부분 접속 분리 경로형 멀티캐스트 스위치의 설계

정성원 東亞大學校 1996 국내석사

This thesis proposes a multicast switch with a partially- interconnected disjoint path topology that is modified by using the distribution routing network. An advantage of the proposed switch is a reduction of switching elements about 25% in order to overcome the requirement of huge capacity and fast speed. The proposed N × N multicast switch consists of N 1 × 2 distribution routing networks, a N × N copy network, and a unicast switch. Here, a copy network consists of the four networks: a T × N running adder, a buffer and shifter(B&S), a N × N replication banyan network, and a trunk number translator(TNT). An unicast switch consists of N 2 × 2 self routing networks, a N × N batcher sorting network, 2L output interface modules, where each output interface module consists of N packet filters, L K × K banyan networks, K output buffers (where N = 2 × L × K). A queueing model of the proposed multicast switch is analyzed to predict the five items(the mean queue length, mean waiting the, mean queue overflow, mean queue overflow probability, and mean cell loss rate) and to validate the results of mathematical model in the case of L = 32, L = 2, and K = 8. From the simulation result, the proposed multicast switch is validated that it improve the mean queue length, mean waiting time, mean queue overflow, and mean cell loss rate when compared with the existing multicast switch using the feedback loop.

900 MHz 전류 모드 D급 RF 전력 증폭기 설계

김영웅 건국대학교 대학원 2011 국내석사

In this paper, 900 MHz Current Mode Class-D(CMCD) Power Amplifier is designed and implemented. A switch mode power amplifier(SMPA) has high efficiency inherently. Designing of SMPA operated on RF frequency is at an early stage, so SMPA is analyzed on this study. Though a linear amplifier can amplify a various modulated signals distortionlessly, it has no good efficiency characteristic. Class-A power amplifier has 50 % efficiency maximally, and it has under 30 % efficiency when it amplify a modulated signals. Next generation wireless communication system adopt OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) for increasing data rate. OFDM signal has very high PAPR(Peak-to-Average Power Ratio). Linear amplifier has less efficiency if conventional linear amplifier deal with such signal. So in RF amplification area, there are many research for improving efficiency characteristic by application of SMPA technique. SMPA has a good efficiency characteristic. But as frequency increased, power loss is also increased by transistor parasitic capacitance. Therefore SMPA can't be used on RF frequency. Recently CMCD is developed and it can make SMPA implementable on RF frequency. And many research group study CMCD vigorously. CMCD has Push-Pull configuration and parasitic capacitance become a part of resonator. Zero Voltage Switching(ZVS) make power loss minimized induced parasitic capacitance. In this paper, relationship between conventional linear amplifier and SMPA is studied. Load-Pull technique is used to design and implement CMCD. And CMCD has 64.52 % drain efficiency and 2.7 W output power. This work can be basis to make a improved CMCD power amplifier. 본 논문에서는 900 MHz 대역에서 동작하는 전류 모드 D급 (Current Mode Class-D, CMCD) 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 근본적으로 스위치 모드 증폭기는 높은 효율 특성을 가지는 증폭기이다. 하지만 RF 대역에서의 스위치 모드 전력 증폭기 설계는 초기 단계에 있으므로, 본 연구를 통해 스위치 모드 전력 증폭기를 분석하고, 설계에 대한 초석을 다지고자 한다. 트랜지스터를 전류원으로 동작시키는 선형 즉폭기는 다양한 변조 신호를 왜곡 없이 증폭할 수 있지만, 낮은 효율 특성을 보여준다. A급 전력 증폭기는 최대 50 %의 효율 특성을 보이지만, 변조된 신호를 다루는 경우에 대해서는 30 % 이하의 낮은 효율 특성을 보여준다. 차세대 무선 통신 시스템은 증가하는 데이터 요구량을 만족시키기 위해 OFDM 방식을 선택하고 있다. OFDM 신호는 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 가진다. 이러한 신호를 증폭하기 위해 기존 선형 증폭기를 이용하게 되면, 증폭기는 더욱 낮은 효율 특성을 가지게 된다. 따라서 RF 전력 증폭기 분야에서는 효율성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있으며, 스위치 모드 증폭기를 활용하는 기법이 개발되고 있다. 스위치 모드 증폭기는 우수한 효율성을 가진다. 하지만 주파수가 증가함에 따라 트랜지스터의 기생 커패시턴스에 의해 전력 손실량이 증가하여 높은 주파수 대역에서 활용되지 못하였다. 최근 전류 모드 D급(Current Mode Class-D, CMCD) 전력 증폭기가 개발되어 RF 대역에서 스위치 모드 전력 증폭기를 구현하는 것이 가능해졌고, 많은 선행 개발 그룹에서 활발하게 연구 되고 있다. CMCD 전력 증폭기는 Push-Pull 구조를 가지며, 트랜지스터의 기생 성분인 를 공진기의 일부로 활용할 수 있는 장점을 가진다. 또한 Zero Voltage Switching(ZVS)을 통해 에 의한 전력 손실을 최소화할 수 있다. 본 논문에서는 스위치 모드 전력 증폭기와 기존 선형 증폭기의 상관관계를 연구하였다. 이를 바탕으로 기존 선형 증폭기 설계 기법인 로드-풀 기법을 활용하여 스위치 모드 전력 증폭기를 구현하였다. 구현된 CMCD 전력 증폭기는 64.52 %의 드레인 효율과 2.7 W의 최대 출력을 가진다. 또한, 이를 보안하여 더욱 향상된 스위치 모드 전력 증폭기 설계가 가능 할 것으로 사료된다.

