인쇄 회로 기판의 표면 마감은 여러 가지 기능을 제공하고, 그 영향은 설계 시점부터 조립된 제품의 수명이 다할 때까지 지속된다. 무전해 니켈/무전해 팔라듐/치환 금(ENEPIG)은 다양한 장점을 가진 것으로 입증된 표면 마감이고, SnPb 및 Pb 없는 회로 카드 조립에 적합한 것으로도 입증됐다. ENEPIG에 대한 광범위한 시험을 통해 이런 표면 마감의 신뢰성이 입증됐고, 그 결과 ENEPIG의 적용에 대한 산업 표준, “IPC-4556: 인쇄 회로 기판을 위한 무전해 니켈/무전해 팔라듐/치환 금(ENEPIG) 도금에 대한 규격”이 신설됐다. ENEPIG에 납땜할 때, ENEPIG의 팔라듐은 모두 땜납 접합부로 녹아들어가고, 해당 땜납 접합부의 바닥(Pd의 원천)에 팔라듐이 풍부한 영역이 생성된다. 팔라듐이 풍부한 이런 미세 구조는 원주 형태로 부서져서 떨어져 나갈 수 있다. 전자 장치 조립에서 사용되는 부품의 크기가 계속 감소함에 따라, 땜납 접합부의 크기도 그에 상응해서 계속 줄어들고, 이로 인해 팔라듐이 풍부한 이런 미세 구조의 상대적 크기도 전체 접합부의 두께에 비해 증가하게 된다. 본 연구에서는, 산업 표준 Pd 두께가 얇은
고려대 물리학과 박홍규 교수 연구팀이 오직 빛으로만 전기 신호를 제어하고 효율적으로 전류를 증폭할 수 있는 새로운 나노선 트랜지스터를 최초로 개발했다. 이 연구는 과학기술정보통신부 기초연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 빛으로 전기적 특정을 제어 트랜지스터는 현대 전자기기를 구성하는 가장 기본 부품 중 하나로, 전류나 전압흐름을 조절해 전기 신호의 증폭 작용과 스위치 역할을 한다. 최근 기존 트랜지스터의 동작 효율을 높이기 위해 나노 크기로 제작하거나 빛을 쪼여주는 등의 연구가 진행중이지만, 복잡한 공정과 낮은 수율로 인해 상용화가 어려운 상황이었다. 업계의 이러한 고민을 효과적으로 해결하기 위해 연구팀은 트랜지스터의 전기적 특성에 주목했다. 이 특성을 제어하게 되면 기존의 복잡한 반도체 공정과정을 없앨 수 있어 비용적, 기술적 노력을 줄일 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다. 그리하여 연구팀은 실리콘 나노선에 다공성 실리콘을 부분적으로 삽입했다. 다공성 실리콘은 내부에 수 나노미터(1 나노미터는 10억분의 1미터)의 수많은 작은 구멍을 가지고 있는 실리콘을 칭하는 말이다. 연구팀은 이 다공성 실리콘을 통해 빛만으로 전기 신호를 효과적으로 제어할 수 있는 새
MRI 시스템의 개요 오늘날 병원에서는 의료 진단을 위해 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, 이하 MRI)이 널리 사용되고 있다. MRI 시스템의 물리학적 원리는 1946년 펠릭스 블로흐(Felix Bloch)(1)와 에드워드 퍼셀(Edward Purcell)(2)이 각각 발견했다. 모든 원자의 핵 내부에서는 양성자와 중성자들이 축을 중심으로 회전한다. 원자핵은 전하를 가지고 있기 때문에, 이 회전 동작이 회전 축을 따라 자기 모멘트(Magnetic Moment)를 발생시킨다. 자기 모멘트의 상대적 강도는 각 원소마다 다르며, MR(Magnetic Resonance) 에너지 흡수 및 검출을 위해 그 적합성을 결정한다. MRI는 양성자가 하나인 수소 핵을 선택하고 있으며, 이는 수소 핵이 자기 모멘트가 가장 강하고 유기 조직에 풍부하게 존재하기 때문이다. 그림 1은 외부 자기장이 존재하지 않을 경우, 각각의 자기 모멘트가 우세한 방향성을 전혀 띄지 않는 모습을 보여준다. ▲ 그림 1. 자기장이 가해지지 않았을 때의 자기 쌍극자 외부 자기장 B0이 가해지면 자기 모멘트가 우세한 방향으로 외부 자기장과 정렬함으로써 가장 낮은 에너지
