인클로저 재료의 장단점 비교하기

인클로저는 다양한 스타일, 크기, 모양으로 제공되지만 신제품을 소싱할 경우 가장 먼저 고려해야 할 사항은 인클로저의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 요소인 재료입니다. 전기 및 전자 조립품을 계획, 소싱, 유지하려면 일반적인 재료에 대해 잘 알고 있어야 합니다.

인클로저 재료는 크게 금속 및 비금속 종류로 나눌 수 있습니다.

비금속

대부분의 비금속 인클로저는 플라스틱(일반적으로 ABS 또는 폴리카보네이트)으로 만들어지지만 이 범주에는 유리 섬유도 포함됩니다.

비금속은 무선 주파수(RF) 전파가 투과할 수 있어 신호를 쉽게 송수신해야 하는 무선 통신 장치에 적합합니다. 하지만 전자파 장해(EMI) 및 무선 주파수 전파 방해(RFI)로부터 장치를 보호해야 하는 경우에는 이러한 특징이 오히려 해로울 수 있습니다.

ABS

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)은 가공과 성형이 쉬운 저비용 열가소성 플라스틱입니다. ABS는 실내용으로 선호되는 플라스틱으로, 상대적으로 경제적이면서도 우수한 내충격성, 내열성, 다목적성을 제공합니다. 범용 ABS(GPABS)가 가장 경제적인 유형이지만, 중간 수준의 난연성(UL 94V-0)을 제공하는 난연 ABS(FRABS)도 사용할 수 있습니다.

ABS 인클로저는 검은색, 회색 또는 흰색인 경우가 많지만 노란색, 빨간색, 파란색과 같은 다채로운 색상도 드물지 않습니다. ABS는 가공과 수정이 쉽습니다. 안타깝게도 충격이 심한 제품에는 적합하지 않으며 투명하게 만드는 것도 어렵습니다.

그림 1: Hammond의 1551MINI 계열 ABS 플라스틱 인클로저 ABS로는 완전히 투명하게 만들 없으므로 '반투명' ABS가 일반적입니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

폴리카보네이트

폴리카보네이트는 플라스틱 업계에서 가장 인기 있는 재료입니다. 뛰어난 내충격성, 폭넓은 작동 온도 범위, UV 손상 내성을 갖춘 폴리카보네이트는 실외 사용이 잦거나, 충격이 심한 제품 및 해양 응용 분야에 적합한 플라스틱입니다. UV 안정화 폴리카보네이트는 햇빛 노출로 인한 변색과 부서짐에 대한 내성이 뛰어나며 기본적으로 투명합니다. 따라서 안경 렌즈, 경주용 자동차 앞 유리, 고품질 인클로저와 같은 제품에 자주 사용됩니다. 폴리카보네이트는 난연성 등급이 높습니다. 예상대로, 폴리카보네이트는 이런 특징 때문에 ABS보다 경제성이 떨어지는 옵션입니다. 프로젝트 초기에는 특히 그렇습니다. 하지만 열악한 환경에서도 수명이 길어 장기적으로는 비용을 절감할 수 있습니다.

그림 2: Hammond의 1591T 계열 투명 폴리카보네이트 플라스틱 인클로저 (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

유리 섬유

유리 섬유 강화 폴리에스테르(FRP 또는 GRP)는 유리 섬유로 강화된 폴리에스테르 플라스틱으로 구성되어 있습니다. FRP는 폴리카보네이트와 마찬가지로 내충격성이 우수하고 작동 온도 범위가 폴리카보네이트보다 넓어 실외에서 사용하기에 적합합니다. 하지만 자외선에 노출되면 변색될 수 있습니다. 또한 재료의 특성상 절단 시 유리 입자가 흩어질 수 있어 수정하려면 특수 PPE와 공구가 필요합니다.

폴리카보네이트와 FRP는 모두 내화학성이 뛰어나 염분이 많은 환경에서 사용하기에 적합합니다. FRP는 용제와 묽은 산 및 염기에 견딜 수 있습니다. 폴리카보네이트는 산과 일부 용제 및 알칼리성 물질에 대한 내성이 뛰어납니다. 재료를 선택하기 전에 항상 구체적인 위험성을 조사하십시오.

그림 3: 유리 섬유 강화 폴리에스테르 인클로저, Hammond 부품 번호 1590ZGRP084. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

금속

비금속과 달리 금속 재료 인클로저는 RFI 및 EMI에 대한 차폐 속성이 더 우수합니다. 완전한 차폐를 위해서는 인클로저 내부의 전기 장치를 다룰 때 안전을 위해 필요한 공정인 접지뿐만 아니라 MOM(Metal-to-Metal) 접점이 필수적입니다. 금속은 일반적으로 실외에서 사용하기에 적합하며 내충격성이 우수합니다.

금속의 경우 전기적 부식(이종 금속 부식이라고도 함)을 살펴보는 것이 중요합니다. 서로 다른 두 금속이 서로 접촉하면 더 '기본적'이거나 전자를 더 쉽게 포기하는 금속이 빠른 속도로 부식되어 구조적 손상과 미적 손상을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어 아연 코팅 나사나 아연 도금 강판 결합자를 스테인리스강 인클로저와 함께 사용하지 않도록 주의해야 합니다.