Glass reflow를 이용한 저손실 RF MEMS 실리콘 스위치의 설계 및 제작

황정기 서울대학교 대학원 2013 국내석사

In this paper, we firstly propose a novel low-loss RF MEMS silicon switch which utilizes reflowed glass as a switch structure near the contact metal. A new concept of electrostatically-driven RF MEMS silicon switch was presented and realized through the proposed fabrication process. By introducing reflowed glass into the silicon switch structure, the substrate loss induced by switch structure has greatly reduced. To verify the enhancement in loss characteristic, we fabricated 3 different types of RF MEMS silicon switches (silicon-, high resistance silicon-structured switch, and the proposed switch) and measured their insertion losses. In the frequency range of 5 to 30 GHz, the proposed RF MEMS switch with reflowed glass inside the switch structure showed insertion loss of 0.12 ~ 0.33 dB, while silicon- and high resistance silicon-structure switch showed 0.38 ~ 0.54 dB, 0.31 ~ 0.46 dB, respectively. Before fabrication, theoretical analysis and simulations were carried out to predict the enhancement in insertion loss brought by the introduction of the reflowed glass. The expected improvement in the insertion loss characteristic of proposed RF MEMS switch was greater than 0.1 dB, compared to the conventional RF MEMS silicon switch. Proposed fabrication method of the novel RF MEMS switch was based on SiOG process, assisted with the glass reflow process. The proposed fabrication process was validated with successful fabrication of the proposed switch. We believe that the proposed fabrication process could be used for a wide range of RF MEMS area where low-loss characteristic is needed. Low insertion loss characteristic of RF MEMS switch can contribute to reduce not only the complexity and cost, but also the size of the system by eliminating additional circuitry for loss compensation in the system. Therefore, it can be said that development of low loss RF MEMS switch can widen RF application fields where RF MEMS switch can be used. Furthermore, with this enhanced loss characteristic, RF MEMS silicon switch is expected to be used in the RF applications of strict performance requirement, such as base-station antenna, defense system, satellite switching network, etc. 본 연구에서는 처음으로 유리를 스위치 구조재의 일부로 사용한 저손실 RF MEMS 실리콘 스위치를 제안하였다. 기존의 실리콘만을 구조재로 사용하여 제작되었던 RF MEMS 실리콘 스위치에서 접촉 금속 부근 구조재를 유리로 대체한 새로운 형태의 RF MEMS 실리콘 스위치를 본 연구를 통해 설계 및 제작하였으며, 접촉 금속 부근의 구조재로 실리콘보다 RF 특성에 적합한 유리를 사용함으로써 향상되는 신호 손실 특성을 이론적인 분석과 시뮬레이션을 통해 예측하고, 이를 측정 결과와 비교하였다. 제안된 유리가 구조재로 삽입된 실리콘 스위치는 5 ~ 30 GHz 의 주파수 대역의 신호에 대해 0.12 ~ 0.33 dB 수준의 삽입 손실을 보여 기존의 실리콘 스위치보다 최대 0.26 dB (0.38 ~ 0.54 dB), 그리고 고저항 실리콘을 구조재로 사용한 스위치보다 최대 0.19 dB (0.31 ~ 0.46 dB) 정도 삽입 손실이 향상된 결과를 보였다. 본 연구에서 제안하는 새로운 형태의 RF MEMS 실리콘 스위치의 제작은 유리 재용융 (Glass reflow) 공정을 기반으로 한 SiOG (Silicon On Glass) 공정으로 제안되었으며, 제안된 공정을 통해 유리 구조재가 삽입된 스위치를 성공적으로 제작하고, 스위치의 정상적인 정전 구동을 확인함으로써 제안된 공정의 유효성을 검증하였다. 한편, 낮은 삽입 손실을 가지는 RF MEMS 스위치는 실제 RF 응용에 사용될 경우 시스템에서 신호 손실 및 왜곡을 보상하기 위한 추가 회로를 줄일 수 있도록 하여 시스템의 복잡도와 비용을 줄이는 동시에 시스템의 크기도 줄일 수 있는 장점과 직결된다. 또한, 보다 낮은 손실을 가지는 RF MEMS 스위치의 개발은 기지국 안테나나 방위 체계 산업, 인공위성 교환망 등과 같이 엄격한 성능 요구 조건을 가지는 고주파 응용 분야들로의 RF MEMS 스위치 적용을 촉진시킬 것으로 기대된다. 따라서, 저손실 RF MEMS 스위치의 개발은 다양한 RF 응용에서 RF MEMS 스위치의 활용도를 높이는 데 이바지할 수 있다.

