KR102394258B1

KR102394258B1 - 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치

Info

Publication number: KR102394258B1
Application number: KR1020210036545A
Authority: KR
Inventors: 김철수
Original assignee: 주식회사 이엠시스
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-05-04

Abstract

본 발명은 전자파 차폐 및 흡수재료의 성능을 측정하는 장치에 관한 것이다. 이 측정장치는 금속재 함체; 외부 시스템 컴퓨터에 의한 정밀 3축 제어 가능하도록 구비된 x축, y축, z축 구동 가이드부; 탐색 카메라, 거리 측정용 센서, 전자파 센서를 포함하며, 상기 가이드부에 이동 가능하게 설치되는 센서모듈을 포함한다. 그리고 상기 컴퓨터의 좌표이동 명령에 의하여 상기 센서모듈이 이동하면서 측정치구에 장착된 시료의 전자파 특성을 측정한다. 본 발명의 측정장치는 컴퓨터 소프트웨어 제어에 의하여 시료 표면의 전자파 방사성분을 3차원적으로 정밀하게 근역장(Near Field) 측정하고 이를 시각화 할 수 있다.

Description

전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치 {Electromagnetic shielding and absorbing material measuring device}

본 발명은 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 차폐 기능이 있는 함체 내에 x축, y축, z축으로 정밀 제어되는 구동머신과 카메라, 거리 측정용 센서, 전자파 센서(프로브)를 포함한 센서모듈을 스텝모터 구동에 의해 정확하게 3차원으로 지정된 위치로 이동시키면서 측정치구 등에 장착된 시료의 전자파 차폐 및 흡수성능을 정밀 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.

도 6a 및 6b에서 예시된 단일 TEM/GTEM 셀을 이용하는 측정방법이 있으며, 이는 IEC 61967-2의 IC레벨 EMI 측정표준을 차폐 측정에 응용한 방법으로, 하나의 TEM 또는 GTEM 셀을 사용하여 전기장과 자기장 차폐효과를 측정한다.

TEM 셀 방법을 예로 들면, 사용했던 전기장과 자기장을 발생시키는 구동 TEM 셀 대신에 인쇄회로기판(PCB)에 전기장과 자기장 소스패턴을 형성하여 사용하는 것이 특징이며, EMI 대책용 시트나 필름을 소스패턴 위에 부착한 다음 시트나 필름이 TEM 셀 내부를 향하게 하는 방법으로 TEM 셀 개구면에 PCB를 장착하게 된다. 이 방법의 장점은 EMI 대책용 시트나 필름의 실제 사용환경과 거의 유사한 조건에서 차폐특성을 평가할 수 있다는 것이다.

대부분의 EMI 대책용 시트나 필름들은 전자파 노이즈 소스 위에 부착되어 소스로부터 나오는 전기장과 자기장을 감쇠시켜 주는 역할을 한다. 단일 TEM 셀 방법은 실제 IC 또는 Trace 상에서 방사되는 전자파 노이즈와 유사한 소스패턴을 PCB 상에 구현하여 사용할 수 있다.

TEM 셀 방법과 마찬가지로 단일 GTEM 셀 방법은 전기장과 자기장 차폐효과를 분리해서 평가할 수 있는 장점도 있다. 또한, 수 GHz 이상 대역에서 EMI 대책용 시트의 차폐특성을 평가를 하기 위해서는 TEM 셀 대신 GTEM 셀(~18GHz까지 측정 가능)을 사용하여 측정할 수 있다. 이 GTEM 셀은 TEM 셀과 달리 포트가 하나이기 때문에 전기장과 자기장 차폐효과를 뽑아내기 위해서는 PCB 방향을 0°와 180°에서 각각 측정해야 한다.

결론적으로 단일 TEM/GTEM 셀과 PCB 소스패턴을 이용하면 노이즈 소스 표면에 부착되어 사용되는 EMI 대책용 시트나 필름 형태의 차폐/흡수 소재 평가를 실제 환경과 매우 유사한 조건에서 시험할 수 있다.

