전자파 차폐 기초

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전자파 차폐 기초


전자파 차폐란?

전자파 차폐(electromagnetic shielding)란 전파(electromagnetic wave)가 특정 공간이나 장치에 침투하거나 간섭하는 것을 방지하기 위하여 소재나 기술을 사용하는 것을 말합니다. 전자파는 공간을 이동하는 에너지의 한 형태로 전자기기, 전력선 또는 (번개와 같은) 자연 현상에 의해 생성될 수 있습니다. 이러한 전자파는 다른 전자 장치에 간섭(EMI; electromagnetic interference)을 일으켜 원치 않는 신호나 노이즈를 유발함으로써 장치의 성능을 저하시키거나 오작동을 야기할 수 있습니다.


전자파 차폐의 목표는 전자파 발생원(noise source)과 보호해야 할 영역 또는 장치(victim) 사이에 장벽을 만드는 것입니다. 이러한 장벽은 전기적으로 도전성(electrical conductivity)이 높거나 자기적으로는 투자율(permeability)이 높은 소재를 사용하여 전파를 반사하거나 흡수하도록 하는 메커니즘으로 만들어집니다.


전자파 차폐는 항공우주, 군사, 의료, 가전 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 항공우주 분야에서는 낙뢰, 태양 플레어 또는 기타 전자파로 인한 간섭으로부터 중요한 항공 전자 장비 및 통신 시스템을 보호하는 데 사용됩니다. 의료 기기 분야에서는 다른 전자기기로부터 간섭을 방지하거나 전자파의 유해한 영향으로부터 환자를 보호하는 데 사용됩니다.


전자파 차폐는 전자 장치와 시스템이 제대로 작동하는 데 중요한 역할을 합니다. 전자파 차폐를 통해 다양한 애플리케이션이 안전하고 안정적으로 작동하는 동시에 전자파의 잠재적 위험으로부터 사람과 장비를 보호할 수 있습니다.



차폐의 목적

전자파 차폐의 목적은 전자파의 유해한 영향으로부터 전자기기와 시스템을 보호하는 것입니다.


전자파는 여러 가지 방식으로 전자 장치에 간섭을 일으켜 성능 저하, 오작동 또는 고장을 일으킬 수 있습니다. 이러한 간섭은 전자기 유도(electromagnetic induction), 정전기 결합(electrostatic coupling) 또는 전자기 방사(electromagnetic radiation)와 같은 다양한 방식으로 발생할 수 있습니다. 이러한 간섭으로부터 전자 장치 및 시스템의 적절한 기능을 보장하는 것이 차폐의 목적입니다.


예를 들어 민감한 의료 장비의 경우 전자파 간섭으로 인해 부정확한 판독값이 나오게 되면 환자를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 마찬가지로 항공 전자장치의 경우 전자파 간섭이 통신 시스템과 내비게이션 장비를 방해하여 잠재적으로 위험한 상황을 초래할 수 있습니다.



차폐의 중요성

현대 전자기기에서 전자파 차폐는 매우 중요합니다. 전자 장치와 시스템이 모든 영역으로 확산됨에 따라 전자기 간섭의 위험성이 급격히 증가했습니다. 그 결과 효과적인 전자파 차폐의 필요성이 그 어느 때보다 중요해졌습니다.


전자파 차폐의 주요 이점 중 하나는 전자 장치 및 시스템의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 전자기 간섭을 방지함으로써 오작동 위험을 줄이고 신호 품질을 개선하며 전자 부품의 수명을 늘릴 수 있습니다.


전자파 차폐는 안전상의 이유로도 중요합니다. 경우에 따라 전자파 간섭은 의료 기기나 항공 전자 장치와 같이 잠재적으로 위험한 상황을 초래할 수 있습니다. 효과적인 전자파 차폐를 사용하면 이러한 위험의 위험을 줄이고 사람과 장비의 안전을 보장할 수 있습니다.

전자파 차폐의 원리


전자기 간섭

전자파 간섭(EMI)은 어떤 전자 장치 또는 시스템이 다른 장치 또는 시스템에 간섭을 일으키는 전자파를 생성함으로써 발생하는 문제입니다. EMI는 신호 저하, 데이터 손실, 심지어 전자 장치 및 시스템의 완전한 고장을 포함한 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다. 바로 이 지점에서 전자파 차폐의 원리가 작동합니다.


