[논문]임피던스 분석을 이용한 전자회로의 비파괴적 고장 진단 기술

권대일

임피던스 분석을 이용한 전자회로의 비파괴적 고장 진단 기술 원문보기

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이 글에서는 전자회로의 물리적 결함을 비파괴적으로 진단할 수 있는 임피던스 분석 기술에 대해 소개하고 진단 원리에 대해 알아본다. 그리고 통계적 신호 분석 방법의 하나인 SPRT(sequential probability ratio test)에 대해 소개하고 임피던스 분석 기술과의 융합을 통해 전자회로 고장의 조기진단 사례를 제시하고자 한다.
이 글에서는 전자회로의 물리적 결함을 비파괴적으로 진단할 수 있는 임피던스 분석 기술에 대해 소개하고 진단 원리에 대해 알아본다. 그리고 통계적 신호 분석 방법의 하나인 SPRT(sequential probability ratio test)에 대해 소개하고 임피던스 분석 기술과의 융합을 통해 전자회로 고장의 조기진단 사례를 제시하고자 한다.

제안 방법

SPRT를 적용한 결과 또한 직렬저항을 이용한 고장의 조기진단이 불가능함을 알 수 있었다. 다음 실험에서는 TDR 반사계수의 증가가 실제 물리적 손상에 의한 것인지를 확인하기 위해, 다른 모든 실험조건을 유지한 채 SPRT가 TDR 반사계수의 변화를 감지한 시점에 실험을 중단하고 시험 시편에 대한 단면 분석을 실시하였다. 그 결과, 솔더 조인트의 표면에서 시작한 후, 중심방향으로 진행 중인 부분 균열을 확인하였고(그림 4), 이를 통해, 솔더 조인트내 부분 균열이 TDR 반사 계수를 점진적으로 증가시켰음을 확인하였고, 임피던스 분석 기술과 SPRT의 융합을 통해 고장의 조기 진단이 가능함을 확인하였다.
테스트 보드위 전송선로에 솔더를 이용하여 전자부품을 실장하고 이 부품에 열-기계적 하중을 가하는 방법으로 솔더 조인트의 점진적인 피로 파괴를 유발하였다. 이와 동시에 시험 시작부터 회로의 단락에 이르기까지 네트워크 분석기와 디지털 멀티미터를 이용하여 솔더 조인트의 TDR 반사계수와 직렬저항을 실시간으로 각각 수집하였다. 그림 3은 실험동안 수집한 TDR 반사계수(군청색, 왼쪽 y축)와 직렬저항(분홍색, 오른쪽 y축)의 변화를 비교하여 보여준다.
임피던스 분석 기술과 SPRT의 융합을 이용한 전자회로 고장의 조기진단 여부를 확인하기 위해 피로 파괴실험을 설계하였다. 테스트 보드위 전송선로에 솔더를 이용하여 전자부품을 실장하고 이 부품에 열-기계적 하중을 가하는 방법으로 솔더 조인트의 점진적인 피로 파괴를 유발하였다.
임피던스 분석 기술과 SPRT의 융합을 이용한 전자회로 고장의 조기진단 여부를 확인하기 위해 피로 파괴실험을 설계하였다. 테스트 보드위 전송선로에 솔더를 이용하여 전자부품을 실장하고 이 부품에 열-기계적 하중을 가하는 방법으로 솔더 조인트의 점진적인 피로 파괴를 유발하였다. 이와 동시에 시험 시작부터 회로의 단락에 이르기까지 네트워크 분석기와 디지털 멀티미터를 이용하여 솔더 조인트의 TDR 반사계수와 직렬저항을 실시간으로 각각 수집하였다.

