우주 애플리케이션의 전자회로 개발 앞에 놓인 도전과제

  • 2017년 10월호
  • 글 | 크리스 레오나드(Chris Leonard), 우주 제품 마케팅, 아나로그디바이스



우주용 전자제품은 극한의 환경에서도 견딜 수 있는 내구성과 성능의 지속성이 필요하다. 미 항공우주국(NASA)는 안정성과 성능을 위해 폭넓은 선택과정으로 우주용 전자 부품을 파악하고 있다.

이번 논의를 위해 먼저 한 가지 시나리오를 이야기해 보려 한다. 당신이 미국항공우주국(NASA, 이하 나사) 비행선인 오리온(Orion)에 앉아 있는 우주인이라고 상상해 보자. 화성 탐사를 떠나기 전 로켓의 최상단부에 앉아 마지막으로 장비를 점검하며 지금까지 설계된 나사의 우주 발사시스템 중 최대 크기의 로켓이 발사되기까지의 카운트다운을 기다리고 있다.

지상 384피트(약 117미터) 상공에서 거대한 130 M/T(메트릭톤)의 구조체이자 역사상 가장 강력하고 뛰어난 성능을 보유한 발사체 위에 앉아 있는 것이다. 그 유명한 “발사합니다(Gentlemen, We have ignition)”라는 말을 듣는 순간 920만 파운드(약 417만 킬로그램)의 추진력이 로켓을 우주 밖으로 날려 보낼 것이다. 오리온 우주선은 인간을 기온이 2,000℃ 이상이며 치명적인 방사선 농도를 보유한 화성, 그리고 더 먼 우주로 보내도록 설계됐으며, 여기에 탑승한 여러분은 이곳에서 시속 3만 2,000 km가 넘는 속도로 이동하게 될 것이다.

이제 자신에게 이런 질문을 던져보자. 우주선의 제어 시스템에 탑재될 전자 부품을 선택할 때 고려해야 하는 품질 수준은 무엇일까? 뛰어난 안전성 및 우주에서의 이전 사용 전적이 우주 애플리케이션을 선택하는 데 중요한 요소가 된다. 나사는 일반적으로 1단계의 QML 등급 V 장치를 명시하고 있으며, 더 높은 품질 수준이 가능한지에 대한 여부를 수시로 확인한다. 우주 비행 애플리케이션용 전자 부품을 파악하기 위한 나사의 폭넓은 선택 과정을 이해한다면, 로켓의 최상단부에 탑승하는 것에 대한 두려움은 없을 것이다.


우주선을 둘러싼 가혹한 환경 및 전자부품에 가해지는 위험 요소

우주용 전자부품이 극복해야 할 첫 번째 난관은 발사체로 인해 발생하는 진동이다. 로켓에 요구되는 조건 및 발사 과정 중 필요한 페이로드는 엄청나다. 로켓 발사대는 극심한 진동 및 잡음을 발생시킨다. 말 그대로 수천 가지 요소로 인해 문제가 생겨 발사체가 화염에 휩싸일 수 있다.

또한 우주 공간에서 위성이 로켓과 분리될 때에도 상당한 충격이 선체에 발생한다. 피로쇼크(Pyroshock)는 강도 높은 고주파 응력파에 대한 선체의 반응으로, 이러한 응력파는 위성 분리나 다단계 로켓의 단 분리 등에서 사용되는 폭발로 인해 발생해 선체 전반으로 퍼져 나간다. 피로쇼크 폭발은 회로 보드에 손상을 입히거나, 전자부품에 합선을 일으키거나, 그 외 여러 문제를 야기할 수 있다. 발사 환경을 이해하면 충격과 진동 요건뿐 아니라 우주 수준의 애플리케이션에서 사용되기 위해 고안된 전자부품에 시행해야 하는 검사를 더 잘 파악할 수 있도록 만들어 준다.

또 하나의 문제는 바로 아웃게싱(Outgassing: 기체 배출 현상)이다. 플라스틱 및 여러 종류의 접착제는 실제로 기체를 배출하기도 한다. 플라스틱 장치에서 배출되는 증기로 인해 광학 장치 위에는 이물질이 달라붙어 성능의 저하로 이어지기도 한다. 예를 들어, 자동차 플라스틱 대시보드는 증기를 내뿜을 수 있는데 이러한 증기는 유리창의 필름에 흡착된다.