가장 널리 사용되고 있는 무선 기술인 블루투스의 최신 버전은 처리량 및 도달 거리가 크게 향상됨으로써 홈 자동화 애플리케이션에서도 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 블루투스(Bluetooth®)는 초기부터 긴 여정을 거쳐 발전해 왔다. 1999년에 발표된 이 기술의 1.0 버전은 데이터 대역폭이 1Mbps였으며, GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) 변조방식 만을 지원할 수 있었고, AFH(Adaptive Frequency Hopping) 확산 스펙트럼은 갖추고 있지 않아 상호 운용성을 준수하는데 어려움을 겪었다. 뒤이어 출시된 버전들에서는 대역폭, 범위, 보안, 향상된 간섭 내성 등을 보완하여 이러한 취약점을 해결했다. 예를 들어, 2009년에 발표된 블루투스 3.0 + HS는 최대 3Mbps의 블루투스 대역폭을 제공하며, 802.11 채널과 함께 사용하여 최대 24Mbps까지 속도를 높일 수 있었다. 2010년에 채택된 블루투스 4.0은 블루투스 저에너지를 핵심 요소로 도입했다. 이 버전의 코어 사양은 블루투스 저에너지 칩과 기존 버전의 BR(Basic Rate)/EDR (Enhanced Data Rat
고전류 저전압 디지털 IC 시장이 점점 커져서 2016년에는 92억 달러 규모에 이르렀다(출처: Intense Research). 이 부류의 디지털 IC로는 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서, 프로그래머블 로직 디바이스(PLD), 디지털 신호 프로세서(DSP), ASIC(특정 용도 주문형 IC), 그래픽 프로세서 유닛(GPU)을 포함한다. 특히 이 시장에서 큰 부분을 차지하는 FPGA(field programmable gate array)가 2014년에 39억2천만 달러 규모에서 2022년에는 72억3천만 달러에 달함으로써 2016년부터 2022년까지 7.41%의 CAGR로 성장할 것으로 전망된다(출처: marketsandmarkets.com). 고(high) 전력 밀도 디지털 IC는 거의 모든 임베디드 시스템에 사용되고 있다. 이러한 시스템은 산업용, 통신, 텔레콤, 서버, 의료용, 게임, 컨슈머 오디오/비디오, 자동차 이외에도 많은 분야들을 포함한다. FPGA는 이러한 분야들로 첨단 애플리케이션을 가능하게 한다. 예를 들어서 자동차 분야에서는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)이나 충돌 방지 시스템 같이 인간의 실수를 차단하기 위한 애플리케이션을 가능하
전 세계 엔지니어들은 단순하지만 매우 복잡한 과제에 대면했다. 바로 해결이 불가능한 문제를 해결하는 일이다. 설상가상으로 엔지니어들은 해결이 불가능한 문제를 그 어느 때보다도 더 빠르게 더 적은 리소스로 해결하라는 요구를 받고 있다. 예를 들어 가정용 온도조절기를 테스트할 경우, 바이메탈 코일의 온도 조절기는 이제 더이상 사용되지 않는다. 지금 사용되는 온도 조절기에는 습도 및 온도 센서부터 무선 회로와 동작 감지에 이르는 여러 가지 기술이 융합되어 있다. 이러한 시스템을 검증하려면 다양한 계측기와 센서, 소프트웨어 전문 지식이 필요한데, 엔지니어는 어디서부터 손을 대야 할지 감을 잡을 수 없다. 가늠하기 어려운 산을 오르려면 먼저 정상까지 올라갈 길을 파악해야 할 것이다. 마찬가지로 복잡한 시스템의 측정 및 테스트를 위해 저항이 가장 적은 경로를 알아내는 일은 쉽지 않다. 궁극적으로 각 단계를 거치면서 쌓은 효율적인 방법은 정상까지 올라가는 데 많은 도움이 된다. 이를 엔지니어링 작업에 대입해서 생각하면, 어플리케이션 전체의 일상적인 작업을 단순화함으로써 엔지니어링 시스템의 개발, 배포, 관리에 필요한 전체 시간을 줄일 수 있는 것이다. 엔지니어링 시스템에
