진공이온펌프 제어기의 내구성과 노이즈에진공이온펌프 제어기의 내구성과 노이즈에진공이온펌프 제어기의 내구성과 노이즈에진공이온펌프 제어기의 내구성과 노이즈에

대한 신뢰성 향상을 위한 기술개발에 관한대한 신뢰성 향상을 위한 기술개발에 관한대한 신뢰성 향상을 위한 기술개발에 관한대한 신뢰성 향상을 위한 기술개발에 관한

신뢰성 향상지원에 관한 신뢰성 향상지원신뢰성 향상지원에 관한 신뢰성 향상지원신뢰성 향상지원에 관한 신뢰성 향상지원신뢰성 향상지원에 관한 신뢰성 향상지원

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2006. 6. 302006. 6. 302006. 6. 302006. 6. 30

주관기관 주식회사 브이엠티주관기관 주식회사 브이엠티주관기관 주식회사 브이엠티주관기관 주식회사 브이엠티::::

위탁기관 포항산업과학연구원위탁기관 포항산업과학연구원위탁기관 포항산업과학연구원위탁기관 포항산업과학연구원::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

최 종 보 고 제 출 서최 종 보 고 제 출 서최 종 보 고 제 출 서최 종 보 고 제 출 서

년 부품 소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 진200 ( :⦁

공이온펌프 제어기의 내구성과 노이즈에 대한 신뢰성 향상을 위한 기술개

발에 관한 신뢰성향상지원 의 최종보고서를 동사업 운영지침 항에 의하) 18

여 별첨과 같이 제출합니다.

첨 부 최종보고서 부: 10

2006. 06. 30.2006. 06. 30.2006. 06. 30.2006. 06. 30.

주관책임자 김 동 수주관책임자 김 동 수주관책임자 김 동 수주관책임자 김 동 수::::

주 관 기 관 브이엠티 김 진 곤주 관 기 관 브이엠티 김 진 곤주 관 기 관 브이엠티 김 진 곤주 관 기 관 브이엠티 김 진 곤: ( ): ( ): ( ): ( )

한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하

본 보고서를 진공이온펌프 제어기의 내구성과 노이즈에 대한 신뢰성 향상을 위한“

기술 개발에 관한 신뢰성 향상지원 사업기간 과제의 최종”( : 2005. 6. ~ 20006. 5.)

보고서로 제출합니다.

2006. 5. 31.2006. 5. 31.2006. 5. 31.2006. 5. 31.

주관 기관 주 브이엠티주관 기관 주 브이엠티주관 기관 주 브이엠티주관 기관 주 브이엠티: ( ): ( ): ( ): ( )

주관책임자 김 동 수주관책임자 김 동 수주관책임자 김 동 수주관책임자 김 동 수::::

연 구 원 정 진 국연 구 원 정 진 국연 구 원 정 진 국연 구 원 정 진 국::::

연 구 원 황 병 천연 구 원 황 병 천연 구 원 황 병 천연 구 원 황 병 천::::

연 구 원 안 병 남연 구 원 안 병 남연 구 원 안 병 남연 구 원 안 병 남::::

연 구 원 서 민 호연 구 원 서 민 호연 구 원 서 민 호연 구 원 서 민 호::::

위탁기관명 포항산업과학연구원위탁기관명 포항산업과학연구원위탁기관명 포항산업과학연구원위탁기관명 포항산업과학연구원::::

위탁책임자 목 임 수위탁책임자 목 임 수위탁책임자 목 임 수위탁책임자 목 임 수::::

연 구 원 이 기 범연 구 원 이 기 범연 구 원 이 기 범연 구 원 이 기 범::::

연 구 원 홍 종 희연 구 원 홍 종 희연 구 원 홍 종 희연 구 원 홍 종 희::::

- 4 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 개발기술의 중요성 및 필요제 절 개발기술의 중요성 및 필요제 절 개발기술의 중요성 및 필요제 절 개발기술의 중요성 및 필요1111

제 절 신뢰성 개요제 절 신뢰성 개요제 절 신뢰성 개요제 절 신뢰성 개요2222

제 절 개발기술의 파급효과 및 사업화 계획제 절 개발기술의 파급효과 및 사업화 계획제 절 개발기술의 파급효과 및 사업화 계획제 절 개발기술의 파급효과 및 사업화 계획3333

제 장 연구개발의 목표 및 평가 방법제 장 연구개발의 목표 및 평가 방법제 장 연구개발의 목표 및 평가 방법제 장 연구개발의 목표 및 평가 방법2222

제 절 최종 개발 목표제 절 최종 개발 목표제 절 최종 개발 목표제 절 최종 개발 목표1111

제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과2222

제 장 연구개발 목표 달성도제 장 연구개발 목표 달성도제 장 연구개발 목표 달성도제 장 연구개발 목표 달성도3333

부 록부 록부 록부 록

- 5 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술개발 중요성 및 필요제 절 기술개발 중요성 및 필요제 절 기술개발 중요성 및 필요제 절 기술개발 중요성 및 필요1111

진공 이란 통상적으로 대기압 보다 압력이 낮은 상태라고 확대하여(vacuum) (760torr)

정의하고 있으며 대기압보다 약간 낮은 저 진공 압력으로부터(low vacuum) 1000

조분의 1 (10-15

기압 이하의 극고진공 에 이르기까지torr) (extremely high vacuum)

넓은 의미에서 진공이라고 부르는 것이다 진공도 분류는 확정된 규칙이 있는 것은.

아니지만 통상 아래 표 과 같다1

진공영역압력(P)

Pa 또는mbar Torr

저진공(LV) 대기압 > P > 102

대기압 > P > 1

중진공(MV) 102

> P > 10-1

1 > p > 10-3

고진공(HV) 10-1 > P > 10-5 10-3 > P 10-7

초고진공(UHV) 10-5

> P > 10-8

10-7

> P > 10-10

극고진공(XHV) 10-8 > P 10-10 > P

표 진공도 분류표 진공도 분류표 진공도 분류표 진공도 분류3333

산업 및 연구 분야에서 필요로 하는 진공을 만드는 가장 큰 이유는 불순물을 줄이

는 것이며 임의의 용기 내부를 진공을 만들기 위해서는 임의의 공간에, (chamber)

존재하는 공기를 제거시킬 수 있는 장치인 진공펌프를 필요로 한다.

- 6 -

하지만 진공영역의 물리적인 현상으로 인하여 단일 장치로서 저진공에서 극고진공

을 배기시킬 수 있는 장치는 없으며 우리가 요구하는 진공영역으로 배기하기 위해

서는 그 진공영역의 물리적인 현상을 잘 소화하여 배기할 수 있는 장치들의 조합으

로 진공을 배기할 수 있다 그림 은 극고진공용 시스템 구조를 보여주고 있으며. 1

임의의 용기 내부에 진공상태를

만들기 위한 일반적인 방법은 다음의 두 가지 방법이 있다 첫째. , 진공 용기 내에

존재하는 가스 입자를 용기 밖으로 배출하는 방법이고(gas) (turbo pump) 두 번째,

는 진공 용기 내에서 가스 입자를 열역학적으로 에너지가 낮은 상태로 만들거나 화

학적 결합을 시키는 방법으로 자유공간 상에 자유로이 움직이는 가스 입자들을 응

집 및 안정화된 화합물로 반응시켜 용기 내벽에 붙들어 두는 방법이다(ion pump).

첫 번째의 방법은 일반적으로 저진공에서 고진공 펌프에서 많이 사용되고 있으며,

두 번째 방법은 초고진공 이상의 진공 상태를 만들기 위하여 많이 사용하고 있다.

임의의 용기를 초고진공 상태이상으로 배기시키기 위하여 처음에는 저속으로 회전

하는 로타리 펌프 로 저진공으로 배기를 시작하며 다음은 고진공펌프(rotary pump)

인 터보분자펌프 로서 고진공 상태로 배기시킨다 다음은(turbo molecular pump) .

초고진공펌프로서 가장 많이 사용되고 있는 것은 이온펌프로서 초고진공 이상의 환

경으로 배기하는 것이다 따라서 본 연구에서는 극초고진공 이온펌프를 구동시키며.

진공도 표시를 게이지 수준으로 하기 위한 이온펌프 제어기 의 문제점을(controller)

분석하여 개선하고 환경 및 기능 시험을 통한 신뢰성 시험을 통하여 제품의 신뢰성

을 높이고 향후 생산되는 제품에 연구결과를 적용하여 신뢰성을 향상 시키고자 한

다.

국내외 기술 현황을 살펴보면 국내에서는 외국제품의 수입 대리점과 지사만이 진출

해 있는 상황이며 극초고진공 이온펌프 관련 연구는 국내에서 여러 시도는 있었으,

나 극히 일부 제어기 부분등 에 지나지 않고 있다 한편 국외에서는 몇몇 선진국에( ) .

서 생산되고 있으며 집적 기술과 노하우가 필요로 하며 높은 기술이 요구되는 연,

구 개발에 주력하고 있다.

- 7 -

이온펌프 제어기의 시장 현황은 국내외 가속기연구소 국내반도체 나노 과학 및 각, ,

종표면분석장비 전 산업체에 광범위하게 적용 미국 일본 유럽 및 동남아 외 되고, ( , , )

있다 세계 시장은 현재 약 억 달러 시장으로 년 억 달러가 될 정. 1,000 2008 1,500

망이다 미국 일본 등 전 세계 가속기 여개 설치운영 및 추가 건설 활발하며 나. , 50 ,

노 과학 등 용 장비 반도체 및 분석 장비의 극초고진공 기술의 급격한 수요증R&D ,

가가 전망 된다 국내시장은 현재 억원 규모이며 년 억원 규모로 성장할. 60 2008 100

것이 예상된다 포항가속기가 연간 개 빔 라인을 건설하고 있으며 차세대 가속. 2~3

기 양성자 가속기 건설 추진 나노 과학 표면분성장비 전자현미경 반도체장비 및, , , , ,

분석 장비의 진공도 업그레이드로 초진공시장이 대폭 증가할 전망이다.

그림 초고진공 시스템 구조 블록도그림 초고진공 시스템 구조 블록도그림 초고진공 시스템 구조 블록도그림 초고진공 시스템 구조 블록도1.1.1.1.

- 8 -

제 절 신뢰성 개요제 절 신뢰성 개요제 절 신뢰성 개요제 절 신뢰성 개요2222

시스템이나 장치가 정해진 사용 조건 하에서 의도하는 기간 동안 만족하게 동작하

는 시간적 안정성을 위미하며 품질관리에서의 제품의 품질이 일정 시점에서의 정적

인 품질인데 반해 신뢰성은 시간의 변화에 따른 동적인 품질이다 따라서 제품의.