이는 필자의 개인적인 경험에서 확인할 수 있는 실질적인 예다. 전자부품에 플라스틱 대신 세라믹을 사용하면 이러한 문제를 미연에 방지할 수 있다. 저지구궤도(LEO)에서 휘발성 실리콘이 기체를 배출하면 오염 물질이 생성돼 우주선 주변을 에워싼다. 아웃게싱, 통기, 누출, 발사 추력으로 인한 오염은 우주선의 외부 표면을 분해하고 변화시킬 수 있다.

표면 오염 수준이 높으면 정전하가 발생할 수 있다. 우주선은 충전 및 방전에 취약한데, 이 때문에 우주 비행 애플리케이션에는 플로팅 메탈이 없는 부품이 필요하다. 위성의 충전은 위성에서 발생하는 정전기 전위의 변화를 말하며, 이러한 변화는 위성 주변의 낮은 밀도 플라즈마와 관련이 있다. 충전의 범위는 위성의 설계 또는 궤도에 따라 달라진다.

충전을 담당하는 두 가지 주요한 메커니즘은 플라즈마 충격(Plasma Bombardment) 및 광전자 효과(Photoelectric Effects)다. 20,000V의 방전은 지구정지궤도(Geosynchronous Earth Orbit, GEO) 상에 있는 위성에서 일어난다고 알려져 있다. 보호를 위한 설계 조치가 취해지지 않는다면 우주 환경으로부터 받은 에너지가 축적된 정전기의 방전은 여러 장비에 손상을 가할 수 있다.

GEO의 위성에 사용되는 설계 해결책은 위성의 외부 표면을 모두 도체 물질로 덮는 것이다. LEO의 대기는 약 96%가 산소 원자로 이루어져 있다. 산소는 여러 형태로 존재하는데, 우리가 호흡하는 산소는 O2이며, O3는 지구의 고층대기에서 발생하고 O(하나의 원자)는 산소 원자 상태다. 산소 원자는 우주선 표면의 유기 물질과 반응하여 점차 외장에 손상을 입힐 수 있다.

산소 원자에 의한 물질 부식 현상은 나사의 첫 번째 우주 왕복선 임무에서 보고된 바 있다. 당시 존재했던 산소 원자가 문제를 일으켰는데, 우주 왕복선 표면의 물질은 성에가 낀 듯 보였으나 실제로는 산소 원자 때문에 선체가 부식되어 결정이 발생했기 때문이다. 나사는 이 문제를 해결하기 위해 산소 원자에 반응하지 않는 얇은 필름 막을 개발했다. 플라스틱은 산소 원자 및 이온화방사선에 상당히 민감하다. 이렇게 플라스틱 위에 산소 원자와 반응하지 않는 막을 입히는 단계를 흔히 사용되는 ‘플라스틱 보호’라고 칭한다.

 

또 다른 장애물은 극심한 온도 변화다. 지구를 도는 위성의 궤도는 태양이 비치는 구간과 태양이 가리는 구간으로 나눌 수 있다. 태양이 비치는 구간에서 위성은 태양으로부터 열을 받아 뜨거워지다가, 지구의 뒤쪽으로 이동해 그림자에 가려지면 온도가 최대 300℃까지 변한다. 정지궤도를 도는 위성의 경우 태양에 보다 가까지 있기 때문에 온도 변화는 지구궤도를 돌 때보다 훨씬 더 크다.

재미있는 사실은 달의 밤과 낮 동안 달 표면의 온도가 약 -200℃에서 +200℃까지 변할 수 있다는 것이다. 이를 생각하면 인간이 어떻게 달 표면을 걸을 수 있었는지 궁금해질 것이다. 다시 한 번 말하지만, 세라믹 패키지는 반복적인 온도 변화를 견딜 수 있으며 더 뛰어난 수준의 기밀성을 제공하면서도 고온, 고전력 수준에서 여전히 그 기능을 유지할 수 있다. 세라믹 패키지는 극한 환경에서 더욱 뛰어난 신뢰도를 보여준다.