L7 스위치에서의 침입방지시스템 영향 사례분석

정길용 서강대학교 정보통신대학원 2003 국내석사

최근 들어 네트웍공격이나 인터넷 Worm으로 인한 피해가 증가하고 있고 특히 웹 서버 또는 네트웍에 대한 엄청난 파괴력의 공격은 그것이 단 한번일지라도 기업에게는 막대한 규모의 경제적 피해를 줄 수 있다. 본 논문에서는 기존 네트웍 인프라로 기 구축되어 있는 침입방지시스템인 라우터와 방화벽에서의 차단효과와 본 논문에서 제안하는 L7스위치의 차단효과를 분석하였으며, 두 가지 측정방식을 통해 성능 및 효과를 분석하였다. 첫째로, 인위적으로 바이러스를 발생시킬 수 있는 장비를 통해 성능을 측정해본 결과 64Byte에서 256Byte까지는 라우터가 가장 성능이 좋았으며, 256Byte이상에서는 라우터와 L7스위치의 성능이 거의 차이가 없었으나, 방화벽은 성능이 다소 떨어지는 결과를 나타냈다. 둘째로, 실제 대기업 네트웍에 침입방지시스템을 적용한 결과, 인터넷 Worm의 경우 라우터나 방화벽에서는 서비스 Port전체를 차단하여 보안을 유지하는 반면에 L7스위치에서는 특정 서비스 Port를 이용하는 Contents내의 공격패턴을 보고 차단함으로써 모든 사용자들이 서비스를 사용하지 못하는 것을 방지할 수 있었다. 또한 네트웍공격의 경우, 라우터나 방화벽에서는 백도어 공격, 서비스 거부 공격에 대해서 차단이 불가하였으나 L7스위치는 완벽하게 차단하는 것을 볼 수 있었으며 L7스위치를 이용하는 것이 보다 완벽한 보안 메커니즘을 구축할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, L7스위치를 통한 대응시 침입방지활동을 하면서 사용하는 CPU사용률이 라우터나 방화벽에 대해 상대적으로 높았다. 이는 과도한 인터넷 Worm이나 네트웍 공격이 발생할 경우 네트웍의 안정성을 위협할 수 있다. Recently the damage by the network attack or internet worm increases, in particular, the attack with terrible destructive power against webserver or network may bring huge size of economic damage to the enterprise even if it will be only once. This study is to analysis with the blocking effect in the Router and Firewall already constructed with the existing network infrastructure and the blocking effect of L7 switch suggested in this study. Also, it is to analyze the performance and effect through the two methods of measurement. First, as a result of measuring the performance by the equipment that could produce virus artificially, the Router had best performance within a range of 64Byte to 256Byte, but there were no differences between the Router and the L7 switch in above 256Byte. And it presented that Firewall decreased the performance a little. Second, as a result of applying intrusion prevention systems to the network of large enterprises actually, the Router and Firewall maintained security by blocking the whole service port in case of the internet worm, but the L7 switch could prevent a case that all the users could not use services by blocking it after sensing the attack pattern in the contents that used service port. Also, in case of the network attack it was impossible to block the backdoor attack and denial of service attack in the Router or Firewall. But it showed that the L7 switch blocked it perfectly. It could confirm that using the L7switch could construct perfect security mechanism. However, for protecting network attack and internet worm with L7 switch, the rate of CPU utilization that is used during the activity of prevention was high compared with the Router or Firewall. It can threaten the safety of network in case of the excessive internet worm and network attack..