시간적 품질인 신뢰성을 나타내기 위해서는 이를 정량적으로 표현할 수 있는 척도

가 있어야 하며 이를 위해 신뢰도를 사용한다 신뢰도란 시스템 기기 및 부품이 정. ,

해진 사용조건에서 의도하는 기간 동안 정해진 기능을 발휘할 확률이라고 말할 수

있다 좁은 의미에서 신뢰성 시험은 제품의 신뢰성 평가 측도를 추정하기 위한 신.

뢰성 결정시험과 추정된 신뢰성 평가 측도 값이 규정된 신뢰성 요구에 합치되는가

를 판정하는 신뢰성 적합시험을 총칭하고 있다 신뢰성 결정시험의 경우 시험시간.

을 단축하기 위한 가속수명시험이 일반화되어 사용되고 있으며 가솔수명시험을 실

시하는데 있어서 정상 사용 조건에서의 신뢰성을 추정하기 위해서는 고장 메커니즘

이 변하지 않고 스트레스를 높일 수 있는 최고 수준을 찾는 일과 가속조건과 정상

사용조건 사이의 가속계수를 산출하는 과정이 선행되어야 한다 국제규격상의 시험.

중 가속수명시험 방법이 적용되어 가장 많이 변화된 시험 항목은 고온고습시험 항

목이다 신뢰성 적합시험의 경우 산업계에서는 일반적으로 개의 시료를 시간 시. n T

험하여 고장 수가 개 이하로 나오는 경우 합격시키는 계수형c RASP(reliability

를 적용하고 있다 신뢰성 평가기준을 구성하는 가지acceptance sampling plan) . 3

시험기준으로는 기능을 위주로 하는 성능시험기준 내환경성을 위주로 하는 환경시,

험기준 시간을 위주로 하는 수명 및 고장률 시험기준으로 분류를 할 수 있다, .

신뢰성예측방법은 크게 다음과 같이 통계적 접근 방법과 고장 물리적 접근 방법이

있다 통계적 접근방법은 필드 데이터를 수집하여 부품들에 대한 기본 고장률을 산.

출하고 부품의 고장률에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 요인들 예를 들면 온도, ( , ,

전압 품질 환경 등 에 대한 영향을 정량화한 모델을 만들어 기본 고장률을 보정함, , )

으로써 부품의 고장률을 산출한다 다음은 일반적인 통계적 예측모델이다. .

- 9 -

단, λC 부품의 예측 고장률:

λg 부품의 기본 고장률:

πE : 환경요인(environmental factor)

πT : 온도요인(temperature factor)

πQ : 품질요인(quality factor)

기존의 통계적 접근방법은 미국 국방성에서 제정한 과MIL-HDBK-217 Bell

에서 제정한 방법이 주로 사용되었으나 최근communications research Bellcore 2

가지 방법 모두 새로운 방법으로 대체되고 있다 의 경우 년. MIL-HDBK-217 1995

폐지되고 미국의 에서 베이지안 접근방법RAC(reliability analysis center) (bayesian

과 소프트웨어 신뢰성을 고려한 이라는 새로운 방법을 제시하고approach) PRISM

있다 방법은 가 년 에 인수 합병. Bellcore Bell communications research 1997 SAIC

후 년 로 개명하면서 가 제정되어, 1999 Telcordia Technologies Telcordia SR 332

사용되고 있다 고장 물리적 접근방법은 부품의 재료 기하학적인 구조 등 부품의. ,

신뢰성에 영향을 미치는 부품 고유의 특성들과 온도 온도변화 전압 등의 사용 환, ,

경에 따른 부품 고장메커니즘의 진행과정을 연구하여 모델링함으로써 고장시간을

예측하는 방법으로 미국의 메릴랜드대학 센터에서CALCE VQ(virtual qualification)

라는 방법을 제시하고 있다.

- 10 -

그림 신뢰성 개념그림 신뢰성 개념그림 신뢰성 개념그림 신뢰성 개념2222

그림 설계 절차그림 설계 절차그림 설계 절차그림 설계 절차3 RASP3 RASP3 RASP3 RASP

- 11 -

항 목 설 명

평균수명

○ MTTF(Mean Time To Failure)

수리가 불가능한 제품에 있어서 고장 날 때까지의

평균시간

MTBF(○ Mean Time Between Failure)

수리가 가능한 제품에 있어서 고장과 다음 고장

사이의 평균 간격

제 P

백분위수제품 총 수의 가 고장 나는 시간P%

고장확률 제품이 정해진 시간 내에 고장이 발생할 확률T

신뢰도 제품이 정해진 시간 까지 정상적으로 동작할 확률T

고장률시간 까지 고장 나지 않은 제품 중 다음 순간 고장T

날 제품의 비율 또는 단위 시간당 고장 비율

표 신뢰성 평가 척도표 신뢰성 평가 척도표 신뢰성 평가 척도표 신뢰성 평가 척도4444

고장고장고장고장1. (Failure)1. (Failure)1. (Failure)1. (Failure)

에서 고장은 아이템이 요구기능을 수행하지 못하게 되는 사건이라IEC 60050-191

고 정의하고 있다 요구 기능을 수행하지 못함이란 아이템의 기능 중에 특정 기능.

을 수행할 수 없는 경우만을 의미하는 것은 아니며 아이템이 기능을 수행하지만,

성능이 요구수준 보통 설계 엔지니어에 의하여 결정된 성능 규격을 의미함 을 만족( )

하지 못하는 경우도 포함하고 있다 또한 결함 이라고 하는 것은 아이템이. (fault)

고장이 발생하여 요구 기능을 수행할 수 없는 상태를 말하며 예방보전 다른 계획( ) ,

된 활동 외부자원 부족에 의한 경우는 제외하고 있다 고장을 원인측면에서 분류하, .

면 제품의 내부 문제 설계 재료 등 로 인한 고장인 내재적 고장과 외부에( , ) (intrinsic)

서 작용하는 스트레스로 인한 고장인 외재적 고장으로 분류할 수 있으며(extrinsic)

고장발생 영향의 심각도 에 따라서는 안전 기능정지 같은 심각한 문제(criticality) ,

발생하는 치명 고장 사고를 유발하지 않으나 기능 및 성능에 중대한 영향을(critical) ,

미치는 중대 고장 기능이나 성능에 약간 영향을 주는 경미 고장 기능(major) , (minor) ,

성능에 영향을 주지 않으나 소비자 만족도를 저하시키는 미소 고장으로/ (negligible)

분류할 수가 있다.

- 12 -

그림 고장의 분류그림 고장의 분류그림 고장의 분류그림 고장의 분류4444

그림 고장 분석 체계그림 고장 분석 체계그림 고장 분석 체계그림 고장 분석 체계5555

- 13 -

제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술2.2.2.2.

○ 품질기능전개(QFD, Quality Function Deployment)

소비자들의 정성적인 요구조건들을 실제 개발에 반영할 수 있도록 정량화하는데 사

용되는 요소기술

○ 운용환경 결정(Environment Characterization)

제품의 신뢰성은 운용환경에 크게 의존하므로 제품 설계를 할 때 그 제품이 운용될

환경을 먼저 정의하여야 하며 운용환경 결정은 이와 같은 필요에 의하여 제품의 운

용환경을 결정하는데 사용되는 요소기술

○ 신뢰성 예측(Reliability Prediction)

목표 신뢰성의 실현 가능성 여부 결정 또는 개발 중 있을 수 있는 여러 가지 설계

대안들의 비교 등의 목적으로 부품의 신뢰성 데이터를 기초로 이론적으로 제품의

신뢰성을 계산하는데 사용되는 요소기술

○ 신뢰성 배분(Reliability Allocation)

제품의 목표 신뢰성을 만족시킬 수 있도록 제품의 하위 구성품 및 구성 부품에 신

뢰성을 배분하여 하위 구성품의 목표 신뢰성을 정하는데 사용되는 요소기술

○ 부하경감(Derating)

제품의 신뢰성을 높이기 위하여 부품에 걸리는 최대 스트레스 온도 전압 전류 등( , , )

가 부품의 정격보다 낮게 되도록 설계하는 기술

○ 리던던시(Redundancy)

- 14 -

제품의 신뢰성을 높이기 위하여 동일한 기능을 하는 제품을 중복하여 사용하는 방

법으로 대표적인 리던던시 방법으로 병렬 연결방법과 대기 연결방(Parallel) (Standby)

법이 있음

○ 열 설계(Thermal Design)

제품의 신뢰성에 가장 큰 영향을 미치는 스트레스 요인은 온도이므로 제품 설계를

할 때 열이 많이 발생하는 부품 또는 부위에 대해서는 열을 잘 방출할 수 있도록

설계되어야 하며 열 설계는 이와 같이 열을 잘 방출하도록 설계하는 기술

○ WCCA(Worst Case Circuit Analysis)

부품의 특성 값에 대한 분산이 제품에 미치는 영향을 알아보기 위하여 제품을 구성

하는 부품들이 가질 수 있는 특성 범위에서 최대 최소값을 갖는 경우 제품의 성능/

이 정해진 규격에서 벗어나지 않는지 조사하는 방법

○ SCA(Sneak Circuit Analysis)

제품에 있어서 바람직하지 않은 기능을 하게 만드는 경로나 논리 흐름을 찾아내기

위한 방법

○ 고장유형 및 영향분석(FMEA, Failure Mode and Effect Analysis)

제품의 구성 부품이 고장이 나는 경우 제품에 어떠한 영향을 미칠 것인가를 체계적

으로 분석하는 방법

○ 결점나무분석(FTA, Fault Tree Analysis)

제품의 고장이 발생하는 경우 가능성 있는 고장원인들을 체계적으로 찾을 수 있도

록 제품의 고장형태와 그 고장형태에 대한 가능성 있는 고장원인들을 나무 가지 모

양으로 나열하는 방법

- 15 -

○ 열분석(Thermal Analysis)

설계된 제품에 있어서 열이 어느 정도 발생하는지 부품에 대한 열 발생 데이터와

열 모델 을 이용하여 평가하는 기술(thermal model)

○ 설계심사(Design Review)

신뢰성 관리 부문의 전문가뿐만 아니라 제조 검사 영업 등 각 분야의 전문, , , A/S

가들이 모여 개발 제품의 설계에 대하여 심사하고 결함을 찾아내어 개선하는 방법

○ 신뢰도성장시험TAAF(Test Analyze and Fix) & (RGT, Reliability Growth Test)

설계된 제품의 시제품을 제작하여 시험을 실시하고 시험으로부터 발견된 결함을,

개선해 나가는 방법

○ 환경시험(Environmental Test)