그렇다면 전자부품에서 발생되는 열은 어떻게 방출할 수 있을까? 지속적인 고온에 노출될 때 전자 장치의 정확성 및 수명은 줄어들 수 있다. 이를 방지하기 위해 대류, 확산, 복사 세 가지 방법으로 열을 전달할 수 있다. 진공 상태의 우주에서는 대류나 전도가 일어나지 않는다. 복사열 전달은 진공 상태에서 열을 전달하는 주된 방법이며, 따라서 위성도 열을 우주로 복사해 자체 온도를 낮춘다.

진공 상태의 우주는 주석의 수염(Tin Whisker)에는 괜찮은 환경이기 때문에 사용 금지된 물질이 되려 문제가 된다. 순수한 주석, 아연, 카드뮴을 IEEE 부품 또는 관련 우주용 하드웨어에 도금하는 일은 금지되어 있는데, 이 물질의 경우 수염이 자연적으로 자라나 전기 합선을 일으키기 때문이다. 주석은 전도성을 띄며 수정 같은 구조로 되어 있어서 주석을 마감재로 쓰는 경우 표면에서 수염이 자라나기도 한다. 순수한 주석-납을 사용하는 장치의 경우 이러한 주석 수염 현상으로 인한 합선으로 문제가 생길 수 있다. 주석으로 납땜을 하면 장치가 하이 스트레스 애플리케이션에서 사용됐을 때 합선의 가능성을 없앤다.

마지막으로, 우주의 방사선 환경은 우주선의 전자부품에 손상을 입힐 수 있다. 우주선이 맞닥뜨리게 되는 방사선의 크기와 유형은 아주 다양하다. 낮은 지구궤도, 상당한 타원궤도, 정지궤도 등 다양한 궤도를 도는 임무와 행성 간 임무의 환경에는 굉장한 차이가 있으며, 심지어 이러한 환경들은 변화를 겪는다.

방사선원은 태양의 활동에 의해 영향을 받는다. 태양 순환기는 태양 최소 기간과 태양 최대 기간의 두 가지 활동 단계로 나뉜다. 우주선의 임무가 태양 최소 기간이나 태양 최대 기간에 일어날 수 있으며, 이 두 기간에 걸쳐 일어날 수도 있다고 하면 어떻게 될까? 여기서 중요한 사실은 우주에는 완전히 다른 환경이 존재한다는 점이다.

따라서 발사체에 필요한 요건은 발사체가 정지궤도를 도는 위성인지, 아니면 화성에서 임무를 수행하는 로버인지에 따라 크게 달라진다. 그렇기 때문에 각각의 우주 프로그램은 안정성, 방사성에 대한 내성, 환경적 스트레스, 발사일, 임무의 예상 기간 등에 따라 평가되어야 한다.

아나로그디바이스는 40년이 넘도록 항공우주 및 방위 물품 제조업체에 신뢰도가 높은 장치를 지원해 왔다. 주요 분야로는 전자전, 레이더, 통신, 항공 전자 기기, 무인 시스템, 미사일 및 스마트 군수품 애플리케이션이 있다. 최근에는 특히 우주 시장에 주안점을 두고 있다. 아나로그디바이스는 센서, 증폭기, RF 및 마이크로파 장치, ADC, DAC, 출력 장치 등 광범위한 신호 체인을 모두 처리할 수 있는 깊이 있고 폭넓은 기술을 제공하며 항공우주 및 방위 산업의 높은 요건에 알맞은 솔루션을 제공하고 있다.

 

위성 산업의 규모는 2015년 208억 달러였다. 위성 산업은 위성 제조, 위성 발사 장치, 지상 기반 장치, 위성 서비스의 네 분야로 나뉜다. 그 중 위성 서비스가 가장 큰 부분을 차지하고 있으며, 이후에도 전체 위성 산업을 발전시킬 주요 분야로 인식되고 있다. 그렇다면 최근까지 위성이 무슨 일을 하였을까? 현대의 삶 중 얼마나 많은 부분이 위성 서비스에 의존되는지를 사람들이 알게 된다면 아마 크게 놀랄 것이다.