힐셔(Hilscher Gesellschaft fur Systemautomation mbH)의 netPI는 라즈베리 파이 3(Raspberry Pi 3) 아키텍처를 기반으로 한 플랫폼으로서, IoT와 인더스트리4.0 자동화 같은 애플리케이션에 사용하기 적합하다. 이 단일 회로 보드 디자인은 파이 3의 기본 회로와 힐셔의 netX 산업용 네트워크 컨트롤러를 결합했다. 또한, 강력한 파이 3 CPU(64bit, 4코어, 1,200MHz)가 다중 프로토콜을 지원하여 대다수 주요 산업용 네트워크로 연결을 구축할 수 있다. netPI는 힐셔가 파이 3 제조업체인 Element14와 협력해서 개발한 것으로써, 산업용 애플리케이션용으로 설계됐다. 50℃에 이르기까지 최대 CPU 구동 회로보드는 파이 3의 통상적인 6 레이어가 아니라 8 레이어로 이루어져, 전자기 호환성을 향상시킨다. 이 회로보드의 특징은 통상적 크기보다 2배 이상 더 크므로 열 방출을 매우 증가시킨다. 그렇지 않으면, 14mm×14mm로 된 4개 프로세서를 집적한 CPU가 CPU 부하가 높은 상태에서 누적된 열 때문에 문제를 일으킬 수 있다. 또 한편으로는 코어 온도가 80℃ 이상으로 상승하면
혁신적인 이동통신 신호처리 기술이 적용되는 5G는 빅데이터를 처리해야 하기 때문에 4G보다 수준 높은 통신서비스가 필요하다. 이에 따라 직교 주파수 다중분할접속방식과 전력 및 코드 다중화 방식을 추가하는 식의 새로운 이동통신 신호처리 기술(New Radio Access Technolog, NRAT) 도입이 검토되고 있다. 5G는 자율주행차처럼 많은 데이터를 주고받으며 통신하는 상황에 적합한 이동통신 기술로, 대규모 사물이 네트워크로 연결된 상태에서 각 사물의 환경정보를 수집하는 사물인터넷(IoT)의 핵심 인프라이다. 5세대 이동통신이라는 뜻을 가진 5G는 4세대 이동통신(LTE) 대비 약 270배, 많게는 1000배에 이르는 빠른 속도를 제공하는 통신 시스템이며, 세계 각국에서는 5G를 앞다투어 상용화하려고 노력 중이다. 5G 네트워크 특성 5G 네트워크 주요 기술에는 초고주파 광대역 폭을 활용한 초고속 데이터 전송기술, 대용량 다중안테나기술, Small Cell 구성을 통한 네트워크 용량 증대 기술, 혁신적인 이동통신 신호처리 기술, 5G 네트워크 운용기술이 있다. 5G 이동통신(5G, IMT-2020)에서는 전달 속도(Latency, 지연)도 빨라진다.
우리는 급속하게 센서가 확장되고 있는 세상을 경험하고 있다. 실제로 센서는 우리 모두가 매일 가지고 다니는 휴대전화를 비롯해 여러 다양한 유형들이 이미 널리 보편화됐다. 압력, 온도, 가속도, 중력과 같은 단순한 변화를 감지할 수 있는 센서뿐만 아니라 GPS, RADAR, LIDAR, 이미지 센서와 같은 최첨단 센서들도 제공되고 있다. 센서 융합은 하나의 센서 만으로는 제공할 수 없는 정보를 생성하기 위해 여러 다른 센서로부터 데이터를 추출한다. 그런 다음 이 정보는 최종 애플리케이션에 따라 추가 프로세싱과 분석을 거쳐 필요한 결정을 내리는데 사용할 수 있다. 센서 융합은 다음과 같이 두 가지로 분류할 수 있다. 임베디드 비전 시스템 및 센서 융합 애플리케이션의 경우에는 대부분 실시간 센서 융합 분류에 해당한다. 임베디드 비전 애플리케이션 임베디드 비전 애플리케이션은 로보틱스 및 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)를 비롯해 증강현실(Augmented Reality)에 이르기까지 다양한 애플리케이션 분야에서 빠르게 성장하고 있다. 이러한 임베디드 비전 애플리케이션은 최종 애플리케이션의 성공적인 운영을 좌우하는 중요한 역할을