개발된 제품이 저장 운송 운용 중에 경험하게 될 여러 가지 환경 조건에 있어서, ,

만족할 신뢰성을 갖는지 평가하는 방법

○ 가속수명시험(Accelerated Life Test)

제품의 수명을 짧은 시간 내에 평가하기 위하여 정상 사용 조건보다 더 열악한 환

경에서 시험하여 고장데이터를 얻은 후 정상 사용조건의 시간으로 환산하는 방법

○ 신뢰성실증시험 신뢰성보증시험/ (RDT, Reliability Demonstration Test/RQT,

Reliability Qualification Test)

와 는 개발이 완료된 후 생산 양산 단계로 가기 전에 설계된 제품이 목표RDT RQT ( )

신뢰성을 만족하는지 시험을 통하여 평가하는 방법으로 는 소비자에 의하여 요RQT

구된 시험을 지칭할 때 주로 사용됨

- 16 -

○ 통계적 공정관리(SPC, Statistical Process Control)

생산된 제품의 규격 만족과 계속적인 공정 개선을 위하여 통계적 기법을 이용하여

제조 공정을 관리하는 방법

○ 번 인(Bum-in)

초기고장을 제거하기 위하여 수행하는 시험으로 일반적으로 정상사용조건보다 높은

온도에서 일정 시간동안 저장 또는 동작 시킴

○ ESS(Environmental Stress Screening)

전기적 및 환경적 스트레스를 인가하여 초기 고장을 가속시킴으로써 제품의 제조상

결함을 제거하는 방법

○ 고장분석 및 개선(FRACAS, Failure Reporting Analysis and Corrective Action

System)

발생한 제품 고장의 원인을 분석하여 개선하는 활동

- 17 -

그림 제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술그림 제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술그림 제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술그림 제품 개발 프로세스와 관련된 신뢰성 요소기술6666

- 18 -

제 장 연구개발 수행 내용 및 결과제 장 연구개발 수행 내용 및 결과제 장 연구개발 수행 내용 및 결과제 장 연구개발 수행 내용 및 결과2222

제 절 최종 개발 목표제 절 최종 개발 목표제 절 최종 개발 목표제 절 최종 개발 목표1111

이온펌프 제어기에 내압 시험과 환경시험 항온 항습 과부하 시험 등을 시하여 잡[ , ],

음 대책과 제어기에서의 기구적인 문제 부품 배치 부품 선정(noise) (PCB artwork, , )

를 해결하고자 한다 그리고 제어기의 계측 정확도를 진공게이지 수준의 진공도를.

로 구현하고 저진공 영역에서의 안정적인 펌핑 그래픽 의1.0E-4 ~ 1.0E-11 , , LCD

개선 디자인 등 선진국제품보다 기능 성능 신뢰성에 대한 근본적으로 차별화된, · · 2

채널 콤펙트형 이온펌프 제어기에 대한 신뢰성을 향상하여 생산제품의 기술경쟁력

을 향상하고자 한다.

평가항목

기술적(

성능지표)

단

위

중요

비중

(%)

세계 최고수준

보유기업(

국가/ )

지원전

성능수준

최종목표

성능수준

시험기준

평가기관( )

출력 전압 및

전류

㎸

/㎃10

0~5.6/7㎸

100 ~500㎁ ㎃

(USA/PHI)

0~5.6/7㎸

100 ~200㎁ ㎃

0~5.6/7㎸

100 ~500㎁ ㎃

무부하 및 진공

부하실험 내구성(

:RIST)

고전압출력방식방

식15

FRT/SMPS

(USA/PHI)FRT FRT

무부하 및 진공

부하실험 내구성(

:RIST)

디스플레이 방식방

식15

7 SEGMENT

(USA/PHI)7 SEGMENT

대형 LCD

(GRAPHIC)

수명 내구성,

(RIST)

환경 실험방

식30

습도:0~80%

온도:0~40℃

(USA/PHI)

결과 없음Test습도:0~80%

온도:0~40℃

수명 내구성, ,

환경조건

(RIST)

진공도 Torr 301.0E-10

(USA/PHI)5.0E-10 1.0E-10

게이지비교

내구성( : RIST)

합격100

%

표 평가방법 및 평가항목표 평가방법 및 평가항목표 평가방법 및 평가항목표 평가방법 및 평가항목5555

- 19 -

제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과제 절 기술 개발 수행 내용 및 결과2222

이온펌프 제어기의 성능 향상 방안이온펌프 제어기의 성능 향상 방안이온펌프 제어기의 성능 향상 방안이온펌프 제어기의 성능 향상 방안1.1.1.1.

가 기존 이온펌프 제어기의 구조와 문제점 분석가 기존 이온펌프 제어기의 구조와 문제점 분석가 기존 이온펌프 제어기의 구조와 문제점 분석가 기존 이온펌프 제어기의 구조와 문제점 분석....

기존 이온펌프 제어기의 구조기존 이온펌프 제어기의 구조기존 이온펌프 제어기의 구조기존 이온펌프 제어기의 구조1)1)1)1)

이온펌프 제어기의 기본 구성은 그림 에서 보듯이 첫 번째는 고압 부7 transformer

위와 두 번째는 고압발생장치 부위 그리고 마지막으로 디지털 부위로 분류 할 수,

있으며 이온펌프와 연결은 그림 에서 자세히 제시하고 있다 본 과제에서 중점적, 8 .

으로 보완하고자 하는 부위를 그림 에서 표시하였으며 자세한 이온펌프 제어기 사9

양은 표 에 제시하였다4 .

그림 이온펌프 제어기의 구조그림 이온펌프 제어기의 구조그림 이온펌프 제어기의 구조그림 이온펌프 제어기의 구조7777

그림 이온펌프와 제어기를 연결하기 위한 기본 구성품그림 이온펌프와 제어기를 연결하기 위한 기본 구성품그림 이온펌프와 제어기를 연결하기 위한 기본 구성품그림 이온펌프와 제어기를 연결하기 위한 기본 구성품8888

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DETAIL SPEC. 비고

출력 PORT 2 PORT HV B/D:2EA

전원단상220VAC( )

±12VDC, +5VDC 분리GND

DISPLAY LCD

통신 RS232C, 422 가능SELECT

기능 단순조작가능 조작KEY

CPU 이중화(80C51)

출력 전압 ±5600VDC 시OPEN

출력 전류200㎃

단 증폭 선택0.1uA / uA / [2 : ]㎃시SHORT

Pressure 1.0e-10 ~ 1.0e-5 Torr

고압 출력 방식 전류 시간 설정soft-start[ / ] 구현S/W

하드웨어 구현방식 화Module 방식slot

Setpoint 접점 전압 전류Relay[2 :NC, COM, NO]- , 인가24Vdc

외부 interlock 無 인가24Vdc

Analog output 0 ~ 10V 전류값

표 이온펌프 제어기의 사양표 이온펌프 제어기의 사양표 이온펌프 제어기의 사양표 이온펌프 제어기의 사양6666

그림 이온펌프 제어기의 중점 보완 위치 표시그림 이온펌프 제어기의 중점 보완 위치 표시그림 이온펌프 제어기의 중점 보완 위치 표시그림 이온펌프 제어기의 중점 보완 위치 표시9999

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이온펌프 제어기의 문제점 분석이온펌프 제어기의 문제점 분석이온펌프 제어기의 문제점 분석이온펌프 제어기의 문제점 분석2)2)2)2)

가 고압보드의 손상가 고압보드의 손상가 고압보드의 손상가 고압보드의 손상))))

그림 은 이온펌프 제어기 고압보드의 기본 개념도를 보여 주고 있다 트랜스포머10 .

의 출력 전압이 로 출력되면 배전압 회로를 거치면서 직류 전(transformer) 2000Vac

압으로 가 형성이 된다 문제는 이과정중에 고압 캐패시터 에서5.6kVdc . (capacitor)

될 때 순간적인 노이즈가 발생이 되는데 이 부분은 내부 디지털 제어기에charging

영향을 미친다 이 부분을 차폐하기 위하여 디지털 보드에 차 폐막을 설치하거나.

고압 캐패시터를 몰딩 해야 하는 문제가 있다 본 연구과제에서는 차폐막을 설치하.

여 테스트를 하였다 그림 에서 제시한 구성품을 가지고 진공 용기에 연결하여 진. 8

공을 뽑게 되면 에서 이온펌프를 동작시켜야 한다 이때 제어기에서 고압5E-5 Torr .

을 공급하게 되는데 위에서 언급한 고압을 공급할 때 순간적으로 서어지 성(surge)

질을 갖는 노이즈가 많이 발생하여 고압보드에 영향을 미친다 또한 이 노이즈가.

디지털 보드의 에 영향을 미쳐 저진공에서 과전류가 흐르게 되면 고압을 차단CPU

할 수 있는 기능이 정상적으로 동작하지 않게 된다 이럴 경우 부하 측에서는 과전.

류가 계속 흐르지만 제어기에서 는 동작을 하지 않으므로 과전, CPU

류를 인식할 수가 없게 되어 그림 그림 와 같이 고압보드와 트랜스포머에 영11, 12

향을 미친다 따라서 기존 제어기의 퓨즈 용량이 잘못 선정되었을 경우 더 큰. (fuse)

화재로 발생하기 때문에 굉장히 위험한 상황이 발생할 수 있다 이럴 경우 안전장.

치를 이중 이상으로 설치하여 제어를 하여야 하며 본 과제에서 기존 제어기의 문제

점을 명확히 분석 하였다는 것과 신뢰성을 업그레이드 시켰다는데 큰 의미를 두고

있으며 새로이 제작된 제품에 과전류 차단 할 수 있는 제어장치 구성과, VIPC1000

퓨즈 용량 재설정 안정한 고전압 공급을 위해 트랜스포머를 재설계였다, .

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그림 고압보드 개념도그림 고압보드 개념도그림 고압보드 개념도그림 고압보드 개념도10101010

그림 손상된 고압보드그림 손상된 고압보드그림 손상된 고압보드그림 손상된 고압보드11111111

그림 열화된그림 열화된그림 열화된그림 열화된12 transformer12 transformer12 transformer12 transformer

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나 모드의 손상나 모드의 손상나 모드의 손상나 모드의 손상) Sensing) Sensing) Sensing) Sensing

그림 은 초기 부하에 고전압을 인가 시 발생하는 순간 과전류에 의한 손상으로13

소자가 파괴된 것을 볼 수 있다 전원라인으로 시간 동안 정op-amp . 20ms 150V

도의 전압이 서지성으로 들어오기 때문에 그림 에 보여준 그림 부분의 소자가 파13

괴 될 수도 있고 디지털 부위의 모든 소자에 영향을 미치기 때문에 이 부분을 그,

라운드로 그대로 빠질 수 있도록 회로 설계에 반영되어야한다 따라서 본 과제에서.