성능/효과

총 503분에 걸쳐 진행된 실험에서 TDR 반사계수는 단락이 일어나기 전부터 비선형적인 증가형태를 통한 점진적인 변화를 보였다. SPRT를 적용하여 확인한 결과 414분 (총 수명대비 약 82 % 지점)부터 고장상태에 속하는 확률이 우선함을 보여 고장의 조기진단 가능성을 확인하였다. 반면, 직렬저항은 실험동안 초기 값을 유지하며 특징적인 변화를 보이지 않다 단락이 일어난 503분에 무한대로 증가하였다.
반면, 직렬저항은 실험동안 초기 값을 유지하며 특징적인 변화를 보이지 않다 단락이 일어난 503분에 무한대로 증가하였다. SPRT를 적용한 결과 또한 직렬저항을 이용한 고장의 조기진단이 불가능함을 알 수 있었다. 다음 실험에서는 TDR 반사계수의 증가가 실제 물리적 손상에 의한 것인지를 확인하기 위해, 다른 모든 실험조건을 유지한 채 SPRT가 TDR 반사계수의 변화를 감지한 시점에 실험을 중단하고 시험 시편에 대한 단면 분석을 실시하였다.
다음 실험에서는 TDR 반사계수의 증가가 실제 물리적 손상에 의한 것인지를 확인하기 위해, 다른 모든 실험조건을 유지한 채 SPRT가 TDR 반사계수의 변화를 감지한 시점에 실험을 중단하고 시험 시편에 대한 단면 분석을 실시하였다. 그 결과, 솔더 조인트의 표면에서 시작한 후, 중심방향으로 진행 중인 부분 균열을 확인하였고(그림 4), 이를 통해, 솔더 조인트내 부분 균열이 TDR 반사 계수를 점진적으로 증가시켰음을 확인하였고, 임피던스 분석 기술과 SPRT의 융합을 통해 고장의 조기 진단이 가능함을 확인하였다.
그림 3은 실험동안 수집한 TDR 반사계수(군청색, 왼쪽 y축)와 직렬저항(분홍색, 오른쪽 y축)의 변화를 비교하여 보여준다. 총 503분에 걸쳐 진행된 실험에서 TDR 반사계수는 단락이 일어나기 전부터 비선형적인 증가형태를 통한 점진적인 변화를 보였다. SPRT를 적용하여 확인한 결과 414분 (총 수명대비 약 82 % 지점)부터 고장상태에 속하는 확률이 우선함을 보여 고장의 조기진단 가능성을 확인하였다.

후속연구

마지막으로 네트워크 분석기, TDR 모듈 등 임피던스 분석을 위한 측정 장비가 상대적으로 고가인 점이 또 다른 제약 조건이 된다. 이러한 제약 조건들을 극복하기 위해 데이터 필터링 및 분류 알고리듬 개발을 통한 건전성 데이터 확보, 전자회로내 효과적인 탐침 방법의 제시, 어플리케이션별 TDR 모듈 특화 등의 방향으로 후속 연구가 진행 중에 있다. 나아가 측정 장비를 통해 고주파 신호를 인가하는 것이 아닌 전자제품 및 시스템 내부에 데이터 전송을 위해 흐르는 디지털 신호를 이용하여 부가적인 별도의 장비 없이 실시간 고장 진단을 시도하는 연구가 현재 진행 중에 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

직렬저항의 장단점은 무엇인가?

전자회로의 단락 여부 파악을 위해 일반적으로 직렬저항 측정을 이용한다. 직렬저항은 회로의 접속, 단락 여부를 쉽고 효과적으로 파악할수 있다는 장점이 있으나, 접속에서 단락에 이르는 과정 측정이 근본적으로 불가능하여 고장 진단을 위해 사용하기에는 한계가 있다. 반면, 임피던스의 경우 스킨이펙트 현상으로 도체의 표면에서 일어나는 물리적 변화에 민감하여 균열과 같은 손상의 조기 탐지 및 정량화가 가능하다.

임피던스 분석 기술과 SPRT를 융합한 고장 진단 방법의 제약은 무엇인가?

고주파 신호는 특성 임피던스가 잘 정의된 회로에서 최적의 성능을 보여준다. 그러나, 내재적 결함 등으로 인해 전송선로의 품질이 초기 단계부터 좋지 않을 경우, 품질로 인한 임피던스 변화와 균열, 부식 등의 손상에서 오는 임피던스 변화를 구별 하는 것이 사실상 불가능하다. 또한, 손상지점이 신호 인가지점에서 멀어질수록 거리에 따른 신호의 감쇠로 인해 탐지 민감도가 떨어져 고장 진단능력의 저하로 이어지기도 한다. 마지막으로 네트워크 분석기, TDR 모듈 등 임피던스 분석을 위한 측정 장비가 상대적으로 고가인 점이 또 다른 제약 조건이 된다. 이러한 제약 조건들을 극복 하기 위해 데이터 필터링 및 분류 알고리듬 개발을 통한 건전성 데이터 확보, 전자회로내 효과적인 탐침 방법의 제시, 어플리케이션별 TDR 모듈 특화 등의 방향으로 후속 연구가 진행 중에 있다.

스킨이펙트는 어떤 현상인가?

반면, 임피던스의 경우 스킨이펙트 현상으로 도체의 표면에서 일어나는 물리적 변화에 민감하여 균열과 같은 손상의 조기 탐지 및 정량화가 가능하다. 스킨이펙트(skin effect)는 고주파 신호가 흐를 때 도체의 전단면을 이용하지 않고 표면만을 따라 흐르는 현상을 지칭한다. 또한, 솔더 조인트, 커넥터, 전송선로와 같은 전자회로의 구성 요소들은 균열이나 부식으로 인한 손상이 진행될 때 표면에서 시작하여 내부로 진행되는 특성을 보인다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

임피던스 분석을 이용한 전자회로의 비파괴적 고장 진단 기술 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

임피던스 분석을 이용한 전자회로의 비파괴적 고장 진단 기술 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

권대일 (6)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

AI 본문요약
AI-Helper