月: 2023年11月

다이오드 모듈이란?

다이오드 모듈은 다이오드를 여러 개 나란히 배치하여 전기의 통전 및 차단을 제어하는 반도체 정류 소자입니다.

다이오드 모듈은 전기 회로의 한 방향으로만 전류가 흐르도록 제어할 수 있는 특성이 있어 일반적으로 회로 설계 시 릴레이 부품으로 많이 사용됩니다.

거동이 비슷한 소자로는 사이리스터나 트라이액 등이 있습니다. 구현하고자 하는 처리에 따라 이들 모듈을 구분하여 사용합니다.

다이오드 모듈의 사용 용도

다이오드 모듈은 산업용 제품에서 광범위하게 사용되는 부품입니다. 다음은 다이오드 모듈의 사용 용도의 일례입니다.

• 직류 모터용 전원
• 인버터용 전원
• 배터리 충방전용 제어장치
• 파워 서플라이 내부

다이오드를 사용하면 교류전원의 전류를 한 방향으로만 추출할 수 있기 때문에 직류전원 내부에 널리 사용됩니다. 평활 커패시터 등과 함께 사용하면 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있습니다.

다이오드 모듈의 원리

그림 1. 다이오드 내부 구조

다이오드 모듈의 원리를 이해하기 위해서는 다이오드의 구조를 이해해야 합니다. 다이오드의 내부 구조는 n형 반도체와 p형 반도체가 교대로 층층이 연결되어 있으며, 양극 측에서 음극 측으로 전압이 가해지면 전도됩니다. 반면, 반대 방향으로 전압이 가해지면 내부의 n형 반도체와 p형 반도체가 서로 멀어지는 방향으로 전하가 이동하게 되어 전류가 흐르지 않습니다.

이 특성을 이용하여 한 방향으로만 전기가 흐르는 정립 소자로 사용할 수 있습니다.

다이오드 모듈의 종류

다이오드는 그 특성에 따라 다양한 종류가 있습니다.

1. 정류용 다이오드

교류 전류를 유입시켜 정류하는 다이오드입니다. 실리콘 다이오드라고도 합니다. 전기를 한 방향으로만 흐르게 하는 성질을 이용하여 전원 회로나 보호 회로에 사용됩니다.

정류용 다이오드 4개를 조합한 다이오드 브리지가 유명합니다.

2. 검파용 다이오드

전류가 작은 영역(0.1mA 정도)에서 순방향 전압 강하가 낮은 특성을 이용하여 전파에서 음성 신호를 추출하는 다이오드입니다. 라디오 등의 음성 통신에 사용됩니다.

과거에는 게르마늄 다이오드가 많이 사용되었습니다. 하지만 가격이 매우 비싸기 때문에 현재는 쇼트키 배리어 다이오드로 대체되고 있습니다.

3. 정전압 다이오드

전류가 변해도 전압이 항상 일정하게 유지되는 다이오드입니다. 제너 다이오드라고도 합니다. 역방향으로 전압을 가하면 일정한 전압으로 전기가 흐르는 제너 현상을 이용하여 과전압 보호 회로에 사용됩니다.

4. 포토다이오드

PN 접합부에서 빛을 받으면 전류와 전압이 발생하는 성질을 이용한 다이오드입니다. 광전 센서, 광통신 등에 사용되고 있습니다.

태양전지나 DVD의 요철면을 반사한 레이저 광의 판독 장치, TV 리모컨의 수신부에 사용되기도 합니다.

5. 정전류 다이오드

전압이 일정 범위 내에 있을 때 일정한 전류를 흘리는 다이오드입니다. 소정의 전압 이상을 인가하면 파손될 위험이 있습니다. 배터리의 충방전 회로나 누전차단기 등에 사용됩니다.

다이오드 모듈의 기타 정보

1. 사이리스터의 내부 구조

그림 2. 사이리스터의 내부 구조

사이리스터는 다이오드에 게이트 전극을 더한 반도체 부품으로, p형 반도체 부분에 게이트 단자가 추가되어 회로 내에 양극에서 음극으로 양의 바이어스가 걸린 상태에서 게이트 전류가 흐르면 통전하는 모듈입니다.

일단 게이트 전류가 흐르면 도통 상태를 유지하며, 이후 양극에서 음극으로 바이어스가 마이너스가 되거나 게이트 전류가 0이 될 때까지 도통 상태를 유지합니다.

또한, 사이리스터는 단방향 바이어스에서만 전도합니다. 양방향 바이어스에 대해 동작하게 하려면 사이리스터를 양방향으로 설치한 구조의 트라이액(Triac)을 사용합니다.

2. 다이오드 모듈과 파워 모듈의 차이점

다이오드와 마찬가지로 전원 회로에 사용되는 소자로 파워 모듈이 있습니다. 파워모듈도 스위치와 정류를 수행하지만, 고전압 고전력이 필요한 제품에 사용되는 것이 특징입니다.

대표적인 예로는 철도 등의 모터 회전수를 제어하는 인버터가 있습니다. 에너지 절약에 대한 대응으로 고전압 고출력을 다루는 파워 디바이스의 효율 개선은 전 세계가 주목하고 있습니다.

다이오드 모듈이란?

다이오드 모듈은 다이오드를 여러 개 나란히 배치하여 전기의 통전 및 차단을 제어하는 반도체 정류 소자입니다.

다이오드 모듈은 전기 회로의 한 방향으로만 전류가 흐르도록 제어할 수 있는 특성이 있어 일반적으로 회로 설계 시 릴레이 부품으로 많이 사용됩니다.

거동이 비슷한 소자로는 사이리스터나 트라이액 등이 있습니다. 구현하고자 하는 처리에 따라 이들 모듈을 구분하여 사용합니다.

다이오드 모듈의 사용 용도

다이오드 모듈은 산업용 제품에서 광범위하게 사용되는 부품입니다. 다음은 다이오드 모듈의 사용 용도의 일례입니다.

• 직류 모터용 전원
• 인버터용 전원
• 배터리 충방전용 제어장치
• 파워 서플라이 내부

다이오드를 사용하면 교류전원의 전류를 한 방향으로만 추출할 수 있기 때문에 직류전원 내부에 널리 사용됩니다. 평활 커패시터 등과 함께 사용하면 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있습니다.

다이오드 모듈의 원리

그림 1. 다이오드 내부 구조

다이오드 모듈의 원리를 이해하기 위해서는 다이오드의 구조를 이해해야 합니다. 다이오드의 내부 구조는 n형 반도체와 p형 반도체가 교대로 층층이 연결되어 있으며, 양극 측에서 음극 측으로 전압이 가해지면 전도됩니다. 반면, 반대 방향으로 전압이 가해지면 내부의 n형 반도체와 p형 반도체가 서로 멀어지는 방향으로 전하가 이동하게 되어 전류가 흐르지 않습니다.

이 특성을 이용하여 한 방향으로만 전기가 흐르는 정립 소자로 사용할 수 있습니다.