이 부분은 그라운드 면적을 넓게 함으로써 해결하였으며 신 모델에서는VIPC1000

를 보호하기 위해서 을 구현하여 센싱 보드의 안정성과 고압op-amp soft-starting

보드의 안정성을 확보하였다 이 부분은 제어기 안정성 확보를 위해 추가실험을 하.

였는데 이온펌프 제어기 개선점에서 상세히 설명하고자 한다 근본적인 원인은 이, .

온펌프를 105대의 진공도를 유지한 뒤 이온펌프를 동작시키면 이온펌프 내에 불순

물 가스가 순간적으로 나오기 때문에 제어기 입장에서는 거의 단락 에 가깝게(short)

인식되어 고압보드의 손상과 센싱 보드의 손상을 그대로 입을 수밖에 없게 되어 있

다 따라서 이온펌프 자체가 가 적게 나올 수 있도록 제작을 하든지 아니면. out-gas

이온펌프 제어기가 이 부분의 충격을 견딜 수 있도록 설계되어야 하는데 전자와,

후자 모두 신경을 써야할 것으로 보인다 전자는 이온펌프 제작에 관련되어 있기.

때문에 시설투자가 많이 발생할 수 있고 시간적으로나 비용측면에서 많은 문제가,

있기 때문에 제어기에서 이 부분을 흡수하기로 결정을 하였다 결론적으로 서지성.

전압과 전류를 차단할 수 있는 회로를 구성하여 보드의 손상과 고압보드sensing

손상을 최소화하였다.

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그림 노이즈에 파괴된 센싱 보드그림 노이즈에 파괴된 센싱 보드그림 노이즈에 파괴된 센싱 보드그림 노이즈에 파괴된 센싱 보드13131313

그림 고압 인가 시 발생되는 내부 노이즈그림 고압 인가 시 발생되는 내부 노이즈그림 고압 인가 시 발생되는 내부 노이즈그림 고압 인가 시 발생되는 내부 노이즈14141414

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다 노이즈에 의한 디스플레이 영향다 노이즈에 의한 디스플레이 영향다 노이즈에 의한 디스플레이 영향다 노이즈에 의한 디스플레이 영향))))

이온펌프 제어기 입장에서 부하는 이온펌프가 되는데 부하인 이온펌프가

이 많이 나오게 되면 제어기는 많은 영향을 받게 되는데 그 중 제일out-gassing

큰 영향을 미치는 것이 서지성 노이즈에 의한 그래픽 의 손상이 발생한다는 것LCD

이다 따라서 그림 는 순간적인 부하에 과전류를 공급하면서 발생되는 노이즈에. , 15

의한 영향으로 그래픽 에서 백화현상이 발생한 것을 보여주고 있다 그래픽LCD .

의 백화현상을 줄이기 위해서 차폐막을 설치하고 그라운드 면적을 넓게 하였LCD ,

다 또한 해결 방안 중 가장 효과가 있는 것은 을 구현함으로써 하드. soft-starting

웨어와 소프트웨어에 의한 개선방안을 적용하여 좋은 결과를 확보하였다.

그림 그래픽 의 백화현상그림 그래픽 의 백화현상그림 그래픽 의 백화현상그림 그래픽 의 백화현상15 LCD15 LCD15 LCD15 LCD

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나 이온펌프 제어기의 기능 개선나 이온펌프 제어기의 기능 개선나 이온펌프 제어기의 기능 개선나 이온펌프 제어기의 기능 개선....

이온펌프 제어기를 동작에서의 주 흐름은 보드에서 아날로그 보드를 통하여CPU

고압보드로 명령어 가 가서 고전압 을 출력하고 이온 펌프(command) (high voltage) ,

에서 생성되는 를 감지한다 감지된 신호는 고전압 보드에서 아discharging current .

날로그 보드를 통하여 보드로 전달되고 이는 다시 통신 보드와 디스플레이CPU ,

보드로 가서 컴퓨터와 통신을 하고 디스플레이 보드의 에 데이터 값을, LED display

하도록 설계 및 구성이 되어야 한다 기존 이온펌프 제어기의 문제점을 개선하여.

성능을 업그레이드한 이온펌프 제어기의 블록도는 그림 에서 보여주고 있으며16 ,

표 는 제어기의 세부사양을 보여주고 있다 특징은 한 사이즈와5 VIPC1000 . compact

모두 를 모듈화 하였다는 것이 핵심이다PCB

그림 블럭도그림 블럭도그림 블럭도그림 블럭도16 VIPC100016 VIPC100016 VIPC100016 VIPC1000

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DETAIL SPEC. 비고

출력 PORT 1 PORT HV B/D:1EA

전원

단상220VAC( )

±12VDC, +5VDC 분리GND

DISPLAY LED

통신 RS232C, 422, 485, CAN[?] 가능SELECT

기능 단순조작가능 조작KEY

CPU Motorola CPU

출력 전압 ±5600VDC, ±7000VDC 시OPEN

출력 전류100㎃

단 증폭 선택0.1uA / uA / [2 : ]㎃시SHORT

Pressure 1.0e-10 ~ 1.0e-4

고압 출력 방식 전류 시간 설정soft-start[ / ] 구현S/W

하드웨어 구현방식 화Module 방식slot

Setpoint접점 전압 전류Relay[2 :NC, COM, NO]- ,

접점 전압 전류TTL [ , ]인가24Vdc

외부 interlock 외부에서 고압 기능ON/OFF 인가24Vdc

Analog output 0 ~ 10V 전류값

표 세부 사양표 세부 사양표 세부 사양표 세부 사양7 VIPC10007 VIPC10007 VIPC10007 VIPC1000

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트랜스포머트랜스포머트랜스포머트랜스포머1) Leakage1) Leakage1) Leakage1) Leakage

그림 은 실제 트랜스포머로 입력 측에 를 공급하면 출력 측에 값으18 220Vac RMS

로 가 출력이 된다 따라서 권선비율은 약 이라고 할 수 있다 트2000Vac . 1 : 10 .

랜스포머의 기본적인 세부사양과 구성도는 표 과 그림 에서 보여주고 있다6 17 .

트랜스포머의 핵심은 트랜스포머의 출력 단이 단락이 되어도 입력 측에Leakage

직접적인 영향을 안준다는 것이 커다란 장점이라고 하겠다 그리고 트랜스포머의. ,

또 다른 특징은 과전류 시 전압은 트랜스포머의 용량에 따라 전압이 되고 과전drop

류 시에도 용량만큼만 전류를 공급하기 때문에 사용자 입장에서는 안전한 측면이

있다 실제 트랜스포머 제작이 어려운 점은 의 길이를 잘못 조절하면 공진. cut core

이 발생하여 과전류 시 소리가 날 수가 있고 무부하시에도 차측 전압만 공급해도, 1

미세한 소리가 발생할 수 있기 때문에 제작 상에도 유의를 해야 한다 단순 설계로.

만 만들어도 가능하리라 생각되겠지만 상당한 기술적 노하우가 없으면 제작이 불,

가능한 하이테크 기술이라고 할 수 있다 트랜스포머의 또 다른 것을 고려해야한다.

면 출력 측의 미세전류를 최소화하여야 부하 측의 미세전류를 센싱할 수 있,

기 때문에 가능하면 이 부분은 검수에서부터 철저히 검사하여야한다.

내 용 사 양 비 고

차측 입력 전원1 220Vac 50-60Hz

차측 출력 전원2 2000Vac 50-60Hz

차측 코일1 1.1(440 turn)ф 220Vac/2A

차측 코일2 0.4(4000 turn)ф 2000Vac/0.2A

차측 무부하 전류1 0.02A

차측 무부하 손실1 0.02W

표 의 세부 사양표 의 세부 사양표 의 세부 사양표 의 세부 사양8 Leakage transformer8 Leakage transformer8 Leakage transformer8 Leakage transformer

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그림 의 구성도그림 의 구성도그림 의 구성도그림 의 구성도17 Transformer17 Transformer17 Transformer17 Transformer

그림 의 외형 사진그림 의 외형 사진그림 의 외형 사진그림 의 외형 사진18 Transformer18 Transformer18 Transformer18 Transformer

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회로도회로도회로도회로도2) Digital Part2) Digital Part2) Digital Part2) Digital Part

가가가가) Main CPU B/D) Main CPU B/D) Main CPU B/D) Main CPU B/D

사의 마이크로프로세서인 을 이용하여 시스템 및 통신의 안정성을Motorola 9S128

높였다 가 담당하는 역할은 고전압 출력을 제어하고 과전류가 흐르면. Main CPU ,

이에 해당하는 제어부를 구동시키고 되어 들어오는 값을 읽는 부위A/D conversion

이기도 하다 키보드의 데이터 라인 이 여기에 연결되어 있고 또한. (data line) , Buzz

여기에 연결되어 있다 그림 는 과 회로도로 으. 19 reset key part high speed reset

로 슈미트 트리거인 를 장착함으로써 안정적인 을 구현할 수가 있다74HC14 reset

저항과 커패시터는 시정수를 좌우하기 때문에 적절히 선택하여 달아야 한다.

을 할 수 있도록 설계 하였으며 프로그램에서 안정적으Scanning time 15ms scan ,

로 신호를 전달할 수 있도륵 알고리즘을 구현하였다 은input . Key input signal

에 으로 인식하도록 프로그램 되어 있고 신호 처리했기rising time input interrupt

때문에 굉장히 빠르게 처리할 수 있다 그림 은 실제 메인 보드 사진이다. 20 .

그림 및 회로도그림 및 회로도그림 및 회로도그림 및 회로도19 Reset Keypad19 Reset Keypad19 Reset Keypad19 Reset Keypad

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그림 보드 사진그림 보드 사진그림 보드 사진그림 보드 사진20 Main digital20 Main digital20 Main digital20 Main digital

그림 회로도그림 회로도그림 회로도그림 회로도21 Main CPU21 Main CPU21 Main CPU21 Main CPU

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나나나나) LED display B/D) LED display B/D) LED display B/D) LED display B/D

를 장착함으로써 기존 이온펌프 제어기의 서지성 노이즈에 그래Alpa numeric LED

픽 가 문제가 많았는데 이 부분을 완전히 해결하였다 첫 번째로 안정적인 디LCD , .

스플레이를 구현하였다는 데에 큰 장점이 있다 그리고 원거리에서도 뚜렷이 보인.

