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EMI/RFI 필터를 비롯해 ESD 보호, TVS 및 회로 보호 등은 시스템 설계에 꼭 필요한 요소들이다. 시스템의 오류 방지 고장 예방 등 안정적 작동을 위한 솔루션들이 더욱 중요해짐에 따라 본지에서는 이러한 분야를 아우르는 EMC 분야의 최근 기술과 업계 동향 등을 시리즈로 연재한다. 이번 기사는 EMC 특집 시리즈의 2번째 글이다.
글. 김홍덕 기자
Hordon Kim, International Editor (hordon@powerelectronics.co.kr)
HDMI2.1 및 디스플레이포트용 ESD 보호 기능이 소자들이 모바일 및 컴퓨팅 기기 설계에 기본적으로 적용되는 가운데 안전과 안정성이 중요시되는 자동차 분야에도 이 소자들이 점점 더 많이 적용되고 있다. 이와 함께 점점 복잡해지는 전자기기의 노이즈를 상쇄하고 EMI(전자기 간섭)를 차단하는 소재 및 부자재들 시장 또한 커지는 추세이다.
모든 기기들은 AC 및 DC 전력선의 회로를 보호해야 한다. 번개 및 스위칭 과도에 대한 다양한 노출 수준, 농촌 및 개발 지역의 열악한 라인 전압 규제 및 전 세계 다른 그리드 간의 불일치로 인해 단일의 범용 솔루션이 아직 나타나지 않은 상태이다. 따라서 보호 솔루션들은 신뢰성과 견고성을 보장하면서도 제조상의 변경 조건들을 최소한으로 유지하는 동시에 다양한 요구 사항에 맞도록 솔루션을 조정하는 유연성을 갖도록 요구된다.
번개, 전원 접촉 및 전원 유도와 같은 과전압 과도에 대해 양방향 보호를 제공하는 방사형 납 가변 소자인 금속 산화물 바리스터(MOV)도 기기 설계에 있어서 중요한 요소이다. 이 소자는 높은 전류 처리, 높은 전류 흡수 및 빠른 반응 시간으로 정격 한계까지 일시적인 결함으로부터 기기를 보호한다.
장기적인 과전압 노출을 경험한 MOV의 일반적인 고장 모드는 과도한 누출로 인해 전력 이산화로 이어지며 결국 과온 상태를 유발하게 된다. 서지 기록, 시간 및 온도는 모두 누출 전류 증가에 기여하므로 와트 손실 가열로 인한 응용 프로그램 손상으로 이어질 수 있다.
Bourns는 프런트 엔드 회로를 보호하면서도 유연성을 향상시키는 서지 보호 소자 (Surge Protect Device) 표준인 UL 1449를 준수하는 제품으로 이 문제에 대응하고 있다. 그러면서도 부품 수를 줄여서 시스템 내의 공간을 절약해주는 이 회사의 하이브리드 GMOV™ 솔루션은 가스 배출 튜브(GDT)를 FLAT 기술과 접목해 고품질의 기존 MOV와 통합해서 표준 MOV의 방사형 패키지에 포장되므로 유사한 등급의 MOV에 훌륭한 드롭인 교체 옵션으로 인정받는다.
산업용에 적합한 필터 형식의 제품
DC 모터는 전자 환경이 더 혼잡해지며 노이즈를 발생시킴에 따라 더 높은 전자기 호환성(EMC) 요구 사항을 충족해야 하는 과제를 지니게 된다. EMI 문제는 블루투스, Wi-Fi 및 5G 기기와 높은 주파수에 더 많은 문제를 야기하고 있으므로EMI 필터는 적절한 신호가 통과하면서도 더 넓은 주파수 범위를 처리해야한다.
저렴하고 작동하기 쉬운 브러시 DC 모터는 자동차, 항공 우주, 의료, 산업, 가전 제품, 소비자 및 가정용 자동화 제품 등 다양한 산업에서 생산이 늘고 있어 매년 수 십 억 달러의 규모의 시장을 형성하는 것으로 추정된다.
KEMET는 플라스틱 박스 단상 필터를 최근에 출시해 좋은 반응을 얻고 있다. 6개의 Class-Y 커패시터와 페어링할 수 있는 5개의 정격 전류 범위(6-30 A)를 제공하는 이 시리즈는 30여가지의 부품 조합을 통해 공작기계, 용접공, 3D 프린터 및 기타 산업용 애플리케이션의 범용 인버터를 지원한다.
전자기 노이즈의 체크를 해제하면 전원 공급 장치에 사용되는 회로 또는 기타 전자 부품의 작동에 차질이 발생할 수 있다. 이 회사의GTX 시리즈 필터는 뛰어난 EMI 감쇠 성능을 제공하는 독특한 소재와 설계 구조로 되어 있다. 다른 EMI 필터에서 발견되는 페릿 재료 코어보다 더 높은 투과성과 낮은 손실을 제공하는 나노 결정 코어로 필터가 구성되었다.
이 나노 결정 코어는 컴팩트하며 가벼울 뿐 아니라 고밀도 설계로 인해 다른 EMI 필터에 비해 가장 높은 감쇠 기능을 제공하면서도 패키지 크기가 작다. 이로 인해 GTX의 설계는 회로 기판 공간을 적게 해주는 동시에 상업용, 산업 및 의료 용 단상 전원 공급 시스템의 성능도 향상시킨다.