다이오드 모듈의 종류

다이오드는 그 특성에 따라 다양한 종류가 있습니다.

1. 정류용 다이오드

교류 전류를 유입시켜 정류하는 다이오드입니다. 실리콘 다이오드라고도 합니다. 전기를 한 방향으로만 흐르게 하는 성질을 이용하여 전원 회로나 보호 회로에 사용됩니다.

정류용 다이오드 4개를 조합한 다이오드 브리지가 유명합니다.

2. 검파용 다이오드

전류가 작은 영역(0.1mA 정도)에서 순방향 전압 강하가 낮은 특성을 이용하여 전파에서 음성 신호를 추출하는 다이오드입니다. 라디오 등의 음성 통신에 사용됩니다.

과거에는 게르마늄 다이오드가 많이 사용되었습니다. 하지만 가격이 매우 비싸기 때문에 현재는 쇼트키 배리어 다이오드로 대체되고 있습니다.

3. 정전압 다이오드

전류가 변해도 전압이 항상 일정하게 유지되는 다이오드입니다. 제너 다이오드라고도 합니다. 역방향으로 전압을 가하면 일정한 전압으로 전기가 흐르는 제너 현상을 이용하여 과전압 보호 회로에 사용됩니다.

4. 포토다이오드

PN 접합부에서 빛을 받으면 전류와 전압이 발생하는 성질을 이용한 다이오드입니다. 광전 센서, 광통신 등에 사용되고 있습니다.

태양전지나 DVD의 요철면을 반사한 레이저 광의 판독 장치, TV 리모컨의 수신부에 사용되기도 합니다.

5. 정전류 다이오드

전압이 일정 범위 내에 있을 때 일정한 전류를 흘리는 다이오드입니다. 소정의 전압 이상을 인가하면 파손될 위험이 있습니다. 배터리의 충방전 회로나 누전차단기 등에 사용됩니다.

다이오드 모듈의 기타 정보

1. 사이리스터의 내부 구조

그림 2. 사이리스터의 내부 구조

사이리스터는 다이오드에 게이트 전극을 더한 반도체 부품으로, p형 반도체 부분에 게이트 단자가 추가되어 회로 내에 양극에서 음극으로 양의 바이어스가 걸린 상태에서 게이트 전류가 흐르면 통전하는 모듈입니다.

일단 게이트 전류가 흐르면 도통 상태를 유지하며, 이후 양극에서 음극으로 바이어스가 마이너스가 되거나 게이트 전류가 0이 될 때까지 도통 상태를 유지합니다.

또한, 사이리스터는 단방향 바이어스에서만 전도합니다. 양방향 바이어스에 대해 동작하게 하려면 사이리스터를 양방향으로 설치한 구조의 트라이액(Triac)을 사용합니다.

2. 다이오드 모듈과 파워 모듈의 차이점

다이오드와 마찬가지로 전원 회로에 사용되는 소자로 파워 모듈이 있습니다. 파워모듈도 스위치와 정류를 수행하지만, 고전압 고전력이 필요한 제품에 사용되는 것이 특징입니다.

대표적인 예로는 철도 등의 모터 회전수를 제어하는 인버터가 있습니다. 에너지 절약에 대한 대응으로 고전압 고출력을 다루는 파워 디바이스의 효율 개선은 전 세계가 주목하고 있습니다.

AC 솔레노이드란?

AC 솔레노이드는 AC 전압, 즉 교류전압을 인가하면 동작하는 솔레노이드를 일컫는 명칭입니다. 참고로 솔레노이드는 구리를 비롯한 전기를 흐르게 하기 위한 도선을 나선형으로 감은 것으로, 일반적으로 코일을 말합니다.

코일은 평면상의 것, 입체적인 것 등 권선 전반을 부르는 반면, 그 중에서도 특히 나선형으로 감은 코일을 솔레노이드 코일, 또는 줄여서 솔레노이드라고 부르고 있습니다.

AC 솔레노이드의 사용 용도

AC 솔레노이드의 사용 용도로 가장 많이 사용되는 것은 솔레노이드 밸브입니다. 솔레노이드 밸브는 그 구조상 반드시 솔레노이드 코일을 사용하기 때문에 솔레노이드 밸브 대신 솔레노이드 밸브(밸브)라고도 합니다.

솔레노이드 밸브는 주로 물이나 기름 등의 유체를 멈추거나 흐르게 하는 밸브에 사용되거나, 2방향 밸브, 3방향 밸브라고도 불리는 유체의 흐르는 방향을 전환하는 밸브에 이용되고 있으며, 가장 가까운 곳에서는 차량용 각종 액추에이터, 가정용으로는 냉장고, 에어컨, 히트펌프 온수기 등 유체의 냉열 사이클을 이용하는 기기에 많이 사용됩니다.

AC 솔레노이드의 원리

AC 솔레노이드의 원리는 전류와 자기장에 의해 발생하는 힘을 이용합니다. 이 전류와 자기장과 힘의 관계는 전자석이나 전자기 유도 현상에 의해 발생하는 기전력으로도 설명할 수 있습니다.

대부분의 사람들이 한 번쯤은 들어봤을 것이고, 물리학에서 가장 먼저 배우는 가장 유명한 전기와 자기장과 힘, 즉 전자기력에 관한 법칙인 ‘플레밍 왼손의 법칙’에서 유래한 것입니다.

자세히 설명하자면, 나선형으로 감긴 코일 안에 왼손 중지와 검지, 엄지손가락을 각각 직각 방향으로 가리켰을 때, 중지 방향으로 전류(코일)를 흐르게 하고 검지 방향으로 자속(철심이나 자석)을 만들면 엄지손가락 방향으로 힘이 발생한다는 원리입니다.

이 전류의 방향을 바꾸고 전원을 켜고 끔으로써 철심이 움직이는 물리 현상을 각종 솔레노이드 밸브 등의 액추에이터에 활용하고 있습니다. 플레밍 왼손의 법칙은 사실 솔레노이드뿐만 아니라 모터를 비롯한 모든 전기로 움직이는 액추에이터에 공통적으로 적용되는 원리입니다.

참고로 이 반대의 플레밍 오른손의 법칙은 외부에서 얻은 힘을 전기로 바꾸는 발전기의 법칙이 됩니다. 어느 쪽이든 전기와 자기장에 의해 힘이 발생한다는 전자기 유도를 이용한 것임에는 변함이 없습니다.

솔레노이드의 종류

솔레노이드가 나선형으로 감긴 코일로 전자기 유도의 법칙에 의해 인가된 전력을 철심부의 기계식 액추에이터의 구동력으로 변환한다는 점은 설명한 바와 같지만, 솔레노이드에는 AC 외에도 DC 솔레노이드가 있는데, 두 가지의 차이점에 대해 설명합니다.

1. AC 솔레노이드

AC로 인한 돌입전류가 발생하기 쉽고, 발생 소음이 비교적 크다.
돌입 전류 시 가동 철심(플런저)을 강하게 흡입하기 때문에 안정성에 문제가 있다.
작동 속도, 흡입력 등 솔레노이드 자체의 특성은 우수하다.

