과 높은 편의성으로 인해 많은 플럭서에서 채택하고 있습니다.

플럭서의 기타 정보

1. 스프레이 프랙서의 도포량

스프레이 플럭스의 도포량은 각 제조사의 노하우에 따라 설계됩니다. 제어기판의 부품 실장면은 리플로우면이라고 불리며, 메탈 마스크와 크림 솔더로 인해 솔더량 관리가 비교적 용이합니다.

뒷면의 솔더 플로우면에는 솔더 탱크를 통과할 때 접착력 향상을 위해 반드시 프리 플럭스를 도포합니다. 이때 도포 방법은 낭비가 적은 스프레이 방식이 많이 사용됩니다. 프리플럭스의 도포량에 따라 기판의 납땜 품질에 큰 영향을 미칩니다.

2. 스프레이 플럭서의 기술 혁신 과제

플럭서에는 스프레이 방식과 발포 방식이 있는데, 도포량 관리가 용이하고 품질이 좋은 스프레이 방식이 주류입니다. 플럭스 도포 품질 향상을 위해 필요한 조건은 다음과 같은 세 가지입니다.

• 불균일성 제거
• 도포량의 선형성 (관리의 용이성)
• 반복 정밀도의 안정성

이러한 조건을 만족시키기 위해 제조 현장에서는 조건 설정을 합니다. 기판을 구역별로 나누어 모든 조건을 만족시킬 수 있도록 시행착오를 거칩니다. 이 작업은 부담이 크고, 전자 기판 실장 분야의 기술 혁신 과제 중 하나입니다.

3. 스프레이 플럭서의 구조

스프레이 방식 프럭서는 노즐과 스프레이로 구성됩니다. 노즐은 캔에서 플럭스를 빨아들이고, 스프레이로 미스트 형태의 플럭스를 직접 분사합니다. 플럭스 흡입용 노즐이 기판의 횡방향으로 작동하며, 이송 컨베이어의 동작과 연동하여 전 유동면에 플럭스를 도포합니다.

스프레이 플럭서의 공정 시간은 30초 정도입니다. 이 방식의 특징은 공구를 주기적으로 청소해야 한다는 점입니다. 그러나 기판 전체에 균일한 도포가 가능하고, 기판 표면의 막 두께 제어가 용이하다는 장점이 있습니다.

따라서 품질 면에서는 스프레이 방식의 플럭서가 가장 우수합니다.

광 스펙트럼 분석기란?

광 스펙트럼 분석기 (영어: Optical spectrum analyzer) 는 이 광 스펙트럼을 측정하기 위한 분광 장치입니다.

광 스펙트럼은 가로축에 파장, 세로축에 광 강도를 표시한 파장별 강도 분포를 말합니다. 비슷한 장치로 광파장계가 있지만, 광스펙트럼 분석기에는 측정값을 보정하는 기능이나 파장을 스캔하는 거울이 탑재되어 있습니다.

광파장계보다 광학계가 복잡한 편이지만, 다기능으로 다용도로 사용할 수 있는 것이 특징입니다. 따라서 장비의 가격이 상대적으로 높습니다.

광스펙트럼 분석기는 광네트워크 통신이나 광커플러 등 광반도체 개발에 활용되고 있습니다. 그 외에도 빛을 이용한 분석, 수분량 측정, 막 두께 측정, 의약, 생물 등 바이오, 화학을 비롯한 모든 광 관련 부품 분야에 응용되고 있습니다.

광 스펙트럼 분석기의 사용 용도

광 스펙트럼 분석기는 주로 광학계의 성능 평가에 활용되고 있습니다. 특히 레이저 광원이나 LED 광원은 산업, 의료 응용, 정보통신, 학술 연구에 이르기까지 매우 광범위하게 응용되고 있으며, 그 파장 특성을 조사하는 것은 매우 중요합니다.

광 스펙트럼 분석기의 사용 용도의 일례는 다음과 같습니다.

• 레이저, LED를 비롯한 단색광원 및 수은, 크세논 램프 등 백색광원의 파장 특성 평가
• 광학 부품의 파장 의존적인 반사율, 투과율 평가
• 광파장 다중 통신 등 광섬유 통신의 품질 검사

광 스펙트럼 분석기의 원리

광 스펙트럼 분석기의 원리는 분광 방식에 따라 크게 분산형과 간섭형 두 가지로 나뉩니다.