다는 장점도 가지고 있다 구동을 위해 소모되는 전류가 너무 크다는 단점이. LED

있기는 하지만 이 부분은 를 하면 되기 때문에 제작 상에는 전혀 문제가power UP

되지 않는다 그림 는 실제 보드사진이고 그림 은 실제 회로도가. 22 LED , 23 LED

되겠다.

그림 보드 사진그림 보드 사진그림 보드 사진그림 보드 사진22 LED displav22 LED displav22 LED displav22 LED displav

그림 회로도그림 회로도그림 회로도그림 회로도23 LED display23 LED display23 LED display23 LED display

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다 보드다 보드다 보드다 보드) Sensing) Sensing) Sensing) Sensing

센싱 신호의 아날로그신호를 디지털 신호로 변환해주는 변A/D(analog to digital)

환은 디지털 데이터 비트를 직렬로 출력하는 방식을 채택하였다 변환하기12 . A/D

전에 여러 개의 아날로그 입력 데이터를 처리하기 위해서 를 사용하였Multiplexer

다 그림 에서 은 출력전압을 제어회로에서 감지하기 위하여. 25 R38, R39, R4O, R4l

분압을 시키기 위한 저항으로 가 출력될 때 가 되도록 설계를 하였으5.6kVdc 5Vdc

며 는 출력 전류를 감지하기 위한 저항이다 그림 의 전압 전류 감지부는R42 . 26 ,

를 이용하여 구간별로 증폭도를 다르게 하여 구간별로 전류값을 읽기위한op-amp

회로도이다 그림 은 전류 센싱값의 구간별로 표시해준다는 것을 보여주고 있다. 27 .

이것은 표시하고자 하는 범위가 임으로 비트 변환 해0.01[uA] ~ 1000[mA] 12 A/D

상도로 구현하기 위한 방법으로 를 비트로 변환하려면1000[mA] 12 LSB(least

가 의 아날로그 신호를 처리해야 함으로significant bit) 1000[mA]/4096=245[uA]

정밀도를 고려하면 측정하기가 어렵게 된다 그래서 증폭도를 다르게 하여 최소 단.

위를 로 표시하고 있다 구간별로 분리하여 전류값을 읽지만 이것은 하드0.01[uA] .

웨어가 정확하게 이 조정되었을 때 만족스러운 결과를 기대할 수 있다zero, gain .

따라서 하드웨어적으로 증폭도를 조정하여 전류 구간별로 연속적인 전류값이 되도,

록 조정해야 한다 그림 는 고진공 영역을 감지할 수 있는 회로도이며 그림 은29 30

고진공 영역을 시뮬레이션한 결과를 보여주고 있다 그림 과 그림 는 중진공. 31 32

영역의 회로도와 시뮬레이션한 결과를 보여주고 있으며 그림 과 그림 는 저진, 33 34

공 영역의 회로도와 시뮬레이션 결과를 보여주고 있다 진공도가 변함에 따라 변화.

되는 전류를 감지한 후 이를 전압으로 변환하고 이 전압 신호를 변환을 통하, A/D

여 디지털 데이터로 변환하여 디지털 데이터에 해당하는 진공도 값을 look-up

화 하여 진공도의 정확성을 기여하였다table .

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그림 아날로그 보드 사진그림 아날로그 보드 사진그림 아날로그 보드 사진그림 아날로그 보드 사진24242424

그림 회로도그림 회로도그림 회로도그림 회로도25 12bit A/D conversion25 12bit A/D conversion25 12bit A/D conversion25 12bit A/D conversion

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그림 전압 전류 감지 회로그림 전압 전류 감지 회로그림 전압 전류 감지 회로그림 전압 전류 감지 회로26 ,26 ,26 ,26 ,

그림 전체 구성도그림 전체 구성도그림 전체 구성도그림 전체 구성도27 OP-Amp27 OP-Amp27 OP-Amp27 OP-Amp

그림 실제 동작 구간그림 실제 동작 구간그림 실제 동작 구간그림 실제 동작 구간28 OP-Amp28 OP-Amp28 OP-Amp28 OP-Amp

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그림 전류 측정 범위가 로 고진공 감지회로그림 전류 측정 범위가 로 고진공 감지회로그림 전류 측정 범위가 로 고진공 감지회로그림 전류 측정 범위가 로 고진공 감지회로29 0 ~ 100uA29 0 ~ 100uA29 0 ~ 100uA29 0 ~ 100uA

그림 고진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 고진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 고진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 고진공 감지부 시뮬레이션 결과30303030

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그림 전류 측정 범위가 로 중진공 감지 회로그림 전류 측정 범위가 로 중진공 감지 회로그림 전류 측정 범위가 로 중진공 감지 회로그림 전류 측정 범위가 로 중진공 감지 회로31 0 ~ 1mA31 0 ~ 1mA31 0 ~ 1mA31 0 ~ 1mA

그림 중진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 중진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 중진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 중진공 감지부 시뮬레이션 결과32323232

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그림 전류 측정 범위가 로 저진공 감지회로그림 전류 측정 범위가 로 저진공 감지회로그림 전류 측정 범위가 로 저진공 감지회로그림 전류 측정 범위가 로 저진공 감지회로33 0 ~ 1000mA33 0 ~ 1000mA33 0 ~ 1000mA33 0 ~ 1000mA

그림 저진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 저진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 저진공 감지부 시뮬레이션 결과그림 저진공 감지부 시뮬레이션 결과34343434

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구현구현구현구현3) Soft starting3) Soft starting3) Soft starting3) Soft starting

고전압보드의 부품 손상을 줄이기 위한 방안으로 프로그램으로 을 구soft starting

현하였다 그림 는 알고리즘을 표현해주는 것으로 그림 에서 실. 35 soft starting 36

제 이 동작하고 있는 있는 상황에서의 출력된 파형을 보여주고 있다soft starting .

알고리즘 구현은 프로그램으로 고전압을 공급하고 고전압을 차단하는 방식으로 되,

어 있으며 고전압 보드 부품 손상을 줄이고 부가적으로 초기에 안정적인, ,

을 할 수 있도록 하는 기능을 가지고 있다 지속적인 실험을 하고 있지만pumping . ,

현재 상태로는 센싱 보드의 손상이 전혀 없다.

그림 구현 기본 알고리즘그림 구현 기본 알고리즘그림 구현 기본 알고리즘그림 구현 기본 알고리즘35 Soft-starting35 Soft-starting35 Soft-starting35 Soft-starting

그림 이 구현된 실제 출력된 파형그림 이 구현된 실제 출력된 파형그림 이 구현된 실제 출력된 파형그림 이 구현된 실제 출력된 파형36 Soft-starting36 Soft-starting36 Soft-starting36 Soft-starting

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진공도 수식 적용진공도 수식 적용진공도 수식 적용진공도 수식 적용4)4)4)4)

아래와 같은 입력 전류 대 진공도 표시 값을 이용하여 수식을 유도하고 이를 프로

그램에 적용한 결과 그림 그림 에서 보듯이 기존에는 진공 게이지와의 오차37, 38

가 크게 발생하였는데 수식에 의한 진공도 값을 최적화 하여 게이지 수준의 진공,

도를 표시 할 수 있도록 구현하였다 그 결과를 그림 에서 나타내었으며 그림. 39 ,

은 표준게이지와 한 결과를 토대로 시험한 펌프별 진공도 대 전류곡선40 calibration

이다.

AD value Pressure[20L/S] Pressure[60L/S]

2.05 5.0E-06 2.5E-06

4.09 1.0E-05 5.0E-06

6.14 1.5E-05 7.5E-06

8.19 2.0E-05 1.0E-05

10.24 2.5E-05 1.3E-05

12.28 3.0E-05 1.5E-05

14.33 3.5E-05 1.8E-05

16.38 4.0E-05 2.0E-05

18.42 4.5E-05 2.3E-05

20.47 5.0E-05 2.5E-05

22.52 5.5E-05 2.8E-05

표 전류 대 진공도표 전류 대 진공도표 전류 대 진공도표 전류 대 진공도9999

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그림 진공도 값그림 진공도 값그림 진공도 값그림 진공도 값37 & AD converter37 & AD converter37 & AD converter37 & AD converter

그림 곡선그림 곡선그림 곡선그림 곡선38 Pressure & Current38 Pressure & Current38 Pressure & Current38 Pressure & Current

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그림 표준게이지와 계측 진공도와의 비교그림 표준게이지와 계측 진공도와의 비교그림 표준게이지와 계측 진공도와의 비교그림 표준게이지와 계측 진공도와의 비교39393939

그림 펌프별 곡선그림 펌프별 곡선그림 펌프별 곡선그림 펌프별 곡선40 Pressure & Current40 Pressure & Current40 Pressure & Current40 Pressure & Current

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이온펌프 제어기의 신뢰성 향상이온펌프 제어기의 신뢰성 향상이온펌프 제어기의 신뢰성 향상이온펌프 제어기의 신뢰성 향상2.2.2.2.

가 이온펌프 제어기의 환경시험가 이온펌프 제어기의 환경시험가 이온펌프 제어기의 환경시험가 이온펌프 제어기의 환경시험....

이온펌프 제어기내의 온도분포이온펌프 제어기내의 온도분포이온펌프 제어기내의 온도분포이온펌프 제어기내의 온도분포1)1)1)1)

이온펌프 제어기에 과부하 저항 를 연결하여 시간에 따른 제어기내의 온도 분[ 7 ]㏀

포를 측정하였다 그림 은 열화상 이미지를 측정하기 위한 시스템 사진으로 온도. 41

변화 -20 ~ 100℃ 까지 변화를 감지할 수 있는 고가의 열화상 이미지 카메라를

가지고 열 변화를 측정한 결과 가장 많은 열을 가지고 있는 부분은 트랜스포머로

나타났다 그림 에서 그림 까지는 과부하시 시간에 따른 제어기내의 열 분포를. 42 45

측정한 결과이며 가장 온도가 많이 올라가는 곳은 트랜스포머로 시간 이상부터 실5

험 경과 시간인 시간 이후가지도8 60℃를 유지하면서 포화되는 현상이 나타났다.

60℃ 정도의 열은 제어기 내의 송품 으로 충분히 냉각할 수 가 있는 정도이며(fan)

그 외에 온도 변화가 심한 곳은 로 약SMPS(switching module power suppy) 45℃

까지 올라간 뒤 포화 되는 것을 확인하였다 이와 같은 정도의 온도에서는 이온펌.

프 제어기가 동작하면서 열 손상에 의해 영향을 받지 않으며 이온펌프 제어기내의

온도분포는 정상적이라는 결론을 내렸다.

