페라이트란?
페라이트는 산화철을 주성분으로 하는 세라믹으로 자성 재료로 활용되고 있습니다. 세라믹이기 때문에 금속 자성체에 비해 전기저항이 높고, 내식성과 내약품성이 뛰어난 것이 특징입니다.
페라이트의 사용 용도
페라이트는 주로 자석으로 이용되고 있으며, 페라이트 자석이라고 불립니다. 저렴하고 대량 생산이 가능하기 때문에 가전제품이나 게임기, 컴퓨터 등 그 활용 분야가 매우 다양합니다.
그 외에도 변압기의 코어로 이용되거나 전파 암실이나 전파 암실 등에서 전자파를 차단하는 재료로도 활용되고 있습니다. 또한, 레이저 프린터 등에서 토너를 운반하는 캐리어로도 페라이트 입자가 이용되고 있어 일상생활에 깊숙이 침투해 있는 자성 재료입니다.
페라이트의 종류
페라이트에는 다음과 같은 세 가지 종류가 있습니다.
1. 스피넬형 페라이트
스피넬형 페라이트는 Fe2O4를 주성분으로 하는 페라이트입니다. 이전에는 주성분이 산화철이기 때문에 생성을 위해서는 800℃ 이상의 고온에서 열처리를 해야만 했습니다.
최근에는 알칼리 용액에서 반응시켜 100℃ 정도의 저온에서도 생성할 수 있게 되었습니다. 스피넬형 페라이트는 망간, 코발트, 니켈, 구리, 아연 등의 첨가물과 혼합하여 연자성을 나타내는 소프트 페라이트입니다.
2. 육각형 페라이트
육방정계 페라이트는 M=Fe12O19(M은 Ba, Sr, Pb 등)의 화학식으로 표현되는 페라이트입니다. 바륨이나 스트론튬을 첨가하여 경자성을 나타내는 경질 페라이트입니다.
3. 가넷형 페라이트
가넷형 페라이트는 천연 석류석과 동형의 결정구조를 가진 페라이트로 Mg3Al2Si3O12의 화학식으로 표현되는 구조를 가지고 있습니다. 가넷형 페라이트는 스피넬형 페라이트와 동일한 연자성을 나타내는 소프트 페라이트입니다.
페라이트의 기타 정보
1. 페라이트의 특성
하드 페라이트
하드 페라이트는 강력한 자기장을 가하면 자성을 띠고 그 자성이 유지되는 강자성을 가진 페라이트입니다.
소프트 페라이트
소프트 페라이트는 자기장이 가해지면 자화를 발현하고, 자기장이 사라지면 자성이 없어지는 연자성을 가진 페라이트입니다. 투자율이 높은 것이 특징이며, 코일이나 변압기 코어에 사용됩니다.
2. 페라이트를 통한 노이즈 저감 구조
페라이트는 노이즈 저감 부재로 사용되기도 합니다. 예를 들어, USB와 같은 고속 통신 신호에서 EMI(Electromagnetic Interface)는 큰 문제인데, EMI(전자기 장애)는 통신선에 국한되지 않고 전기기기 등이 원치 않는 전자기 노이즈를 방출하는 것을 말합니다.
EMI 인증 및 품질보증 측면에서 전기기기에는 ClassA, ClassB 등의 분류가 있으며, 제품마다 적절한 EMI 대책이 필요하다. 보통은 회로 설계나 패턴 설계 시점에 EMI 대책을 세우지만, 설계 후기에 접어들어 개발 기간이 한정된 경우에는 페라이트를 사용하는 경우가 있습니다.
노이즈 발생 하네스에 페라이트를 감으면 페라이트의 자화에 따라 케이블의 임피던스가 변화하여 노이즈 전류를 줄일 수 있습니다. 그러나 노이즈 전류를 줄인다는 것은 고주파 성분을 떨어뜨린다는 것을 의미합니다. 즉, 페라이트는 간이 저역 통과 필터의 역할을 하는 것입니다.
이처럼 고주파 성분을 떨어뜨리는 것은 신호를 약화시키는 것이므로, 파형이 왜곡되어 신호 품질이 저하될 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 페라이트의 노이즈 감소 특성은 임피던스에 의해 결정되며, 임피던스는 페라이트의 재질, 크기, 턴 수에 따라 달라집니다.
페라이트의 재질이 같고 크기가 같은 경우, 하네스의 턴수 N에 따라 임피던스가 증가하는 것이 일반적입니다. 임피던스의 증가에 따라 더 강력한 노이즈 대책이 되지만, 대책하고자 하는 주파수 대역에 맞게 턴 수를 선택해야 합니다.
또한, 임피던스에는 단면적도 영향을 미치며, 원칙적으로 페라이트의 내경이 작고 외경이 큰 것일수록 임피던스를 높일 수 있습니다. 고주파 대책 부품으로 다양한 라인업의 페라이트가 있습니다. 각각의 특성을 파악하여 대책하고자 하는 주파수 대역에 적합한 특성의 페라이트를 사용하는 것이 중요합니다.