구리 차폐 브레이드 및 ESD 보호

정전기 방전(ESD)에 관한 이전 블로그 “Don’t Let ESD Give You a Shocking Experience!”에서 차석 엔지니어로서 이 현상의 위험성에 대해 알게 된 계기를 말씀드렸습니다. 불행히도 최신 전자 부품에는 ESD 방지 처리가 되어 있을 거라는 잘못된 낙관적인 믿음 때문에 방심하기 시작했습니다.

떠올리기 슬프지만, 강력하고 파괴적인 ESD로 인해 당시 취미로 만들고 있던 '환각적이고 교육적인 예측 엔진' 프로젝트(어떤 프로젝트인지는 말씀드리지 않겠습니다)가 큰 피해를 입으면서 제 방식의 잘못된 점을 확실히 깨닫게 되었습니다. 이 재앙같은 사건을 겪은 후에 바로 정전기 방지 프로토콜과 예방 조치를 변경했습니다.

그중에서도 ACL Staticide의 6672436과 같은 대형 방출 접지 매트를 구입했습니다. 또한 SCS의 ECWS61M-1 콤보와 같은 코드가 연결된 정전기 방지 손목 스트랩 여러 개와 Desco의 09838과 같은 접지 플러그 어댑터를 같은 수량으로 구입했습니다.

이전 칼럼에서 언급했듯이 정전기 방지 패드, 스트랩, 접지 플러그 어댑터는 얼마든지 구입할 수 있지만 제대로 접지되지 않으면 소용이 없습니다. 멀티탭의 LED의 빛을 보면 안심이 될지는 몰라도 벽의 소켓 자체에 결함이 발생하는 경우에는 이를 알 수가 없기 때문에 이 사실도 뼈아픈 경험을 통해 깨닫게 되었습니다. 따라서 Klein Tools의 RT210과 같은 전력 리셉터클 테스터에 투자해야 합니다.

말씀드린 예측 엔진의 경우, ESD 사건이 있기 전에는 하부 캐비닛의 토글 스위치, 푸시 버튼 스위치, 전위차계, LED를 연결할 때 일반적인 22 AWG 연결 연선을 사용했었을 것입니다. 하지만 ESD 사건 후 연륜이 쌓이고 나서는 Belden의 8723 060100 22 AWG 케이블 제품과 같은 4컨덕터 차폐 케이블을 사용하기 시작했습니다(그림 1).

그림1: 예측 엔진 하부 캐비닛의 모든 연결은 다중 코어 차폐 케이블로 이루어집니다. (이미지 출처: Max Maxfield)

이 때문에 몇 시간이 걸릴 거라고 예상했던 연결 작업에 결국 며칠이 걸리게 되었습니다. 예를 들어 그림 1의 좌측 하단을 보시면 차폐 케이블에는 여러 섹션이 있으며 섹션당 길이는 약 1인치입니다. 경험이 풍부한 기술자라면 금방 할 수 있었을 거라고 생각합니다.

긍정적으로 보자면, 앞으로 누구라도 저의 정전기 방지 조치에 의문을 품으면 예측 엔진 후면을 보여주고 위험을 감수하지 않음을 확인시켜 줄 수 있다는 것입니다.

하지만 이게 전부가 아닙니다. 3M의 1181 X 1" 제품과 같은 구리 접착 테이프도 구입했습니다. 멋진 새로운 정전기 방지 손목 스트랩을 착용하고 마이크로 컨트롤러 개발 기판에 연결된 전력 전선과 계측기 케이스에 연결된 전력 및 신호 전선에 이 테이프를 감았습니다. 두 경우 모두, 구리 호일을 접지에 연결하는 전선을 추가했습니다(그림 2).