- 44 -

그림 열화상 이미지측정을 위한 구성도그림 열화상 이미지측정을 위한 구성도그림 열화상 이미지측정을 위한 구성도그림 열화상 이미지측정을 위한 구성도41414141

그림 시작단계 그림 시간 경과그림 시작단계 그림 시간 경과그림 시작단계 그림 시간 경과그림 시작단계 그림 시간 경과42 43 142 43 142 43 142 43 1

그림 시간 경과 그림 시간 경과그림 시간 경과 그림 시간 경과그림 시간 경과 그림 시간 경과그림 시간 경과 그림 시간 경과44 2 43 544 2 43 544 2 43 544 2 43 5

- 45 -

무부하 온습도 사이클 시험무부하 온습도 사이클 시험무부하 온습도 사이클 시험무부하 온습도 사이클 시험2)2)2)2)

온습도 시험을 하기 위하여 구축한 시스템은 아래 그림 에서 보여주고 있다 온46 .

도변화가 가능하고 동시에 습도변화도 가능한 온습도 챔버를 사용하고 이온펌프, ,

제어기를 무부하 상태로 하여 온습도 사이클 시험을 실시하였다 실험 조건으로는.

국내 원자력 발전소에서 사용하는 제어기에 적용되고 있는 온습도 사이클 규격을

참고자료로 하여 이온펌프 제어기의 온습도 사이클 변화에 대한 시험조건을 도출하

였다 원자력발전소에서 적용되는 규격은 정상상태 온도. ( 25℃ 에서 고온 고습 시험) ,

온도( 60℃ 상대습도 을 위하여 온도 및 습도를 상승 시키는데 최소 시간을, 90%) 4

요구하고 온도와 습도가 상승하여 안정된 상태에서 최소 시간을 유지시킨 후, 48 1

차 시험을 실시하는 것으로 되어있다 고온시험 상태에서 저온 시험 온도. ( 5℃ 상대,

습도 조건까지 최소 시간을 요구하고 저온 시험 조건에서 최소 시간을 유지5%) 4 8

한 후 온도를 정상상태까지 상승 시킨 후 차 시험을 하는 것으로 되어있다 그림2 .

에서 보여주고 있는 이온펌프 제어기의 온습도 사이클 시험 조건은 정상상태 온48

도(25℃ 상대습도 에서 시간 유지하고 시간 동안 고온 시험조건 온도, 40%) 2 4 ( 5

5℃ 상대습도 으로 천이시킨 후 시간 동안 고온 시험조건에서 시간을 유, 70%) 40 40

지하고 난 후 챔버내의 이온펌프 제어기 동작 및 기능시험을 실시했다 동작 및 기.

능 시험을 마친 후 시간 동안 저온 시험조건 온도8 ( 5℃ 상대습도 으로 천이시, 5%)

켜 시간 동안 저온 시험 상태로 유지한 후 챔버내의 이온펌프 제어기 시험에 대하8

여 동작 및 기능 시험을 실시했다 그 이후 시간 정상상태로 천이 시켜 시간 후. 4 2

에 다시 이온펌프 제어기에 대한 동작 및 기능 시험을 하는 순서로 온도 사이클 시

험을 완료하였다 최고 55℃까지 확인하였지만 그 이상의 온도를 테스트 하지 못한,

이유는 60℃부터는 디지털 보드 내의 주파수를 발진시키는 크리스털이 오동작을 일

으켜 제어기 동작이 멈추는 현상이 있어 시험을 중단하였다.

- 46 -

온도를 더 상승하려면 크리스털의 온도 사양을 더 올릴 필요가 있으며 크리스털 대

신 오실레이터를 사용하면 더 높은 온도까지 이온펌프 제어기가 견딜 수 있을 것으

로 판단한다 차로 이온펌프 제어기를 그림 과 같은 조건으로 동작 시켰을 때. 1 48

디스플레이와 통신을 제외한 이온펌프 제어기 시스템에는 이상이 나타LCD RS-232

나지 않았다 디스플레이의 경우 상온 이외의 환경에서 화면이 흘러내리. LCD LCD

거나 화면 전체에서 백화현상이 발생하였고 통신에서는 모니터링 프로그램, RS232

에서 수신 이 발생하여 모니터링 프로그램이 중지되는 현상이 발생되었다time-out .

또한 무부하시 센싱 표시 값이 정상상태에서는 로 표시되는 것이 고온2e-10 Torr

고습 상태 온도( 55℃ 상대습도 에서는 로 표시되어 최대 배까지, 70%) 1e-9 Torr 10

차이가 발생하는 문제점이 있었다.

디스플레이 백화현상의 원인은 서지성 노이즈와 같은 외부 영향에 의하여 그LCD

래픽 가 많은 손상을 받으며 순간적으로 부하에 과전류를 공급하면 노이즈에LCD

의한 영향으로 그래픽 에 백화현상이 발생하는 것으로 분석이 되었다 이와 같LCD .

은 현상을 제거하기 위해서 노이즈를 차단하는 차폐막을 설치하고 그라운드 면적을

넓게 함으로써 문제를 해결하였다 그래픽 를 안정적으로 동작시키기 위해서는. LCD

주기적으로 가 필요한데 프로그램에서 이에 대한 부분이 누락LCD clear firmware

이 되어 있어서 발생하는 문제로 분석이 되었다 의 백화현상을 제거하기 위하. LCD

여 제어 프로그램 루틴에서 루틴을 추가함과 더불어 제어기에LCD LCD clear

을 구현한 후 차 온습도 사이클 시험한 결과 백화현상이 발생하지 않soft-starting 2

음을 확인하였다 통신에서 이 발생하는 문제는 제어기의 클럭 속. RS232 time-out

도를 상향 조정하고 제어기에서 사용하고 있는 의 내부 를 조정하는 프로CPU timer

그램을 수정한 후 이 발생하여 모니터링 프로그램이 정지되는 현상을 개선time-out

할 수 있었다 진공도 표시 값이 배 정도 차이 나는 문제점은 하드웨어를 수정하. 10

여 개선하였으며 이상에서 발생한 문제점들의 원인을 제거한 후 차로 온습도 사이2

클 시험을 실시한 결과 모두 양호한 결과가 나왔다.

- 47 -

이렇게 개선한 결과를 토대로 하여 전자분야 전문 신뢰성 센타가 구축되어 있는 전

자부품연구원 에 고온동작시험 고온 고습 시험 온습도 변화시험 등을 의뢰하(KETI) , ,

여 양호한 결과를 얻었다 전자부품연구원에서 실시한 시험 조건은 그림 와 그림. 49

에 나타내었으며 시험성적서는 첨부하였다50 .

그림 습도 사이클 시험 구성도그림 습도 사이클 시험 구성도그림 습도 사이클 시험 구성도그림 습도 사이클 시험 구성도46464646

- 48 -

그림 원자력 발전소용 제어기 온습도 사이클그림 원자력 발전소용 제어기 온습도 사이클그림 원자력 발전소용 제어기 온습도 사이클그림 원자력 발전소용 제어기 온습도 사이클47474747

그림 온습도 시험 사이클그림 온습도 시험 사이클그림 온습도 시험 사이클그림 온습도 시험 사이클48484848

- 49 -

그림 고온 동작 시험그림 고온 동작 시험그림 고온 동작 시험그림 고온 동작 시험49494949

그림 온습도 변화 시험그림 온습도 변화 시험그림 온습도 변화 시험그림 온습도 변화 시험50505050

- 50 -

나 신뢰성 분석나 신뢰성 분석나 신뢰성 분석나 신뢰성 분석....

미니탭을 이용하여 신뢰성 및 생존분석을 다음과 같이 실시하였다.

구 분 설 명

분포 ID

플롯

최소 극단값 분포 분포 모수 분포 지, Weibull , 3- Weibull ,

수분포 모수 지수분포 정규분포 로그 정규분포 모수, 2- , , , 3-

로그 정규분포 로지스틱 분포 로그 로지스틱 분포 및, , 3-

모수 로그 로지스틱 분포 중 데이터를 가장 잘 적합시키

는 모수적 분포를 결정할 수 있다.

분포 개관

플롯

확률 플롯 확률밀도함수 생존플롯 및 위험플롯을 같은, ,

그래프의 개별영역에 그려서 선택한 분포의 적합성을 평

가한다

모수적

분포분석

적합하다고 판단한 해당분포를 사용하여 백분위수 및 생

존확률을 추정하고 생존 플롯 위험 플롯 및 확률 플롯을,

그려준다.

표 미니탭을 이용한 신뢰성 분석 절차표 미니탭을 이용한 신뢰성 분석 절차표 미니탭을 이용한 신뢰성 분석 절차표 미니탭을 이용한 신뢰성 분석 절차10101010

분포 플롯분포 플롯분포 플롯분포 플롯1) ID1) ID1) ID1) ID

분포 플롯에서는 최소 극단값 분포 분포 모수 분포 지수분ID , Weibull , 3- Weibull ,

포 모수 지수분포 정규분포 로그 정규 분포 모수 로그 정규분포 로지스틱, 2- , , , 3- ,

분포 로그 로지스틱 분포 및 모수 로그 로지스틱 분포 중 데이터를 가장 잘 적, 3-

합시킬 수 있는 모수적 분포를 결정할 수 있다 임의 중도절단 데이터에 대하여 모.

수적 분포 분석 및 완전 분석을 실시하고 분포를 선택하기 위하여 분포 플롯을ID

실시하였다.

- 51 -

가 분포의 적합성)

미니탭에서는 두 가지 적합도 통계량을 표시하여 분포의 적합성을 비교할 수 있다.

Anderson-Darling①

통계량은 최대 우도 및 최소 제곱 추정 방법에 사용되며Anderson-Darling

통계량은 확률 플롯에서 적합선으로부터 플롯 점이 떨어진 정도Anderson-Darling

를 측정할 수 있다 통계량은 플롯 점에서 적합선까지의 가중 제곱 거리로 분포의.

꼬리에서 보다 큰 가중치를 갖는데 미니탭에서는 다른 플롯 점 방법이 사용될 경,

우 통계량이 변하기 때문에 수정된 통계량을 사용한다Anderson-Darl ing .

통계량이 작을수록 분포가 데이터에 적합하다는 것을 의미한다Anderson-Darling .

상관계수Pearson②

상관계수는 최소 제곱 추정 방법에 사용되며 확률 플롯의 및 변수 사Pearson X Y

이의 선형관계에 대한 강도를 측정할 수 있다 상관계수의 범위는 사이이며. 0 ~ 1

값이 클수록 분포가 데이터에 적합하다는 것을 나타낸다.