현재 운행 중인 1,381개의 위성이 갑자기 멈춰 버린다면 현대인의 삶은 매우 큰 곤경에 처하게 될 것이다. 국제 금융, 통신, 교통, 날씨, 방위, 항공 등 여러 분야가 위성 서비스에 크게 의존하고 있다. 위성 서비스 시장의 분야는 크게 위성 내비게이션, 위성 통신, 지상 관측의 세 부분으로 나뉜다. 내비게이션용 위성은 내비게이션용 신호 및 데이터를 전 세계에 분배해 위치 및 시간 탐지 서비스를 제공한다. 사용할 수 있는 서비스 중에는 교통 관리, 측량 및 지도 제작, 선단 및 자산 관리, 자율주행 기술 등이 있다.

특히 자율주행 자동차와 트럭은 차세대 유망 시장으로 기대되고 있다. 통신 위상(SATCOM)의 예시로는 TV, 휴대전화, 광대역 인터넷, 위성 라디오 등이 있다. 이러한 시스템이 있으면 지상의 통신 네트워크를 손상시킬 정도의 재해가 일어나는 경우에도 끊김 없이 통신 서버를 제공할 수 있다. 업무용 및 상업용 항공기의 운항 중 인터넷 및 모바일 엔터테인먼트 분야는 성장을 구가하는 시장이다.

지상 관측용 위성은 환경 데이터를 전송하는 데 사용된다. 우주에서 지구를 관측하면 지속 가능한 농업을 발전시키고 기후 변화, 토지 및 야생동물 관리, 에너지 자원 관리 등을 해결하는 데 도움을 준다. 지상 관측용 위성은 수자원 보호를 돕고 기상 예보의 정확성을 높이는 데에도 사용될 수 있어서 위성 서비스의 범위가 얼마나 다양하고 폭넓은지 확인하는 좋은 예가 된다.

그렇다면 어떤 종류의 전자 시스템이 위성에 사용될까? 우주비행선의 기본 요소는 플랫폼/버스 및 페이로드 두 가지로 나눌 수 있다. 플랫폼은 페이로드를 지원하는 ①구조, ②원격 측정 및 추적, 명령, ③전력 및 분배, ④열 제어, ⑤고도 및 속도 제어의 다섯 가지 서브 시스템으로 구성된다. 구조 서브시스템은 기계적인 구조를 말하며, 스트레스 및 진동을 견딜 수 있는 견고함을 제공한다. 원격 측정 및 추적, 명령 서브시스템에는 수신기, 전송기, 안테나 외에 기온, 전류, 전압, 탱크 압력 등을 모니터링하는 센서가 포함된다.

이 서브시스템은 우주비행선을 구성하는 다양한 서브시스템의 상태에 대한 정보도 제공한다. 전력 및 분배 서브시스템은 우주비행선의 배터리에 전력을 공급하고 충전한다. 열 제어 서브시스템은 극한의 온도에서 전자 장치를 보호해 준다. 마지막으로 고도 및 속도 제어 서브시스템은 다른 말로 궤도 제어 시스템이라고도 하며, 비행선의 방위와 액추에이터(반작용 조절용 바퀴, 궤도 조정 분사기)를 측정하고 비행선이 옳은 궤도에서 유지하는 데 필요한 힘의 토크를 적용하는 센서로 구성된다.

고도 및 속도 조절 서브시스템의 대표적인 부품으로는 태양 및 지구 센서, 항성 센서, 추진력 바퀴, 관성 측정 장치(IMU)와 신호 처리와 위성 위치 제어에 필요한 전자부품이 있다.

페이로드는 주요 임무를 지원하는 장치다. GPS 내비게이션 위성의 경우, 페이로드에는 원자 시계, 내비게이션 신호 발생기, 고전력 RF 증폭기 및 안테나가 포함되어 있다. 통신용 시스템의 경우 페이로드는 안테나, 송신기와 수신기, 저잡음 증폭기, 혼합기, 국부 오실레이터, 변조기와 복조기, 전력 증폭기로 구성된다. 지상 관측용 페이로드에는 기상 예보용 마이크로파 및 적외선 음파 측심기, 가시 적외 이미지 라디오미터, 오존 매핑 장치, 가시 적외 카메라 및 센서가 탑재된다.