그러나 위의 방식은 차폐성능의 측정 대역이 18GHz까지로 한정되고 흡수성능 측정도 불가능한 문제점을 가지고 있다. 또한, 시료의 위치에 따른 특성의 변화에 대해 3차원 공간적으로 파악할 수 없는 한계가 있으며, 시료의 성능개선을 위한 분석이 어려운 문제점이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은:

전자파 차폐 및 흡수재료의 성능을 정밀하게 측정하고 분석하기 위해서 외부로부터 전자파를 차폐하는 동시에, 재료의 측정 위치에 대응한 정밀 이동이 가능하고, 재료의 구역별 특성을 3차원의 시각화가 가능하게 되며;

해당 재료를 이용하여 전자파 발생을 해결하려는 반도체 등의 전자파 발생부도 3차원적인 발생량과 위치를 기계적인 장치와 컴퓨터 제어의 결합으로 매우 정밀하게 측정할 수 있는;

측정장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 측정장치는,

내부에 안착된 시료의 전자파 차폐 및 흡수 특성의 정확한 측정을 위하여, 외부의 전자파 잡음이 혼입되지 않는 형태로 구성되는 함체와;

상기 함체 내부에 설계되고, 외부 시스템 컴퓨터에 의한 정밀 3축 제어 가능하도록 구비된 x축, y축, z축 구동 가이드부;

탐색 카메라, 거리 측정용 거리센서, 전자파 센서(프로브)를 포함하며, 상기 가이드부에 이동 가능하게 설치되는 센서모듈;

상기 센서모듈을 3축 각 방향으로 이동시키는 모터부;

를 포함하여 구성되고;

상기 컴퓨터의 좌표이동 명령에 의하여 상기 센서모듈이 이동하면서 상기 시료의 전자파 특성을 측정하는 것;

을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 시료는 상면에 신호 방사용 개구부가 형성된 금속재 측정치구의 내부에 그 상측 표면이 상기 개구부를 통해 노출되도록 장착되며; 상기 측정치구는 함체 내측 하부에 설계된 미끄럼 선반에 안착되어 상기 함체의 내부 또는 외부로 슬라이드 이동되도록 구성된다.

또한, 상기 함체는 전자파 차폐 기능이 있는 금속재질을 사용하며, 도어가 닿는 부분은 전도성 탄성중합체(Conductive Elastomer)를 사용하여, 전체적으로 2-중의 차폐구조를 갖는다.

본 발명은 전자파 차폐 및 흡수재료의 성능 측정장치로서, 시료의 성능을 측정 위치에 반복적으로 측정할 때 재현성이 우수하고 측정속도가 매우 빠르며 측정시료에 대하여 3-차원 측정으로 시료 문제점 정확하게 파악하여 개선의 효과를 크게 얻을 수 있다. 또한, 반도체 등 실제 노이즈 발생장치에 시료를 장착하여 그 측정결과를 3차원으로 확인함으로써 적용시간을 크게 단축시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 측정장치를 포함한 시스템의 전체 구성도.
도 2는 도 1 측정장치의 함체의 내부를 보인 도면.
도 3은 도 2의 센서모듈의 상세 도면.
도 4a 및 4b는 각 도 1의 측정장치의 구조를 보인 사시도 및 투시도.
도 5는 도 2의 센서모듈의 이동경로 예시도.
도 6a 및 6b는 각 종래 TEM 셀 측정방법과 GTEM 셀 측정방법(ASTM D4935 측정방법)을 설명하기 위한 도면.

이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명 '전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치'(이하, '측정장치'라 함)의 특징과 작용효과는, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도 1 내지 5에서, 본 발명에 따른 측정장치가 부호 10으로 표시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 측정장치(10)는 제어 프로그램을 구동하는 컴퓨터(C)와 측정 결과를 시각화하여 표시하는 신호 발생기(A)를 포함하여, 하나의 측정 시스템을 구성한다. 이하에서는, 도 2 내지 5를 참조하여 본 발명에 따른 상기 측정장치(10)를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 상기 측정장치(10)는 전자파 차폐기능이 있는 금속재질로 구성된 함체(11)와, 상기 함체(11) 내부에 배치된 3축 구동 가이드부(12), 상기 가이드부(12)에 이동 가능하게 성치되는 센서모듈(13) 및 상기 센서모듈(13)을 각 축을 따라 이동시키는 모터부(14)를 포함하여 이루어진다.