2. DC 솔레노이드

전류값이 일정하여 안정된 동작이 가능하다.
AC 솔레노이드와 달리 돌입전류가 없어 소음이 비교적 적다.
동작 속도가 느리고 전류와 플런저의 흡입력이 작아 솔레노이드 자체의 특성이 AC에 비해 떨어진다.
따라서 특성으로 선택할 경우 AC 솔레노이드를 선택하게 되지만, 과도한 부하가 걸리면 솔레노이드 자체가 타버릴 위험이 있으므로 온도 퓨즈나 과전류 보호 회로 등 안전 동작 대책에 대한 고려가 필요하다.

또한, 가동 철심(플런저)의 동작 형태에 따라 푸시형(코일에서 철심을 밀어내는 방식)과 풀형(코일로 철심을 끌어당기는 방식)으로 나뉩니다. 두 가지 동작을 모두 겸비한 푸시-풀 타입도 존재합니다.

특징적인 솔레노이드는 자기유지형이라는 종류도 있는데, 영구자석을 이용하여 플런저의 위치를 고정할 수 있는 솔레노이드입니다. 이 타입은 플런저를 동작시키는 순간에만 전류를 흘려주면 되고, 고정하는 동안에는 통전할 필요가 없기 때문에 전력 소비를 최대한 억제하고 싶은 용도(축전지 사용 기기 등)에 적합합니다.

한 마디로 솔레노이드라고 해도 다양한 제품 사양이 있으므로 용도에 맞는 사양을 잘 확인한 후 선택하는 것이 중요합니다.

적층 세라믹 콘덴서란?

적층 세라믹 콘덴서는 MLCC(Multi -Layer Ceramic Capacitor)라고도 불리며, 내부 전극과 유전체층이 다층으로 적층된 칩 부품 타입의 커패시터입니다. 소형화, 대용량화가 진행되고 있는 커패시터 산업에서 더욱 발전이 기대되는 제품입니다.

유전체로는 주로 티탄산 바륨이나 산화티타늄 등이 이용되며, 내부 전극과 유전체가 여러 층으로 형성되어 있습니다. 적층 수를 늘리면 커패시턴스를 크게 할 수 있어 MLCC의 소형화가 가능하다.

최근 MLCC의 주류 크기는 0603(0.6×0.3mm)과 0402(0.4×0.2mm)이다. 일부 용량 값의 경우 차세대 0201 사이즈도 이미 실현되었지만, 취급의 어려움으로 인해 아직 시장에서 널리 보급되지는 않았다.

적층 세라믹 콘덴서는 칩형과 방사형 커패시터가 있다. 다른 커패시터에 비해 고주파 임피던스, ESR(등가 직렬 저항)이 낮고 고주파 특성이 좋은 특징이 있다.

적층 세라믹 콘덴서의 종류

적층 세라믹 콘덴서는 다양한 특성을 가진 제품들이 제품화되어 있으며, 용도에 따라 크기(사이즈), 내전압, 온도 특성 등을 고려하여 채용할 품종을 결정해야 합니다. 적층 세라믹 커패시터는 특성면에서 크게 Class1, Class2의 2종류로 분류됩니다.

1. Class1

Class1은 온도 보상형이라고도 불리며, ESR이 매우 작고 커패시턴스의 온도 변화가 적고 변화도 선형적이기 때문에 비교적 쉽게 보정할 수 있습니다.

그러나 커패시턴스는 1pF~1μF 정도로 작은 것이 주류를 이룬다. 주로 발진 회로나 시차 회로 등 커패시턴스 변화가 바람직하지 않은 용도에 사용됩니다.

2. Class2

Class2는 강유전체형이라고도 불리며, 티타늄산 바륨을 주원료로 하여 작은 크기에서도 100μF 정도의 큰 정전 용량을 얻을 수 있습니다. 그러나 ESR이 크고, 커패시턴스의 온도 변동이 크며, DC 바이어스가 가해지면 실질적인 커패시턴스가 저하되는 등 사용 시 유의해야 할 사항이 많습니다.

따라서 Class2 적층 세라믹 커패시터를 채용하는 경우, 그 특성을 고려한 회로 설계가 필수적입니다. 주요 용도로는 전원 평활용, 디커플링 커패시터 등 커패시턴스가 다소 변화해도 영향이 적은 회로에 주로 사용됩니다.

적층 세라믹 콘덴서의 사용 용도

적층 세라믹 콘덴서는 층 수에 따라 성능을 선택할 수 있고, 라인업이 다양해 활용 범위가 넓습니다. 적층 세라믹 콘덴서는 디커플링, 커플링, 평활회로, DC/DC 컨버터의 평활용, 컴퓨터 전원, 노이즈 제거용으로 휴대폰, TV, 산업기기에 탑재되고 있습니다.

차량용은 수명이 길고 고장이 잘 나지 않는 것이 선택된다. 산업기기용으로는 고용량, 소형이 많이 사용되고 있으며 최근에는 다른 커패시터로 대체되는 추세다.

현재 주류 적층 세라믹 콘덴서의 크기는 1.0×0.5×0.5×0.5mm의 1005 사이즈나 0.6×0.3×0.3mm의 0603 사이즈로 상당히 작지만, 향후 시장에서 이미 사용되기 시작한 0402 사이즈 및 차세대 0201 사이즈와 같은 초소형 커패시터가 주류가 될 것으로 예상됩니다.

적층 세라믹 콘덴서의 원리

콘덴서의 콘덴서스 C는 유전체의 유전율 ε 및 전극 면적 S에 비례하고, 전극 간 거리 d에 반비례한다. 또한, 커패시터끼리 병렬로 연결하면 전체 커패시터의 커패시턴스는 각 커패시터의 커패시턴스를 합한 값과 같아집니다.

따라서 콘덴서의 콘덴서스를 높이기 위해서는 유전율이 높은 유전체를 사용하고, 전극 면적을 늘려 전극판 사이의 거리를 최대한 좁히는 것이 포인트입니다. 적층형 세라믹 커패시터는 매우 얇은 전극판을 여러 층으로 쌓아 올린 구조로, 전극판 간 거리가 가까운 커패시터를 많이 병렬로 연결한 것으로 볼 수 있습니다.

즉, 적층수 N은 콘덴서의 콘덴서스 C에 비례합니다. 따라서 적층수 N으로 용량을 크게 함으로써 적층 세라믹 커패시터는 소형화와 고용량화를 동시에 달성할 수 있습니다.

또한, 유전체에는 유전율이 매우 높은 바륨 티타네이트가 주로 사용되지만, 그 성능은 조만간 한계에 도달할 것으로 예상됩니다. 따라서 보다 우수한 유전율을 가지면서도 피로도가 낮은 소재의 개발이 기대되고 있습니다.