2.4GHz/5.8GHz 이중대역 SPDT 스위치 및 능동발룬내장 믹서 설계

이강호 인천대학교 대학원 2006 국내석사

QoS를 보장하는 고성능 다중 입출력 버퍼링 방식 스위치

金永俊 동국대학교 대학원 2007 국내석사

본 논문에서는 고효율을 유지하며 QoS를 보장하는 새로운 구조의 다중 입출력 버퍼링 방식의 스위치와 이 스위치에서 사용되는 새로운 중재 알고리즘인 Anti-Empty 알고리즘을 제안한다. 입력포트와 출력포트에서 셀을 중재하는 Anti-Empty 알고리즘은 다중 출력 버퍼가 비지 않게 하기 위한 것으로 본 논문에서는 편의상 AE 알고리즘이라 칭한다. 기존에 MIQ, MOQ, CIOQ, CICQ 등 여러 가지의 스위치 구조가 제안 되었고, 대부분 스위치 전체의 수율 증가나 지연의 감소에 중점을 두었지만 그 구조상 버퍼 속도의 한계로 고속스위칭에 부적합하다는 단점이 있다. 또한 최근 멀티미디어나 실시간 트래픽의 증가와 함께 이러한 트래픽 처리에 중요한 QoS를 지원하는 방식의 연구가 필요하게 되었다. 새로운 스위치 구조는 MIQ와 MOQ를 기본으로 하여 외부회선 속도와 동일한 속도를 가지는 버퍼를 사용하는 구조로 설계되었으며, 기존 방식의 단점을 제거하고 QoS를 지원하기 위해 MOQ의 동작 방법에 새로운 방식을 도입하였다. 이로서 스위치 전체의 수율과 지연 등의 성능이 고 효율의 출력 버퍼형 스위치와 동일하면서 셀 손실이 없는 QoS를 지원하는 고속 스위칭을 보장한다. This paper proposes the new structural MIOQ (Multiple Input/Output-Queued) switch which guarantees QoS while maintaining high efficiency and deals with the Anti-Empty algorithm which is new arbitration algorithm to be used for the proposed switch. Anti-Empty algorithm for arbitration of the cell between Input port and Output port prevents the Multiple Output Buffer from being empty. Currently, many switch structures such as MIQ, MOQ, CIOQ, CICQ have been proposed and focused on increasing switch efficiency or decreasing cell transport delay. However, these structures are not suitable for high-speed switching due to the limited buffer speed. Recently, the increase of the multimedia traffic has caused the research regarding the way of supporting QoS. The new structure of the proposed switch based on MIQ, MOQ is designed to have the same buffer speed as the external line speed. Also, the proposed switch makes it possible to remove the weak point of existing methods and introduces the new method of the MOQ operation to support QoS. Therefore, this switch is equal to the Output Queued switch in efficiency and delay, and guarantees the high-speed switching supporting QoS without cell loss.