알루미늄

알루미늄은 비철 금속으로, 비교적 가벼운 재료임에도 불구하고 강도가 높습니다. 알루미늄은 판형 알루미늄, 압출 알루미늄, 주물형 알루미늄 등 다양한 형태를 취할 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 합금에 따라 속성이 달라집니다. 합금은 기본 재료(알루미늄)와 다른 금속 또는 소자로 구성됩니다. 일부 합금은 다른 합금보다 더 강하거나 인장력이 더 뛰어나거나 특정 마감재를 더 잘 받아들이는 등 다양한 특성을 가지고 있습니다.

알루미늄은 가공과 성형이 용이하며 인클로저에 가장 저렴한 금속 재료입니다.

주물형 알루미늄

주물형 알루미늄 인클로저는 용융된 금속을 성형 다이(공동이라고도 함)에 붓는 방식으로 생산됩니다. 주조는 중소형 인클로저에 가장 적합하므로 대형 제품에는 주물 금속 대신 판금을 사용하는 경향이 있습니다. 공정이 빠르며 일관된 제품을 생산합니다. 주물형 인클로저와 사출 성형 플라스틱 인클로저에는 구배 각도라는 특징이 있습니다. 인클로저가 주물에서 올바르게 제거될 수 있도록 인클로저의 벽을 바깥쪽으로 약간 기울여야 합니다. 따라서 주물형 알루미늄 인클로저의 벽은 몇 도의 경사를 갖습니다.

그림 4: 굵은 두께의 주물형 알루미늄 인클로저, Hammond 부품 번호 1590Z110. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

압출 알루미늄

압출 역시 녹은 알루미늄과 다이를 사용하지만, 공동을 채우는 게 아니라 다이를 통해 압출 알루미늄을 특정 모양으로 밀어내어 매우 긴 압출 조각을 만든 다음 크기에 맞게 잘라냅니다. 압출 알루미늄 인클로저는 일반적으로 압출 튜브와 금속 또는 플라스틱 엔드캡으로 구성됩니다. 잘라낼 수 있는 큰 조각을 압출하면 튜브 재고를 보유하고 필요에 따라 다양한 길이의 인클로저를 제공할 수 있으므로 제조업체에 유용합니다.

Hammond의 압출 알루미늄 인클로저는 양극 산화 마감 처리되어 제공됩니다. 양극 산화 처리는 인클로저의 산화물층 두께를 늘리고 표면의 내구성을 강화하는 공정입니다. 양극 산화 처리는 다양한 색상으로 적용할 수 있습니다. 알루미늄 합금 중에는 양극 산화 처리가 잘 되는 것도 있고 안 되는 것도 있는데, Hammond의 압출 인클로저는 양극 산화 처리가 가능하지만 주물형 알루미늄 인클로저는 양극 산화 처리가 불가능하여 분말 코팅 처리됩니다.

그림 5: 파란색 양극 산화 처리된(조립) 압출 알루미늄 인클로저 Hammond 부품 번호 1455L1201BU. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

그림 6: 파란색 양극 산화 마감 처리된 그림 5의 압출 알루미늄 인클로저가 분해된 모습입니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

판형 알루미늄

알루미늄 강판을 자르고 접어서 인클로저와 패널을 만들 수 있습니다. 공구 가공 특징과 치수에 의해 제한되는 압출 및 다이와 달리, 판금을 접어 무수히 많은 인클로저 설계를 만들 수 있습니다. 하지만 얇은 게이지의 알루미늄 강판은 매우 높은 무게를 지탱하지 못하며, 과부하가 걸리면 강판이 구부러지거나 휘어질 수 있습니다.

그림 7: Hammond의 1444 계열 접이식 알루미늄 섀시 내부 (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

강철

강철은 여러 산업에서 널리 사용되는, 신뢰할 수 있는 재료입니다. 강철은 철과 탄소가 결합된 철 합금입니다. 강철은 인클로저와 패널을 구성하는 데 사용되며, 응용 분야에 따라 다양한 유형의 강철 중에서 선택할 수 있습니다. 강철은 알루미늄보다 무거우며 특히 스테인리스강은 비용이 많이 들 수 있습니다.

연강

'저탄소강'이라고도 하는 연강은 표준 강보다 탄소 함량이 낮고 성형 및 용접이 용이합니다. 연강은 비용이 저렴하고 다용도로 사용할 수 있지만 마감 처리되지 않을 경우 날씨의 영향으로 산화됩니다. 따라서 연강 인클로저는 분말 코팅 마감 처리되는 반면, 스테인리스강 또는 알루미늄 인클로저는 마감 처리 없이 그대로 사용되거나 약하게 마감 처리되는 경우가 많습니다. 연강도 내부 패널에 사용하면 여러 요소에 노출되지 않으므로 마감 처리 없이 사용할 수 있습니다.