적층 세라믹 커패시터의 구조

전극에는 니켈, 유전체에는 주로 바륨 티타네이트가 사용됩니다. 시트 형태의 유전체에 내부 전극이 되는 니켈 페이스트를 도포하고, 그 시트를 여러 장 겹쳐서 압력을 가해 성형합니다.

이후 작게 잘라 1000℃ 정도에서 소결하고 외부 전극을 부착하면 적층형 세라믹 커패시터가 됩니다. 내부 전극이 외부 전극과 좌우로 번갈아 연결되도록 함으로써 층이 병렬로 접합된 것과 같은 상태가 됩니다.

시트 형태로 제작되기 시작하면서 효율성이 높아졌고, 소형화, 박형화가 한층 더 진화했다. 층의 수는 많게는 1000층에 이르는 것도 있습니다. 유전체에 주로 산화티타늄을 사용한 저유전율계와 티탄산 바륨을 사용한 고유전율계로 분류됩니다.

또한 커패시턴스 변화율과 온도 범위에 따라 Class1과 Class2로 분류되며, Class1은 온도 보상용, 저용량으로 신호 회로 등에 사용되며, Class2는 고유전율로 온도 계수가 커서 전원 디커플링 및 평활 회로용으로 활용됩니다.

적층 세라믹 커패시터의 기타 정보

1. 적층 세라믹 커패시터의 특징

적층 세라믹 커패시터는 온도에 따라 커패시턴스가 변동합니다. 따라서 적층 세라믹 커패시터를 선택할 때는 용량과 정격 전압뿐만 아니라 사용 환경의 온도도 고려해야 합니다.

적층 세라믹 커패시터는 전극에 니켈, 구리 등의 금속을 사용하기 때문에 등가 직렬 저항(ESR)이 낮은 것이 특징입니다. 또한 적층 세라믹 커패시터는 구조상 기생 인덕턴스(ESL)가 작아 고주파에서 사용하기에 적합하다는 특징이 있습니다.

즉, 이러한 ESR과 ESL이 작은 특징을 살려 높은 Q값을 갖는 공진 회로나 저손실 정합 회로를 형성할 수 있어, 전원부의 디커플링 용도나 노이즈 대책 용도와 함께 MLCC는 고주파 회로 제품 분야에서 없어서는 안 될 부품 중 하나입니다.

전극판의 층수를 변경하여 소용량부터 대용량까지 자유자재로 제어할 수 있습니다. 따라서 제품으로서의 적층 세라믹 커패시터는 준비된 라인업의 커패시턴스 범위가 매우 넓은 것도 특징 중 하나라고 할 수 있습니다.

2. 대용량화의 기본 기술

커패시터의 커패시턴스는 내부 전극판의 면적에 비례하여 커집니다. 적층 세라믹 커패시터의 크기를 바꾸지 않고 대용량화를 실현하기 위해서는 가능한 한 많은 전극층을 쌓아 올리는 것이 중요합니다.

일반적으로 소형화 및 대용량을 실현하기 위해서는 밀리미터 이하의 두께로 형성된 전극을 적층해야 하기 때문에 전극층의 박막화가 필수적인 기술입니다. 전극층 박막화는 유전체 원료인 산화바륨의 조정과 페이스트 형태의 내부 전극을 시트로 만들기 위한 인쇄기술이 중요합니다.

유전체는 산화바륨에 첨가제를 첨가하여 시트 형태로 인쇄한 후 소결하여 형성된 그레인이라는 미립자가 그 역할을 담당합니다. 박막화된 유전체가 충분히 기능하기 위해서는 그레인의 미세구조를 어떻게 설계하느냐가 중요합니다.

또한, 페이스트 위에 내부 전극을 얇게 인쇄하기 위해 실크스크린에서 사용되는 것과 같은 스크린 인쇄 기술이 사용됩니다. 미세 기공에서 페이스트를 압출하여 균일한 내부 전극의 얇은 층을 형성할 수 있습니다.

3. 적층 세라믹 커패시터 점유율

전자기기 세계에서 적층 세라믹 커패시터는 이제 산업의 쌀이라고 불릴 정도로 널리 사용되고 있습니다. 예를 들어, TV 수상기 1대당 200~300개, 스마트폰에는 1대당 1,000개 정도의 적층 세라믹 커패시터가 사용됩니다.

또한, 전기자동차의 경우 1대당 15,000개 이상입니다. 이 적층세라믹 생산에서 일본 기업이 많은 점유율을 차지하고 있습니다. 조금 오래된 데이터이지만, 2017년 금액 기준 점유율 상위 4개사는 다음과 같으며, 일본 기업 3사가 세계 시장 점유율의 대부분을 차지하고 있습니다.

무라타제작소: 33.9% (2020년에는 40% 이상)
삼성전기: 18.1%, 삼성물산: 18.1
타이요유덴: 10.3
TDK: 8.4

특히 자동차에서는 고성능 적층 세라믹 커패시터가 요구되는데, 무라타제작소와 TDK가 세계 시장을 독점하고 있습니다. 적층 세라믹 커패시터는 5G 세대 스마트폰이 보급되는 2021년 이후 사용량이 더욱 늘어날 것으로 예상되어 당분간 품귀현상이 지속될 것으로 보입니다.

실린더란?

실린더는 공급된 압력을 추진력으로 증폭 변환시키는 기기입니다. 실린더의 압력원으로 사용되는 것은 공기나 기름입니다. 실린더는 파스칼의 원리를 이용한 내부 구조로 추진력을 만들어 냅니다.

실린더에 의해 증폭된 추력은 생산설비의 구동부에서 필요한 직선의 왕복운동이나 회전의 흔들림 운동에 이용되고 있습니다. 자동차, 반도체, 식품산업 등에서 활용되는 것이 공압을 구동원으로 하는 공압실린더(에어실린더)입니다.

유압을 구동원으로 하는 유압실린더는 건설기계, 중장비, 프레스 장비 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

실린더의 사용 용도

공압 실린더는 자동차, 반도체, 식품 산업 등의 생산 공장에서 많이 활용되고 있습니다. 공압 실린더를 사용하면 노동력 절감이나 자동화를 목적으로 한 공작물 이동 등을 쉽고 컴팩트하게 실현할 수 있습니다. 이 때문에 공압 실린더는 다양한 자동화 장치에 채택되어 조립, 이송 등의 동작에 활용되고 있습니다.

공압 실린더에서 사용되는 압력이 0.5MPa 정도인 경우, 직선의 왕복 운동이나 회전의 흔들림 운동 등 사람의 힘에 가까운 작업을 쉽게 구현할 수 있습니다. 반면 유압실린더는 공압실린더에 비해 훨씬 높은 추력을 얻을 수 있기 때문에 건설장비나 중장비 등 파워가 필요한 곳에 활용되고 있습니다.

실린더의 원리

실린더는 파스칼의 원리를 이용해 추력을 발생시킵니다. 실린더의 측면에 공기나 기름이 드나드는 급배기구가 배치되어 있습니다. 급배기구에서 공급된 압력은 파스칼의 원리에 의해 실린더 내부의 피스톤과 로드를 앞뒤로 움직여 추력을 발생시킵니다.

