• 해당 논문은 2025 한국전자파학회 동계종합학술대회에서 발표되었습니다.
정전기 방전 발생 최소화를 위한 PCB 도체 경계 실험
박필수, 김창균
모아소프트㈜
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Key Words : 정전기, 방전, PCB, Arc Node
서론
전자 기기의 소형화와 고성능화가 진행됨에 따라 PCB(Printed Circuit Board)의 설계와 제조 기술은 더욱 정교해 지고 있다. 그러나 이러한 발전에도 불구하고 PCB에서 발생하는 Arc Node는 설계, 생산, 불량, 고장 등과연결되는 매우 중요한 문제이다. Arc Node는 전기적 아킹 현상으로 인해 발생하며, 이는 PCB의 성능 저하와 심각한 경우 화재로 이어질 수 있다.[1][2]
본 연구의 목적은 PCB 도체 경계에서 발생하는 Arc Node를 최소화하기 위한 실험적 접근을 통해 효과적인 방지 방법을 제시하는 것이다. 이를 위해 다양한 도체 경계 조건에서의 아킹 현상을 분석하고, 최적의 설계 및 제조 조건을 도출하고자 한다.
이 연구의 배경은 PCB에서의 아킹 현상이 주로 고전압 및 고주파 환경에서 발생하며, 이는 전자 기기의 신뢰성에 큰영향을 미치게 된다. 특히, 도체 경계에서의 아킹은 전기적 스트레스와 열적 스트레스가 집중되는 지점에서 주로 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 도체 경계의 설계와 제조 공정에서의 세심한 관리가 필요하다.
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결론
본 연구의 결론은 높은 전압에 의해 두 동판 사이에 있는 공간을 전류가 지나갈 수 있도록 전도도(conductivity)가 높아지게 되면서 부도체인 공기가 전류가 흐를 수 있다는 사실과 정전기 전압과 유도된 전압을 통해 어떻게 설계하면 아크 발생을 저지 시킬 수 있는지 알 수 있는 실험이었다.
정전기 아크는 전기적 장비나 시스템에서 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 적절한 조치가 필요하다. 결론적으로 시뮬레이션 모델 중 9번 10번과 같은 형상이 설계에 유리하였고 특히, 8번과 10번을 비교할 경우 동판간의 간격이 등간격이 될수록 유리하는 결론에 도달하였다. 방전 전압에 비해 유도된 전압이 낮을수록 일반적으로 더 안전하다.
유도된 전압이 낮으면 절연체가 파괴될 가능성이 줄어 들고, 전기적아크나 방전 현상이 발생할 위험이 감소 한다. 이는 전기적 장비나 시스템의 안정성과 안전성을 높이는 데 도움이 된다. 이 연구는 PCB에서의 아크 발생을 최소화하는 것은 전자 기기의 신뢰성을 높이고, 안전성을 확보하는 데 중요한 역할을 하기 때문이다.
특히, 고전압 및 고주파 환경에서의 전자 기기 사용이 증가함에 따라 이러한 연구의 필요성은 더욱 커지고 있다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 PCB 설계 결과물의 조건에 따라 전자 기기의 성능과 안전성에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다.
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