애플리케이션 스위치를 이용한 네트워크 성능향상에 관한 연구

김민구 숭실대학교 2007 국내석사

S-band 위성탑재용 MSM을 위한 고 성능 HEMT 스위치 설계

장동필 忠南大學校 2007 국내박사

본 논문은 최근의 통신위성에 탑재되고 있는 S-band Microwave Switch Matrix의 구성 부품인 초고주파 스위의 고성능 설계에 대한 논문임. 본 논문에서는 초고주파 반도체 스위의 일종인 FET 형 스위치의 설계를 위하여 HEMT 스위치의 특성을 고찰하고, 스위치의 높은 격리도 특성을 구현하기 위한 새로운 개념을 도입하여 그 타당성을 설계 및 시뮬레이션, 그리고 MMIC로의 제작을 통하여 입증하였으며, 아울러 높은 RF 전력 특성을 유지하면서, 스위칭 속도를 높이기 위한 방법을 연구하였음. 또한 설계 및 제작된 MMIC 스위치를 이용하여 실제의 위성탑재용 Microwsve Switch Matrix를 설계 및 제작하였으며, 모듈 개발과정에서 발생된 격리도 저하 현상을 극복하기 위한 패키징 기술을 개발하고 시뮬레이션과 실험을 통하여 증명하였음. 본 연구에서 개발된 스위치 설계 기법과 패키징 기술은 밀리미터파 대역까지 활용가능한 기술로서 앞으로의 스위치 설계 및 개발에 응용될 수 있을 것임. The novel design technologies for HEMT switch MMIC and the enhanced design technology for MSM(Microwave Switch Matrix) are presented. HEMT switch MMIC has may advantages compared to PIN diode switch in the view point of low DC power consumption, faster switching speed, and high integration capability in compound semiconductor. However, PIN diode switch has merits in the view point of higher isolation characteristics and RF power handling capability. To improve the isolation characteristics of shunt-HEMT switch, a quarter wavelength transmission line with high characteristic impedance as a resonant circuit is introduced and the transmission line resonator is transformed to LC resonator with π-type network. The higher characteristic impedance of transmission line is used, the higher isolation performance is possible. The use of LC resonator equivalent with high impedance transmission line results to the enhancement about 16dB in isolation performance at 3 GHz in the case of single shunt- HEMT switch design. For the requirement of isolation performance over 55 dB, the switch is configured with four HEMTs shunt-grounded. Each HEMT placed at input and output ports have a source resistor about 50 ohm, which has a role of impedance matching circuit at the OFF-state of the switch. For the improvement of the switching speed of MSM, the switch MMIC has been designed to be controlled with single gate voltage. It results in the switching speed of 15 ns of MSM due to a simplified driver circuit implemented by using an OPAMP and several resistors. In this dissertation, the RF power handling capability of HEMT used as a passive switch is induced by mathematical analysis and verified by using nonlinear model simulation of HEMT. From the analysis, it is confirmed that the power handling capability is changed along with the change of the resistance connected to gate or source. The gate resistance of shunt HEMT affects on the switching speed of the switch as well as the power handling capability. The switching speed simulation has been done with a conventional bias circuit of RC combination for gate and the P1dB simulation has also been performed with the resistance of the bias circuits. MMIC layout for minimum chip size as well as optimum switch performances has been taken into account of the detail design step of the switch circuit. The fabricated MMIC has the size of 1.6mm X 1.6mm and the performance of 2 dB-insertion loss, 63 dB-isolation, 34 dBm-IIP3, 3 ns-switching speed, and return loss over 14 dB in the frequency range of 3 GHz to 4 GHz. To overcome the degradation in isolation performance of switch MMIC happened in the assembly process of the MSM module, a novel interconnection technology for switch MMIC packaging has been developed and approved by using EM simulation and the measurement for test jig simultaneously. The tests for the manufactured MSM module for space application such as thermal-vacuum test and EMC test have been completed. The MSM module shows the performance of the isolation over 58.5 dB, the insertion loss over 20 dB, the switching speed below 15 ns, IIP3 over 39 dBm, and the insertion loss scatter below ±0.35 dB. The idea approved in this dissertation would be applicable for the frequency range up to millimeter-wave in the field of HEMT switch design and the development of microwave switch matrix.