실린더의 급배기구에 공급되는 압력이 공압인 경우, 추력은 소~중 정도입니다. 유압의 경우 중~대형 추력을 얻을 수 있다. 실린더의 구조는 크게 실린더 튜브, 피스톤 로드, 앞뒤 커버로 구성됩니다.

주사기로 비유하면 바깥쪽의 통 부분이 실린더 튜브, 내부를 왕복하는 부분이 피스톤 로드입니다. 그리고 실린더의 뚜껑이 되는 부분이 앞뒤 커버가 됩니다. 또한 에어 실린더의 경우 커버 부분에 쿠션이 사용되어 구동 시 충격을 흡수하는 역할을 합니다.

또한, 실린더의 피스톤 외곽에 사용되는 것이 패킹입니다. 패킹은 실린더 측과 로드 측의 밀폐성을 유지하면서 정확한 움직임을 보장하는 역할을 합니다. 실린더의 슬라이딩이 나빠지는 원인이 바로 패킹의 손상입니다. 따라서 패킹은 유지보수 부품으로 취급되는 경우가 많습니다.

실린더의 종류

실린더 내부 공간의 명칭은 실린더 측(또는 튜브 측), 로드 측이라고 부릅니다. 로드 측은 피스톤을 구동하는 로드가 공간 내부에 있는 쪽입니다. 그리고 공간 내에 아무것도 없는 쪽이 실린더 측이 됩니다.

1. 복동 실린더

복동 실린더는 실린더 측과 로드 측 모두에 유체(공기 또는 유압이 일반적)를 채워 압력을 가하여 신장 및 수축 동작을 자유자재로 하는 방식입니다. 압력을 가하는 급배기구가 2개가 있으며, 각각의 급배기구에서 급기와 배기를 교환함으로써 피스톤의 로드가 왕복 운동합니다.

2. 단동 실린더

단동 실린더는 한쪽만 유체에 의한 압력 변동으로 구동하는 방식입니다. 압력을 가하는 급배기구가 하나 있고, 이 급배기구에 압력을 가하면 피스톤의 로드가 움직이고, 급배기구에서 압력을 빼면 로드가 되돌아갑니다.

실린더 선택 방법

실린더를 선택할 때 스트로크를 고려해야 합니다. 실린더의 스트로크는 실린더가 늘어나고 줄어드는 거리를 말합니다.

실린더가 완전히 늘어나고 완전히 수축된 위치를 실린더의 스트로크 끝이라고 합니다. 즉, 스트로크 끝은 더 이상 피스톤을 움직일 수 없게 되는 위치를 말합니다.

스트로크의 최대 거리는 실린더 튜브와 로드의 길이에 따라 결정됩니다. 하지만 재현 없이 길게 할 수 있는 것은 아닙니다. 길이에 비해 직경이 작으면 가공이 어려워지기 때문입니다. 또한 길이가 길어지면 실린더 내경과 피스톤 외경의 진원도를 유지하기가 어려워집니다. 진원도가 나쁘면 기밀성이 떨어지고, 실린더로서 정확하게 움직일 수 없게 됩니다.

또한, 스트로크에 비해 직경이 작은 경우에는 신장 시 과부하가 걸리면 실린더가 좌굴할 우려가 있다는 것이 문제입니다. 따라서 목적에 맞는 스트로크 및 직경을 선정해야 합니다.

방열판이란?

방열판(heat sink)은 냉각을 목적으로 기기에 장착하는 부품입니다. 주로 전자기기에 사용되며, 과도한 온도 상승을 방지한다. 방열판이라고도 합니다.

원리와 구조가 매우 간단하고 물리적 동작을 필요로 하지 않는다. 따라서 고장이 잘 나지 않는 장점이 있습니다.

방열판 사용 용도

방열판은 열을 발생시키는 전자 부품 등에 결합되어 사용됩니다. 대표적인 예가 컴퓨터의 CPU 냉각입니다.

CPU와 같은 전자부품은 내부에 반도체나 전도체를 사용합니다. 이들 부품은 작동 시 항상 발열이 발생하는데, 발열을 방치하면 전자제품 내부의 온도가 상승하여 주변 바니시를 녹이거나 반도체 부품을 소손시키기도 합니다. 방열판으로 이러한 발열 부품을 방열하면 과열로 인한 고장을 방지할 수 있게 됩니다.

일반적인 CPU는 방열판을 장착한 후 팬을 이용해 냉각을 합니다. 이를 세트로 묶어 CPU 쿨러라고 부릅니다.

방열판의 원리

방열판은 금속을 빗살 모양으로 배열한 구조로 되어 있습니다. 빗살 부분을 핀이라고 하는데, 빗살 모양으로 만들어 표면적을 넓혀 방열 성능을 높입니다. 방열판의 원리는 열역학 제2법칙입니다. 이는 열은 반드시 고온의 물질에서 저온의 물질로 흐른다는 아주 간단한 원리입니다.

따라서 방열판만으로 운영할 경우 대기온도 이하로 낮출 수 없습니다. 따라서 소형 전자부품이나 내열온도가 높은 기기에 사용합니다. 방열판과 함께 팬이나 펌프를 이용해 강제 순환을 시키면 냉각 효율을 높일 수 있습니다.

발열량이 많은 경우에는 펠티에 소자나 히트펌프 등 냉각 효율이 더 높은 장비를 사용합니다.

방열판의 기타 정보

1. 방열판의 성능

방열판의 성능은 주로 ‘열저항’으로 표시됩니다. 열저항은 온도가 잘 전달되지 않는 정도를 나타내는 값으로, ‘어떤 물체에 1와트의 열을 가했을 때 온도가 몇도 상승하는가’를 뜻합니다. 열 저항의 단위는”K/W”또는”℃/W”입니다.

열저항은 방열판의 표면적과 소재에 따라 달라지며, 값이 작을수록 성능이 높아집니다. 표면적을 넓히는 것이 가장 효율적으로 열 저항을 줄일 수 있기 때문에 방열판은 빗살 모양이나 사다리꼴 모양으로 설계됩니다.

방열판의 성능을 나타내는 또 다른 값은 압력 손실입니다. 압력 손실은 방열판을 통과하는 공기와 냉각수의 저항을 나타내며, 값이 낮을수록 고성능입니다.

2. 방열판 재료

방열판의 재료는 열전도율이 높은 금속을 사용합니다. 알루미늄 합금이나 황동, 청동과 같은 구리 소재 또는 은, 철과 같은 금속이 사용됩니다. 구리 소재는 열전도율이 좋지만 무게가 무겁고 가격이 비싸다. 따라서 방열판 소재로 사용되는 경우는 드물다고 할 수 있습니다.

반면 알루미늄은 가볍고 저렴합니다. 알루미늄은 자체 방열성도 높아 풍량이 적은 환경에서는 알루미늄이 구리보다 더 적합한 경우도 있습니다.

