영화 에일리언에는 "우주에서는 누구도 당신의 비명을 듣지 못한다"라는 유명한 광고 문구가 나옵니다. 하지만 지구에서는 결합 부품 관련 문제 때문에 수백만 달러 우주선에 장애가 발생한다면 모두가 비명을 듣게 될 것입니다. 그래서 항공우주 디자이너는 반드시 우주 기반 부문에 적합한 커패시터를 선택하고, 고장 나기 쉬운 모조 부품을 선택하지 않아야 합니다.
항공우주 부문의 전자 장치
우주 탐사 및 핵미사일 관련 영역은 전자 산업 및 기술의 이른 발전을 이끈 핵심 동력이었습니다. NASA의 아폴로 달 계획은 통합형 회로(IC) 기술 개발을 촉발했고, 미니트맨 미사일 프로그램은 최초의 IC 대량 생산을 이끌었습니다. 우주 여행은 까다로운 전자 부품 및 시스템을 요구합니다. 대표적인 어려움은 극한의 진동, 심한 온도 변화와 공기가 통하지 않는 진공 상태입니다. 방사선 역시 중요한 문제로, 장애를 유발할 수 있으며 전자 장치가 완전히 파괴되기도 합니다.
이러한 문제 때문에 우주용 전자 장치는 까다로운 사양을 충족해야 합니다. 따라서 우주용 부품 시장에서는 이러한 기준을 충족할 역량이 있는 소수의 공급업체만 활약하고 있습니다.
항공우주 부품 장애
간혹 우주 탐사는 부품 장애 때문에 실패하곤 합니다. 러시아의 포보스-그룬트 우주 탐사선 추락의 대표적인 추정 원인은 결함이 있는 SRAM 사용이었습니다. 2011년에 발사한 포보스-그룬트의 목적은 화성의 위성 중 하나까지 왕복 여행하는 것이었습니다. 하지만 탐사선은 지구 궤도를 벗어나지 못했고 결국 추락하고 말았습니다.
러시아 항공우주국 국장은 우주 방사선에 노출된 후 오작동한 모조 부품이 원인이라고 말했습니다.
사고를 조사한 위원회는 포보스-그룬트 탐사 실패가 부족한 품질 제어와 테스트 부족 등의 다양한 원인 때문에 발생했다고 결론을 내렸습니다.
항공우주 모조 부품: 위험 요소 및 모범 사례
모조 부품은 다양한 이유 때문에 전자 장치 산업에서 점점 골칫거리가 되고 있으며, 대표적인 이유는 관련 중국 기업의 증가입니다. 또한 오래 전에 시작된 군사 항공우주 프로그램에서 사용하는 많은 부품이 단종되면서, 많은 모조 부품 회사가 관련 시장을 노리고 있습니다.
가짜 부품의 맹공격에 맞서 싸우고자 NASA에서는 SAE 국제 G-19 위원회 설립을 지원하여 모조 부품 관련 위험을 줄이는 관행을 개발하고 있습니다. NASA는 다양한 모조품 감지 및 방지 절차를 마련했습니다. 또한 공급업체의 역량과 잠재적 문제를 평가하는 방법도 개발했습니다.
모조 전자 부품: 검증 방법
하지만 우주 관련 계약업체는 시장에 있는 가짜 장치를 판별하는 절차를 직접 도입해야 합니다. 이를 위해 일관된 노력과 신뢰할 수 있는 데이터 출처를 바탕으로 시장에 존재하는 가짜 장치를 파악해야 합니다.
또한 회사는 더욱 포괄적인 전자 제품 테스트에 참여해야 합니다. 예를 들어 NXP Semiconductors에서는 장치 검증을 위한 USB Type-C 솔루션을 공개했는데, 대표적인 기능이 전력 공급 장치 관련 모조 부품 확인입니다.