그림 2: 예측 엔진 상부 캐비닛의 마이크로 컨트롤러 기판에 연결된 전력 및 신호 전선과 기판과 계측기 케이스 간 전선이 접지에 연결된 구리 테이프에 감겨 있습니다. (이미지 출처: Max Maxfield)

이런 방식으로 구리 호일 테이프를 사용하는 것의 장점 중 하나는 모든 것을 분리하지 않고도 기존 연결 하니스에 사용할 수 있다는 점입니다. 경험이 풍부한 기술자는 이러한 구리 호일 테이프를 멋지고 완벽하게 사용할 수 있었겠지만, 불행히도 제 작업의 결과는 엉망이었습니다.

구리 차폐 브레이드 구조

Rick Curl이라는 친구와 이 문제에 대해 이야기를 나누던 중, Rick이 구리 차폐 브레이드도 고려할 수 있는 솔루션이라는 사실을 알려주었습니다. 지금은 은퇴한 Rick은 공교롭게도 당시에 수십만 볼트를 수용하는 송전선용 테스트 장비를 만드는 회사에서 일하고 있었습니다. 그 회사에서 이러한 브레이드로 피복된 RG/8 동축 케이블을 구입했지만 내부의 컨덕터만 필요했기 때문에 브레이드를 제거하고, 믿기 힘들지만 버렸습니다. 그래서 며칠 후 Rick이 제 사무실에 들러 평생 쓸 수 있을 만큼의 브레이드를 선물해 주었습니다. 그림 3에서 새로운 ESD 해결책을 자랑스럽게 들고 있는 제 모습을 보실 수 있습니다.

그림 3: 평생 쓸 수 있을 만큼의 구리 차폐 브레이드를 받고 기뻐하는 모습 이 브레이드는 ESD 문제를 해결해 줄 뿐 아니라 표면 효과 덕분에 RF 접지에 매우 효과적입니다. (이미지 출처: Max Maxfield)

구리 차폐 브레이드의 장점은 ESD를 차단할 뿐 아니라 RF 접지에도 매우 유용하다는 점입니다. 높은 주파수에서는 전류가 전체 영역에 걸쳐 이동하는 것이 아니라 표면에서 흐르는 표면 효과 때문입니다. 브레이드는 동일한 게이지의 단선 또는 연선보다 표면적이 훨씬 넓습니다.

따라서 저는 새로 발견한 브레이드를 얻자마자 모든 주 전력(5V) 및 신호 전선을 보호하는 데 착수했습니다. 장점 중 한 가지는 브레이드를 통해 전선을 삽입한 후 브레이드의 양 끝을 당겨 지름을 축소함으로써 보호하는 케이블을 단단히 조일 수 있다는 점입니다(그림 4).

그림 4: 구리 차폐 브레이드는 ESD 방지에 매우 효과적일 뿐 아니라 당김으로써 보호하는 케이블을 단단히 조여 보기에도 좋습니다. (이미지 출처: Max Maxfield)

자세히 보시면 각 브레이드의 한쪽 끝에 짧은 전선을 납땜으로 고정하여 접지에 연결한 것을 확인하실 수 있습니다. 또한 브레이드가 풀리지 않도록 각 브레이드의 양쪽 끝에 짧은 열 수축을 적용했습니다.

다행히도 구리 차폐 브레이드를 구할 곳이 없으신 분들은 Techflex의 MBC0.50CP25 지름 0.5인치 튜브형 접지 브레이드 등 다양한 지름의 제품을 구입하실 수 있습니다.

결론

막 일을 시작한 차석 엔지니어와 이야기할 때 제가 하는 조언 중 하나는 다른 사람의 실수를 자세히 보고 배우라는 것과 함께 끊임없이 취미 프로젝트를 이어 나가라는 것입니다. 업무 외에 다른 것을 생각하면서 긴장을 풀 수 있을 뿐 아니라, 제 경우에는 취미 프로젝트 작업을 하면 유용한 것들을 다양하게 배울 수 있습니다. 제 예측 엔진을 통해 ESD에 관해 예상보다 훨씬 많은 지식뿐 아니라 앞으로도 많은 도움이 될 다양한 도구, 자재, 기술도 알게 되었습니다.