진동은 시스템의 성능 저하 및 고장의 주요 원인이었다.
전자 시스템은 전체 수명의 상당 기간 동안 진동에 노출되었다. 따라서 PCB 설계에서는 진동에 의한 공진 가능성을 검토하고, 시스템의 안정성과 신뢰성을 확보하는 것이 중요하였다.
Modal Analysis란?
모달 해석(Modal Analysis)은 시스템의 고유 진동수와 모드 형상을 구하는 데 적용되는 해석 방법이었다.
설계에서 고유 진동수와 모드 형상은 동적 하중 조건에 대한 주요 매개 변수이자 시스템의 고유한 속성이었다. 이러한 값은 분석을 통해 확인되었다.
공진 주파수와 모드 형상은 시스템의 안정성을 결정하기 때문에 전자제품에서도 주요 신뢰도 변수로 작용하였다.
모델의 고유 진동수가 공진 주파수에 가깝거나 일치할 경우, 시스템에는 제어 불가능한 비선형 변위가 발생할 수 있었다. 이로 인해 구조물은 파손될 수 있었다.
Octave Rule이란?
Octave Rule은 단순한 선형 동적 접근법이었다.
이는 공진, 즉 dynamic coupling을 피하기 위해 PCB와 시스템의 고유 진동수를 한 옥타브 이상 분리하는 것을 의미하였다.
Steinberg는 Octave Rule을 적용하는 것만으로도 동적 환경에서 PCB 피로 수명 개선이 가능함을 제시하였다.
Ansys Mechanical과 Sherlock을 활용한 공진회피 설계
Octave Rule 만족 여부는 모달 해석을 통해 확인할 수 있었다.
이러한 모달 해석은 Ansys Mechanical과 Sherlock으로 가능하였다. 해석을 활용하면 생산공정과 단가 등 다양한 개선안이 고려된 완성도 높은 설계를 제시할 수 있었다.
결론
PCB 공진회피 설계에서 핵심은 진동에 따른 공진 위험을 사전에 확인하는 것이었다.
모달 해석은 시스템의 고유 진동수와 모드 형상을 확인하는 데 사용되었고, 이 값은 전자제품의 신뢰성 판단에 중요한 요소였다.
또한 Octave Rule은 PCB와 시스템의 고유 진동수를 한 옥타브 이상 분리하여 공진을 피하는 접근법이었다. Ansys Mechanical과 Sherlock을 활용하면 Octave Rule 만족 여부를 확인하고, 생산공정과 단가까지 고려한 설계 개선안을 검토할 수 있었다.
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