현대식 생산과 조립 공장에서 다양한 주파수 범위를 사용하는 RFID 시스템이 많이 늘어나고 있다. 각각의 시스템은 다른 애플리케이션에 적용된다. 이중 저주파(LF) 시스템은 특히 메탈 환경의 애플리케이션에 적합하며, 고주파(HF) 시스템은 읽기/쓰기 거리가 길고 빠른 통신 속도가 필요할 때 이상적인 선택이다. 각각의 시스템이 자체의 RFID 컨트롤러 유형을 필요하기에, 다양한 주파수대 솔루션은 복잡하고 느렸을 뿐만 아니라 사용자에게 비싸기도 했다. 그러나 발루프의 BIS V 컨트롤러로 이 모든 것이 바뀌었다. RFID 컨트롤러는 저주파(LF) 또는 고주파(HF)에 상관없이 최대 4개의 읽기/쓰기 헤드를 동시에 작동시킬 수 있어 주파수를 믹싱하거나 변경하는 애플리케이션을 가능하게 하며, 초고주파(UHF)도 추가할 수 있다. 그러므로 한 개의 RFID 컨트롤러로 공장 전체 원자재 흐름을 자동으로 원활하게 추적하고 제어할 수 있다. 추가적으로, 내장된 IO-Link 마스터 포트에 IO-Link 호환이 가능한 센서와 액추에이터를 연결할 수 있다. 이상적인 애플리케이션은 생산 설비, 머신 빌더, 조립 라인, 그리고 전체 산업 분야의 자재 흐름 작업을 위한 식별 작업을
급격하게 변화하는 오늘날의 시장 환경에서, 현실에 대한 정확한 진단과 발 빠른 경영진의 의사결정은 비즈니스 성공에 매우 중요한 요소가 되었다. 회사 전체를 아우르는 비즈니스 관련 데이터의 수직적 통합은 이러한 의사결정에 투명성을 제공한다. 이는 단순히 버튼 하나를 누르면서도 현재 시점의 완료된 데이터를 신뢰할 수 있고 이해하기 쉬운 형태로 확인할 수 있어야 한다. 바로 지능형 게이트웨이를 통해서다. 산업용 IoT 게이트웨이가 구체적으로 어떤 문제를 해결하고 지원할 수 있는지를 지멘스의 도움을 받아 소개한다. 시스템 복잡도의 증가와 함께 회사의 투명성 확보에 대한 관심이 늘어나고 있다. 4차 산업혁명, 사물인터넷(IoT)이 확산됨에 따라 생산과 자동화 그리고 IT/관리 레벨 간의 네트워킹이 지속적으로 향상되고 있다. 이러한 상황에서 회사 내부의 효율적인 리포팅은 변화를 빠르게 감지함으로써, 비즈니스 전략의 변경 또는 적절한 조치 등을 시간 내에 할 수 있도록 도움을 준다. 다음과 같은 질문을 생각해 보자. • 회사에서 사용되는 어떠한 기계(또는 장비, 컴포넌트)에서 가장 많은 에너지를 소비하는가? • 제품 생산의 어떠한 프로세스에서 가장 많은
광학적, 전기적, 화학적 반응성을 가진 마이크로입자 개발 토대 마련 입자 모양은 그 입자의 특성(광학적 특성 및 세포와의 상호작용 등)을 결정하는 중요한 인자다. 따라서 다양한 형태의 비구형 입자(지름이 일정한 구 모양이 아닌 형태의 입자를 의미하며 바둑알, 럭비공, 아령, 도넛 형태 등이 있음)는 구형과 달리 모양에서 비롯된 특성 때문에 디스플레이용 광결정 물질, 광화학 센서, 코팅필름, 화장품 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 여기서 광결정 물질이란, 특정 색이 물질 내부에 존재하지 못하고 밖으로 반사되는 소재를 말하며, 이것을 반도체 발광소자(LED) 등에 사용하면 훨씬 더 밝은 빛을 낼 수 있다. 또한 외부 자극에 반응하여 스스로 모양이 변하는 스마트 입자는 자극 조건에 따른 선택적인 약물전달, 색 변화가 가능한 코팅 재료 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 하지만 현재 개발된 스마트 입자는 제작 과정이 복잡하고 모양 변화가 비가역적이기 때문에 사용이 제한적이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 간단한 공정을 통해 제작할 수 있으면서 가역적으로 모양이 조절되는 스마트 입자 개발의 필요성이 점점 더 커졌다. 여기서 가역적이란, 반응을 하는 데 있어서 정반