1. 분산형 분광방식 광 스펙트럼 분석기

분산 분광 방식은 분광 소자를 이용하여 파장 성분을 공간적으로 분해하여 파장별 강도를 측정하는 방식입니다.

분광소자에는 프리즘이나 회절 격자가 사용됩니다. 분광기는 그 외에 콜리메이트 (Collimate) 라고 불리는 거울과 렌즈, 집광용 카메라나 렌즈로 구성되어 있습니다.

프리즘의 경우 파장에 따른 굴절률의 차이를 이용하여 분광합니다. 프리즘에 입사된 빛은 파장에 따라 다른 굴절각으로 분사됩니다. 이를 통해 측정하고자 하는 빛의 파장 성분을 공간적으로 분해할 수 있습니다.

회절격자의 경우, 파장에 따른 회절각의 차이를 이용하여 분광합니다. 회절 격자에 빛이 입사하면 회절 조건을 만족하는 각도로 파장별로 다른 각도로 출사됩니다.

2. 간섭분광 방식 광 스펙트럼 분석기

간섭분광법은 측정하고자 하는 빛을 간섭시켜 그 간섭 패턴으로부터 스펙트럼을 측정하는 방법입니다.

측정하고자 하는 빛을 간섭시키기 위해 빔 스플리터를 이용한 이광속 간섭 방식과 대향시킨 고반사 미러를 이용한 다광속 간섭 방식이 있습니다. 이광속 간섭 방식에서는 이광속의 광로 길이를 변화시켜 간섭광 강도 변화(인터 프로그램)를 측정하고, 이를 역 푸리에 변환하여 스펙트럼을 산출할 수 있습니다.

다광속 간섭 방식에서는 측정하고자 하는 빛을 다중 반사시키면 공진하는 파장 성분만을 추출할 수 있습니다. 거울의 간격을 바꾸면 공진하는 빛의 파장도 바뀌기 때문에 이를 반복하여 스펙트럼을 측정할 수 있습니다.

파장별로 분리된 빛의 강도를 검출하는 분산 분광 방식에 비해 다이내믹 레인지의 성능은 떨어지지만, 높은 파장 정확도를 얻을 수 있습니다.

광스펙트럼 분석기 기타 정보 보기

광스펙트럼 분석기의 성능 비교

광 스펙트럼 분석기의 성능을 나타내는 가장 중요한 것 중 하나는 파장 분해능 있습니다. 파장 분해능은 광 스펙트럼을 분해할 수 있는 파장폭의 한계를 나타내는 용어입니다.

1. 분산 분광 방식 광 스펙트럼 분석기
분산 분광 방식의 경우, 파장 분해능은 사용하는 회절 격자의 종류, 광로의 거리, 슬릿 폭 등에 따라 달라집니다. 따라서 파장 분해능이 높은 장비의 경우 대형 장비가 됩니다.

또한, 검출할 때 빛이 통과하는 슬릿의 폭을 좁히면 분해능은 높아지지만, 검출하는 강도도 낮아지므로 필요한 분해능 폭을 고려하여 광학계를 조정하는 것이 중요합니다. 카메라에 냉각장치가 부착된 제품을 사용하는 경우, 암전류 등의 배경을 낮추어 측정할 수 있습니다.

2. 간섭분광 방식 광 스펙트럼 분석기
간섭 분광 방식의 경우, 광로 길이를 변화시킬 때의 스텝 폭에 따라 파장 분해능이 결정됩니다. 따라서 높은 파장 분해능을 원할 경우 더 많은 단계로 측정해야 하므로 측정 시간이 더 길어집니다.

솔더 포트란?

솔더 포트 (영어: Solder bath) 는 녹은 땜납을 담거나 녹은 땜납으로 채워진 용기(槽)를 말하며, 용기 내에 땜납을 녹은 상태로 유지하기 위해 히터를 병설한 기기나 설비입니다.

솔더 포트는 솔더 포트, 솔더 배스라고도 불립니다. 납땜하는 대상물의 모양과 수량에 따라 실험실에서 사용할 수 있는 탁상용 크기부터 제조 라인에서 사용하는 대형 제품까지 크기가 다양합니다.

