[논문]PCB상의 노이즈 제거용 전파흡수체의 특성 평가에 관한 연구

김동일; 최동수; 윤상길; 유건석

doi:10.5515/kjkiees.2009.20.6.509

초록
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최근 급성장하고 있는 정보처리 속도의 고속화와 IC 기술의 고집적화에 따른 소형화와 모바일화는 대부분 GHz 대의 높은 주파수를 이용하며, 인접 소자 또는 배선 간의 상호 간섭, 배선을 통한 노이즈의 전도 및 방사를 유발하여 EMC(Electromagnetic Compatibility) 대책 기술의 주요 과제로 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전파흡수체 및 차폐재의 개발이 활발히 진행 중이며, 이를 적절한 위치에 부착시킴으로써 PCB상에서의 전자파 노이즈 방사를 감소시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 EMC 대책 기술 중 전파흡수체를 이용한 PCB 기판상의 불요 전자파 노이즈 억제용 전파흡수체의 특성 파악을 위하여 마이크로스트립 라인법을 이용하여 전파흡수체를 측정하여 재료 정수의 복소비 투자율의 변화에 따른 노이즈 억제 효과의 변화를 비교 분석하였다. 우선 자성 재료인 Amprphous와 Sendust를 지지재인 CPE를 이용하여 조성비별 샘플을 제작하여 측정하였다. 자성 재료의 투자율의 값은 높은 허수부의 값을 가지며, 손실 탄젠트의 값이 큰 재료일수록 우수한 노이즈 특성이 나타남을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we analyzed and evaluated noise suppression characteristic of EM wave absorber. We fabricated several absorber samples in different ratios of Sendust and Amorphous with CPE(Chlorinated Ploy-ethylene) as binder and calculated material constants by measured S-parameter. Then, we confirm...

In this paper, we analyzed and evaluated noise suppression characteristic of EM wave absorber. We fabricated several absorber samples in different ratios of Sendust and Amorphous with CPE(Chlorinated Ploy-ethylene) as binder and calculated material constants by measured S-parameter. Then, we confirmed that the noise suppression characteristic of EM wave absorbers using microstrip line. A microstrip line with EM wave absorber placed on its top was used to evaluate the conduction noise suppression. As a result, noise suppression effect show different charateristic by changing relative permeability. Therefore, EM wave absorber using Sendust show excellent characteristic. In particular the maximum power absorption over 90 % in 1.7 GHz to over 6 GHz has obtained when composition of Sendust:CPE=80:20wt.%.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 EMC 대책 기술 중 전파흡수체를 이용한 PCB 기판상의 불요전자파 노이즈 억제용 전파 흡수체의 특성 파악을 위하여 마이크로 스트립 라인 법을 이용하여 자성재료인 Amorphous와 Sendust 전파 흡수체를 제작. 즉정하여 재료 정수 의복 소비 투자율 변화에 따른 노이즈 억제 효과의 변화를 비교.
본 논문에서는 고주파 회로에서 발생하는 노이즈의 흡수율을 해석하는 방법의 하나로서 마이크로 스트립 선로를 이용하여 Sendust 전파 흡수체와 Amorpous 전파 흡수체 Sample의 재료 정수의 변화에 따른 노이즈 억제 특성을 확인하였다. 측정에 사용한 전파흡수체의 크기는 가로 50 mm, 세로 50 mm, 두께 1 mm로 일정하게 하여 측정하였으며, 자성 재료의 투자율의 허수부의 값과 실수부의 값의 차이에 따라 노이즈 흡수율은 큰 차이를 보임을 확인하였다.
본 논문에서는 자성재료인 Amorphous와 Sendust 전파흡수체 샘플을 제작하여 특성을 비교하였고, 표 1에 나타내었다. 전파 흡수체 제작은 먼저 Amorphous 또는 Sendust를 지지재인 CPE와 조성비를 달리 하여 각각 믹서로 혼합하고, 본 연구실에서 자체 제작한 open roller를 이용하여 두께 1 mm, 2 mm sheet형 전파흡수체 샘플을 제작하였다.

제안 방법

그림 3과 같은 sample holder에 전파 흡수체 샘플을 제작하여 삽입한 후 그림 4와 같이 HP사의 MODEL 8753D Vector Network Analyzer에 연결하여 S-parameter를 측정하였다. 그리고 측정 데이터를 MATLAB 프로그램을 이용하여 복소비 유전율(e, ) 과 복소비투자율( “ , )을 계산하였다回书 복 소비 유전율( e , )과 복소비투자율 n , )은 /—2/법을 사용하여 계산하였다.
노이즈 억제 특성을 측정하였다. 그림 8에 나타낸 바와 같이 전파 흡수체 sample을 마이크로 스트립 라인 위에 배치하고 전파 흡수체에 의해 열로 변화하는 전류의 반사 특성(向) 및 투과 특성(Su)을 network analyzer로 측정하였으며, 노이즈 억제 효과 (P吳/Pi)는 식 ⑴에서 산출하였다同. 측정샘플의 크기는 선로를 덮는 길이는 변화에 따라 은 선로를 덮는 길이에 비례하여 현저히 줄어든다.
선로를 덮는 샘플의 길이를 고정하고 폭을 변화시켰을 때 Sn 과 은 약간의 변화가 보이나 그 영향은 아주 미 미 하다 1이. 본 논문에서는 선로의 폭과 길이를 각각의 sample의 크기를 50x50 mm², 두께를 1 mm로 일정하게 하여 측정하였다.
나타내었다. 전파 흡수체 제작은 먼저 Amorphous 또는 Sendust를 지지재인 CPE와 조성비를 달리 하여 각각 믹서로 혼합하고, 본 연구실에서 자체 제작한 open roller를 이용하여 두께 1 mm, 2 mm sheet형 전파흡수체 샘플을 제작하였다. 이때 open roller의 표면 온도는 전파 흡수능에 영향을 미치기 때문에 70 笆의 균일한 온도를 유지하였다
전파 흡수체를 제작. 즉정하여 재료 정수 의복 소비 투자율 변화에 따른 노이즈 억제 효과의 변화를 비교. 분석하였다.