전자파 차폐의 원리는 전파의 특성과 전파가 물질과 상호 작용하는 방식에 기반합니다. 전자파는 소재의 특성에 따라 반사, 흡수 또는 투과될 수 있습니다. 전자파 차폐의 목표는 전파가 특정 공간이나 장치에 침투하거나 간섭하는 것을 방지하는 장벽을 만드는 것입니다.


전자파 차폐를 달성하는 방법에는 전도성 소재와 자성 소재, 또는 이 둘의 조합을 사용하는 등 여러 가지가 있습니다. 구리나 알루미늄과 같은 전도성 소재는 전자파를 반사하는 차폐막을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 철이나 니켈과 같은 자성 소재는 전자파를 흡수하거나 전환하는 데 사용할 수 있습니다.


전도성 또는 자성 소재를 사용하는 것 외에도 다른 설계 원리를 사용하여 전자파 차폐의 효과를 높일수 있습니다. 예를 들면, 전자기장을 차단하는 밀폐형 전도성 구조물인 패러데이 케이지(Faraday cage)를 사용하여 차폐를 달성할 수 있습니다.


전자파 차폐의 효과는 해당 전자파의 주파수와 세기, 차폐에 사용되는 소재의 특성 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 경우에 따라 원하는 보호 수준을 달성하기 위해 여러 층의 차폐가 필요할 수도 있습니다.



전자파 적합성

전자파 적합성(EMC; electromagnetic compatibility)은 전자 장치 및 시스템이 다른 장치 또는 소스로부터의 전자파 간섭(EMI)이 있을 때 제대로 작동하는 능력을 말합니다.


EMC는 적절한 접지 및 차폐를 포함한 설계 원칙의 조합을 통해 달성될 수 있습니다. EMC를 달성하려면 차폐를 염두에 두고 전자 장치와 시스템을 설계하는 것이 필수적입니다. 여기에는 모든 구성 요소가 올바르게 접지되고 차폐 소재가 적절한 위치에 배치되어 EMI가 장치 또는 시스템의 성능을 방해하지 않도록 하는 것이 포함됩니다. 또한 적절한 필터링을 사용하여 신호 품질과 데이터 전송에 대한 EMI의 영향을 줄일 수도 있습니다.

전자파 차폐 소재


전도성 소재

전도성 소재는 전자파를 반사하거나 흡수하는 성질로 인해 전자파 차폐에 일반적으로 사용됩니다. 전도성 소재는 전자가 자유롭게 이동할 수 있는 물질로, 전기를 전도하고 전자기 에너지를 흡수하는 데 매우 효과적입니다. 전자파 차폐를 위해 일반적으로 사용되는 전도성 소재는 다음과 같습니다.



전자파 차폐를 위한 전도성 소재의 효과는 소재의 종류와 두께, 전자파의 주파수와 세기, 차폐 시스템의 설계 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 더 두껍고 전도성이 높은 소재는 더 나은 차폐 효과를 제공하지만, 더 무겁고 더 비쌀 수 있습니다.


전자파 차폐 시스템을 설계할 때는 적용부의 특정 요구 사항을 고려하고 원하는 수준의 차폐를 달성하기 위해 적절한 소재와 설계 원칙을 선택하는 것이 중요합니다. 전도성 소재는 전자파 차폐에 매우 효과적이며 다양한 분야에서 사용됩니다.



자성 소재

자성 소재는 전자파 차폐에 일반적으로 사용되는 또 다른 유형의 소재입니다. 이러한 소재는 전자파의 전기 성분이 아닌 자기 성분을 흡수하거나 방향을 전환하는 방식으로 작동합니다.


전자파 차폐에 일반적으로 사용되는 자성 소재는 다음과 같습니다.



일반적으로 더 두껍고 투자율이 높고 포화자속밀도가 높은 소재가 더 나은 자기 차폐 효과를 제공합니다.