폴리머 트렌치가 삽입된 Mach-Zehnder 간섭계 타입 2×2 광학스위치 제작 및 응용공정 연구

김수용 전남대학교 대학원 2011 국내석사

열광학 스위치는 온도에 따라 굴절률이 변화하는 열광학 효과를 이용한 소자로서 광도파로의 특정한 부위에 전극을 부착하여 흐르는 전류를 조절함으로서 광의 경로를 조절하는 소자이다. 열광학 스위치는 신호 전달손실이 매우 낮고 제작공정이 상대적으로 단순해 대규모의 스위치 어레이가 가능하여 WDM 광전송 시스템에서 그 진가를 발휘할 수 있다. 1X2, 2X2 열광학 스위치는 자체적으로 광섬유의 절단 등에 대비하여 우회 경로를 만들어 주는 절체용 등으로 사용되며, 이들 스위치 어레이는 파장 다중/ 역다중화기 또는 라우터 등과 결합하여 ADM(Add-DropMulti plexer)이나 OXC(Optical Cross Connector)등의 구성에 사용되는 초고속 광 네트워크구성을 위해 기본이 되는 소자이다. 열광학 광스위치는 주로 실리카나 폴리머등을 이용하여 제작된다. 무기물의 dn/dT의 값이 고분자의 그것에 비해 작기 때문에 구동소비전력이 매우 커 열광학용 소재로서는 부적합하다. 반면 고분자의 열에 의해 굴절률 변화는 온도에 따른 밀도 변화 즉 열팽창 계수와 밀접한 상관관계를 가지고 있으며, dn/dT의 값은 무기물에 비해 10배 이상 커 전력손실을 크게 줄일 수 있다. 고분자의 dn/dT값은 1.0~3.0×10-4/℃ 범위로서 열광학 소자로서의 요구 특성 범위에 잘 일치하고 있다.[2] 실리카 및 고분자 재료의 상이한 열광학 특성 및 설계에 따른 구조적 특성을 이용하여 종래에 안정성이 입증된 실리카 코어 및 클래드에 건식 식각 장비를 통해 트렌치를 일정 간격 및 크기로 식각하고 굴절률 제어가 가능하며 광통신 영역에서 고투과성을 갖는 폴리머를 트렌치에 삽입하여 소자를 제작하였다. 내열성, 내화학성 및 광통신 영역에서의 고투과성을 지닌 고분자를 합성하고, 실리카 기판 위에 열기상 증착법을 통하여 클래드 및 코어 층을 형성하였다. 코어 및 클래드 층에 건식 식각 장비를 통하여 트렌치를 식각하고 용매에 고분자를 녹여 블레이드 코팅 및, 용매 제거, 열 경화 공정을 통하여 트렌치에 합성된 고분자를 삽입하였다. 고분자는 0.45um의 멤브레인을 통한 여과로 산란 손실 인자를 완화시켰다. 겔 투과 크로마토그래피 및 고분자 열 분석법을 이용하여 합성된 고분자의 분자량 및 열적 특성을 각각 측정하였고, 프리즘 커플러 및 엘립소메트리를 이용하여 고분자 필름의 두께 및 굴절률, 열광학 계수에 대하여 측정, 광학 현미경을 통하여 표면을 분석하였다. 합성된 고분자는 60000-80000 정도의 수평균 분자량을 갖고 있으며, 플루오르화 모노머의 무게 분율에 따라 1.415~1.512 사이의 굴절률 제어가 가능하였다. 경화 후 고분자의 열분해 온도는 250˚C이상임을 확인, 소자의 구동 온도 범위에서 안정함을 보였다. 제작된 열광학 스위치는 히터에 전압을 인가하지 않으면 광 경로는 Port 1에서 Port 2'로, Port 2에서 Port 1'으로 진행하며, 200mW정도의 power에서 히터에 의한 위상차가 발생하여 광이 스위칭 되며 경로는 Port 1에서 Port 1'로, Port 2에서 Port 2'로 진행하는 것을 확인할 수 있었고 그 광학적 특성 또한 비교적 양호한 것으로 측정되었다. 또 광 스위치 소자에서 광신호가 스위칭 되었을 때 히터의 발열온도는 약 100℃ 정도로 기존의 실리카 단일재료 기반 열광학 스위치가 지니고 있는 고온동작을 해야 하는 문제점을 MZI 부분에 국소적으로 폴리머 trench를 삽입함으로써 해결할 수 있었다.