UV laser를 이용한 미세 패터닝 설계 및 기술 개발 가. 서론 레이저 가공기술은 100μm 이상의 크기로 가공할 수 있는 레이저매크로가공기술(Laser macromachining)과 50μm 이하 0.1μm까지 가공할 수 있는 레이저마이크로가공기술(Laser micromachining)로 크게 구분할 수 있다. 이 기술은 주로 철강, 자동차, 선박, 항공기 산업 등 중공업분야에서 활용되고 있으며, 최근에는 극초단펄스 레이저와 UV레이저가 개발됨에 따라 전기, 전자, 반도체 산업 분야에서 수십마이크로급의 미세가공을 하는 데 다수 적용되고 있다. 특히 PCB 분야에서는 배선의 고밀도화·고집적화·고정밀화 경향이 뚜렷해지면서 레이저 미세 가공기술의 응용성이 크게 확대되는 추세다. 기존의 PCB 가공공정에서는 Cu층과 절연층을 번갈아 한 층씩 적층하게 되며, 이때 층간 전기신호연결을 위해 층간 Via hole이 가공된다. CO2 레이져 드릴링 공정이 성숙돼 PCB 생산에 필수적인 공정으로 적용되고 있으나, 최근 고집적화가 진행되면서 비어홀의 직경이 50μm 이하의 고미세홀로 요구돼 CO2 레이저 드릴링은 더 이상 기
친환경 운동이 대중화되면서 전기 스쿠터에서 승용차, 버스, 화물 트럭에 이르기까지 모든 종류의 전기차(EV)가 점점 더 많이 도로로 나오고 있다. 전력 설계자는 다양한 성능 요건을 가진 서로 다른 종류의 배터리와 자동차에 적용할 수 있는 시스템을 내놓아야 할 것이다. 이번 백서에서는 배터리 성능, 수명, 안전성 등의 과제를 해결하면서 지능형 배터리 관리 및 충전 시스템을 설계할 때의 고려사항을 살펴보고자 한다. EV 배터리 팩은 복수의 셀 모듈이 직렬과 병렬로 구성된다. 차량 전체에 걸친 배터리 팩 중심으로 배열된 배터리 관리 시스템(BMS)은 여러 개의 컴포넌트로 구성되며, 배터리 셀 근처에 있는 모니터링 컴포넌트, 차량이 요구하는 바에 영향을 받는 하나 이상의 전력 변환 스테이지, 지능형 컨트롤러, 임베디드 프로세서 등이 있다. 아키텍처 내 전략적인 장소에 자리를 잡고 전력 서브시스템의 여러 가지 요소를 관리한다. ▲ 그림 1. 복수의 배터리 셀 모듈을 쌓아 구성한 배터리 팩 지능형 셀 모니터링 스펙에서 벗어난 조건들이 발생하면 배터리와 차량 내부에 손상을 일으키거나 차량 승객의 안전을 위협할 수 있기 때문에, EV 배터리의 충전 및 방전 중에는 배터리
효율적이며 컴팩트한 DC/DC 컨버터를 설계하기 위해서는 변환에 관련된 물리학 및 수학에 대한 깊이있는 이해와 실전에서의 풍부한 경험을 필요로한다. 보드플롯, 맥스웰방정식, 극점 및 영점 같은 것들을 깊이있게 이해함으로써 우수한 DC/DC 컨버터 디자인을 설계할 수있다. 그런데 IC 디자이너들이 흔히 간과하는 문제가 골치아픈 ‘열(heat)’ 문제이다. 이 일은 흔히 패키지 엔지니어에게 떠맡겨진다. 정교한 IC들이 밀집돼 탑재된 제약적인공간에 사용되는 POL(point-of-load) 컨버터는 열이 아주 중요한 문제이다. 어떤 POL 레귤레이터이든 열을 발생시킨다. 어떤 전압 변환도 100% 효율이 아니기 때문이다. 적어도 아직까지는 말이다. 그렇다면 패키지는 구조, 레이아웃, 열임피던스에 따라서 얼마나 뜨거워질 수 있는가? 패키지의 열임피던스는 POL 레귤레이터의 온도를 상승시킬뿐만아니라, PCB와 주변부품들의 온도까지도 상승시키므로 해당 시스템으로부터 열을 제거하기 위해서 복잡성, 크기, 비용을 증가시킨다. PCB 상에서 DC/DC 컨버터 패키지의 열을 완화하기 위해서는 크게 두 가지 전략을 사용할 수 있다. ①PCB상에서