방열판 소재로는 주로 알루미늄이 사용됩니다. 알루미늄으로 필요한 사양을 충족하지 못하는 경우 다른 소재를 고려할 수 있습니다.

GPIB란?

GPIB(General Purpose Interface Bus)는 정보기기 간의 신호 교환(이른바 인터페이스) 수단으로서의 통신 규격 중 하나입니다.

GPIB 케이블은 계측기 제어용 PC와 계측기 간의 연결에 자주 사용되며, GPIB는 1960년대에 고안된 휴렛팩커드(HP)사의 사내 표준에서 출발하여 1975년 미국 전기전자학회 IEEE에 승인되었고, 현재는 IEEE488 및 IEEE 488.2라는 국제 표준 규격입니다.

대부분의 계측기는 이 GPIB를 통한 정보 교환 수단을 표준으로 탑재하고 있으며, PC와 다른 정보기기를 사용하는 계측 시스템 등 모든 기기와의 통신에 범용적으로 사용되고 있습니다. 까지 연결할 수 있습니다. 단, 이 경우 전체 통신 속도는 속도가 가장 느린 장비에 따라 달라집니다.

GPIB의 사용 용도

GPIB는 PC(PC)에서 소프트웨어 제어로 동작 가능한 계측기기에 연결하여 자동 제어를 하고 평가하기 위해 기존 기종을 중심으로 광범위하게 사용되고 있습니다.

GPIB는 내노이즈성이 우수하여 신뢰성 높은 통신이 가능합니다. 제품의 특성 평가에서 기준이 되는 전기적 특성을 평가할 목적으로 (엄격한 제어가 필요한) 측정 장비에 많이 채택되고 있다. 예를 들어, 전기화학 측정이나 표면 처리 기술 등에서는 함수 발생기와 전기계를 결합하여 전위나 전류를 측정합니다.

저가형 측정기기에는 시리얼 통신인 RS-232C가 탑재되어 있는 경우가 많지만, 고급형 기기에서는 신뢰성이 높고 고속 통신이 가능한 GPIB를 채택하는 경우가 많습니다.

GPIB의 원리

GPIB의 원리는 그 편의성 확보를 위해 여러 기기를 스타 연결 또는 데이지 체인으로 연결하여 케이블만 연결하면 노이즈 내성이 우수한 측정기 상호간 고속 통신 제어가 가능하다는 점에 있다. 예를 들어, 다른 통신 규격인 RS-232C의 경우, 별도의 인터페이스를 설치하거나 스위칭 허브와 같은 것을 준비해야 한다.

이를 가능하게 하는 것은 GPIB의 특수한 커넥터 형태입니다. 플러그와 리셉터클이 일체화된 구조로, 8개의 데이터 버스와 5개의 관리 버스, 3개의 핸드셰이크 버스로 구성된 16개의 신호선으로 구성되어 있으며, GPIB를 통해 연결된 기기 중 데이터를 발신하는 기기를 ‘토커’, 수신하는 기기를 ‘리스너’라고 부릅니다. 라고 합니다.

하나의 장비가 토커와 리스너의 역할을 모두 수행할 수 있지만, 동시에 할 수는 없다. 이 경우 송신과 수신을 번갈아 가며 교대로 전환하여 통신이 이루어진다. 이러한 화자와 수신자를 지정하는 역할을 하는 기기를 컨트롤러라고 하는데, 일반적으로 PC가 이 역할을 담당한다. 컨트롤러와의 데이터 및 명령어 교환은 ASCII 형식으로 이루어집니다.

그 중 GPIB 보드가 하는 역할은 GPIB의 버스 통신선상에서 기기 간 데이터 충돌을 방지하는 기능이다. 이 역할에서 데이터를 전송할 수 있는 디바이스를 3~4대만 제한하여 실용화한 것이 GPIB 보드 컨트롤러이며, 항상 정해진 루틴 동작을 하고 있습니다.

GPIB의 기타 정보

1. LAN이나 USB와의 비교

최근에는 LAN이나 USB와 같은 통신 규격에서도 측정기의 제어가 가능한 새로운 기종이 늘어나고 있습니다. 특히 LAN에서는 GPIB의 한계인 최대 15대의 통신 접속 대수나 4m라는 측정기 간 거리 제한이 없어, 예를 들어 서로 다른 거점 간 원격 접속으로 측정 평가나 온라인 근무로 자택에서 실험실에 LAN으로 접속하여 측정 평가도 가능합니다.

반면 USB는 허브를 함께 사용하면 최대 127대까지 연결이 가능하지만, 연결이 가장 간편하고 IP 주소 등 통신에 대한 지식이 없어도 USB 케이블만 연결하면 통신 제어가 가능하다는 편리함이 매력적입니다. 다만, LAN도 USB도 측정기 업계에서는 비교적 새로운 기종의 대응이 주를 이루고 있기 때문에 기존 측정기에서는 미지원인 것도 있어 평가하고자 하는 항목과 기종에 따라 구분하여 사용할 필요가 있습니다.

통신 속도는 USB2.0이나 LAN의 고속 버스가 우수하지만, 일반적으로 측정기의 측정과 데이터 처리에 필요한 처리 속도가 속도를 좌우하는 경우가 많습니다. 특히 데이터량이 많은 스펙트럼 분석기 등에서 변조 파형 처리 등은 버스의 속도 차이가 두드러지게 나타납니다.

2. IEEE488과 IEEE488.2

IEEE488.2는 IEEE488을 포괄하는 상위 표준으로, IEEE488에서는 명령어(지령), 데이터 형식, 쿼리(질의) 등의 규정이 없고 기본적인 통신 프로토콜과 전기적, 기계적 통신 인터페이스의 사양만 규정되어 있습니다.

IEEE488.2는 IEEE488의 상위 표준으로 명령어, 데이터 포맷 등의 규정도 함께 규정되어 있어, 보다 측정기 및 정보기기 간 통신 표준의 색채가 짙어졌습니다.

아날로그 프론트 엔드란?

아날로그 프론트 엔드는 센서 등의 신호를 감지하는 장치와 디지털 신호 처리 장치를 연결하는 아날로그 회로 세트입니다.

Analog Front End의 머리글자를 따서 AFE라고 부르기도 합니다. 또한, 아날로그 프런트엔드의 주요 역할은 센서에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 회로와 연결하기 위해 조정하는 역할을 하기 때문에 신호 조정 회로라고 부르기도 합니다.

센서 등에서 감지한 아날로그 신호는 매우 약하고 잡음 성분이 많이 포함되어 있는 경우가 많기 때문에 이 아날로그 신호의 노이즈 제거, 증폭 등의 조정이 필요합니다.

아날로그 프론트 엔드의 사용 용도

아날로그 프론트 엔드의 사용 용도는 각종 센서 모듈의 제어에 사용됩니다.

