전자기파 차폐 설계 회로·케이스·배선 등 전체 시스템

전자제품이 고속화·고집적화되면서 전자기파 차폐 설계는 선택이 아닌 필수가 되었습니다. 기기 내부에는 스위칭 전원, 고속 디지털 신호, 무선 모듈 등 다양한 노이즈원이 존재하며, 외부 환경 또한 강한 EMI를 발생시킵니다. 따라서 회로, 케이스, 배선 등 시스템 전체를 고려한 통합 차폐 설계가 반드시 필요합니다.

 

 

 

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전자기파의 기본 개념

EMI와 EMC란 무엇인가

EMI(Electromagnetic Interference)는 전자기 간섭을 의미하며, EMC(Electromagnetic Compatibility)는 간섭을 최소화하면서 정상 동작할 수 있는 능력을 의미합니다.

방사(Emission) vs 내성(Immunity)

• 방사(Emission): 기기가 외부로 방출하는 노이즈
• 내성(Immunity): 외부 노이즈를 견디는 능력

전자기파 차폐 설계는 이 두 가지를 모두 충족해야 완전한 EMC를 달성할 수 있습니다.

 

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시스템 전체에서 EMC가 중요한 이유

과거에는 EMC 문제가 단순 회로 설계 이슈로 여겨졌지만, 실제로는 기구 구조·배선·부품 선택 등 전체 시스템의 상호작용 속에서 EMI가 발생합니다.

• 회로(소자 스위칭 → 고주파 노이즈 발생)
• 케이스(금속 케이스의 틈 → 방사 경로 형성)
• 배선(케이블 길이 증가 → 안테나 역할)

 

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전자기파 차폐 설계 핵심: 회로·케이스·배선 통합 전략

회로 설계 차폐 기술

• GND Plane을 넓게 확보하여 전류 루프 최소화
• 고속신호는 가능한 짧게 라우팅
• 필터(Ferrite, LC filter) 적용

케이스(Enclosure) 차폐

금속 케이스는 전자파 방출을 크게 줄일 수 있지만, 틈(Seam)이 발생하면 오히려 방사가 증가합니다. 이 때문에 전도성 가스킷, 도전성 도장, 실드 캔 등을 함께 적용합니다.

배선·커넥터 차폐

케이블은 전자기파를 방출하거나 수신하는 대표적인 ‘안테나’입니다. 따라서 쉴드 케이블, 트위스트 페어, 페라이트 코어 적용이 기본입니다.

 

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회로 설계 단계에서 적용해야 할 EMI 해결 기술

GND/전원 분리

아날로그 GND, 디지털 GND, 고전류 GND를 분리한 후 단일점(Single Point)에서 연결하면 노이즈 유입을 최소화할 수 있습니다.

필터링 기술

전원 입력단에는 다음 필터를 적용하는 것이 실무 표준입니다.

• LC 필터(코일 + 커패시터)
• 커먼모드 초크
• 페라이트 비드

고속 신호 라우팅 규칙

• Differential Pair는 길이 매칭 필수
• 90도 라우팅 금지 → EMI 증가
• 리턴 패스(Return Path)를 항상 확보

 

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금속 케이스를 통한 전도 차폐

전도 차폐의 기본 원리

전도성 소재(알루미늄, 스틸)를 사용하면 고주파 방사 통로를 차단할 수 있습니다. 특히 무선 기기에서는 RF 영역 차폐가 매우 중요합니다.

전도성 도장(Conductive Coating)

ABS 플라스틱을 사용할 경우 내부에 전도성 도장을 적용해 금속 케이스와 유사한 차폐 성능을 확보할 수 있습니다.

통풍홀과 실드 파손 문제

통풍구가 지나치게 크면 ‘슬롯 안테나’가 되어 방사가 증가합니다. 홀 크기와 위치 설계가 매우 중요합니다.

 

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케이블·배선 설계 관점의 EMI 차단

쉴드 케이블 사용

외부 전자기파를 차단하고 내부 방사를 억제하는 가장 기본적인 방법입니다.

접지 방식(단일점/다중점)

• 단일점 접지: 저주파 회로에 유리
• 다중점 접지: 고주파 차폐에 효과적

하니스 배치

고전류 케이블과 신호 케이블은 반드시 분리 배선해야 하며, 평행 배치는 피해야 합니다.

 

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접지(Grounding)와 본딩(Bonding) 전략

PCB-GND 전략

넓은 GND Plane 확보는 모든 EMC 설계의 기본입니다.

케이스-GND 연결

케이스와 보드를 직접 연결하면 차폐 효과가 증가하지만, 불필요한 접지가 생기면 Ground Loop가 발생할 수 있어 설계가 중요합니다.

 

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실무 EMC 문제 사례

스위칭 전원 EMI 초과

스위칭 주파수 하모닉이 방사 EMI 기준을 초과하는 문제로 필터 추가 및 회로 배치 수정으로 해결할 수 있습니다.

통신 오류 발생

I2C/SPI/UART 라인에 노이즈가 유입되면 통신 오류가 발생합니다. 트위스트 페어와 페라이트 비드 적용이 효과적입니다.

모터·릴레이 잡음

Flyback 다이오드 누락, 스너버 미적용 등에서 자주 발생합니다.

 

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FAQ

1) 금속 케이스라면 EMI 걱정이 없나요?

아닙니다. 틈(Seam), 커넥터, 케이블을 통해 방사될 수 있습니다.

2) 필터링만 강화해도 EMC 문제가 해결되나요?

필터만으로는 한계가 있습니다. 회로·배선·케이스가 모두 조화되어야 합니다.

3) EMC 규격 시험을 통과하려면?

초기 설계 단계부터 차폐·접지·필터링을 통합적으로 적용해야 합니다.

 

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단일 요소로 해결되는 문제가 아니라 전체 시스템 설계가 조화를 이루어야 합니다. 초기 설계부터 EMC 요소를 함께 검토하면 재설계 비용을 줄일 수 있습니다.