데이터처리

측정하였다. 그리고 측정 데이터를 MATLAB 프로그램을 이용하여 복소비 유전율(e, ) 과 복소비투자율( “ , )을 계산하였다回书 복 소비 유전율( e , )과 복소비투자율 n , )은 /—2/법을 사용하여 계산하였다. 이를 다음에 나타낸다.

이론/모형

본 논문에서는 마이크로스트립 라인 법(MSL) 법을 사용하여 노이즈 억제 특성을 측정하였다. 그림 8에 나타낸 바와 같이 전파 흡수체 sample을 마이크로 스트립 라인 위에 배치하고 전파 흡수체에 의해 열로 변화하는 전류의 반사 특성(向) 및 투과 특성(Su)을 network analyzer로 측정하였으며, 노이즈 억제 효과 (P吳/Pi)는 식 ⑴에서 산출하였다同.

성능/효과

조성비가 Sendust:CPE=80:20 wt.% sample의 경우에 가장 좋은 특성을 보였으며, 1.8-6 GHz 이상의 대역에서 90 % 이상의 흡수율을 갖는 가장 좋은 노이즈 억제 효과를 보였다. 이는 Amorphou에 비해 Sendust 가 노이즈 억제용 전파 흡수체 재료로서 적합하다고 할 수 있으며, 이를 이용하여 노이즈 억제용 전파흡수체의 개발이 가능할 것으로 기대된다.
측정된 복소비 투자율을 나타내었다. 조성 비 의함량이 증가할수록 복소비 투자율의 실수부 초기 값이 증가하며, 손실에 기여하는 허수부의 피크 값이 증가하고 저주파로 이동하였다. 자성 손실 재료의 손실 항을 나타내는 복소비 투자율의 허수값은 조성비에 따라 큰 변화를 보이며, Sendust 및 Amorphous 진파흡수체 sample의 경우 조성비 80:20 wt.
억제 특성을 확인하였다. 측정에 사용한 전파흡수체의 크기는 가로 50 mm, 세로 50 mm, 두께 1 mm로 일정하게 하여 측정하였으며, 자성 재료의 투자율의 허수부의 값과 실수부의 값의 차이에 따라 노이즈 흡수율은 큰 차이를 보임을 확인하였다. 조성비가 Sendust:CPE=80:20 wt.

후속연구

이전까지는 전자파 차폐재를 이용함으로써 전자파노이즈의 방사를 억제할 수 있었으나, 차폐의 경우 차폐재에 의한 반사로 인해 내부 간섭을 일으키게 되어 2차적인피해가 나타나게 된다. 따라서 전파 흡수체를 사용함으로써 PCB로부터 방사되는 전자파노이즈를 제거하기 위한 근본적인 해결책이 될 것으로 기대된다.
8-6 GHz 이상의 대역에서 90 % 이상의 흡수율을 갖는 가장 좋은 노이즈 억제 효과를 보였다. 이는 Amorphou에 비해 Sendust 가 노이즈 억제용 전파 흡수체 재료로서 적합하다고 할 수 있으며, 이를 이용하여 노이즈 억제용 전파흡수체의 개발이 가능할 것으로 기대된다.

참고문헌 (9)

김동일, "전파흡수/차폐재", 한국전자파학회지 전자파기술, 9(2), p. 1, 1998년 6월
공성식, 안형태, 정삼영, "전자파 장해 방지 국제표준기술 작업 동향", 한국전자파학회지 전자파기술, 14 (4), pp. 81-91, 2003년 10월

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김동일, 전파흡수체공학, 대영사, 2006년
Y. Naito, Electromagnetic Wave Absorbers, Tokyo: New Ohm, 1987
Hashimoto, Introduction to Wave Absorber, Tokyo: Morikita Shuppan, 1997
Chong-Mook Choi, Dong Il Kim, Dong-Han Choi, and Rui Li, "Development of broad-band electro magnetic wave absorber for X-band sensors in double-layered type using carbon", 12th IAIN World Congress, vol. 1, pp. 297-300, Oct. 2006
Sang-Hyun Moon, Seung-Jae Shin, Jae-Man Song, Dong-Il Kim, and Ki-Man Kim, "Development of composite Ba ferrite EM wave absorbers for GHz frequency", J. Korea Electromagnetic Engineering Soc., vol. 14, no. 12, pp. 1329-1334, Dec. 2003
Shiehiro Ohnuma, Hideaki Nagura, Hiroyasu Fuhimori, and Tsuyoshi Masumoto, "Noise suppression effect of nanogranular Co based magnetic thin films at gigahertz frequency", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 40, no. 4, pp. 2712-2715, Jul. 2004

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김선태, 김선홍, 김성수, " 마이크로스트립 라인에서 유한요소법을 이용한 전도노이즈 흡수체의 성능 해석", 한국자기학회지, 17(6), pp. 242-245, 2007년 12월

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