그림 8: 연한 회색 분말 코팅 마감 처리된 연강 인클로저, Hammond 부품 번호 ST12126LG (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

아연 도금 강철

아연 도금 강찰은 아연 코팅에 강철을 담그는 방식으로 만들어집니다. 그러면 철분 함량이 높은 강철 표면이 빠르게 부식되는 것을 방지할 수 있습니다. 아연 도금 강철은 부식성이 강한 화학물질이나 해양 환경에 잘 견디지 못합니다. 아연 도금 강철은 내부 패널 및 범용 실내 상업용 인클로저에 일반적으로 사용되는 재료입니다. 분말 코팅을 하면 빛이 있는 야외에서도 사용할 수 있습니다.

스테인리스강

스테인리스강은 크롬을 함유한 철 합금으로 부식에 강한 특성을 지니고 있습니다. 여러 요소를 추가하여 다양한 등급의 스테인리스강을 만들 수 있습니다. 스테인리스강은 녹이 슬지 않으며 마감 처리가 필요하지 않습니다. 산, 알칼리, 용제에 대한 내성이 우수하고 실외에서 뛰어난 성능을 발휘하며 세척이 용이하여 인클로저를 자주 세척해야 하는 의료 또는 식음료 분야와 같은 위생적인 환경에 적합합니다.

가장 널리 사용되는 스테인리스강 등급은 두 가지입니다.

• 304 - 가장 일반적인 스테인리스강 등급입니다.
• 316 - 몰리브덴 성분 덕분에 스테인리스강의 모든 이점에 더해 추가적인 내식성을 제공하는 특수한 등급입니다. 316 스테인리스는 해양 환경에서 탁월한 성능을 발휘합니다.

그림 9: 스탠드가 없는 스테인리스강 인클로저, Hammond 부품 번호 HN4FS726036SS. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

등급 및 재료

인클로저의 등급과 재료는 밀접한 관련이 있는데, NEMA, UL, IP와 같은 등급 시스템에서 인클로저를 판단할 때 다양한 조건에서의 성능을 기준으로 하기 때문입니다.

NEMA - 산업용 및 전기 인클로저에 가장 일반적인 등급 시스템인 NEMA 유형은 인클로저가 실내용인지 실외용인지, 부식에 강한지, 물, 먼지와 같은 위험에 어떻게 대응하는지를 설명합니다. 몇 가지 일반적인 NEMA 유형은 다음과 같습니다.

• 12 및 13 - 실내용, 먼지 및 낙수로부터 일부 보호됨
• 3R - 실내 또는 실외용, 먼지 및 습한 날씨(비, 진눈깨비, 눈)로부터 보호됨
• 4 - 실내 또는 실외용, 먼지, 습한 날씨, 튀는 물 또는 호스로 분출되는 물에 대한 보호 성능이 우수함
• 4X - 4와 유사하지만 내식성이 추가됨

그림 10: 위생적인 파란색 실리콘 개스킷이 Hammond의 HYW 계열 스테인리스강 인클로저의 도어를 따라 정렬되어 있습니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

침투 보호(IP) - IP 등급은 국제 전자기술 위원회(IEC)에 의해 결정됩니다. IP는 전자 인클로저에서 자주 쓰이는 용어이지만 IP와 NEMA 등급 간에는 겹치는 부분이 있습니다. IP 등급의 첫 번째 숫자는 방진과 관련이 있고, 두 번째 숫자는 방수와 관련이 있습니다. 몇 가지 일반적인 IP 등급은 다음과 같습니다.

• IP54 - 방진, 물방울로부터 보호
• IP65 - 방수로 간주되는 최소 등급. 실외 사용을 위한 최소 권장 등급. 방진, 강력한 물줄기로부터 보호됨
• IP66 - 방진, 강력한 물줄기로부터 보호됨
• IP67 - 방진, 일시적인 침수로부터 보호됨
• IP68 - 방진, 지속적인 침수로부터 보호됨

UL 등재 - UL 등재 제품은 독립 연구소에서 테스트를 거칩니다. 인클로저는 UL 508A에 등재된 표준을 준수합니다. 테스트 중에 물이 침투해서는 안 되며, 물이 침투하면 UL 등재에 실패합니다. 재료의 일관성, 공장의 공정, 내UV성 및 가연성 등급과 같은 다른 요소도 고려됩니다. UL 등재는 성능, 품질 및 안전을 나타내는 중요한 지표입니다.

그림 11: UL 등재 폴리카보네이트 인클로저 내부 UL 스티커 레이블, Hammond 부품 번호 1554C2GYCL. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

결론

전기 또는 전자 조립품을 설계할 때는 많은 사항을 고려해야 합니다. 인클로저 선택 시, 인클로저 재료 및 등급에 대한 개요를 다룬 이 기사가 도움이 되기를 바랍니다.

핸드헬드 스위치를 위한 간단한 플라스틱 상자부터 부두의 염분을 견뎌야 하는 견고한 스테인리스 캐비닛까지, 하우징은 모든 조립품에서 중요한 부분임에 틀림없습니다.