또한, 솔더 포트에는 조 안에서 납땜이 정지된 상태로 있는 고정형과 조 내부에 노즐이 있어 납땜을 분사하는 분사형 두 가지 유형이 있습니다.

솔더 포트의 사용 용도

납땜에는 사람이 직접 손으로 하는 손 납땜도 있지만, 솔더 포트를 이용한 납땜은 비교적 간단한 대상물에 대해 안정된 품질로 대량으로 효율적으로 납땜을 할 때 사용됩니다.

솔더 포트을 사용하는 납땜 방법은 리드선 납땜이나 인쇄 회로 기판에 부품을 실장하는 등의 분야에 적합합니다.. 사람이 손으로 하는 손 납땜에 비해 솔더 포트에 의한 납땜은 비교적 간단한 대상물에 대해 안정된 품질로 대량으로 효율적으로 납땜을 할 때 사용됩니다.

솔더 포트의 원리

솔더 포트는 용융된 땜납을 저장하는 용기와 땜납을 용융된 상태로 유지하기 위한 히터로 구성되어 있습니다. 열량을 가해 땜납을 녹은 상태로 유지한다는 단순한 구조이지만, 생산설비로 도입되는 솔더탱크는 솔더탱크의 온도를 세밀하게 제어할 수 있거나 대상물을 솔더탱크에 운반하는 컨베이어가 장착되어 있는 것이 주류입니다.

또한, 솔더 포트에는 납땜액이 탱크 내에 고정되어 있는 고정형과 납땜액을 분사하는 노즐이 장착된 분출형이 있습니다. 솔더 포트 내의 땜납은 용융된 상태에서 공기에 장시간 노출되면 산화되어 산화물이 생성됩니다. 산화물은 납땜하는 모재와 납땜의 습윤성을 악화시켜 납땜 불량을 유발하는 주요 원인입니다.

따라서 산화되지 않은 용융 땜납을 항상 공급하는 것이 좋은 납땜을 하기 위한 중요한 포인트입니다. 이 때문에 노즐로 솔더 포트 내부의 용융 땜납을 분사하여 모재에 산화되지 않은 땜납을 접촉시키는 방식의 분출 타입이 많이 사용되고 있습니다.

고정식은 물론 분출식에서도 산화물 제거 대책이 필요하지만, 분출식은 솔더가 항상 흐르고 있기 때문에 산화물 발생이 적고, 산화물 제거 작업이 적다는 장점이 있습니다.

1. 고정형 솔더 포트를 사용한 납땜

그림 1의 고정식 납땜조 모식도와 같이 납땜조 안에 용융 솔더를 배치하고, 그림 2와 같이 용융 솔더 안에 프린트 기판 등 납땜할 부품을 담그고, 그림 3과 같이 끌어올리면 납땜이 완료됩니다.

2. 분출형 납땜조를 이용한 납땜

분출형 납땜조를 이용한 납땜은 그림 4의 분출형 납땜조의 모식도와 같이 용융 솔더가 들어 있는 솔더 포트 내에 노즐을 배치하고, 그림 5와 같이 솔더 포트 내의 용융된 솔더를 노즐을 통해 분출시켜 분출시킵니다. 이를 프린트 기판 등 납땜할 부품에 분사하여 납땜이 완료됩니다.

이처럼 솔더를 분사하는 노즐이 장착된 솔더 포트를 사용하는 방법을 플로우 솔더링이라고 하며, 인쇄회로기판 제조 분야에서 많이 도입되고 있습니다. 구체적인 장비의 구조는 인쇄 회로 기판에 칩을 내장한 것을 컨베이어로 솔더 포트로 운반하여 용융된 솔더를 분사하여 기판과 부품이 제자리에 실장하는 것으로, 자동화된 제조 공정의 일부로 편입되어 있습니다.

땜납의 기타 정보

1. 솔더의 종류

납땜을 사용할 때 ‘플럭스’와 ‘야니’를 사용합니다. 그 목적은 깨끗한 ‘납땜’을 하기 위함입니다. ‘플럭스’는 염화암모늄이나 염화아연을 함유한 액체입니다.