몇 년 전 진행됐던 아나로그디바이스와 히타이트 마이크로웨이브의 합병 덕에 DC에서부터 110 GHz에 이르는 스펙트럼을 모두 처리할 수 있게 되었다. ADI에서 제공하는 솔루션은 내비게이션, 레이더, 6GHz 미만의 통신 시스템, 위성 통신, 전자전, 마이크로파 스펙트럼에서의 레이더 시스템, 레이더 시스템, 밀리미터 파 스펙트럼에서의 위성 이미징 등이 포함된다.

아나로그디바이스는 또한 모든 RF, 마이크로파 신호 체인 및 애플리케이션에 사용되는 부품 역시 1,000종 이상 제공한다. RF 기능 블록, 감쇠기, LNA, PA, RF 스위치 등 히타이트의 전체 제품군 및 고성능 선형 제품, 고속 ADC, DAC, 능동 혼합기, PLL 등 아나로그디바이스의 모든 제품군을 결합해 포괄적인 시스템 솔루션을 제공할 수 있다.

자연 상태의 우주 방사선 환경이 전자 장치에 미치는 영향

전자 장치에 미치는 방사선의 효과는 우주용 애플리케이션을 개발할 때 주로 고려해야 하는 사항이다. 지구 대기 보호층 외부의 태양계는 방사선으로 가득하다. 자연 상태의 우주 방사선 환경은 전자 장치를 손상시킬 수 있으며 그 영향은 파라미터의 성능 저하에서부터 완전한 기능 손상에 이르기까지 다양하다.

이러한 영향으로 인해 임무 지속 시간이 줄어들고 위성 시스템에 주요한 손상이 발생할 수 있다. 지구와 비슷한 수준의 방사선 환경은 밴 앨런 복사대에 갇혀 있는 입자 또는 전이 방사선 두 가지 유형으로 나뉜다. 밴 앨런 복사대에 갇힌 입자는 활동적 양성자, 전자, 중이온 으로 구성된다. 전이 방사선에는 은하 우주선 입자와 태양 활동으로 인한 입자(코로나 질량 분출물과 태양 표면 폭발)가 있다.

방사선이 위성의 전자 부품에 영향을 미치는 방법은 총이온화선량(Total Ionizing Dose: TID)과 단일사건 효과(Single Event Effects: SEE)두 가지가 있다. TID는 장기 고장 메커니즘인 반면, SEE는 순간 고장 메커니즘이다. 고장률을 나타낼 때 SEE는 우발 고장률을 사용하는 반면 TID는 고장 발생까지의 평균 시간을 사용한다.

TID는 임무 기간 동안 시간에 따른 장치의 누적 전하를 뜻한다. 트랜지스터를 통과하는 입자는 열산화물(Thermal Oxide)에 전자 정공쌍을 만든다. 누적된 전하는 누설 전류를 발생시켜 장치의 이득을 저하시키고 시간 결정 특징에 영향을 줄 수 있으며, 심각한 경우 기능을 완전히 정지시킬 수도 있다. 전체 축적 선량은 궤도와 시간에 따라 달라진다. 지구궤도에서의 주요선원은 전자와 광자(내부 방사선대)인 반면, 정지궤도에서의 주요 선원은 전자(외부 방사선대)와 태양 광자다. 주의할 점은 장치에 차폐막을 사용하면 TID 방사선 누적을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

SEE는 높은 에너지를 가진 하나의 입자가 장치를 통과해 회로에 전하를 주입할 때 발생될 수 있다. 보통 SEE는 소프트 에러와 하드 에러로 나눌 수 있다.

합동 전자 장치 엔지니어링 협의회(Joint Electron Device Engineering Council: JEDEC)는 소프트 활동적 이온의 충돌에 의해 발생되는 비파괴적인 기능 오류라고 정의한다. 소프트 에러는 SEE의 일종이며 이 외에도 단일 이벤트 업셋(SEU), 다중 비트 업셋(MBU), 단일 이벤트 기능 방해(SEFI), 단일 이벤트 트랜션트(SET), 단일 이벤트 래치업(SEL)이 있다.