대항식 스위치 전기접점 손상에 미치는 아크 특성 및 판스프링 재료의 영향

황슬기 명지대학교 대학원 2018 국내석사

전기 접점은 전기 회로의 필수 요소로 전기 접점의 신뢰성은 전기 회로의 정상 작동을 위하여 필수적이나 보통 문제가 발생되기 전까지 큰 관심을 받지 못하는 부분이다. 자동차의 여러 전기부품을 구동시키기 위하여 다양한 전기접점이 활용되고 있다. 이 연구에서는 그 중 접점의 이동이 접점면의 수직방향으로 발생하여 전류를 온/오프 시키는 대항식 스위치의 전기 접점에 대하여 다룬다. 대항식 스위치의 전기 접점에 의한 고장사례로 파워릴레이 작동 불량, 파워릴레이 언락 불능으로 인한 배터리 방전, 냉각팬 작동 불량으로 인한 냉각수 과열, 그리고 혼다 CR-V 자동차의 리콜이 실시된 바 있는 운전석 파워윈도우 스위치 접점 불량에 의한 발열과 연소 위험 등이 있다. 이러한 고장은 전기 접점의 융착 또는 단선에 의한 것으로 그 근본 원인은 전기 접점 사이에 발생하는 아크와 접점 표면의 국부적 용융 발생으로 인한 전기접점의 표면 손상이다. 따라서 대항식 전기접점 신뢰성 향상 방안으로 부하 (모터, 램프, 열저항 등) 종류에 따른 접점 소재의 내구성을 파악하고 스위치 설계인자의 영향성을 검토하여 고장예방을 위한 설계에 활용하는 것이다. 이 연구에서는 아크가 필히 발생할 수밖에 없는 대항식 스위치의 전기 접점 손상에 미치는 스위치 운동에 대한 영향을 평가하였다. 대항식 스위치의 개폐 시 접점 간의 거리가 일정 거리가 되면 아크가 발생한다. 아크가 발생하게 되면 다음의 현상이 발생한다. 1) 접점 간 Metal transfer 현상이 발생하여 접점의 침식과 침착이 일어난다. 양극과 음극 사이의 물질 이동 방향, 즉 침식과 침착 양상은 아크 지속 시간에 따라 결정 된다. 접점 표면의 침식/침착에 의해 접점의 표면이 거칠어지고 실제 접촉 면적의 감소로 접촉저항의 상승과 언락 불능을 일으켜 과도한 발열을 일으킬 수 있다. 2) 아크는 공기 내 산소를 이온화 시켜 접점 표면에 산화물을 형성 시킬 뿐만 아니라, 접점 주위 플라스틱 사출물에 영향을 주어 접점에 탄화물이 형성된다. 이러한 접점 표면의 산화물과 탄화물은 부도체로 접촉저항의 상승을 발생시킨다. 이와 같이 접점 표면의 손상에 의해 접점 표면의 국부적 용융과 융착 또는 단락 현상이 일어난다. 이는 스위치의 간헐적인 고장과 영구적 고장의 원인이다. 따라서 아크는 스위치의 수명과 안정성에 영향을 주는 중요한 요인이 된다. 아크발생 지속시간과 아크전압/전류은 스위치 운동, 즉 접점이 닫히는 속도, 열리는 속도, 채터링 뿐만 아니라 접점 소재의 물성 (접점표면경도, 표면 형상, 전기적 성질 등)과 전기회로의 전류/전압 조건에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 1960년 중반 이후 이와 관련한 연구가 많이 진행되어 왔지만 106A 이상의 전류가 흐르는 고전력 회로와 10-6A 이하의 전류가 흐르는 전자 회로 등 여전히 전기 접점 분야 연구는 그 영역을 확장하고 있다. 이 연구에서는 자동차의 부품이 점점 소형화되는 추세에 맞춰 회로에 추가적 장치 설치, 새로운 소결로 얻은 전극재료의 변경이 아닌 접점의 운동에 영향을 미치는 판스프링의 재료를 변경하였다. 현재 자동차에 사용되고 있는 12VDC 9A 정상 조건과 12VDC 20A의 과부하 조건에서 자체 개발한 캠 구동방식의 자동 스위치 장치를 이용하여 3만회 스위칭 시험을 하면서, 스위칭 횟수에 따른 전기 접점의 손상과 간헐적 고장 빈도에 미치는 판스프링 재료의 영향을 평가하였다. 접점의 손상은 접점 표면의 조도 및 화학적 성분 측정을 통해 분석하였다. 또한 전압 측정 통해 아크 특성을 관찰하여 판스프링 재료의 변화가 아크 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과, 판스프링 재료의 비저항, 열전도율 특성이 접점의 온도상승과 연관이 있는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 아크 분석 시 판스프링 재료의 탄성계수가 Contact bounce의 시간에 영향을 주는 요인임을 확인 할 수 있었다. 또한 판스프링의 특성이 접점의 침식과 침착 형상에도 영향을 미침을 확인 하였다. 이를 통해서 아크 영향을 줄이기 위한 최적의 판스프링 재료를 찾는데 이바지 할 수 있을 것으로 기대된다.