올바른 인클로저를 통해 전자 프로젝트의 안전성과 내후성을 장기간 유지

DIY 또는 프로토타입 프로젝트 설계자가 전자 기기를 배치한 후 적절한 인클로저를 찾는 것을 맨 마지막으로 미루는 경우가 많습니다. 실내에서 책상 위나 벽면에 장착하여 일시적으로 사용하려는 경우에는 이렇게 하는 것이 합리적일 수도 있습니다. 하지만 실외에서 장기간 사용하는 프로젝트의 경우 악천후에 빠르게 영향받거나 악의적인 변조 또는 쓸데없는 호기심에 의해 의도적이든 의도적이지 않든 손상됩니다.

사용 가능한 소재를 사용하여 적절한 인클로저를 만드는 것은 어렵습니다. 기성 인클로저는 견고성 요구 사항을 충족할 수 있지만, 크기가 딱 맞지 않고, 변조에 매우 취약하고, 미적인 면이 취약할 수 있습니다. 가정이나 상업용 건물의 외부에 설치하려는 경우 마지막 두 가지 요인은 문제가 될 수 있습니다.

소형 전자 프로젝트 하우징 또는 인클로저를 외부에 배치할 경우 전자 기기를 악천후로부터 효과적으로 차단할 수 있는 공식 IP-68 인증 폴리카보네이트 인클로저 라인을 선택하는 것이 좋습니다.

이 기사에서는 비, 극한 온도, 태양광이 전자 시스템과 인클로저에 미치는 영향을 살펴봅니다. 그런 다음 IP-68 보호의 의미를 설명하고 물리적 요구 사항과 미적 요구 사항을 모두 충족하는 개스킷이 연결된 Hammond Manufacturing의 인클로저를 소개합니다.

전자 기기 인클로저가 환경 보호 기능을 제공해야 하는 이유

실외에서 사용되는 전자 시스템은 고온, 저온, 직사광선(특히, 자외선(UV)), 진동, 물리적 변조로 인해 쉽게 열화됩니다. 또한 다양한 전기 및 전자기 잡음 요소가 작용합니다. 설계자는 적절한 회로 설계, 부품 부하 경감 및 열 관리 기술(예: 방열판, 팬)을 사용하거나 전체 전력 소비를 최소화하여 극한 온도를 고려할 수 있습니다. 진동 아이솔레이터에 pc 기판을 실장하여 진동을 고려하고, 필터, 초크 및 적절한 접지 기술을 사용하여 전기 및 RF 잡음을 완화할 수 있습니다.

하지만 습기와 습도는 특히 치명적입니다. 습기가 시스템에 유입되면 습도가 높아져서 응결되고 시간이 지나면서 반도체 부동태화층, 납땜 부위 및 물리적 연결부가 부식되며 최종적으로 열화합니다. 인클로저를 닫기 전에 유입되는 먼지, 이물질과 같은 오염 물질과 결합되면 피해가 배가됩니다. 습도는 전기 화학, 전기, 양극, 음극 등 다양한 방식으로 부품에 영향을 미칩니다. 정도의 차이는 있지만 모두가 전자 기기의 신뢰성에 위험을 야기합니다(그림 1).

그림 1: 습기 및 습도가 전자 부품, 기판 및 상호 연결에 미치는 피해는 시간이 지날수록 커질 수 있습니다. (이미지 출처: PCFixit.au)

중요 부품에 에폭시 또는 젤을 도포하는 등과 같은 기술을 통해 습기 유입 효과를 완화할 수 있습니다. 대량 생산 시스템의 경우 20미크론 ~ 50미크론의 컨포멀 코팅(극한의 경우 최대 100미크론)을 전체 pc 기판에 도포하면 좋은 해결책이 될 수 있습니다. 하지만 DIP 스위치, 가변 저항기, 배터리 홀더와 같은 일부 부품에는 그런 코팅을 적용할 수 없습니다. 또한 트레이스 및 연결부가 부식에 노출되는 가장자리(가장자리 얼룩)에는 컨포멀 코팅을 적용할 수 없습니다.