단일 이벤트 래치업(Latch-Up)은 CMOS 웰(Well) 기생성 양극성 동작의 형식이 전력과 절연 간의 저임피던스 경로를 유도하여 전류가 높은 상태를 만들어낸다. 따라서 단일 이벤트 래치 없는 반응 지연과 하드 에러를 발생시킬 수 있다.

소프트 에러의 예로는 메모리 셀이나 레지스터 상태의 비트 뒤집힘 또는 변화가 있다. 단일 이벤트 트랜션트는 에너지가 높은 입자 하나가 장치로 들어왔을 때 그로 인한 부하로 발생되는 과도 전압 펄스다. 이러한 과도 전압 펄스는 단일 이벤트 기능을 방해할 수 있다. 단일 이벤트 기능 방해는 소프트 에러로 부품의 리셋이나 잠김 등 검출 가능한 여러 기능 장애를 야기하지만, 작동을 복구하기 위해 장치의 동력 사이클이 필요하지는 않다. 단일 이벤트 기능 방해는 제어 비트나 레지스터의 오류와 관련 있는 경우가 많다.

JEDEC는 하드 에러를 작동에서의 돌이킬 수 없는 변화이며, 그 중에서도 장치나 회로에서 한 개 이상의 소자에 가해진 영구적인 손상(예: 게이트 산화물 파열이나 손상을 일으키는 래치 업 이벤트)이라고 정의한다. 해당 오류는 데이터가 손실되고 전력을 리셋시키더라도 부품이나 장치가 더 이상 기능하지 않기 때문에 처리가 어렵다. 하드 에러의 예로는 단일 이벤트 래치업(SEL), 단일 이벤트 게이트 파열(SEGR), 단일 이벤트 소진(SEB) 등이 있다. SEE 하드 에러는 장치에 피해를 입히거나, 버스 전압을 떨어뜨리고 더 나아가 시스템의 전원 공급 장치에 손상을 입힐 수도 있다.

기술 트렌드 및 방사선 효과

위성 페이로드의 면에서 계측 장치의 복잡성이 점점 증가하고 있다. 일찍이 통신 위성은 기본적으로 신호를 중계하는 반사관형 리피터 구조를 취하고 있었다. 오늘날의 통신 위성은 다중 빔 구조 및 온보드 프로세싱(OBP) 구조를 띄고 있다. 더욱 복잡한 전자부품을 사용하면 방사선 효과로 인해 손상될 위험이 증가한다. 소형 위성을 사용한 대용량 관측에는 상업용 플라스틱 부품이 사용된다. 상업용 규격품(COT) 장치의 경우 보통 방사선 효과에 더욱 민감한 경향이 있다.

또한 소형 위성의 경우, 전자부품 차폐용 물질의 구조적 질량이 작아진다. IC 기하구조가 더 미세하고 산화물의 두께가 얇아지면 TID 방사선 효과에 대한 감도가 줄어들며 TID에 대한 내성은 향상된다. 반면에 IC 크기가 줄어들면 SEE가 증가한다. 단일 이벤트 트랜션트(SET)와 단일 이벤트 업셋(SEU)를 발생시키는 데 필요한 에너지가 줄어들기 때문이다.

장치의 주파수가 증가하면 단일 이벤트 트랜션트(SET)가 단일 이벤트 업셋(SEU)으로 변할 수 있어서, 단일 이벤트 기능 방해(SEFI)의 횟수가 증가한다. 더 높은 속도의 과도 신호를 처리하는 데 사용되는 마이그레이션 기법은 더욱 까다로울 수 있다.

우주용 애플리케이션을 지원하기 위한 아나로그디바이스의 노력

이와 같이 아나로그디바이스의 우주산업 지원용 제품군은 항공우주 제품을 위해 사용된다. ADI는 자체 기술을 바탕으로 한 SOI(Silicon On Insulator)을 보유하고 있으며, 이들 제품은 우주용 애플리케이션에 적합한 방사선 내성을 제공한다. 일부 제품의 경우, 핵심 실리콘을 개조해서 장치의 방사선 내성을 향상시킬 수 있다.