항공우주용 MIL 표준
계약업체는 우주에서의 성능 및 견고함 표준을 준수하는 부품을 생산하는지 확인할 책임도 있습니다. 대표적인 표준은 탄탈룸 유전체 및 고정형 칩 커패시터의 일반 요구사항을 설정하는 MIL-PRF-55365입니다. 이러한 커패시터의 기본 용도는 두껍고 얇은 필름 하이브리드 회로나 필터, 바이패스, 결합 및 기타 부문용 표면 장착 부문입니다.
부품 샘플의 파괴적 물리 분석 요구사항의 정의하는 MIL-STD-1580도 이러한 표준에 속합니다. 이 표준은 분석 절차 및 해석 결과 요구사항을 설정합니다.
또한 ESCC(European Space Components Coordination)의 사양 3009은 다양한 유형의 커패시터를 다루며, 대표적인 예는 세라믹, 탄탈룸, 피드 스루입니다. 이 사양에는 등급, 물리적 및 전기적 특성과 테스트 및 검사 데이터가 포함되어 있습니다.
항공우주 전자 장치 제조업체 활용
항공우주 계약업체는 공급업체나 인증 유통업체에 직접 발주하면 진품 부품 사용과 표준 준수를 보장할 수 있습니다. 일부 커패시터 공급업체에서는 우주, 항공우주 및 군사 부문에 특화된 장치를 제공합니다.
예를 들어 AVX는 유인 및 무인 우주선과 위성에 적합한 우주 수준 비금속 전극(BME), X7R 유전체 다중기판 세라믹 커패시터(MLCC)를 출시했습니다. AVX에 따르면 장치는 케이스 크기가 작으면 높은 접전용량 값을 제공하여 우주 전자 장치의 주요 요소인 공간 사용과 하중을 줄입니다. 또한 커패시터에는 Flexiterm 단말처리를 적용한 땜납 도금을 적용하여 표준 단말처리 대비 2배에 달하는 보드 굴곡을 허용함으로써 기계적 응력을 줄입니다.
또한 AVX는 항공우주 및 기타 고신뢰성 부문에 적합한 밀폐 탄탈룸 폴리머 칩 커패시터 TCH 시리즈도 제공합니다. AVX는 TCH를 원래는 극도로 높은 접전용량과 낮은 등가 직렬 저항(ESR)을 요구하는 유럽우주국 프로그램용으로 개발했다고 말합니다.
다른 공급업체인 KEMET Corp에서는 군사 및 항공우주 시장에 적합한 폴리머 커패시터 라인을 공개했습니다. 이 회사의 T540 및 T541 Polymer COTS 시리즈에 속하는 커패시터의 주 용도는 매우 낮은 ESR, 높은 리플 전류 용량과 높은 주파수에서의 개선된 접전용량 유지를 요구하는 디커플링 및 필터링 부문입니다. 이러한 특성은 레이더, 전력 공급 장치와 유도 장치 같은 항공우주 부문에 적합합니다.
항공우주 부문의 전자 장치 유통업체
유통업체에서 발주하는 경우 우주 계약업체는 모조 부품 방지를 위해 노력하는 평판 좋은 업체를 상대하는지 확인해야 합니다. 많은 부품이 단종되고 있는 군사/항공우주 부문에서는 특히 중요한 문제입니다.
일부 유통업체는 공급업체와 직접 계약하고 타사 구매를 지양하여 모조 부품 방지를 보증한다고 말합니다. 예를 들어 Arrow Electronics Inc.는 지난 20여 년 동안 단종 제품을 공장에서 바로 대량 구매했다고 말합니다.
덕분에 Arrow는 단종된 수천 가지 부품을 단종 후 10년이 지날 때까지 판매하고 있습니다. Arrow의 부품은 규제 준수 인증서(Certificates of Compliance)와 함께 제공되기 때문에 모조 부품이 우주 탐사를 망칠 염려가 없습니다. 계약업체는 올바른 부품을 선택하고 모조품 방지 절차를 밟으면 우주 공간에서 커패시터에 장애가 발생할 위험을 줄일 수 있습니다.