250VAC 단상 전기 시스템 내의 전력선에서 생성된 과도한 EMI를 억제하는 이 제품은 산업 및 의료용에 적합하다. 특히 2018년 80억 달러에서 2027년까지 6.4% 성장을 기록, 150억 달러에 이를 것으로 예상되는 산업 전력 공급 시장 (Stratistics Market Research Consulting의 작년 보고서 기준)의 틈새에서 파이를 키워나가간다는 전략이 주목을 끈다.
그런가 하면 필터 EMI/RFI 커넥터 전문회사인 RF Immunity는 열악한 환경 조건을 견디는 저비용의 밀폐형 구조의 D타입 필터로 이 시장에서 꾸준한 오더를 받고 있다. Coilcraft, Dearborn Electronics, Laird Technologies 등 회사들도 이 분야에서 꾸준히 제품군을 늘려 나가는 좋은 예이다. 는 개발 툴에서 평가 보드 등 설계 서비스를 제공하는 Future Electronics는 특히 부품 유통업체들 중에서 가장 많은 EMC 관련 제품군을 라인카드에 포함시키고 있다.
업계에서 가장 다양한 EMI/RFI 억제 필터링 제품군을 제공하고 있는 CTS는 UL 인증 단말 블록부터 금속 판을 통한 케이블 어셈블리에 이르기까지 고객이 원하는 부품 및 소재에 이 기능을 추가해주는 영업을 강화하는 중이다. 50MHz 이상 고주파 애플리케이션의 경우 차폐 효과로 인해 삽입 손실을 낮춰주면서도 탁월한 절연을 제공하는 효과적인 RF 장벽이 특징인 필터 판이 이 회사의 베스트 셀러이기도 하다.
다양해지는 EMI 차폐용 소재와 부자재 시장
마켓스앤마켓스는 글로벌 EMI 차폐 시장 규모가 2020년 68억 달러에서 2025년 92억 달러로 성장하리하는 예상을 내놓았다. 연평균 6.3% 증가를 가져온다는 이 시장은 5G 기술의 확산을 비롯해 산업 전반에 걸친 엄격한 환경 및 EMC 규정 과 같은 요인들로 커지고 있다.
전도성 코팅 및 페인트는 비금속 표면에 대한 EMI 차폐를 제공하면서 2019년에 가장 큰 시장 점유율을 차지했다. 은, 니켈, 흑연, 은 코팅 구리와 같은 재료는 전도성 코팅 및 페인트의 필러로 사용되며 물리적 증기 증착(PVD)은 최근에 인기를 끌고 있는 전도성 코팅 응용 분야이다. 전도성 쉴드는 전도성 코팅 및 페인트에 의해 케이싱 주위에 생성되는데 EMI 신호가 제어 신호를 방해하지 않는다는 것이 특징이다.
방사선 방법은 2019년에 EMI 차폐 산업의 가장 큰 점유율을 차지했다. EMI 방사선으로부터 기기를 보호하는 이 방법은 최대 100dB 방사선의 EMI 차폐 범위를 제공한다. 병원에서 EMI 차폐 솔루션은 EMI 방사선의 영향을 줄이기 위해 전기 장전학 (ECG) 기계와 같은 민감한 전기 장비에 사용되기도 한다.
가전 업계는 여전히 가장 큰 시장 점유율을 차지하는 분야이다. 소비자 전자 기기의 확산, 스마트폰의 특징인 센서 밀도 증가, EMI 차폐 가이드라인 준수 의 필요성 등이 EMI 차폐 기능을 더욱 강조하게 하고 있다.
Laird Performance Materials는 통신에서 가전, 자동 분야에 널리 적용되는 EMI 차폐 솔루션을 제공하는 회사로서 지속적으로 R&D 지출을 늘리고 있다. 보드 레벨 쉴드 및 패브릭 오버 폼 개스킷에서 폼 인 플레이스에 효과적인 EMI 차폐 및 개스킷 솔루션 분야를 개척하기도 한 이 회사의 제품 두께는 1mm에서 6.5mm까지 다양해서 점점 소형화되는 기기의 민감한 EMC 문제에 잘 대처해주도록 한다.
Parker-Hannifin은 Chomerics 사업부를 통해 EMI 차폐 제품부터 열 인터페이스 재료, 통합 디스플레이 솔루션, 엔지니어링 플라스틱 솔루션 및 EMC 규정 준수 및 안전을 위한 규정 준수 장비를 설계, 개발 및 제조하는 토탈 서비스 제공업체이다. 전기 전도성 및 열 인터페이스 재료 개발업체이기도 한 이 회사는 차폐 윈도우, 하니컴, 라미네이팅 소재에서 전도성 테이프 및 접착제와 접지 솔루션까지 폭넓은 제품으로 고객사들과 영업 중이다.
EMI 차폐 문제를 코팅의 차원으로 접근하는 회사들로는 PPG Industry와 RTP를 들 수 있다. PPT Industry는 산업, 운송, 자동차 분야의 EMC 해결 방안을 코팅, 페인트, 실란트와 특수 재료로 접근한다. 열가소성 엘라스토머 및 전도성 화합물 제조사인 RTP는 탄소 섬유, 스테인리스 스틸 섬유 또는 니켈 코팅 탄소 섬유와 같은 재료를 자동차, 전기/전자, 에너지, 의료 및 산업 시장용으로 내놓고 있다. Loctite 브랜드로 잘 알려진 독일의 Henkel도 접착제 솔루션의 형태로 이 시장에서 꾸준한 매출을 올리는 기업이다.