구체적으로는, 상기 함체(11)는 전방 도어(11a)를 포함하며, 그 내부에 안착된 시료의 정확한 측정을 위하여 외부의 전자파 잡음이 혼입되지 않도록 구성된다. 더불어, 상기 도어(11a)가 닿는 부분은 전도성 탄성중합체(Conductive Elastomer)를 사용하여 전체적으로 2-중의 차폐구조를 갖도록 한다. 여기에서 상기 시료는 상면에 신호 방사용 개구부(15a)가 형성된 금속재 측정치구(15)의 내부에 그 상측 표면이 상기 개구부(15a)를 통해 노출되도록 장착되며, 상기 측정치구(15)는 함체(11)의 내측 하부에 설계된 미끄럼 선반(16)에 안착되어 필요에 따라 상기 함체(11)의 내부 또는 외부로 슬라이드 이동될 수 있도록 구성된다.

상기 구동 가이드부(12)는 함체(11) 내부에 설계되고, 상기한 측정 시스템의 컴퓨터(C)로 정밀 3축 제어 가능하도록 구비된다. 구체적으로는 함체(11) 내벽에 고정하여 설치되는 x축, y축, z축 LM 가이드(17a,17b,17c)로 구현되며, 각 축 가이드(17a,17b,17c)는 필요 하중에 따라 단수 또는 복수로 구비될 수 있다. 이와 같이 구비되는 가이드부(12)를 이용하여 상기 컴퓨터(C)의 제어 명령에 따라 상기 센서모듈(13)이 입체적으로 이동될 수 있다.

상기 센서모듈(13)은 탐색 카메라(18a), 거리 측정용 거리센서(18b), 전자파 센서(프로브)(18c)를 포함하며, 상기 가이드부(12)에 설치되어 컴퓨터(C)의 제어 명령에 따라 상기 센서모듈(13)이 3축-입체적으로 이동될 수 있다. 부호 19는 상기 센서모듈(13)을 3축 각 방향으로 이동시키는 각 모터이며, 상기 미끄럼 선반(16)용 모터를 포함한다.

상기 측정장치(10)는 이상의 구성을 통하여, 상기 컴퓨터(C)의 좌표이동 명령에 의하여 상기 센서모듈(13)이 x축, y축, z축으로 이동하면서 상기 시료의 전자파 특성을 측정하는 것이다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 함체(11) 정확한 시료의 특성 측정을 위하여 외부의 전자파 영향을 받지 않도록 전자파 차폐기능이 있는 금속재질로 외관을 형성한다. 상기 차폐 함체(11)는 시료 측정시 함체(11) 내의 공진을 최소화하기 위하여 육면체 모양의 금속 구조에 복수 커넥터(20)가 있는 양면은 사각뿔의 일부분이 잘린 형상으로 구현된다.

도면에서, 상기 커넥터(20)가 함체(11)의 양쪽에 있으며 이 커넥터(20)는 측정치구(15)와 센서모듈(13)을 외부의 신호 발생기(A)와 연결하는 용도로 사용된다. 그리고 상기 컴퓨터(C)와 연결되는 USB 통신 케이블은 함체(11) 후면의 컨트롤 박스(21)로 연결된다. 이 컨트롤 박스(21) 역시 함체(11) 내에 별도로 차폐되어 되어 있으며, 각 센서(18a,18b,18c) 및 모터(19)들이 이 컨트롤 박스(21)를 통하여 내부에서 연결되어 있다.

이상의 구조에서, 상기 도어(11a)를 열고 USB로 연결된 컴퓨터(C)의 소프트웨어 명령에 의해 미끄럼 선반(16)을 함체(11) 외부로 인출시킨다. 그리고 측정치구(15)에 시료를 투입한 후 다시 컴퓨터(C) 명령에 의해 측정치구(15)를 함체(11) 내에 지정된 위치로 운반하고 밀폐함으로써 시료의 전자파 차폐/흡수 특성의 측정을 위한 준비를 한다.