미니탭에서의 적합성 검정 결과③

통계량이 작을수록 분포가 데이터에 적합하다는 것을 의미하고Anderson-Darling

상관계수는 클수록 분포가 데이터에 적합하다는 것을 나타내므로 이 두Pearson

가지의 통계량을 이용하여 적합 검정 방법을 고려했을 때 측정된 데이터는 Weibull

분포가 가장 적합한 것으로 판단되었다 표 에서 적합성 검정 결과를 나타내었으. 9

며 이와 관련된 분포에 대한 확률도를 그림 그림 및 그림 에 나타내었다51, 52 53 .

- 52 -

분 포 수정Anderson-Darling( ) 상관계수

분포Weibull 0.768 0.991

대수 정규 분포 0.923 0.990

지수 분포 2.034 *

로그 로지스틱 분포 0.931 0.987

모수 분포3- Weibull 0.768 0.991

모수 대수 정규 분포3- 0.823 0.992

모수 지수 분포2- 2.034 *

모수 로그 로지스틱 분포3- 0.798 0.991

최소 극단값 분포 0.900 0.935

정규 분포 0.754 0.974

로지스틱 분포 0.732 0.977

표 적합성 검정 결과표 적합성 검정 결과표 적합성 검정 결과표 적합성 검정 결과11111111

나 분포 플롯 결과나 분포 플롯 결과나 분포 플롯 결과나 분포 플롯 결과) ID) ID) ID) ID

그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확률률률률도도도도51 (1)51 (1)51 (1)51 (1)

- 53 -

그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확률률률률도도도도52 (2)52 (2)52 (2)52 (2)

그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확그림 미니탭을 이용한 분포에 대한 확률률률률도도도도53 (3)53 (3)53 (3)53 (3)

- 54 -

분포 개관 플롯2)

분포 개관 플롯에서는 확률 플롯 확률밀도함수 생존플롯 및 위험플롯을 같은 그래, ,

프의 개별영역에 그려서 선택한 분포의 적합성을 평가할 수 있다 적합성 검정 결.

과 선택한 분포는 분포 이며 에서 확률변수 가 척도모수Weibull Weibull T (Scale

형상모수 을 갖는 와이블 분포를 따른다고 하Parameter) , (Shape Parameter) mη

면 로 표현이 된다 또한 분포에 따르는 각 함수의 수식은T ~weib( , m) . Weibullη

다음과 같다.

확률밀도함수○

분포함수○

신뢰도함수○

의 평균과 분산T○

백분위수100 p%○ ⨉

- 55 -

고장률 함수○

누적 고장률 함수○

그림 분포그림 분포그림 분포그림 분포 함함함함수수수수54545454 WWWWeibulleibulleibulleibull

그림 의 분포 함수에서 이면 고장률 함수 이 되어 지수분포54 Weibull m=1 h(t)=1

와 같이 고장률이 에 관계없이 일정하게 되며 이면 가 에 대하여 단조 증t , m>1 h(t) t

가하는 함수가 되며 이면 가 에 대하여 단조 감소하는 함수가 되는 성질, m<1 h(t) t

을 가지고 있다 측정된 데이터에서 형상모수인 이므로 고장률 함수. m=1.72530

는 단조 증가하는 함수를 가지고 있다고 판단할 수 있다 이에 대한 결과를 그h(t) .

림 에 나타내었다55 .

- 56 -

그림 분포 개관 그림그림 분포 개관 그림그림 분포 개관 그림그림 분포 개관 그림55555555 WWWWeibulleibulleibulleibull

모수적 분포분석모수적 분포분석모수적 분포분석모수적 분포분석3)3)3)3)

모수적 분포분석에서는 적합하다고 판단한 해당분포를 사용하여 백분위수 및 생존

확률을 추정하고 생존 플롯 위험 플롯 및 확률 플롯을 구할 수 있다 시간대별로, .

총 개의 고장난 데이터를 근거로 하여 최소 제곱 추정법에 의하여 고장 수명을20

분석하였다 모수의 분포는 적합성 검정에서 수정된. Anderson-Darling( ) = 0.768,

상관 계수 로 분포로 나타났으며 형상모수 이고 척도= 0.991 Weibull m=1.72530

모수 이다 그러므로 고장률 함수는=12830.2 .η

이 되며 고장률에 대한 플롯을 그림 에 나타내었다 분포 특성에서, 59 . MTTF =

시간 백분위수의 수명은 시간 또한 시간 생존확률은11,436 , B10 3,841 , 10,000

로 분석이 되었으며 자세한 결과는 다음과 같다52% .

- 57 -

○ 관측 중단 정보 카운트

구간 관측 중단된 값 20

○ 추정 방법 최소 제곱 순위 에 대한 고장 수명: ( (Y) (X))

○ 분포 분포: Weibull

○ 모수 추정치

로그 우도 = -39.334○

적합도○

수정된- Anderson-Darling( ) = 0.768

상관 계수- = 0.991

분포의 특성○

- 58 -

백분위수 표○

- 59 -

생존 확률 표○

그림 분포그림 분포그림 분포그림 분포해해해해석 시간에 대한 확석 시간에 대한 확석 시간에 대한 확석 시간에 대한 확률률률률도 분석도 분석도 분석도 분석56 -56 -56 -56 -

- 60 -

그림 분포그림 분포그림 분포그림 분포해해해해석 시간에 대한 모수 생존 분석석 시간에 대한 모수 생존 분석석 시간에 대한 모수 생존 분석석 시간에 대한 모수 생존 분석57 -57 -57 -57 -

그림 분포그림 분포그림 분포그림 분포해해해해석 시간에 대한 모수석 시간에 대한 모수석 시간에 대한 모수석 시간에 대한 모수 누누누누적 고장 분석적 고장 분석적 고장 분석적 고장 분석58 -58 -58 -58 -

- 61 -

그림 분포그림 분포그림 분포그림 분포해해해해석 시간에 대한 모수 위험 분석석 시간에 대한 모수 위험 분석석 시간에 대한 모수 위험 분석석 시간에 대한 모수 위험 분석59 -59 -59 -59 -

- 62 -

다 이온펌프 제어기의 진동 및 시험다 이온펌프 제어기의 진동 및 시험다 이온펌프 제어기의 진동 및 시험다 이온펌프 제어기의 진동 및 시험. EMI/EMC. EMI/EMC. EMI/EMC. EMI/EMC

기존 제품인 모델에 대한 문제점을 분석하고 새로운 제품의 이온펌프 제VIPC4200

어기 에서는 기존 제품의 문제점을 보완하여 적용하고자 진동 및VIPC1000

시험을 전문 실험기관인 에스테크에 의뢰하여 시험을 하였다EMl/EMC .

정전기 방전 내성시험정전기 방전 내성시험정전기 방전 내성시험정전기 방전 내성시험1)1)1)1)

정전기 방전 내성시험을 하기위한 측정설비는 정전기 발생기 모델명( : PESD-1600,

제조사 를 이용하였으며 시험조건에서 방전간격은 초에 회 방전 임피던Haefely) 1 1 ,

스는 이며 방전종류는 직접방전인 경우에는 기중방전과 접촉방330ohm, 150pF ,

전 간접방전인 경우에는 수평 결합면 수직 결합면이다 방전회수는 인가부위당, , . 50

회 이상이며 성능평가기준은 로 하였다 방전전압에 대한 조건은 표 과 같다B . 10 .

구분직접방전 간접방전

접촉방전 기중방전 수평결합면 수직결합면

인가전압

± 2kV ± 2kV ± 2kV ± 2kV

± 4kV ± 4kV ± 4kV ± 4kV

- ± 8kV - -

표 방전시험의 인가전압표 방전시험의 인가전압표 방전시험의 인가전압표 방전시험의 인가전압12121212

시험방법은 전자파 보호시험방법 전파연구소 고시 제 호에 의거 하여 실2005-132

시하였으며 공통조건으로는 첫 번째 수 검기기와 실험실 또는 기타 금속물 간의,

거리는 이상 격리 하여야 하며 두 번째로는 발생기의 방전 귀환로 케이블은 약1m

의 길이로서 기준 접지면에 접속하며 여분의 길이는 가능한 기준 접지면에 유2m ,

도되지 않도록 하거나 도전부로부터 이상 격리하여야 한다0.2m .

- 63 -

세 번째는 휴대하거나 책상우하는 기기는 기준 접지면 위의 높이의 비전도성0.8m

시험대 위에 설치하며 바닥 설치형 기기는 기준 접지면 위에 두께의 절연 받0.Im

침대를 설치하고 받침대 위에 수검기기와 케이블을 설치하여야한다 정전기 방전.

인가부위는 그림 에 나타내었고 시험결과는 적합으로 나타났으며60, 61, 62, 63 ,

인가부위별 결과는 그림 와 같다64 .

그림 전그림 전그림 전그림 전면면면면 정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위60606060

그림그림그림그림 우우우우측측측측면면면면 정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위61616161

- 64 -

그림그림그림그림 뒷면뒷면뒷면뒷면 정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위62626262

그림그림그림그림 좌좌좌좌측측측측면면면면 정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위정전기 인가부위63636363

그림 정전기 방전 내성 시험 장그림 정전기 방전 내성 시험 장그림 정전기 방전 내성 시험 장그림 정전기 방전 내성 시험 장면면면면64646464

- 65 -

그림 인가부위별 시험결과그림 인가부위별 시험결과그림 인가부위별 시험결과그림 인가부위별 시험결과65656565

전기적전기적전기적전기적 빠른빠른빠른빠른 과도현상 내성시험과도현상 내성시험과도현상 내성시험과도현상 내성시험2)2)2)2)

측정에 사용된 장비는 모델명 제조사EFT Simulator( : PEFT-JUNIOR, :

모델명 제조사Haefely),Best EMC Instrument( : Best EMC V2.7, : Schaffner),

모델명 제조사 이며 시험조건은 표 에Coupling Clamp( : 093506-1, : Haefely) 11

나타내었다 시험방법은 전자파 보호 시험방법 전파연구소 고시 제 호에. 2005-132

의거하여 실시하였으며 공통적인 조건은 다음과 같다.

○ 기준 접지면은 구검기기의 각 경계로부터 이상 넓어야 하며 최소 가로0.1m 2m

세로 이상의 크기로서 보호접지에 연결이 되어야 한다x 2m .

- 66 -

○ 수검기기는 수검기기 하단의 위치에 기준 접지면을 제외한 모든 다른 금속 구조

물로부터 최소 이상 떨어져야한다0.5m .

○ 수검기기는 취급설명서에 따라 접지 시스템에 연결하고 추가적인 접지는 연결하

지 않는다.

○ 결합 클램프의 결합판은 결합 클램프 하단부에 위치한 기준 접지면을 제외한 모

든 다른 금속 구조물로부터 최소 이상 떨어져야 한다0.5m .