현재를 흔히 IoT 시대라고 부르는데, 수많은 센서 모듈 중에서도 IoT 센서 모듈은 IoT 시대에 중요한 역할을 합니다. 기본적인 시스템 구성은 물리현상을 아날로그 값으로 센서를 통해 감지하고, 이를 디지털 신호로 변환한 후 마이컴으로 디지털 처리한 후 무선통신칩으로 클라우드에 업로드하는 흐름입니다.

이 구성에서 센서, 무선통신칩과 함께 중요한 역할을 하는 것이 아날로그 프런트엔드인데, IoT 센서 모듈의 성능을 높이기 위해서는 센서의 특성을 최대한 살리면서 디지털 처리를 할 수 있도록 AFE를 적절히 설계해야 합니다.

아날로그 프론트 엔드의 원리

아날로그 프론트 엔드의 원리는 센서 출력값의 아날로그 정보와 디지털 회로를 정확하게 연결하기 위한 각종 회로적인 궁리에 있습니다. 구체적으로, 일반적인 센서 출력은 노이즈가 많고 신호 자체가 미약하기 때문에 노이즈 제거 및 신호 증폭을 위한 필터와 증폭기를 사용해야 합니다. 필요한 회로는 AFE에 집적된 후 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D 컨버터와 일체화됩니다.

A/D 컨버터는 델타 Σ 변조를 이용한 타입이 일반적으로 사용되며, 회로 규모는 취급하는 데이터 양에 따라 16bit에서 32bit 정도까지가 일반적입니다. 증폭기 회로에는 계측 증폭기, 연산 증폭기, 트랜스 임피던스 증폭기 등이 있으며, 광범위한 센서 신호의 조정을 위해 여러 단계의 스위칭 기능이나 이득 조정 기능 등을 가지고 있습니다.

AFE 자체는 SPI 등의 시리얼 통신 제어를 위한 디지털 회로로 동작해야 하며, 이를 위한 시리얼 인터페이스용 디지털 회로도 구비되어 있습니다.

아날로그 프론트 엔드의 기타 정보

반도체 칩은 고성능인 경우가 많으며, 아날로그 프론트 엔드에는 자유도가 높은 디스크리트 제품부터 많은 기능을 집적한 집적형 제품까지 있습니다. 여러 기능이 집적되어 있으면 비교적 편리하게 사용할 수 있습니다.

집적도가 높은 아날로그 프론트 엔드 칩은 아날로그 프런트엔드를 압력센서, 온도센서 등에 집적시킨 것 등 고기능의 제품도 많이 출시되고 있습니다. 앰프나 A/D 컨버터 등을 하나의 칩에 집적하고, 센서 소자의 특성에 따라 AFE부의 특성이나 전류원의 특성을 조정할 수 있는 기능 등을 갖추고 있습니다. 그 이유는 일반적으로 센서 소자는 온도나 강도에 따라 다양한 출력 편차를 갖는 경우가 많기 때문입니다. 그 보정 기능도 AFE로서 매우 중요한 특성이 됩니다.

또한, 광학 센서용 아날로그 프론트엔드에는 광학 소자와 통합되어 패키지로 제공되는 것, 광학 소자를 포함하지 않고 AFE 기능만으로 연결되는 광학 소자를 자유롭게 선택할 수 있는 것 등 다양한 종류가 있습니다.

IGBT 모듈이란?

IGBT 모듈은 여러 개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 하나의 모듈에 집적시킨 고집적 모듈을 말합니다.

IGBT는 기존에 사용되던 베이스 전류 제어형 바이폴라 트랜지스터와 게이트 전압 제어형 전계효과 트랜지스터(FET)의 단점을 개선한 게이트 전압 제어형 바이폴라 트랜지스터의 장점을 소자 구조 및 공정상의 궁리로 조합하여 쇼와 말기에 일본에서 발명되었습니다.

초기에는 절연 게이트 타입의 바이폴라 트랜지스터로 불렸으며, 이후 ‘Insulated Gate Bipolar Transistor’의 머리글자를 따서 IGBT로 불리게 되었습니다.

IGBT 모듈의 사용 용도

지금은 파워 일렉트로닉스 기술이라고 불리지만, 당시 IGBT는 일반 대중에게 잘 알려지지 않은 전문가들만의 특별한 세계의 기술이었습니다. 그러다 인버터 에어컨을 비롯한 가전제품의 인버터화(전력변환 기술을 통한 에너지 절감)와 부품의 소형화, 고효율 모듈화에 따라 그 안에 들어있는 IGBT 모듈의 용도는 대전력 제품을 중심으로 비약적으로 확대되었습니다.

현재 큰 전력을 필요로 하는 제품에 IGBT와 그 모듈이 당연하게 사용되고 있다는 것은 이미 널리 알려진 사실입니다.

IGBT 모듈의 원리

IGBT는 대전류가 흐르는 부분은 기존의 바이폴라 트랜지스터 구조를 채택하고, 바이폴라의 제어부인 베이스 부분을 (이전에는 약전계 신호회로에만 채용되어 고속 제어가 가능하고 손실이 적은) FET의 게이트 회로 구조로 전환한 일본이 만든 획기적인 파워 반도체입니다. 이를 여러 개로 묶어 보호 회로용 다이오드, 구동 회로용 IC 등을 포함하여 소형 고기능으로 모듈화한 것이 IGBT 모듈입니다.

IGBT는 단품(디스크리트)으로도 부품으로 존재하며, 모듈과 유사한 회로를 단품으로 구성할 수 있습니다. 그러나 단품으로 회로를 구성할 경우, 일반적으로 기판의 크기가 모듈의 두 배 이상이 되거나, 기판 패턴 배선의 영향으로 신호 지연, 불안정성 등 오동작이 발생할 가능성도 우려되는 등 사용자에게 많은 어려움이 있습니다.

반면, 모듈화를 통해 고밀도 배선 구현이 가능하고, 방열 개선으로 인한 신뢰성까지 고려되어 사용자는 비교적 간편하게 IGBT를 자신의 제품에 적용할 수 있습니다. 이것이 IGBT 단품이 아닌 IGBT 모듈을 사용하는 가장 큰 장점이라고 할 수 있습니다.

IGBT 모듈의 실례로, 주류 브러시리스 모터를 구동하는 6개의 IGBT를 수납한 모듈을 예로 들어 설명합니다. 모듈의 패키지 내부에 절연재가 채워져 있는 것이 특징이며, 모듈 내 배선도 최대한 짧고 굵게 만들어 전기적 손실을 줄였습니다.

또한 방열판도 추가되어 단품으로 기판에 실장하는 것보다 훨씬 저손실, 고방열의 IGBT 동작이 가능합니다. 따라서 모듈화에 따라 단품(디스크리트) 대응에 비해 고효율 동작과 장치의 소형화를 동시에 실현할 수 있습니다.