먼저, 상기 컴퓨터(C)로, 센서모듈(13)의 위치를 시료 방향으로 내리도록 z축 모터(19)를 제어한다. 그리하여 상기 거리센서(18b)가 시료에 닿게 되면 시료의 위치를 인식하고 원하는 높이를 z축 모터(19)의 제어로 설정한다. 이 높이는 x축 거리의 기준이 된다. 그리고 시료 측정을 위해 탐색 카메라(18a)가 찍어 전송한 컴퓨터(C) 화면에서 특성을 보고자 하는 영역을 사용자가 마우스를 사용하여 지정하고 측정 동작을 명령한다.

예컨대 시료의 흡수성능을 측정하는 경우, 함체(11) 밖 측정장비인 신호 발생기(A)를 작동시켜 커넥터(20) 중 하나를 통해 입력하고 측정치구(15)를 통해 다른 커넥터(20)로 스펙트럼 분석기(B)와 연결하여 측정한다. 시료의 차폐성능을 측정하는 경우에는, 스펙트럼 분석기(B)로 가는 커넥터(20) 또는 측정치구(15)에서 50옴 종단처리를 하며. 상기 센서모듈(13)의 전자파 센서(18c)에서 탐지하는 신호를 스펙트럼 분석기(B)로 연결하여 시료의 차폐성능을 측정한다.

특정 영역의 모서리 점에서 측정이 완료되면 정한 패턴에 따라 센서모듈(13)을 이동시켜, 측정과 이동을 같은 방법으로 반복한다. 즉, 시료의 특정좌표에 상기 센서모듈(13)을 위치시키고, 전자파 차폐 및 흡수성능을 측정한 자료를 컴퓨터(C)로 전송하여 컴퓨터(C)에 측정자료를 표시한 후 다음 좌표로 이동하는 방식으로 작동한다. 이 이동패턴의 한 예는 도 5와 같은 지그재그형이다.

즉, 시작 모서리에서 수평이동으로 특정 영역의 x축 끝으로 이동하면서 측정하고, y축으로 한 포인트 이동 후 다시 -x축 방향으로 오면서 측정하는 것을 반복하는 것이다. 역으로, 지정한 수만큼 y축으로 측정과 이동을 반복하고 y축의 끝에 이르면 x축으로 한 포인트 이동해서 -y축으로 측정과 이동을 반복하는 것도 마찬가지이다. 3차원의 경우, 평면이 끝난 후 수직 z축 방향으로 한 포인트 이동한 후 위의 같은 방법으로 또는 반대 방향 즉 역방향으로 측정과 이동을 반복한다.

상기 가이드부(12)에서 각 축 가이드(17a,17b,17c)와 모터(19) 간 벨트는 측정장치(10)의 사양에서 정해지는 정밀도에 맞춰 기어와 위치 고정능력을 갖도록 설계되어 있다. 예컨대 각 리미트스위치를 설치하여, 상기 센서모듈(13)이 일정 범위를 벗어나지 않는 이동 한계점에 이르면 컨트롤 박스(21)에서 각 축 모터(19)의 가동을 멈추고, 이를 컴퓨터(C)에 알려 해당 축의 모터(19)가 더이상 가동되지 않도록 한다.

본 실시예에서 상기 z축 가이드(17c)와 모터(19)는 센서모듈(13)의 정밀 동작을 고려하여 좌·우 평형을 이루도록 같은 명령으로 움직이는 한 쌍으로 구비되고 각 모터(19) 축에는 z축 조인트(22)를 두어 축 뒤틀림을 대비할 수 있으며, z축 스크류(23a) 및 너트(2b)에 의해 z축 상·하 이동을 한다. 이와 같이, 상기 센서모듈(13)은 전자파 센서(17c)와 거리센서(18b), 탐색 카메라(18a) 일체형 모듈로 구성되고 가이드부(12)에 장착되어, 시료의 특성측정 및 전자파 발생 모듈의 주파수 별 전자파 발생량을 측정할 수 있다.

