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글/ 아론 아레야노(Aaron Arellano) 스태프 애플리케이션 엔지니어, 아나로그디바이스(Analog Devices)

이 글에서는 전기기계적 접속을 위한 아나로그디바이스(Analog Devices)의 특허기술인 1-Wire Contact Package 솔루션에 대해 알아보고, 기존 패키징 솔루션과 비교해 1-Wire Contact Package 솔루션의 장점에 대해 살펴보고자 한다. 이와 함께 액세서리나 소모품에 이 솔루션을 부착하는 방법을 설명하고, 기계적 특징들과 신뢰성 분석 정보들을 제공한다.

전자적 기능 추가 

전통적으로 전자적이지 않은 주변장치나 소모품에 전자적 기능을 추가하는 것이 일반적인 시스템 요구 사항이 되고 있다. 통상적인 시스템 요구 사항에는 캘리브레이션 데이터나 제조 정보의 저장, 또는 주변기기와 액세서리 또는 소모품에 대한 OEM의 인증 등이 포함된다. 이러한 전자적 요구사항을 충족하기 위해서는 적합한 메모리와 보안 기능을 선택하는 것뿐 아니라, 호스트 시스템과 주변기기 사이에 전기적 연결을 추가할 필요가 있다.

특허 기술인 1-Wire Contact Package(전에는 ‘SFN 패키지’라고 함)는 전기기계적 접속 환경을 위해 특별히 설계되었다. 이 패키지의 통상적인 애플리케이션에는 물체 인식/인증과 메모리 칩에 저장된 데이터를 사용한 자동 캘리브레이션이 포함된다. 인증은 브랜드의 신뢰성과 품질을 보장하기 위한 조치로서, 엄격한 인증 조치가 취해지지 않을 경우 저품질의 위조 제품으로 인해 공들여 쌓아 올린 브랜드 가치가 손상될 수 있다. 이 패키지는 프린터 소모품, 의료용 센서, 시약 병 같은 애플리케이션에 사용하기 적합하다.

1-Wire Contact Package는 오직 접속 용도로만 설계되었으며, 솔더링은 할 수 없다.

1-Wire Contact Package

1-Wire Contact Package는 애플리케이션에서 전기기계적 접속이 필요할 때 뛰어난 솔루션을 제공한다. IC와 접속 패드를 단일 패키지로 통합함으로써 풋프린트를 줄이고 기계적 신뢰성을 높인다. 그림 1은 1-Wire Contact Package의 기본적인 디자인을 보여준다.

그림 1. 6mm × 6mm × 0.9mm 크기의 1-Wire Contact Package 

패키지 특징

1-Wire Contact Package는 3가지 사이즈로 제공된다(표 1). 그림 2는 이들 3개 패키지의 크기를 비교하여 보여준다.

표 1. 패키지 및 접속 패드 규격

그림 2. 1-Wire Contact Package의 크기와 하단면 모습

리드 프레임은 CDA194 구리 합금으로 만들어졌다. 패드들은 1.02㎛ 니켈, 0.02㎛ 팔라듐, 0.005㎛ 금 마감재로 도금되었다. 몰드 화합물은 Sumitomo G600이나 G770, 또는 이와 비슷한 제품이다. 기계적 데이터에 관해서는 표 1의 패키지 아웃라인 도면을 참조하면 된다. 

부착 방법

가장 많이 사용되는 부착 방법은 기계적 클립을 사용하는 것이다. 모든 애플리케이션이 각기 다르기 때문에 사용자는 자사 최종 제품에 맞는 기계적 클립을 설계해야 한다. 그림 3은 맞춤형으로 설계된 고정 클립을 예시한 것이다. 그림 4는 인증하고자 하는 물체에 기계적 클립을 내장한 상용 애플리케이션의 사례이다. 커넥터 또는 소모품 아이템에 IC를 사출 성형하는 방법에서 설명하고 있는 것처럼, 이 패키지를 사출 성형 방법으로 플라스틱 물체에 내장할 수도 있다.

그림 3. 고정 클립에 삽입하기 전(왼쪽)과 후의 모습 

그림 4. 1-Wire Contact Package가 실장된 클립을 최종 제품에 내장한 모습 

클립 대신에 양면 폼 테이프나 양면 테이프를 사용할 수도 있다. 3M이 다양한 환경에서 사용할 수 있는 감압성 접착제를 제조한다.

커넥터 선택

1-Wire Contact Package는 저렴한 가격대의 산업 표준 커넥터들과 호환이 가능하도록 설계되었다. 아래에서는 상용화된 두 가지 커넥터와 함께 맞춤형 커넥터의 대략적인 규격을 소개한다.

사례 1: Bourns 70AB/Male – 모듈형 접점

그림 5는 이 1.27mm 피치 커넥터의 대략적인 접점을 보여준다. 이 커넥터의 접점은 6.5mm x 3.5mm 및 6.0mm x 6.0mm 패키지에 적합하며, 삽입 시에 접점을 소거한다.

그림 5. Bourns 70AB/Male – 모듈형 접점 

사례 2: Mill-Max 시리즈 811/813 스프링 장전 접점

그림 6은 이 2.54mm 피치 피스톤 커넥터의 대략적인 접점을 보여준다. 이 커넥터의 접점은 3개 패키지 모두에 적합하다.

그림 6. Mill-Max 시리즈 811/813 접점 

그림 7. 써드파티 접점 솔루션 

사례 3: 맞춤형 접점 디자인 사례

그림 8은 맞춤형 스프링 접점 디자인을 예시한 것이다. 이 디자인은 스프링에 대한 패키지 슬라이딩과 삽입 시의 소거가 가능하다.

그림 8. 맞춤형 접점 예시 

신뢰성 테스트

-40℃ ~ +85℃의 산업용 온도 범위에서 기존 IC 패키지와 동일한 신뢰성 요건을 충족하는지 확인하기 위해 이들 패키지에 대한 검증 테스트가 수행된다.

표 2. 1-Wire Contact Package 검증 테스트 

ADI 웹사이트에서 1-Wire Contact Package에 관한 인증 성적서를 확인할 수 있다.

맺음말

1-Wire Contact Package는 식별하고자 하는 주변기기에 칩이 탑재된 PCB 모듈을 접속하기 위한 경제적인 대안이다. 이 패키지를 부착하기 위해서는 클립 형태의 고정 장치를 사용하거나 양면 접착 테이프를 사용할 수 있다. 모바일 배터리 애플리케이션에 사용되는 것과 같은 저렴한 커넥터를 사용해서 전기적 접속을 달성할 수 있다. 이 패키지는 통상적인 IC 패키지들과 동일한 수준의 신뢰성을 제공한다.

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저자 소개

아론 아레야노(Aaron Arellano)는 아나로그디바이스(Analog Devices)에서 10년 넘게 스태프 애플리케이션 엔지니어로 재직 중이며, 현재는 설계, 검증, 고객 애플리케이션 사이에 중재자 임무를 맡고 있다. 지금까지 다수의 소프트웨어 툴, 평가 키트, 레퍼런스 디자인을 개발했다. 그는 많은 고객과 동료 엔지니어들이 ADI의 고도로 보안적인 IC들을 이해하고 활용하도록 돕고 있다. ADI에 입사하기 전에는 15년 넘게 정보 기술, 네트워크 관리, 컴퓨터 하드웨어 분야에서 다양한 직책을 역임했다. 전기공학 학사학위를 취득했다.