초음파 진단장치의 ESD(Electrostatic Discharge) 개선 방안 연구

Abstract

본 논문에서는 초음파 진단장치의 ESD 테스트 진행 중, 발생한 문제점을 파악하고 그 원인 분석을 통하여 해결 방안을 모색하는 작업을 진행하였다. 제품 출시를 위해서 초음파 진단장치가 꼭 만족시켜야만 하는 IEC 60601-1-2 국제 규격에 입각한 ESD 테스트 방법을 통하여 실험을 진행하였으며, 실험에는 직접 방전 상태와 간접 방전 상태가 실험 방법으로 적용되었다. 또한, 국제 규격 승인을 위한 테스트 성적서 발행이 가능한 전문 EMC 테스트 에이전시에서 실제 사용하는 측정 도구들을 이용하였다. 실험에 사용된 초음파 진단장치에는 규격에서 요구하는 테스트 방법에 따라 ±2kV, ±4kV, ±6kV의 contact discharge 테스트, ±2kV, ±4kV, ±8kV의 air discharge 테스트 및 VCP 조건이 적용되었으나, 8kV의 고압 충격을 인가했을 때, 제품이 충격을 받고 오 동작 하는 상황이 발생하였다. 위 현상은 제품을 제어하는 역할을 지닌 control panel의 keyboard가 테스트 도중, 충격을 받아 발생했을 것이라 판단했다. 이러한 원인 분석을 통해 회로를 변경하는 작업을 진행하였고, 그로 인해 오 동작에 대한 원인 발견 및 그 해결 방안을 찾을 수 있었다. 정전기에 의한 손상을 막기 위한 방법으로는 ground를 강화시켜 새로운 경로를 만들어 주는 것이 가장 대표적이다. 허나, 충격을 받은 control panel의 경우, system의 main frame과 metal bracket의 접지 연결로 이미 ground를 보강하는 작업이 진행되어 있었고, TVS diode도 이미 control panel 안의 USD data line에 삽입되어 있는 상태였다. 하지만, 이러한 보완들은 문제가 되었던 air discharge 상태의 8kV 전압 인가 시, control panel 부분의 qwerty key 동작 failure에 대한 해결책이 되지 못하였다. 실험 후, 회로에 있어서 qwerty key를 관할하는 부분인 IC pin이 문제가 되었음을 확인하고, 8kV의 ESD 테스트 충격을 견딜 수 있을 만한 저항으로 그 값을 추가하는 실험을 진행하였다. 저항을 무조건 높일 경우에도 control panel 회로 상, 인식이 안 되는 문제가 발생할 소지가 있을 수 있기에, ESD 테스트를 만족하는 범위 내에서 적용 가능한 저항 값을 찾고자 노력하였다. 이로 인하여 저항 값을 변경한, 새롭게 적용된 control panel은 ESD 테스트를 문제 없이 마무리 지을 수 있게 되었고, 초음파 진단장치 또한 문제 없이 IEC 60601-1-2인 EMC 테스트 규격을 만족할 수 있었다. 본 연구는 초음파 진단장치의 ESD 테스트로부터, 충격에 대한 문제점의 현상들을 관찰하고, 그 원인을 분석하여 회로 개선 방법을 찾는 노력으로 진행되었다. 이는 추후, 다른 초음파 진단장치를 개발하는 제조사들에게도 좋은 예가 될 수 있으리라 생각된다.