전자기 차폐 기술


반사

반사(reflection)는 전파를 흡수하지 않고 입사각과 동일한 각도로 반사시키는 차폐 기술입니다. 이 기술은 일반적으로 고주파를 차폐하는데 사용되는데, 구리나 알루미늄처럼 전도율이 높은 소재를 사용하여 구현할 수 있습니다. 패러데이 케이지는 반사 기법의 대표적인 사례입니다. 그러나 의도하지 않은 방향으로 반사된 전자파가 새로운 간섭을 유발할 수 있다는 점은 설계시 유의해야 할 사항입니다.



흡수

흡수(absorption)는 전파 에너지를 열 에너지 또는 전류와 같은 다른 형태로 변환시키는 기술입니다.


방사된 전자파가 전파흡수체(electromagnetic absorber)를 만나면, 일부가 반사되고, 대부분 투과되는데, 어떤 특정 주파수의 전파는 흡수체 속에서 열 에너지로 변환됩니다. 이렇게 변환된 에너지의 크기만큼 전파의 세기는 약화되며 이런 역할을 하는 소재를 전파흡수체라고 합니다. 이런 역할의 흡수체로는, 피라미드 흡수체, 페라이트 타일, 페라이트 러버 시트 등이 있으며, 패러데이 케이지 내부에 부착하면 내부 전파의 난반사를 줄여주는 역할을 하게 됩니다.

전자파 차폐 테스트 및 인증


전자파 차폐 규정

전자파 차폐의 효과를 보장하기 위해 전자파 차폐 소재 및 제품의 테스트 및 인증을 안내하는 다양한 표준이 제정되었습니다. 이러한 표준을 통해서 다양한 전자파 차폐 소재 및 제품의 성능을 평가하고 비교할 수 있습니다.


이러한 표준 중 하나는 전자기기 함체에 사용되는 소재의 차폐 효과를 테스트하기 위한 미국 군사 표준 MIL-STD-285입니다. MIL-STD-285는 다양한 주파수 범위에서 소재의 차폐 효과를 평가하기 위한 테스트 절차 및 측정 방법을 지정합니다. 또 다른 표준으로는 IEEE Standard 299입니다. 이것은 다양한 주파수 범위에서 함체의 차폐 효과를 평가하기 위한 테스트 방법, 측정 절차 및 데이터 분석 기법 등을 지정합니다.


이 밖에도 국제전기기술위원회(IEC), 미국 연방통신위원회(FCC), 유럽연합(EU) 등 다양한 규제 기관에서 무선 통신 및 의료 기기 등을 위한 전자파 차폐 규정과 표준을 제정했습니다.


전자파 차폐 표준에 따른 테스트 및 인증은 전자파 차폐 소재 및 제품의 안전성, 신뢰성 및 효과를 보장하는 데 매우 중요합니다.



전자파 차폐 테스트 방법

전자파 차폐의 효과를 보장하기 위해 소재와 제품의 차폐 성능을 평가하는 다양한 테스트 방법이 개발되었습니다. 이러한 테스트 방법에는 차폐 소재 또는 제품을 투과하는 전자파의 양을 측정하는 방법도 포함됩니다.


일반적으로 사용되는 테스트 방법 중 하나는 차폐 효과 테스트(SET; shielding effectiveness test)로, 차폐 소재 또는 제품을 중심으로 안쪽과 바깥쪽과 비교하여 전자기장 강도의 감쇠를 측정하는 것입니다. SET는 전자파 방출원(noise source)과 수신기(antenna; receiver) 사이에 차폐재 또는 제품을 배치하고 차폐재 또는 제품 양쪽의 전자파 강도를 측정하는 방식으로 진행됩니다. 그런 다음 차폐 효과는 보호되지 않은 쪽의 전자기장 강도와 보호된 쪽의 전자기장 강도의 비율로 계산됩니다.


확립된 표준 및 시험 방법에 따라 전자파 차폐 소재 및 제품을 테스트하고 인증하는 것은 다양한 응용 분야에서 이러한 소재 및 제품의 안전성, 신뢰성 및 효과를 보장하는 데 매우 중요합니다. 이러한 테스트 결과는 제품 개발 및 품질 관리에 유용한 정보를 제공하며, 고객이 전자파 차폐 소재 및 제품을 선택할 때 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.