○ 수검기기와 결합소자 사이의 신호선 및 전원선의 길이는 이하로 한다 다0.5m .

만 전원선이 이상일 때에는 전원선의 초과 길이를 기준 접지면에 거리0.5m 0.1m

를 두고 직경 의 코일형태로 모아야 한다0.4m .

항 목 시험조건

인가전압 및 극성

입출력 교류전원 단자 : ± 2kV

입출력 직류전원 단자 : ± 2kV

신호선 및 통신단자 : ± 0.5kV

임펄스 반복률 5kHz

임펄스 상승시간 5ns ±30%

임펄스 주기 50ns ±30%

버스트 지속시간 15ms ±20%

버스트 주기 300ms ±20%

인가시간 분 이상1

인가방법입력 교류전원 단자와 결합 감결합 회로망/

입력 교류전원 단자와 용량성 결합 클램프

성능 평가 기준 B

표 전기적표 전기적표 전기적표 전기적 빠른빠른빠른빠른 과도현상 내성시험을 위한 시험조과도현상 내성시험을 위한 시험조과도현상 내성시험을 위한 시험조과도현상 내성시험을 위한 시험조건건건건13131313

시험결과는 의 이상 현상이 발생하였으나 인가 후 정상적으로 동LCD dot display

작하여 적합으로 나타났다.

- 67 -

표 전기적표 전기적표 전기적표 전기적 빠른빠른빠른빠른 과도현상 내성시험 결과과도현상 내성시험 결과과도현상 내성시험 결과과도현상 내성시험 결과14141414

그림 전기적그림 전기적그림 전기적그림 전기적 빠른빠른빠른빠른 과도과도과도과도응답응답응답응답 내성시험 장내성시험 장내성시험 장내성시험 장면면면면66666666

서지 내성시험3)

측정에 사용한 장비는 모델명 듳 제조사Surge Simulator( : Best V2.7 :

제조사 제조사 을 사용Schaffner), CDN 117( : Schaffner), CDN 118( : Schaffner)

하였으며 시험조건은 표 에 나타내었다 시험방법은 전자파 보호 시험방법 전파13 .

연구소 고시 제 호에 의거하여 실시하였으며 공통적인 조건은 다음과 같2005-132

다.

- 68 -

○ 서지는 제로 크로스상과 교류전압파형 정 및 부 의 최대값에서 전압위상에 동기( )

되도록 인가한다.

○ 서지는 선과 선간 및 선과 접지간에 인가되어야 한다 선과 접지간 시험인 경우.

에 특별한 조건이 없는 한 시험전압은 각각의 선과 접지간에 연속적으로 인가되어

야 한다.

○ 시험절차는 시험품의 비선형 전류 전압특성을 고려하여 단계적으로 전압을 상승-

시키며 시험하여야 한다.

항 목 시험조건

서지전압

입력 교류전원 단자 선 선- : ± 1kV

선 접지- : ± 2 kV

입력 직류전원 단자 선 접지- : ± 0.5kV

신호선 및 통신단자 선 접지- : ± 1kV

개방회로 전압파형 1.2/50us

단락회로 전류파형 8/20 us

인가회수 각 회5

위상 0 입력 교류전원 단자°, 90°, 180°, 270° ( )

극성 +/-

반복률 회 분1 /1

성능 평가 기준 B

표 서지 내성시험을 위한 시험조표 서지 내성시험을 위한 시험조표 서지 내성시험을 위한 시험조표 서지 내성시험을 위한 시험조건건건건15151515

시험결과는 적합으로 나타났으며 표 와 같다14 .

표 서지 내성시험 결과표 서지 내성시험 결과표 서지 내성시험 결과표 서지 내성시험 결과16161616

- 69 -

제 장 연구개발 목표 달성도제 장 연구개발 목표 달성도제 장 연구개발 목표 달성도제 장 연구개발 목표 달성도3333

본 과제에서는 이온펌프 제어기를 제작하여 기능 및 환경을 포함하는 신뢰성 시험

과 이에 대한 분석을 실시하였다 이온펌프가 초고진공도에 도달할 경우 부하의 상.

태는 거의 무한대의 임피던스를 가지고 있으며 이에 대한 전류를 측정하였으며 안, ,

정적인 고전압을 공급하기 위해 배전압 회로를 재구성하였다 이에 대한 최종 시험.

결과 출력이 양호한 상태로 나타났으며 시제작품에 대하여 전반적으로 종합하여 시

험한 결과 양호한 것으로 판단되어 본 연구과제의 결과물을 철저히 생산 공정에 반

영할 예정이다.

○ 기존 시스템은 형 트랜스포머를 사용하여 서지 노이즈가 디지털 보드에Leakage

영향을 주어 디스플레이나 센싱 회로에 손상을 미칠 정도로 굉장히 신뢰성에 영향

을 많이 주었는데 알고리즘을 구현하여 안정적인 고전압을 공급함으soft-starting

로써 고압보드의 손상과 센싱 보드의 손상을 최소화하였다 미세 전류를 계측하기

위하여 를 적용함으로써 수 의 전류를 계측할 수 있어 게이지 수준log amplifier nA

의 진공도를 표시할 수 있도록 설계 및 적용하였다.

○ 초고진공도에 도달한 챔버의 진공도를 정확하게 읽기위해서 이온 펌프 제어기가

고압을 인가할 경우 이에 유기 되는 전류를 측정하였다 외부 와 자체 발생하. noise

는 고주파를 효과적으로 차단하기 위해 여러 가지 차단회로를 적용하였으며 이에,

대한 결과는 양호한 상태이다.

○ 본 과제를 통하여 신뢰성 강화를 위한 제품 관리 체계를 표 와 표 과 같이15 16

구축할 수 있었다.

- 70 -

기대효과기대효과기대효과기대효과1.1.1.1.

가 기술적 측가 기술적 측가 기술적 측가 기술적 측면면면면....

○ 기존 외국 선진제품인 퍼키넬마 대비 기술 및Varian, , Balzas, Granville Phillips

가격 측면에서 비교 우위 선점

○ 고기능 저가격의 진공 측정용 인터페이스 모니터링 기술 개발WEB /

○ 저가격의 진공 측정용 고압 모듈 국산화 개발POWER

○ 이온 및 측정 장치 기술 경쟁력 확보Chamber

○ 초고진공을 필요로 하는 진공시스템에 필수적인 진공 이온 펌프제어기를 진공

게이지 수준의 정밀도와 신뢰성을 선진국 수준이상으로 향상

○ 신뢰가 입증된 전문기관의 적극적인 참여로 정보공유 및 기술 권설팅 제공으로

기업의 지속적인 신뢰성 향상 유도

○ 국산 부품 소재의 시장진입 촉진 부품 소재의 고급화 부품 소재원천기술의, ,⦁ ⦁ ⦁

향상을 통한 세계 초인류제품 실현

나 경제 산업적 측나 경제 산업적 측나 경제 산업적 측나 경제 산업적 측면면면면.... ····

○ 전면부 그래픽 채택 및 채널 이온펌프 제어기 생산으로 선진국 제품대비LCD 2

기술과 가격경쟁력을 원천적 차별화하여 국내수입 대체 확대와 선진국 역수출 가능

○ 부품 소재에 대한 성능 품질 수명 등의 신뢰성을 입증하여 해외 시장 진입 시, , ,

효과적인 마케팅과 국내의 수입대체 효과 기대

○ 법에 따라 소비자와의 분쟁에 대한 효과적인 대응이 가능 하며 이에 따른 소PL ,

비자의 만족도 및 국가브랜드 상승효과 기대

○ 기술 경쟁력 확보로 수출을 통한 매출 및 이익 증대

- 71 -

활용 계획 및 방안활용 계획 및 방안활용 계획 및 방안활용 계획 및 방안2.2.2.2.

○ 가속기 및 반도체 분야에서 진공도를 요구하는 분야에 활용

○ 포항 가속기 연구소 빔 라인 대학 및 연구소 분석실에 활용,

구분 추진항목 추진방법 및 내용

기 획

신뢰성 목표설정

방침1. TOP

신뢰성요구명확화2.

고객의 요구사항 파악-

자사 타사 기술 및 신뢰성 정보 수집- ,

신뢰성 목표 설정3.

신뢰성 지표-

수명. MTBF, B10 ,

고장률.

신뢰성설계정보수집4.

신뢰성 정보 수집-

환경 시장 정보. /

기술 개발 정보. /

연구⧸개발⧸설계

신뢰성 설계

설계 조건의 명확화5. 품질 기능 전개-

기본 설계6.

신뢰성 구조도-

설계 원칙-

신뢰성 설계-

신뢰성 배분-

상세 설계7.

설계- Worst Case

부품단순화-

열화설계- Parameter

점검 조정 교환 쉽게- , , ,

부품의 호환성-

신뢰성 예측8.

고장률 수명 예측- MTBF, , B10

- FMEA/FTA

신뢰성 실험 설계 및 시험-

신뢰성 설계 완료9.제품 시스템 설계-

제품 설계- Parameter

표 신뢰성표 신뢰성표 신뢰성표 신뢰성 강강강강화를 위한 제품 관리 체계화를 위한 제품 관리 체계화를 위한 제품 관리 체계화를 위한 제품 관리 체계17 (1)17 (1)17 (1)17 (1)

- 72 -

구분 추진항목 추진방법 및 내용

연구

/

개발

/

설계

시

험

평

가

신뢰성 시험 계획10.

시험방법 결정-

시험조건 시료수 시험기간. . .

신뢰성 측정지 정밀도- ( )

신뢰성 시험11.

현지시험 실용 시장 시험- : /

공장 시험-

파괴 시험 가속 비가속시험. : /

비파괴 시험 동작 환경시험. : /

방치 시험 스크린 시험- /

시험 해석 평가12. /신뢰성 데이터 해석-

고장 양품 해석- /

제

조

생

산

준

비

제조 신뢰성 설계13.공정 실험 계획법 실시-

설계 설계. Parameter , Tolerance

공정14. FMEA

부품 공정별- FMEA

부품별 가공별 공정능력 평가- ,

공정도 활용- QC

신뢰성 시험 평가15. / - Aging/Screening

확률지 해석- Weibull

생

산

생산시작16.평가- QA System

공정능력 관리-

출하 품질 평가17.

판매

S

V

C

판매18. 처리 및 신뢰성 데이터 수집- Claim

사용19.고장수리 시장현황 보고서 정보화- /

개선과제 도출-

표 신뢰성표 신뢰성표 신뢰성표 신뢰성 강강강강화를 위한 제품 관리 체계화를 위한 제품 관리 체계화를 위한 제품 관리 체계화를 위한 제품 관리 체계18 (2)18 (2)18 (2)18 (2)