10. 측정장치
11. 함체
11a. 도어
12. 가이드부
13. 센서모듈
14. 모터부
15. 측정치구
15a. 개구부
16. 미끄럼 선반
17a,17b,17c. x축, y축, z축 가이드
18a. 탐색 카메라
18b. 거리센서
18c. 전자파 센서
19. 모터
20. 커넥터
21. 콘트롤 박스
22. 조인트
23a. 스크류
23b. 너트
A. 신호 발생기
B. 스팩트럼 분석기
C. 컴퓨터

Claims

내부에 안착된 시료의 전자파 차폐 및 흡수 특성의 정확한 측정을 위하여, 외부의 전자파 잡음이 혼입되지 않는 형태로 구성되는 금속재 함체(11)와;
상기 함체(11) 내부에 설계되고, 외부 시스템 컴퓨터(C)에 의한 정밀 3축 제어 가능하도록 구비된 x축, y축, z축 구동 가이드부(12);
탐색 카메라(18a), 거리 측정용 거리센서(18b), 전자파 센서(18c)를 포함하며, 상기 가이드부(12)에 이동 가능하게 설치되는 센서모듈(13);
상기 센서모듈(13)을 3축 각 방향으로 이동시키는 모터부(14);
를 포함하여 구성되고;
상기 컴퓨터(C)의 좌표이동 명령에 의하여 상기 센서모듈(13)이 이동하면서 상기 시료의 전자파 특성을 측정하며,
상기 시료는 상면에 신호 방사용 개구부(15a)가 형성된 금속재 측정치구(15)의 내부에 그 상측 표면이 상기 개구부(15a)를 통해 노출되도록 장착되며;
상기 측정치구(15)는 함체(11) 내측 하부에 설계된 미끄럼 선반(16)에 안착되어 상기 함체(11)의 내부 또는 외부로 슬라이드 이동되도록 구성된 것;
을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 함체(11)는 차폐기능이 있는 금속재 육면체 모양으로서 도어(11a)가 닿는 부분은 전도성 탄성중합체를 이용하여 2중 차폐구조를 구성하며;
상기 함체(11)의 측면에 형성된 복수의 커넥터(20)를 통하여 별도 구비된 신호 발생기(A), 스팩트럼 분석기(B)를 포함한 측정 장비가 연결되는 것;
을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 시료 표면을 볼 수 있는 탐색 카메라(18a), 시료까지의 거리를 측정하는 거리센서(18b), 전자파를 탐지하는 전자파 센서(18c)로 구성된 상기 센서모듈(13)을 x축, y축, z축 가이드(17a,17b,17c) 상에서 이동시킬 수 있는 복수의 모터(19)를 갖추어;
상기 컴퓨터로(C)부터 오는 좌표 이동명령에 의하여 상기 센서모듈(13)을 특정패턴으로 시료로부터 일정거리를 유지하여 이동시키면서 전자파를 측정하는 것;
을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치.
제4항에 있어서,
상기 시료의 특정 좌표에 센서모듈(13)을 위치시키고, 전자파 차폐 및 흡수성능을 측정한 자료를 컴퓨터(C)로 전송하고, 이를 컴퓨터(C)에 표시한 후 다음 좌표로 이동하는 방식으로 측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치.
제5항에 있어서,
상기 시료의 측정이 시작되면 탐색 카메라(18a)로 시료의 사진을 찍어 컴퓨터로 전송하고, 컴퓨터(C) 화면상에서 특정 영역을 선택하면, 센서모듈(13)이 해당 영역의 모서리로 이동하여 지정한 수만큼 x축으로 측정과 이동을 반복하고 x축의 끝에 이르면 y축으로 한 포인트 이동해서 -x축으로 측정과 이동을 반복하거나 또는 지정한 수만큼 y축으로 측정과 이동을 반복하고 y축의 끝에 이르면 x축으로 한 포인트 이동해서 -y축으로 측정과 이동을 반복하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치.
제6항에 있어서,
3차원 측정의 경우, 상기 x축 및 y축 상의 평면 이동이 끝나는 모서리에서 z축 상·하 방향으로 이동 후 같은 방법으로 또는 반대 방향으로 측정과 이동을 반복하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치.
제4항에 있어서,
상기 측정장치에 전원이 인가되고, 동작이 시작되면 위치 교정(calibration)을 위해 센서모듈을 시료 측으로 내려보내 거리 측정용 거리센서(18b)가 시료에 닿는 순간 시료와 센서모듈(13) 간 거리를 설정하고, z축 거리의 기준으로 사용하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 흡수재료 측정장치.