인증 및 규정 준수

전자파 차폐 소재 및 제품의 테스트 및 인증에서 인증 및 확립된 표준 준수는 중요한 측면입니다. 인증의 목적은 소재와 제품이 전자파 차폐 효과와 안전성에 대해 확립된 표준을 충족하는지 확인하는 것입니다.


다양한 응용 분야에서 전자파 차폐 소재 및 제품을 규제하기 위해 다양한 국내 및 국제 표준이 개발되었습니다. 예를 들어 국제전기기술위원회(IEC)는 전자 장비 및 의료 기기에 사용되는 전자파 차폐 소재 및 제품에 대한 표준을 개발했으며, 미국소재시험협회(ASTM)는 항공우주, 자동차 및 군사용 애플리케이션에 사용되는 전자파 차폐 소재 및 제품에 대한 표준을 개발했습니다.


이러한 표준을 준수하고 인증을 받으려면 전자파 차폐 소재 및 제품은 정해진 테스트 방법에 따라 엄격한 테스트를 거쳐야 합니다. 그런 다음 독립 인증 기관에서 테스트 결과를 평가하여 소재와 제품이 전자파 차폐 효과 및 안전성에 대한 확립된 표준을 충족하는지 여부를 결정합니다.


인증 및 확립된 표준 준수는 전자파 차폐 소재 및 제품의 안전성과 효과를 보장할 뿐만 아니라 제조업체가 고객의 신뢰와 믿음을 얻는 데 도움이 됩니다. 또한 인증 및 규정 준수는 제조업체의 제품이 전자파 차폐에 대한 최고 품질 표준을 충족한다는 것을 입증함으로써 시장에서 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

결론


전자파 차폐는 전자파 간섭(EMI)의 유해한 영향으로부터 전자 장치, 장비 및 시스템을 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. EMI는 전자 장치 및 시스템에 장애, 오작동 또는 손상을 일으킬 수 있으므로 이러한 시스템을 차폐하는 것은 필수적입니다. 전자파 차폐는 현대 기술의 핵심 요소이며, 전자기기와 시스템이 일상 생활에 널리 보급됨에 따라 그 중요성은 계속 커질 것입니다.


전자파 차폐의 미래

여기 전자파 차폐가 사용되는 방식을 형성할 수 있는 몇 가지 미래 트렌드가 있습니다.


하나는 더 높은 주파수에서 더 나은 차폐 성능을 제공하는 신소재의 개발입니다. 전자기기가 점점 더 작고 강력해짐에 따라 고주파 전자파를 차단할 수 있는 소재에 대한 필요성이 더욱 커지고 있습니다. 연구자들은 탄소 나노튜브와 그래핀과 같은 나노 소재를 잠재적 솔루션으로 연구하고 있습니다.


또 다른 트렌드는 전자기 차폐를 전자 장치 및 시스템 설계에 통합하는 것입니다. 설계자는 차폐를 사후에 적용하는 대신 설계 프로세스 초기에 차폐 요구 사항을 고려하고 있습니다. 이를 통해 장치 또는 시스템의 특정 요구 사항에 맞게 조정된 보다 효율적이고 효과적인 차폐 솔루션이 개발될 수 있습니다. EMC기법을 적용한 반도체 패키징은 이미 상용화되어 있기도 합니다.


3D 프린팅과 같은 적층 제조 기술 또한 전자파 차폐의 미래 트렌드입니다. 이러한 기술을 사용하면 복잡한 형상을 생성하고 여러 소재를 단일 부품에 통합할 수 있습니다. 이를 통해 애플리케이션의 특정 요구 사항에 맞는 보다 효율적이고 효과적인 차폐 솔루션을 개발할 수 있습니다.


마지막으로, 새로운 테스트 및 인증 방법의 개발은 전자파 차폐의 미래 트렌드입니다. 새로운 소재와 기술이 개발됨에 따라 이러한 솔루션이 전자파 차폐 효과 및 안전성에 대한 확립된 표준을 충족하는지 확인하기 위해 새로운 테스트 방법을 개발해야 합니다.


결론적으로, 신소재 개발, 설계 프로세스에 차폐 기능 통합, 적층 제조 기술 사용, 새로운 테스트 및 인증 방법 개발 등과 같이 기술의 발전에 따라 효과적인 전자파 차폐 솔루션에 대한 필요성도 계속 커질 것입니다.