또한 설계를 방사성 경화 SOI 프로세스에 접목시키는 기술도 보유하고 있다. ADI는 다이를 밀폐된 실리콘 패키지에 담아 좀 더 넓은 군사용 온도 범위를 처리할 수 있는 장치를 특징으로 하고 있다. ADI는 또한 국방부 군수국(DLA)의 단일구조체용 MIL-PRF 38535, K급 하이브리드 및 멀티칩 모듈용 MIL-PRF 38534을 사용하는 S급의 인증 완료 QMLV 제품의 개발과 출시를 목표로 한다. 방사선 탐상법의 경우, ADI는 현재 고선량률(HDR) 및 저선량률(LDR) 테스트 모델을, 신제품 출시를 위해서는 단일 이벤트 효과 테스트 데이터를 각각 제공한다.

아나로그디바이스는 상업용, 산업용 EP(Enhance Product), 자동차, 군용, 우주용 장치를 제공한다. EP 장치는 임무 수행에 필수적이며 안정성이 중요한 애플리케이션, 그 중에서도 특히 항공우주 및 방위 시장의 요구를 만족시키기 위해 고안됐다. 그 외의 제품 등급으로는 군용 모놀리식 장치, 멀티칩 모듈, QMLQ 및 QMLH 장치, 우주용 모놀리식 장치, 군 요건에 따라 QMLV 및 QMLK 장치로 고안된 멀티 칩 모듈 등이 있다. 또한 아나로그디바이스는 하이브리드나 멀티칩 모듈 솔루션을 개발하는 고객용으로 우주용 K급 다이도 제공한다. K급 다이의 경우 표준 우주 항공 데이터시트 및 고객용 소스 관리 도안 역시 제공한다.

ADI는 임무 수행에 필수적이고 뛰어난 안전성을 갖춘 애플리케이션의 요건을 만족시키기 위해 고안된 캡슐형 플라스틱 EP 장치를 제공한다. ADI는 고객의 의견 수렴 후 우주 애플리케이션용 제품 카테고리를 새로 정비하는데, 이를 ADI에서는 EP+ 장치라고 정의한다. ADI의 고객은 크기, 무게, 전력, 성능, 대역폭, 동작 주파수, 페이로드 활용성, 최적화된 안전성 등 여러 측면에서의 제품 품질 향상을 요구하고 있다.

우주비행선 설계자들은 상업용 장치를 사용하면서도 크기, 전력 소비, 비용이 절감된 고성능 우주비행선을 개발해야 한다는 압력을 받고 있다. 대표적인 예로 비행 중 인터넷 연결이 있다. 세계 인구의 60%는 인터넷 접속이 불가능한 것으로 추정된다. 이러한 시장을 개척하기 위해 기업들은 지구궤도를 회전하는 저비용의 소형 위성을 여럿 배치해 전 세계 통신망에 접속할 수 있도록 계획 중에 있다.

아나로그디바이스는 고객들과 협력해 이렇게 진화하는 신규 시장을 개척할 수 있도록 EP+를 규정하려고 노력한다. EP를 사용하면 고객은 업스크리닝(Upscreening)에 대한 비용 없이 높은 안전성이 필요한 어플리케이션에 대한 COTS 솔루션을 제공 받는다. EP는 캡슐형 플라스틱 장치로 군 기준 온도 범위인 -55°C~+125°C에 맞춰 출시되었다. EP 고객들은 넓은 온도 범위 외에 납을 사용하지 않아 수염 문제도 없는 장치를 요구한다.

또한 장치에 규제에 따른 제조 기준, 독립된 데이터시트, EP 변경 통보 프로세스가 제공되기를 원한다. 이외에도, EP 장치는 국방부 군수국의 문서 시스템에 따른 V62 벤더 제품 도안 역시 보유하고 있다. 현재 출시된 EP는 뒤에 고유의 표기를 붙여 구별하며, 별도의 독립된 데이터시트를 제공한다.

앞서 언급했듯이 아나로그디바이스는 우주용 애플리케이션 EP 외에도 LEO 시스템 및 고고도 애플리케이션을 위한 새로운 장치 컨셉 역시 개발 중에 있다. ADI는 현재 소스 제어 도안에 대해 EP+를 지원하고 있다. ADI는 우주용 애플리케이션에 사용할 수 있는 표준 COTS급 장치 역시 제공하고자 한다.