습기의 전체적인 효과는 열 및 상대 습도에 따라 달라집니다. 실외 장비에 대한 전체 습기 및 습도 테스트 지침은 ETSI EN 300 019-1-4 V2.2.1(2014-04) “Environmental Engineering (EE); Environmental conditions and environmental tests for telecommunications equipment; Part 1-4: Classification of environmental conditions; Stationary use at non-weatherprotected locations”를 참조하십시오.

이 자료는 애호가를 위한 유용한 테스트 가이드이며 전문가에게도 필수적입니다. 이 가이드에서는 장치에 발생할 수 있는 다양한 조건을 지진, 충격, 태양 복사, 온도로 분류합니다. 더 나아가 환경 클래스를 물, 강수, 곰팡이 성장, 동물 공격(예: 흰개미), 공기 중 염분으로 세분화합니다. 또한 직접적인 관련이 있고 습도의 중요성을 강조하는 몇 가지 유용한 용어가 있습니다.

• 절대 습도: 공기/수증기 중 습기 내에서 건조한 공기 1입방미터와 연결되는 수증기의 질량(g)
• 기상 보호되지 않는 위치: 장비가 직접적인 기후 영향으로부터 보호되지 않는 위치
• 상대 습도: 주어진 온도에서 포화 공기 내 수증기의 부분 압력에 대한 동일 온도의 습한 공기 내 수증기의 부분 압력의 비율
• 고정 사용: 구조 또는 실장 장치에 장비를 단단히 실장하거나 특정 사이트에 영구적으로 배치한 상태로 사용하는 것

하지만 설계자의 경우 예방이 치료보다 항상 더 효과적입니다. 이 점이 국제 보호(IP) 등급 IP-68이 주목받는 이유입니다.

IP-68이란?

침투 보호라고도 하는 IP 코드는 EN 60529에서 유래하며 먼저 및 습기와 관련하여 제공되는 보호 정도를 나타내는 두 자리 숫자를 할당합니다(그림 2). 이 할당은 단단한 물체(예: 손가락, 손), 먼지, 물 등의 유입에 대해 제공되는 보호 수준을 분류합니다. 목표는 “방수”와 같이 모호하고 주관적인 용어를 명확히 하는 것입니다.

IP 뒤 첫 번째 숫자는 고체에 적용되고 두 번째 숫자는 액체에 적용됩니다. 따라서 IP-68의 경우 먼지(6) 및 장기간 물 분사기 사용 또는 가압 상태 침수(8)로부터 완벽히 보호되는 경우 시스템이 규정을 준수하는 것입니다.

그림 2: IP 코드는 먼지(왼쪽) 및 습기(오른쪽)에 대한 시스템의 보호 수준을 나타내는 숫자를 할당합니다. (이미지 출처: focusondrives.com)

IP-68 요구 사항을 충족하는 방법

IP-68 인클로저를 처음부터 설계해도 되지만, Hammond Manufacturing과 같은 기업에서 기초 작업을 이미 수행한 경우 다시할 필요는 없습니다. 열악한 환경을 위한 1557 계열 인클로저는 IP-68 요구 사항을 충족하기 위해 UV 안정화된 폴리카보네이트 소재로 설계되었으며, 검은색과 연한 회색의 두 가지 색상으로 “부드러운” 곡선이 조화된 “세련된” 외관을 제공하여 미적으로도 우수합니다(그림 3).

그림 3: 1557 계열 인클로저는 다양한 실장 옵션을 제공하면서 IP-68 요구 사항과 설계 미학을 모두 수용합니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

1557 계열은 가연성 등급이 UL94-5VA이며 고온, UL 등재 실리콘 개스킷, 모델 1557BGASKET과 함께 2-피스 은촉붙임(tongue-and-groove) 구조를 사용하여 먼지, 오일 및 물 유입으로부터 보호합니다(그림 4).