IGBT 모듈의 기타 정보

IGBT 모듈의 진화(IPM)

현재 IGBT 모듈은 더욱 진화한 IPM(IGBT에 외장형이었던 고내압 드
라이버를 내장한 모듈: Intelligent Power Module) 등으로 불리며, 그 기술 혁신은 지금도 계속되고 있습니다. 기존의 여러 개의 IGBT를 하나의 패키지에 집적한 모듈을 더욱 고성능, 고기능화하기 위해 IGBT 전용 구동 IC와 과전류 과열 보호 목적의 각종 보호회로용 IC를 IGBT와 함께 집적하고, 소형 방열성 대책을 적용한 모듈을 IPM이라고 부르기도 합니다.

IPM은 IGBT의 원조인 일본이 강점을 가진 기술로 세계를 선도하고 있는 분야입니다. 또한 최근 와이드 밴드갭 반도체인 SiC나 GaN과 같은 신규 반도체 소재를 이용한 파워일렉트로닉스 분야도 급부상하고 있으며, Si 기판의 IGBT를 EV 등 전기자동차 분야를 대표적으로 특성이 더욱 우수한 SiC-MOSFET이나 GaN-FET로 대체하려는 움직임도 나타나고 있습니다.

하지만 이들 신규 반도체 소재 기판은 아직 웨이퍼 대구경화, 비용, 제조능력 측면에서 Si 기판에 미치지 못하기 때문에 당분간 제품 용도별 디바이스 및 모듈의 분화가 지속될 것으로 보입니다.

에어 리크 테스터란?

에어 리크 테스터(영어: air leak tester)는 대상물 내부에서 발생하는 공기 누출을 감지하는 장비입니다.

대상물 내부를 가압 또는 감압하고 그 압력을 직압식, 차압식 등 다양한 방식으로 감지하여 누출 테스트를 수행합니다. 대상물의 형태나 내부에 공기나 물 이외의 물질이 들어있는지 등에 따라 적합한 에어 리크 테스터의 형식이 달라집니다.

비눗물 등으로 하는 간이 누출 테스트와 달리 에어 리크 테스터를 사용하면 누출 부위와 누출량을 정확하게 감지할 수 있습니다.

에어리크 테스터의 사용 용도

에어리크 테스터를 사용하면 단순한 누출 점검뿐만 아니라 누출량의 정량적 파악과 검사의 자동화가 가능해집니다.

구체적인 누출 검사는 다음과 같습니다.

• 냉각용 수도배관의 피팅
• 가스 레인지나 가스 실린더의 레귤레이터
• LPG나 탄산가스 등 고압가스 압력용기
• 자동차의 실린더나 오일 펌프 등 각종 부품
• 의료기기의 수혈용 펌프
• 토목 기기의 유압 배관 및 유압 실린더

또한, 유량 제어를 하는 회로 등의 누설 테스트에도 사용되며, 자동차 부품 검사에 많이 사용되는데, 이는 워셔액 탱크나 에어백 등 공기 누출이 허용되지 않는 부품이 자동차 부품에 많기 때문입니다.

에어리크 테스터의 원리

누설시험의 방법은 ‘JIS Z 2330:2012 누설시험방법의 종류 및 그 선택’에 상세히 규정되어 있습니다.

공기 등 기체를 사용하는 누설시험에는 침몰법, 발포법, 압력변화법, 차압변화법, 유량측정법, 초음파법 등 여러 가지가 있습니다.

1. 침몰법
침몰법은 대상물을 기체로 가압하여 액체가 담긴 탱크에 대상물을 잠기게 하여 거기서 나오는 기포를 확인하는 방법입니다. 주로 육안으로 검사하기 때문에 작업자의 숙련도가 필요하고 편차가 발생한다는 단점이 있다. 또한 정량적인 데이터 관리가 어렵습니다.

2. 발포법
대상물 표면에 계면활성제 등을 포함한 발포액을 도포하여 기체 누출을 발포 현상으로 검출하는 방법입니다. 액몰법에 비해 누출 감도가 높은 방식입니다.

3. 압력 변화법
압력 변화법은 대상물에 내압을 가하거나 감압하여 내부 압력이 일정하게 유지되는 압력을 확인하는 방법입니다.

4. 차압변화법
차압변화법은 압력을 가하는 방법은 압력변화법과 거의 동일하며, 측정 기준품과 대상물과의 차압 변화를 확인하는 방법입니다.

5. 유량 측정법
유량 측정법은 대상물에 내압을 가하여 누설로 인한 공기를 보충하는 유량을 측정하는 방법입니다.

6. 초음파법
대상물의 누설 부위에서 가스가 누출될 때 발생하는 초음파를 초음파 검출기로 감지하는 방식입니다.

에어 리크 테스터의 종류

에어리크 테스터는 크게 직압식과 차압식으로 나뉩니다.

1. 직압식 에어 리크 테스터
직압식 에어 리크 테스터는 실제 압력을 연속적으로 측정하여 리크 테스트를 수행합니다. 먼저 대상물을 가압 또는 감압합니다. 가압, 감압 과정 중에는 공기의 온도와 부피가 안정적이지 않고 압력이 불안정하기 때문에 일정한 압력으로 평형을 이룰 때까지 기다립니다.

평형 상태를 확인한 후, 거기서부터 압력을 연속적으로 측정합니다. 만약 어딘가에 누출이 있으면 이 압력이 서서히 내려가기 때문에 이를 감지하여 누출을 확인할 수 있습니다.

2. 차압식 공기 누출 검사기
차압식 에어 리크 테스터는 기준 압력과의 차압을 측정하는 방식입니다. 이 방법은 마스터라는 누출이 없는 계측물을 준비하고, 그 마스터와 대상물을 연결합니다.

이후 직압식과 마찬가지로 가압, 평형 절차를 거쳐 마스터와 대상물 사이에 연결한 센서를 통해 압력차를 측정합니다. 만약 대상물 어디에도 누출이 없다면 차압이 발생하지 않지만, 대상물에 누출이 있으면 누출량에 따른 차압이 감지됩니다.

에어 리크 테스터 선택 방법

1. 공작물의 특징
가압하에서 사용되는 공작물이나 공작물 내부에 액체가 들어가는 것은 가압방식의 리크 테스터가 적합합니다.

2. 공작물의 형상
예를 들어, 개구부가 많은 것은 내압식 타입이, 개구부가 적은 것은 외압식 리크 테스터가 적합합니다.

3. 감압 방식
공작물이 부압 하에서 사용되는 경우, 감압 방식의 누출 테스터를 선택합니다.

에어리크 테스터의 기타 정보

에어리크 테스터 도입의 장점

1. 자동화 및 노동력 절감
리크 테스트는 압력 변화 등을 수치화할 수 있기 때문에 자동 검사가 가능합니다. 리크 테스터를 통해 노동력을 절감할 수 있습니다.

2. 품질 향상
누출 검사를 정량적으로 파악할 수 있고, 사람의 숙련도에 의존하지 않고 검사할 수 있기 때문에 정확도가 향상되어 품질 향상에 기여합니다. 또한, 데이터의 통계 처리 및 분석이 가능합니다.

3. 비용 절감
클레임 감소, 불량률 감소, 검사 효율화 등 비용 절감의 이점이 있습니다.