EP+를 통해 ADI는 표준 EP 장치와 군용 883급 장치의 중간에 해당하는 제품을 개발해 고객이 업스크리닝에 대한 추가 비용 없이 우주용 애플리케이션에 대한 COTS 솔루션을 제공할 수 있는 방법을 구상 중이다. EP+를 통해 ADI는 COTS 장치를 생산하고 웨이퍼 로트의 이력 추적 및 로트에 특화된 방사선 조사 데이터를 제공할 수 있다.

 

중요한 점은 〈그림 1〉의 그래프와 같이 안정성 및 원가 사이에 적절한 균형을 찾는 것이다. 필요한 검사가 늘어나면 단위 원가가 증가한다. 이러한 신제품 분류를 정의할 때 위성 산업과 아나로그디바이스가 직면한 현제의 문제점은 우주용 애플리케이션에서 사용되는 상업용 장치의 최적 검사 수준 대 비용 지점을 정의하는 것이다.

 

정리하자면, 아나로그디바이스의 목표는 우주용 애플리케이션용 제품과 관련, 부품을 넘어 완전 제품을 제공하는 것이다.

- ADI는 업계 선도 수준의 안전성을 갖춘 제품군을 업계에서 가장 포괄적인 수준으로 제공한다.
- ADI는 단일 로트 데이터 코드 조달 방식을 제공한다.
- ADI는 향상된 패키지 및 기능으로 혹독한 환경에서 발생할 수 있는 문제들을 해결해 준다.
- ADI는 금 및 주석-납을 사용한 고온 용융 납땜으로 주석의 수염 현상을 해결한다.
- ADI는 금지된 물질에 대한 인증을 제공하지 않는다.
- ADI는 물질 이력 추적을 통해 포괄적인 적합성 인증을 제공한다.
- ADI는 포괄적인 QMLV 비행 단위를 테스트한 보고서를 배포한다.
- ADI 제품의 전기 성능은 -55~125℃에 이르는 넓은 온도 범위에서 테스트된다.
- ADI는 100% 스크리닝 및 품질 적합 조사를 거쳐 완전 인증을 획득한 QMLV장치를 공급한다.
- ADI는 방사선 인증(HDR, LDR, SEE)을 획득한 장치를 제공한다.
- ADI 제품의 긴 수명은 ADI의 사업 전략에 중요한 부분이다.
- ADI는 우주 항공 및 방위 전담 팀이 있어 제품 및 애플리케이션을 전폭 지원한다.

아나로그디바이스는 현재 우주용 표준 장치를 90개 이상 갖추고 있으며, 용도 및 패키지에 따라 보유하고 있는 모델 역시 350종 이상이다. 우주용 제품 중 새로운 기능을 장착한 제품으로는 ADA4084-2S, ADA4610-2S, ADuM7442S 장치가 있다.

5962R1324501VXA(ADA4084AF/QMLR)는 새롭게 출시된 저잡음, 저전력 우주용 정밀 증폭기로, SMD 도면에 대해 사용 가능한 QMLV 우주용 장치로 제공된다. 이 장치는 10 MHz의 단위 이득 대역폭과 레일-투-레일 입출력을 가진다. 이들 증폭기는 AC와 정밀 DC 성능을 요구하는 단일 공급 애플리케이션에 최적화되어 있다.

5962R1420701VXA(ADA4610-2BF/QMLR)는 우주용 듀얼 채널 정밀 초저잡음의 저입력 바이어스 전류 광대역 JFET 장치다. 증폭기는 고임피던스 센서 증폭 및 정밀 전류 측정에 특화되어 있다.

ADuM7442R703F는 우주용 25 Mbps, 쿼드 채널의 디지털 절연기로, 순방향 채널 3개 및 역방향 채널 1개로 구성되어 있다. 이 장치는 양방향 통신을 지원한다. 또한 입출력 회로에 직접적인 전기 연결이 없어 갈바닉 절연 역시 제공한다. 크기, 무게, 전력 소비, 안전성 측면에서 다른 경쟁 솔루션보다 뛰어난 장점을 보유한다.

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