그림 4: 1557BGASKET은 UL 등재 실리콘으로 제작되며 1557 인클로저가 IP-68 규정을 준수하도록 도와줍니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

덮개는 M4 스테인리스강 기계 나사, 모델 SC576-50으로 고정됩니다(그림 5). 설계 시제품 제작 단계 등에서 조립과 분해를 반복할 수 있도록 내식성 부싱에 나사를 끼워서 고정합니다.

그림 5: 조립과 분해를 반복할 수 있도록 모델 SC576-50 M4 기계 나사를 내식성 부싱에 끼워서 고정합니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

1557 계열은 응용 분야의 다양한 요건을 충족하도록 다양한 크기로 제공되며, 유연한 배치를 위해 pc 기판을 포함한 다양한 실장 옵션을 제공합니다. 크기는 각각 두 가지 높이의 네 기본 계획 크기를 기반으로 합니다. 크기는 다음과 같습니다.

• 평면도: 80mm x 80mm, 높이: 45mm, 60mm
• 평면도: 120mm x 120mm, 160mm x 160mm, 200mm x 200mm, 높이: 45mm, 70mm

실장 옵션은 그림 3과 같습니다.

• 고강도, 벽면 실장(실장 다리 바깥 방향)
• 매립형 벽면 실장(실장 다리가 키홀 슬롯 역할)
• 데스크톱/테이블톱(고무 받침 포함)

옵션마다 강조하는 부위가 명확합니다. 고강도 벽면 실장 모델에는 인클로저 후면에 단단히 고정되는 2개 또는 4개의 벽면 실장용 탭 세트가 있습니다. 인클로저 가장자리 밖으로 탭이 돌출되어 있어서 소유한 하드웨어를 사용하여 인클로저를 벽에 견고하게 고정시킬 수 있습니다. 보안이 중요하고 설치가 영구적인 응용 분야에 이상적입니다.

매립형 실장 모델에서는 동일한 벽면 실장 탭을 사용하지만 탭을 뒤집어 인클로저 후면의 공동 주위와 내부에 설치합니다. 이 구성에서는 탭이 키홀 슬롯 역할을 하여 세련된 매립형 실장 외관을 연출할 수 있습니다. 이 구성은 또한 인클로저를 벽에 임시로 부착하는 응용 분야에도 이상적입니다.

각 인클로저에는 데스크톱/테이블톱 모드에 사용할 수 있는 4개의 접착 고무 받침이 있습니다. 이 모드에서는 벽면 실장용 탭을 사용하지 않고 고무 받침을 각 코너에 배치합니다. 각 코너에는 받침을 적절하게 배치할 수 있는 크기로 낮은 높이를 유지하며 받침을 단단히 고정할 수 있는 오목한 공간이 있습니다. 필요한 경우 추가 고무 받침, 모델 1421T6CL을 주문할 수 있습니다.

액체 밀폐 코드 그립/케이블 글랜드 및 폴 실장용 키트를 비롯한 부속품이 인클로저와 함께 제공됩니다.

결론

대부분의 개발 작업에서는 전자 기기의 설계에 초점을 맞추어서, 설계자가 실외 응용 분야에 적합한 인클로저를 선택하는 것의 중요성을 과소평가할 정도입니다. 적절하게 보호되지 않는다면 습도, 극한 온도, 먼지, 오일 및 기타 오염 물질이 결합되어 설계의 전기 및 구조 무결성을 훼손할 수 있습니다.

하지만 그런 인클로저를 설계하는 것은 어렵습니다. 설계자는 IP-68 요구 사항을 충족하는 기성 인클로저를 선택하여 설계를 신속하게 출시함으로써 확장된 실외 사용 과제를 해결할 수 있습니다.