인쇄 회로 기판 위의 불순물을 제거하여 기판 표면을 세척하고 깨끗하게 납땜을 할 수 있도록 하는 목적으로 사용됩니다. 또한, 구리 배선된 기판 표면에서는 배선 표면의 산화를 방지하는 역할을 합니다.

‘야니’는 ‘송화게’에 함유된 성분에 의해 납땜의 산화를 방지하여 깨끗한 납땜 마무리를 할 수 있도록 해줍니다. 일반적으로 ‘야니’는 ‘솔더’에 포함되어 있는 경우가 많으며, ‘야니를 넣은 솔더’로 판매되고 있습니다.

2. 땜납의 재질

솔더 (영어: solder) 는 납과 주석을 주성분으로 하는 합금입니다. 주로 전자회로를 구성하는 인쇄 회로 기판에 탑재된 각종 전자 부품이나 커넥터를 인쇄 회로 기판 위의 배선부와 금속 접합하여 통전을 가능하게 하기 위해 사용됩니다. 또 다른 용도로는 배관 사이의 금속 결합에도 널리 사용되고 있습니다.

땜납의 역사는 기원전 3000년경 메소포타미아 문명으로 거슬러 올라갑니다. 구리 그릇에 은 손잡이를 붙일 때 ‘은-구리’ 땜납이나 ‘주석-은’ 땜납을 사용했습니다. 이후 그리스-로마 시대에는 현재 주류가 된 ‘주석-납’ 땜납이 수도관 접합에 사용되었습니다.

이후 ‘납’의 독성이 밝혀지면서 EU가 세계 최초로 ‘주석-납’ 땜납 사용 규제 (Rohs 지침 2006년 시행) 를 실행했습니다. 그리고 현재는 전 세계 납땜업체와 전자제품 제조업체가 주축이 되어 ‘무연’ 납땜을 개발하여 널리 보급하고 있습니다. 현재 납땜 합금의 주성분은 ‘주석-은-구리’ 계열, ‘주석-구리-니켈’ 계열, ‘주석-아연-알루미늄’ 계열 등 ‘납’을 사용하지 않는 납땜이 주류를 이루고 있습니다.

땜납조는 용융된 땜납을 저장하는 용기와 땜납을 용융된 상태로 유지하기 위한 히터로 구성됩니다. 열량을 가해 땜납을 녹은 상태로 유지한다는 단순한 구조이지만, 생산설비로 도입되는 땜납조는 땜납조의 온도를 세밀하게 제어할 수 있거나 대상물을 땜납조로 운반하는 컨베이어나 땜납을 분사하는 노즐이 장착된 것이 주를 이루며, 인쇄회로기판 제조분야에서 플로우 솔더링이라는 공정에 도입되고 있습니다.

플로우 솔더링 공정에 사용되는 솔더탱크에 대해 설명합니다. 이 공정에 사용되는 솔더탱크는 고정형과 분출형이 있습니다.

솔더 포트의 땜납은 용융된 상태에서 공기에 장시간 노출되면 산화되어 산화물이 생성됩니다. 산화물은 모재와 땜납의 습윤성을 악화시켜 땜납 불량을 유발합니다. 산화되지 않은 용융 솔더를 지속적으로 공급하는 것이 좋은 납땜을 위한 중요한 포인트입니다.

두 타입의 솔더 포트 모두 이러한 산화물을 제거하는 대책이 필요하지만, 분사 타입의 경우 노즐을 통해 납땜조 내부의 용융 땜납을 분사하여 모재에 산화되지 않은 땜납을 접촉시키는 방식으로 되어 있습니다.

3. 솔더의 온도

땜납의 온도는 땜납액에 따라 다르지만, 납을 함유한 땜납은 융점 183℃, 무연 땜납은 210℃ 내외로 무연 땜납이 더 높은 융점을 가지고 있습니다. 이 때문에 무연 솔더는 잘 녹지 않고 젖어서 퍼지기 어렵다는 단점이 지적되어 왔습니다.

그러나 현재는 기존 ‘주석-납’ 계열과 비슷한 제품이 개발되어 대표적인 무연 솔더로 유명한 ‘주석-은-구리’ (Sn96.5%, Ag3%, Cu0.5%), ‘주석-구리-니켈’ (Sn99%, Cu0.7%, Ni 기타 첨가물) 의 녹는점은 217~227℃입니다.